內燃機車單位油耗影響因素研究

原志紅

摘 要：受國內煤炭滯銷、銷售價格持續走低和營業稅改增值稅等因素的影響，內燃機車牽引項目的利潤成斷崖式下降，因此，降低機車單位油耗和運輸生產成本十分重要。簡要研究了影響內燃機車單位油耗的因素，理清了各因素與單位油耗的關系，進而為鐵路運輸企業加強對機車燃油消耗的管理，降低內燃機車單位燃油消耗和運輸生產成本提供了理論支持。

關鍵詞：內燃機車；單位油耗；運輸生產成本；牽引力

中圖分類號：U262 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.018

受諸多因素的影響，中鐵三局運輸工程分公司的運輸任務逐漸減少，收入也在不斷減少，而機車牽引油耗和固定成本并未隨運輸任務的減少而降低，機車牽引利潤也在不斷減少。鑒于此，為了盤活因運量急劇減少而閑置的大量機車，安置機車乘務人員，確保公司穩定、健康的發展，保障全體職工的基本收入，各鐵路運輸公司之間的競爭越來越激烈，相關行業也在不斷壓縮鐵路運輸行業的利潤空間，迫使各運輸公司挖潛、降本、增效。機車牽引運輸項目的五大成本支出分別為職工薪酬、設備折舊、燃油消耗、設備檢修和材料消耗，而燃油消耗是內燃機車牽引項目中的第一大項成本，約占總成本的50%以上。因此，加強對機車燃油消耗的管理，降低內燃機車單位燃油消耗和運輸生產成本是十分重要的。

1 機車單位油耗

由于機車燃油消耗受牽引質量、運行線路的坡度、機車的運行速度、自然條件和司機操縱方式等因素的影響，機車耗油量不能客觀反映機車燃油消耗的節約或浪費情況。一般情況下，可用機車單位油耗量確定機車燃油消耗的節省情況。機車單位油耗是指機車牽引每萬噸公里的燃油消耗量。它是鐵路機務專業的重要經濟指標，能客觀反映機車燃油的消耗情況，常用于核算運輸成本和開展節油評比活動等。對于不產生萬噸公里燃油消耗量的運輸工種，比如專用調車機，它是按每小時單位耗油量計算的，單機按每百公里耗油量計算。在鐵路運輸過程中，由于貨物運輸量在總運量中占有較大的比例，一般認為單機、調車和有動力停留等作業均為輔助作業，所以，常將萬噸公里油耗作為綜合考核指標。機車單位油耗計算公式為：

（1）

式（1）中：E為總油耗量，kg；Ey為牽引運行燃油消耗量，kg；Eo為機車惰行、空氣制動和站停燃油消耗量，kg；Ed為機車電阻制動燃油消耗量，kg；Et為機車出入段和途中調車、單機作業燃油消耗量，kg；ey為機車牽引工況（柴油機部分負荷）單位時間燃油消耗量，kg/min；eo為機車惰行、停留（柴油機空轉）單位時間燃油消耗量，kg/min；ed為機車電阻制動工況單位時間燃油消耗量，kg/min；t為各工況運行時間，min；G為牽引總質量，t；L為牽引區段長度，km。

由式（1）可知，機車單位油耗受牽引質量、區段長度、車站停留、出入段作業、途中調車、單機作業、機車熱力狀態（各工況單位時間燃油消耗量）和機車操縱方式（各工況所用時間）等因素的影響，機車操縱方式受司機操縱經驗、牽引質量、線路狀況、大風雨雪天氣、線路允許運行速度和臨時限速等因素的影響。影響機車單位油耗的各因素的關聯情況如圖1所示。

圖1 影響機車單位油耗的因素關聯圖

由圖1可知，影響機車單位油耗的因素比較多，并且它們相互耦合、錯綜復雜，既有主觀因素，又有客觀因素，既有可控因素，又有不可控因素。理清各因素與單位油耗的關系，減少主觀因素和可控因素對單位油耗的影響是降低內燃機車單位燃油消耗和運輸生產成本，達到節能降耗等目的的根本途徑。

