尾部SS4機(jī)車在大秦線3組合4機(jī)牽引3萬t列車運(yùn)行試驗(yàn)中的作用分析

李杰波, 陸　陽, 賈　冰, 鄭重雨, 余　俊

(1　中國鐵道科學(xué)研究院　機(jī)車車輛研究所， 北京 100081；2　北京縱橫機(jī)電技術(shù)開發(fā)公司， 北京 100081)

?

尾部SS4機(jī)車在大秦線3組合4機(jī)牽引3萬t列車運(yùn)行試驗(yàn)中的作用分析

李杰波1, 陸陽1, 賈冰2, 鄭重雨2, 余俊2

(1中國鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所， 北京 100081；2北京縱橫機(jī)電技術(shù)開發(fā)公司， 北京 100081)

大秦線(含北同蒲線)3萬t綜合試驗(yàn)中牽引動(dòng)力采用3組合4機(jī)牽引的3+1方式，尾部加掛了一臺(tái)SS4直流傳動(dòng)機(jī)車。試驗(yàn)結(jié)果表明運(yùn)行試驗(yàn)尾部SS4機(jī)車在列車牽引及制動(dòng)方面均發(fā)揮了積極作用，既提高了試驗(yàn)編組機(jī)車的整體牽引能力，又改善了整列編組機(jī)車電制力的分布，在循環(huán)制動(dòng)時(shí)施加的電阻制動(dòng)對(duì)網(wǎng)壓抬升有平抑作用；同時(shí)顯著改善了列車空氣制動(dòng)、緩解同步性，縮短了列車再充氣時(shí)間，從而有助于提高列車在大秦線兩個(gè)長(zhǎng)大下坡道運(yùn)行的安全性。

大秦線； 3萬t； SS4； 牽引

2014年4月2日由3臺(tái)HXD1型交流傳動(dòng)機(jī)車和1臺(tái)SS4直流傳動(dòng)機(jī)車作為牽引動(dòng)力，采用LOCOTROL同步操縱牽引315 550 t貨車從北同蒲線袁樹林站運(yùn)行至大秦線柳村南站，3萬t重載列車運(yùn)行試驗(yàn)取得圓滿成功。

本次試驗(yàn)中，試驗(yàn)編組方式為：HXD1 066機(jī)車(主控機(jī)車)+SY997745試驗(yàn)車+105輛C80貨車+HXD1 001機(jī)車(從控1)+105輛C80貨車+HXD1 069機(jī)車(從控2)+81輛C80貨車+SS40862(從控3)。

與以往單臺(tái)HXD1機(jī)車牽引開行單編萬t或2萬t組合列車編組方式明顯區(qū)別的是，在3個(gè)單編萬噸的基礎(chǔ)上，尾部加掛了1臺(tái)SS4直流傳動(dòng)機(jī)車，即3組合4機(jī)牽引的1+1+1+1編組方式，簡(jiǎn)稱“3+1”方式。尾部SS4機(jī)車作為在試驗(yàn)中為安全保障的補(bǔ)機(jī)，在3萬t列車運(yùn)行中實(shí)際所發(fā)揮的作用值得分析和探討。

1　對(duì)機(jī)車牽引能力的影響

1.1提高了起動(dòng)牽引力能力

相比于“1+1+1”編組3臺(tái)HXD1機(jī)車牽引3萬t，“3+1”編組機(jī)車牽引能力大幅提高。

根據(jù)2007年HXD1單機(jī)牽引1萬t和2臺(tái)HXD1機(jī)車1+1模式牽引2萬t的試驗(yàn)結(jié)果，從牽引能力方面表明試驗(yàn)編組不能充分滿足4‰長(zhǎng)大上坡道停車后恢復(fù)正常運(yùn)行的要求。根據(jù)HXD1和SS4機(jī)車的牽引特性進(jìn)行牽引計(jì)算[1]， 1+1+1編組牽引3萬t在4‰長(zhǎng)大上坡道起動(dòng)阻力接近2 276 kN，3臺(tái)機(jī)車最大牽引力計(jì)算值為2 280 kN，牽引定數(shù)基本上達(dá)到了最大化。如果按照機(jī)車牽引力使用系數(shù)0.9考慮，或者在軌面黏著不好情況下，4‰長(zhǎng)大上坡道起動(dòng)難以成功，見圖1。

