HXD3B型機車牽引客車平穩操縱研究

徐 波，劉鈺峰，李成斌

（北京鐵路局 豐臺機務段“毛澤東號”班組，北京100070）

HXD3B型機車牽引客車平穩操縱研究

徐 波，劉鈺峰，李成斌

（北京鐵路局 豐臺機務段“毛澤東號”班組，北京100070）

HXD3B型機車為我國自主設計研制的9 600 kW大功率電力機車，目前已在全路逐步投入使用，然而使用該新型機車牽引旅客列車，旅客列車的沖動程度和頻率有了很大的增加。這種沖動的發生，很大一部分原因是由乘務員的操縱引起的。為了提高該型機車牽引客車的平穩性，我們針對乘務員在列車起動過程，提、回手柄過程，運行中制動減速過程，停車過程等環節的操縱進行了探討，為該機型牽引的客車平穩操縱提供了一定的參考。

HXD3B型機車；牽引客車；平穩操縱

HXD3B型機車為我國自主設計研制的9 600 kW大功率電力機車，該機車具有恒功率速度范圍寬、功率因數高、設備故障率低、機車可靠性高等特點。該機車適用于干線牽引，2011年北京鐵路局和沈陽鐵路局率先開始更換H XD3B型機車，目前已在全路逐步投入使用。該機型主要用于貨物牽引，但也用于春暑運的臨客牽引，然而使用大功率的HXD3B型新型機車牽引旅客列車，就出現了新的問題。由于機車功率過大，乘務員對機車性能不熟悉，沒有合理的操縱方法，臨客車體質量偏差等因素，旅客列車的平穩性和舒適度得不到保障，甚至一度發生旅客因列車顛簸而摔傷的事故。隨著鐵路運輸組織的發展，廣大旅客對其乘坐舒適度要求亦有不斷提高，為有效解決因乘務員操作機車不規范致列車沖動的發生，提高整列車運行的平穩性，有必要對HXD3B型機車牽引客車操縱條件進行探討［1］。

1　HXD3B型機車牽引客車平穩情況

車體平穩性和乘坐舒適度一般用列車沖動來表征。列車沖動，即乘務員在操作列車運行過程中，由于機車工況改變所引起的列車車輛縱向沖擊。列車在改變運行條件時，由于車輛間的制動缸壓力的差異和相鄰車輛制動率的不一致性，造成列車沖動；這種壓力的差異和制動率的不一致有很大一部分原因是由于乘務員的操縱不當引起的［2］。所以，我們主要針對乘務員的H XD3B型機車操縱進行討論。

國內外對列車沖動的評定主要是從加速度與其頻率特性來考慮，重點分析的是縱向沖動，且無統一的沖動評價標準。國內機務段一般用列車沖動加速度變化率來考核和評定旅客列車乘務員的平穩操縱技能，在沖動的檢測手段上，多采用沖動棒檢測法［3］。本研究以1號沖動棒的倒伏作為沖動標準［4］，在目前廣泛使用的25 G車鉤的列車尾部［5］進行數據采集。通過隨機對京九線14列HXD3B型機車牽引的臨客客車進行沖動測試，其結果如表1：

據統計，14列次列車運行里程1 600 km，因乘務員操作機車原因發生113次沖動，平均每百公里沖動高達7.06次，沖動頻率較高。

2　列車沖動操縱影響因素

根據列車縱向動力學的理論分析［6］和實際試驗的測試，發現列車沖動主要發生在非穩態的列車運行過程中。本研究將正常運行情況下因操縱導致的列車沖動主要分為5個相互獨立的工況進行討論，即：（1）列車起動過程，列車由靜止狀態到運動狀態，機車牽引力傳輸引起列車沖動的起動工況。（2）運行中回手柄過程，因電力機車受到分相絕緣限制，要暫時中斷機車牽引力，主手柄回零，列車惰力運行，回手柄過程牽引力降低引起列車沖動的工況。（3）運行中提手柄過程，過分相后再提手柄，輸出牽引力，提手柄過程牽引力傳輸引起列車沖動的工況。（4）運行中使用列車制動機過程，列車由制動或制動緩解過程，制動力傳輸引起列車沖動的制動工況。（5）到站停車過程，對標停車時，采用一段制動、兩次制動或多次制動，以及單閥是否配合使用等制動方式引起列車沖動的工況。