2 機車單位油耗影響因素研究

2.1 與牽引質量的關系

由牛頓第二運動定律可知，當列車加速度a=0 m/s2時，機車牽引力等于列車阻力。依照生產原因可將列車阻力分為基本阻力和附加阻力。基本阻力是列車運行中的機械摩擦、輪對摩擦和氣動阻力等，附加阻力是當列車在坡道、曲線或隧道運行時產生的附加力。一般情況下，附加阻力是不隨速度變化而變化的，或者其隨速度的變化不大，因此，在同一區段上，機車牽引克服附加阻力所做的功基本上是一定值。《列車牽引計算規程》（TB/T 1407—1998）中提出了各機型、車型的單位基本阻力（不含制動助力），即：

DF8B牽引4 000 t重貨列車勻速運行阻力、速度、時間和燃油消耗如表1所示。這時，可以根據表1中的計算數據繪制列車燃油消耗隨速度變化的特性曲線。根據表1和圖5可以得出以下結論：①當列車運行速度相同時，機車單位燃油消耗隨坡度的增加而增大；②當列車在同一上坡坡道運行時，機車燃油消耗會先隨著速度的加快而急劇降低，再隨速度的加快而緩慢增大，坡度越大越明顯，列車最低耗油運行速度為30～45 km/h之間的某一點，并隨著坡度的增大而減小；③當列車在下坡坡道上運行時，機車油耗會隨著車速的加快而增加，即牽引手柄位和速度越低越省油。

2.4 與運輸組織的關系

由式（1）可知，各工況單位時間燃油消耗量和所用時間與燃油消耗量成線性關系。因為車站停留、出入段作業、途中調車和單機等輔助作業不產生萬噸公里，所以，其耗油量不可小覷，它是影響內燃機車單位燃油消耗的關鍵因素之一。優化運輸組織，盡量控制機車短交路，縮短車站停留、出入段作業、途中調車和單機等輔助作業的時間，不僅能大幅降低機車單位油耗，還能提高機車生產效率，降低檢修成本，最終實現降本增效。

2.5 機車單位油耗與列車操縱的關系

列車運行控制是一個多目標、多約束、非線性的復雜時變過程，但是，無論列車的實際運行過程如何復雜，列車操縱都可以分為牽引、惰行和制動3個基本環節。原則上講，牽引和制動工況是不允許同時存在的，并且不能直接相互轉換。在牽引工況下，機車牽引力做功會增加列車動能，克服列車運行阻力。此時，列車會接受牽引力和運行阻力的作用。在惰行工況下，列車僅受運行阻力的作用。當列車運行速度接近限速或需停車時，列車需施加制動力，降低列車運行速度。此時，列車受制動力和運行阻力的作用。由此可知，影響列車運行速度的力只有3種——機車牽引力，其值取決于柴油機的功率和運行

速度；機車運行阻力，其值取決于機車和車輛類型、運行速度、線路曲線和坡度等；列車制動力，其值取決于制動初速和制動力。列車運行工況和具體受力狀態如圖6所示。

由能量守恒定律可知，機車牽引做功（機車燃油消耗）等于列車克服運行阻力、制動力做功，克服重力勢能差。具體的計算公式為：

. 3 結束語

通過對影響內燃機車單位油耗因素的研究和分析發現，柴油機熱效率和運輸組織是制約機車單位油耗的關鍵因素，機車操縱是影響內燃機車單位油耗的主要因素。因此，在鐵路運輸生產的過程中，可以采取優化運輸組織，提高柴油機熱效率，提高機車操縱水平，降低機車打溫油耗和冬季燃油標號等一系列措施降低機車單位油耗和運輸生產成本，進而為公司鐵路運輸降本增效提供支持。

參考文獻

[1]鐵道部科學研究院機車車輛研究所.TB/T 1407—1998 列車牽引計算規程[S].北京：中國鐵道出版社，1999.

[2]韓長虎，劉杰民.列車優化運行與操縱[M].北京：中國鐵道出版社，2012.

〔編輯：白潔〕