因此增加1臺(tái)機(jī)車，提高機(jī)車牽引能力，包括起動(dòng)能力和坡道平衡速度，即使在天氣不良、煤塵等造成軌面黏著不好條件下，不影響牽引定數(shù)。

圖1　牽引3萬t機(jī)車總牽引力及4‰上坡道運(yùn)行阻力關(guān)系

1.2牽引特性控制差異的影響

在試驗(yàn)中1臺(tái)HXD1為主控，2臺(tái)HXD1分別為從控1、從控2，SS4為從控3，運(yùn)行過程中經(jīng)常存在主控機(jī)車、從控1及從控2有牽引力/電制力、從控3機(jī)車無流現(xiàn)象，見圖2、圖3。

該現(xiàn)象與2009年互聯(lián)互通試驗(yàn)結(jié)果完全相同，主要原因是由于不同機(jī)型機(jī)車牽引控制邏輯不同，在同樣的司控指令條件下，機(jī)車發(fā)揮的牽引力有區(qū)別的，見表1(電制力類似)。正是由于不同機(jī)型控制特性的差異，司控器等效的互聯(lián)互通邏輯無法實(shí)現(xiàn)不同機(jī)型間牽引力、電制力控制上的等效[2]。

圖2　牽引工況HXD1有牽引力、SS4無牽引力情況

圖3　電制工況HXD1有電制、SS4無電制情況

級(jí)位10%級(jí)位20%級(jí)位30%速度范圍SS4HXD1速度范圍SS4HXD1速度范圍SS4HXD10～8km/h25700～17km/h90160～1500～26km/h170230～2108～11km/h25～07017～22km/h90～015017～33km/h170～0210～190>11km/h070～35>22km/h0150～60>33km/h0190～90級(jí)位40%級(jí)位50%速度范圍SS4HXD1速度范圍SS4HXD10～34km/h270305～2600～40km/h375380～32034～44km/h270～0260～24040～56km/h375～0320～280>44km/h0240～120>56km/h0280～140級(jí)位60%級(jí)位70%級(jí)位80%速度范圍SS4HXD1速度范圍SS4HXD1速度范圍SS4HXD10～40km/h476460～3800～15km/h580530～5100～4km/h63061040～50km/h476～440380～36015～60km/h580～375510～3804～70km/h630～325610～39050～66km/h440～0360～32060～78km/h375～0380～31070～88km/h325～0390～310>66km/h0320～175>78km/h0310～200>88km/h0310～230級(jí)位90%級(jí)位100%速度范圍SS4HXD1速度范圍SS4HXD10～4km/h6306850～4km/h6307704～85km/h630～250685～3604～100km/h630～170770～35085～100km/h250～0360～310100～101km/h170～0350

試驗(yàn)過程中，并未出現(xiàn)因牽引特性控制差異導(dǎo)致列車縱向力急劇變化現(xiàn)象，主要原因分析有3：

(1)試驗(yàn)中出現(xiàn)HXD1機(jī)車出力、SS4機(jī)車不出力的現(xiàn)象主要在速度較高、牽引級(jí)位百分比較低的時(shí)候；

(2)由于尾部從控機(jī)車SS4為準(zhǔn)恒速控制特性，當(dāng)速度達(dá)到SS4機(jī)車準(zhǔn)恒速控制特性覆蓋速度點(diǎn)時(shí)，SS4機(jī)車牽引力從該特性下速度拐點(diǎn)牽引力下降斜線處隨速度變化慢慢恢復(fù)，而不是劇烈突增；

(3)整列牽引力構(gòu)成中，3臺(tái)HXD1為牽引力的主要來源，SS4機(jī)車牽引力在整列牽引力中并未占主要部分。1.3牽引能耗的影響

表2是3+1編組4臺(tái)機(jī)車耗電量和再生發(fā)電量的統(tǒng)計(jì)。其中SS4機(jī)車的耗電量達(dá)到3臺(tái)HXD1機(jī)車平均耗電量的43%。