2.1列車起動過程對列車沖動的影響

HXD3B型機車起動手柄的精度為0.1級，量程為1～13級，每一級差對應10 km/h的速度級差。起動時，列車狀態發生變化，起動手柄的起動級位對列車平穩性影響很大。機車由6組額定功率為1 632 kW的大轉矩異步牽引電機組合而成，輸出牽引力較大。列車起動時，起動手柄級位過低，列車起動較平穩，但起動時間過長；起動手柄級位過高，列車起動迅速，但沖動較大，將起動過程中起動手柄級位分以下3種情況進行討論：

表1　HXD3B型機車牽引列車沖動次數統計表

圖1　客車起動過程手柄級位分類

針對以上3個情況，結合操作經驗分別進行了以下3個方案的試驗，得到數據如表2：

方案1：起車太快，列車推背感強烈，倒伏棒全部傾倒，無法進行測試。方案2：試驗500次，倒伏棒倒伏337次，列車起動過程沖動率較高。方案3：試驗500次，倒伏棒倒伏102次，曾發生長時間不能起車現象。從上述測試平均沖動次數不難得出：發生沖動最少的方案是方案3，對該方案繼續優化，于列車起動以10 s為限，分別以0.1，0.2，0.3和0.4級的手柄級位進行了8組試驗，試驗統計結果如表3。

表2　北京—聊城區段列車起動過程方案考察表

根據表中數據、對比結果，發現起動列車時手柄0.3級作為列車起動的級位最為平穩。

表3　列車起動手柄級位優化考察表

2.2列車回手柄過程對列車沖動的影響

HXD3B型機車采用國際上先進的CCBⅡ微機控制制動系統，采用大功率輪盤制動裝置，采用先進的螺旋桿式空氣壓縮機作為風源設備，制動力強，反應靈敏［7］，結合操縱經驗和線路實際操縱情況，將回手柄過程分為2種情況進行討論，見圖2。

圖2　回手柄過程牽引手柄級位分類

針對以上2種情況，分別進行了以下2個方案的試驗，得到表4數據。

表4　北京—聊城區段運行中回手柄過程方案考察表

各方案分別進行500次試驗，其中方案1沖動323次，方案2沖動143次。根據表4中數據、對比結果，發現將手柄由運行級位回到與運行速度級位低0.2級的級位，待電流消失，回到預備位，再回零位作為運行中回手柄的方法更為平穩。

2.3列車提手柄過程對列車沖動的影響

HXD3B型機車的輸出牽引電流較大，且反應靈敏，結合列車縱向動力學的理論和線路實際操縱情況，將提手柄過程分為3種情況進行討論，見圖3。

圖3　提手柄過程牽引手柄級位分類

針對以上3種情況，分別進行了以下3個方案的試驗，得到表5數據。

表5　北京—聊城區段運行中提手柄過程方案考察表

各方案分別進行500次試驗，其中方案1沖動272次，方案2沖動133次，方案3沖動302次。根據表5中數據、對比結果，發現將手柄級位從零位逐級提到運行速度對應級位低0.1級的級位，待電流出現再晉級的方法更平穩。

2.4列車制動減速過程對列車沖動的影響

針對HXD3B型機車的制動系統先進、反應靈敏這一特點，結合鐵路有關規章制度和線路實際操縱情況，將運行中制動過程的自閥減壓量分為3種情況進行討論，見圖4。

針對圖4的3種情況，分別進行了3個方案的試驗，得到表6數據。

各方案分別進行500次試驗，其中方案1沖動112次，方案2沖動278次，方案3沖動412次。根據表6中數據、對比結果，發現將自閥減壓40 kPa作為運行中制動減壓的方法更平穩。

2.5列車停車過程對列車沖動的影響

針對HXD3B型機車的制動系統，結合操縱經驗和線路實際操縱情況，將停車過程分為3種情況進行討論：

針對圖5 3個情況，分別進行了3個方案的試驗，得到表7數據。

圖4　運行中使閘過程減壓量分類

圖5　停車過程制動方式分類

表6　北京—聊城區段運行中制動過程方案考察表

表7　北京—聊城區段停車過程方案考察表

各方案分別進行5 006次試驗，其中方案1沖動190次，方案2沖動122次，方案3沖動434次。根據表7中數據、對比結果，發現一段制動配合單閥使用作為停車過程的方法更平穩。