表2　試驗(yàn)列車機(jī)車能耗統(tǒng)計(jì)結(jié)果

由于SS4機(jī)車牽引準(zhǔn)恒速的控制方式，在速度較高牽引級(jí)位較低時(shí)無牽引力，導(dǎo)致大部分運(yùn)行時(shí)間內(nèi)機(jī)車是空載運(yùn)行，經(jīng)過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，空載損耗占據(jù)了SS4機(jī)車牽引總能耗的11%，空載運(yùn)行的時(shí)間約占65%。也即，從控SS4機(jī)車在整個(gè)3萬t運(yùn)行中作為牽引機(jī)車的牽引能力利用并不充分，較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)無牽引發(fā)揮，不僅空載能耗較大，也造成運(yùn)能浪費(fèi)。

2　對(duì)網(wǎng)壓波動(dòng)的影響

大秦線兩個(gè)長(zhǎng)大下坡道的循環(huán)制動(dòng)，交流傳動(dòng)機(jī)車再生制動(dòng)對(duì)網(wǎng)壓的敏感性是關(guān)注的重點(diǎn)之一。循環(huán)制動(dòng)過程中，從控3機(jī)車SS4施加了相應(yīng)的電阻制動(dòng)。在實(shí)施較大級(jí)位電氣制動(dòng)時(shí)，從控3機(jī)車SS40862電阻制動(dòng)也同步施加，一方面可以降低HXD1機(jī)車再生制動(dòng)力的利用，減少機(jī)車出現(xiàn)電制滑行的概率；一方面避免HXD1機(jī)車再生能量過大過快造成網(wǎng)壓抬升幅度過大，對(duì)網(wǎng)壓抬升起到平抑作用。一旦SS4機(jī)車退出試驗(yàn)編組，3臺(tái)HXD1機(jī)車施加的再生制動(dòng)力將要分擔(dān)SS4機(jī)車所施加的電制力，按照目前大秦線的操縱方式，最高將達(dá)到90%以上，再生制動(dòng)時(shí)所形成的網(wǎng)壓抬升將會(huì)有所提高。

試驗(yàn)時(shí)在循環(huán)制動(dòng)期間，機(jī)車手柄級(jí)位百分比基本不超過75%(其中一次制動(dòng)達(dá)到80%)。從圖4可以看出，主控HXD1再生制動(dòng)功率數(shù)據(jù)點(diǎn)密集分布額定功率的50%～75%區(qū)域，未出現(xiàn)HXD1機(jī)車再生制動(dòng)力利用至100%情況。

通過表3對(duì)循環(huán)制動(dòng)區(qū)間網(wǎng)壓的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，3萬t運(yùn)行時(shí)在循環(huán)制動(dòng)區(qū)間，最高網(wǎng)壓未超過機(jī)車過壓保護(hù)值，網(wǎng)壓的波動(dòng)幅度也在機(jī)車正常工作網(wǎng)壓范圍內(nèi)。

3　對(duì)制動(dòng)充風(fēng)時(shí)間的影響

根據(jù)以往大秦線2萬t實(shí)測(cè)結(jié)果，1+1編組2萬t列車在循環(huán)制動(dòng)緩解過程中頻繁產(chǎn)生大于1 000 kN的車鉤力，其原因主要是由于列車緩解的不同步造成的。

圖4　3萬t列車主控機(jī)車電機(jī)再生制動(dòng)功率發(fā)揮(化稍營—茶塢)

序號(hào)車站站中心3萬t最高網(wǎng)壓/kV最低網(wǎng)壓/kV網(wǎng)壓波動(dòng)幅度/kV1化稍營K129+02028.927.51.42王家灣K152+83628.726.62.13涿鹿K182+67428.726.62.14沙城東K218+26328.524.14.45北辛堡K237+01428.725.53.26延慶K262+51428.524.83.77鐵爐村K285+21128.126.71.48下莊K307+69228.827.71.19茶塢K327+250

本次試驗(yàn)的編組方式，由于列車尾部加掛了1臺(tái)從控機(jī)車，緩解時(shí)同步充風(fēng)，大大提高了列車緩解同步性，有助于降低循環(huán)制動(dòng)緩解時(shí)的縱向力。在靜態(tài)試驗(yàn)中通訊正常工況下，主控機(jī)車實(shí)施緩解后，全列車在10之內(nèi)均可開始緩解，而1+1 2萬t編組最長(zhǎng)緩解開始時(shí)間為21 s[3]。

3萬t試驗(yàn)時(shí)在K141～K179進(jìn)行了4次循環(huán)制動(dòng)調(diào)速，走行距離40.078 km，最長(zhǎng)制動(dòng)帶閘時(shí)間225 s，最短可用再充氣時(shí)間226 s；在K275～K325區(qū)段同樣進(jìn)行了4次循環(huán)制動(dòng)調(diào)速，走行距離50.542 km，最短可用再充氣時(shí)間235 s。整個(gè)循環(huán)制動(dòng)期間僅出現(xiàn)一次測(cè)試的貨車斷面車鉤力略大于1 000 kN的情況。相比于“1+1+1”編組，“3+1”編組列車充風(fēng)能力提高，相當(dāng)于增加1臺(tái)風(fēng)源，縮短了充氣時(shí)間，再充氣時(shí)間縮短有助于提高列車坡道運(yùn)行的安全性。

4　結(jié)論和建議

試驗(yàn)結(jié)果表明大秦線(含北同蒲線)3萬t綜合試驗(yàn)中牽引動(dòng)力采用3組合4機(jī)牽引的3+1方式，尾部加掛了1臺(tái)SS4直流傳動(dòng)機(jī)車，在列車牽引及制動(dòng)方面均發(fā)揮了積極作用。尾部SS4機(jī)車提高了試驗(yàn)編組機(jī)車的整體牽引能力，又改善了整列編組機(jī)車電制力的分布，在循環(huán)制動(dòng)時(shí)施加的電阻制動(dòng)對(duì)網(wǎng)壓抬升有平抑作用；同時(shí)顯著改善了列車空氣制動(dòng)、緩解同步性，縮短了列車再充氣時(shí)間，從而有助于提高列車在大秦線兩個(gè)長(zhǎng)大下坡道運(yùn)行的安全性。

在該試驗(yàn)編組條件下，應(yīng)加強(qiáng)考慮因機(jī)車牽引特性控制差異對(duì)司機(jī)操縱的影響。

[1]中華人民共和國鐵道部．TB/T 1407-1998列車牽引計(jì)算規(guī)程[S]．北京：中國鐵道出版社，1999.

[2]張波,李杰波,陸陽. 中國鐵道科學(xué)研究院60周年學(xué)術(shù)論文集:大秦線和諧機(jī)車互聯(lián)互通牽引試驗(yàn)研究[C].北京:中國鐵道出版社,2010年.

[3]姚小沛．大秦線3萬t組合列車綜合試驗(yàn)-列車性能測(cè)試報(bào)告[R]．北京：中國鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所，2014.

廣告目次

國電南瑞科技股份有限公司

(封2)

蘇州康開電氣有限公司

(封3)

北京縱橫機(jī)電技術(shù)開發(fā)公司

(封4)

深圳中電華星電子技術(shù)有限公司

(前插1)

BP石油

(前插2)

北京鼎漢技術(shù)股份有限公司

(前插3)

易格斯拖鏈軸承倉儲(chǔ)貿(mào)易(上海)有限公司

(前插4)

北京力碼科信息技術(shù)股份有限公司

(前插5)

貴陽易佰仁和科技有限公司

(前插6)

盛博科技嵌入式計(jì)算機(jī)有限公司

(前插7)

可魯勃潤(rùn)滑劑(上海)有限公司

(前插8)

江西奈爾斯西蒙斯赫根賽特中機(jī)有限公司

(后插1)

武漢潤(rùn)通邁達(dá)高新技術(shù)產(chǎn)品有限公司

(后插2)

Influence of SS4Locomotive on 30 000 t Train Running Test on Daqin Line Combined by 3 Units and Drived by 4 Locomotives

LIJiebo1,LUYang1,JIABing2,ZHENGChongyu2,YUJun2

(1Locomotive & Car Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China；2Beijing Zongheng Electro-Mechanical Technology Development Co.， Beijing 100081, China)

One SS4DC drive locomotive is coupled on the tail for 30 000 t train running test on Daqin line (included Beitongpu line), combined by 3 units and driven by 4 locomotives. The SS4locomotive gives a positive influence on train traction and braking. It shows that the SS4locomotive has enlarged the train traction power, improved the distribution of the train electric braking force, and restrained the line voltage applied resistance brake during combined brake. It is helpful to improve the safety when running down hill on Daqin line, due to distinctly improved synchronization when applied and released the air brake, and the shortening charging time.

Daqin line; 30 000 t; SS4; drive

1008-7842 (2016) 03-0121-04

??)男，副研究員(

2015-12-18)

U264.91+7

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.03.27