3　HXD3B型機車牽引客車操縱條件的優化

根據以上一系列的分析試驗和對比選擇后，將以上5個獨立工況組合起來，得到H XD3B型機車牽引客車的優化操縱方案，見圖6。

圖6　HXD3B型機車牽引客車的優化操縱方案

列車起動時，穩步提升牽引手柄，使牽引電流穩步上升，主手柄先置于0.1～0.2級，待全列車拉伸車鉤之后，再置于0.3級，均勻加速，平穩起動；同時，加強瞭望，注意時間，確保安全、正點、平穩發車。運行中回手柄時，不要直接回零，要逐級進行；通過分相絕緣器前回手柄，將手柄由運行級位回到較列車運行速度對應的手柄級位低0.2級的級位，待電流消失后，回到預備級，再回到零位。運行中提手柄時，主手柄要逐級提升，防止機車發生空轉；通過分相絕緣器后提手柄，將手柄級位從零位提到較列車運行速度對應的手柄級位低0.1級的級位，待電流出現再晉級。制動時，應考慮列車速度、線路情況、牽引車輛數和噸數等條件，準確掌握制動時機和減壓量，盡量減少制動次數，并使用40 kPa的最小減壓排風量。停車時，要較規定的運行時刻預留1～2 min的時間，為平穩停車做好準備，制動過程應根據停車位置、列車速度和制動初減壓地點，合理采用一段制動，并配合使用單閥，做到進站穩、對標準。

用優化的操縱方法操縱H XD3B型機車牽引旅客列車后，對該操縱方法的效果進行測試，結果見表8。

表8　HXD3B型機車牽引客車操縱方法效果檢查統計

使用優化的HXD3B型機車牽引旅客列車操縱方法，能使列車每百公里平均沖動次數由原來的7.06次降低到了2次以下，列車運行更為平穩，較好的保證了列車運行的平穩性和舒適度。

5　結束語

通過對HXD3B型機車牽引旅客列車平穩操縱方法的探討，分別從列車起動過程，提、回手柄過程，運行中制動減速過程，停車過程等環節的操縱進行優化，降低了因乘務員操縱導致大功率HXD3B型機車牽引旅客列車沖動的頻率，為進一步研究HXD3B型機車平穩操縱提供了一定的參考。

［1］ 尚志偉.25k快速客車運行中縱向沖動原因淺析［J］.鐵道機車車輛，2001，21（1）：45-49.

［2］ 中國鐵道科學研究院.提速客車縱向沖動測試及運行平穩性措施研究［R］.2003.

［3］ 劉傳波，莫易敏.旅客列車縱向沖動判斷準則的研究［J］.武漢理工大學學報，2009，31（9）：107-110.

［4］ TB/T 2370.93.鐵路旅客列車縱向動力學試驗方法與評定指標［S］.1993.

［5］ 李繼山，黃成榮，陳厚嫦，等.提速客車縱向沖動試驗研究［J］.鐵道機車車輛.2003，23（5）：1-5.

［6］ 何福漢.旅客列車縱向沖動問題研究［J］.鐵道機車車輛，2007，27（5）：10-13.

［7］ 中國北車集團大連機車車輛有限公司.HXD3B型電力機車培訓教材［Z］.北京：北京鐵路局.2009.

Stable Operation Research for HXD3B Locomotive Tow Passenger Train

XU Bo，LIU Yufeng，LI Chengbin
（Beijing Railway Bureau Fengtai Loco motive Depot＂Mao Zedong＂Team，Beijing 100070，China）

HXD3B loco motive with the power of 9600kW was designed and developed in China.Nowadays，it has been gradually used in whole china.However，the use of this new loco motive tow passenger train，passenger train impulse frequency has greatly increased. This impulse occurs mainly because of the operation of the driver.In order to improve the stability of passenger train，the start process，put back the handle process，braking process and parking process are optimized，which provides an operation reference for HXD3B locomotive traction passenger train.

HXD3B loco motive；traction passenger train；stable operation

U266.2

A doi：10.3969/j.issn.1008-7842.2015.04.26

1008-7842（2015）04-0111-05

?）男，助理工程師（

2015-01-19）