我國調車機車實際需求分析

黃貴+劉瑛子+李培功+胡濤

摘 要：我國既有DF系列調車機車不能完全滿足運用的需求，而新近投入運用的4400馬力交流傳動調車內燃機車在站場作業時普遍反映功率富余較大。本文圍繞機車功率、牽引性能等方面對我國調車機車的實際需求進行分析。

關鍵詞：調車機車；牽引性能；需求分析；編組場

0 引言

我國目前的調車機車主要以DF系列調車機車為主，但普遍運用年限較長，同時機車的牽引性能也不能完全滿足運用的需求。近年來，4400馬力交流傳動調車內燃機車批量投入運用，但普遍反映在站場作業時機車功率富余較大，對調車機車的特殊運用工況適應性有待加強。為了更好的開發新的調車機車，有必要對我國調車機車的實際需求進行分析。

1 調車機車作業工況及運用問題

1.1 站段作業工況

編組作業：進行平面調車作業，牽引速度30 km/h以下。

駝峰作業：推峰噸位普遍在4500～5000t，最大坡道45‰，牽引速度基本在10km/h以下。

整列牽出：牽引噸位在4500～6000t，大部分站段牽引速度在25 km/h以下。

小運轉：每個站段小運轉區段的坡道不同，最大的達30‰，牽引速度在40～80km/h，由于受機車功率及牽引性能的影響，部分機務段采用干線機車小運轉作業。

1.2 既有DF調車機車運用問題

1.2.1 連續作業能力不足

既有調小機車的燃油箱容積基本在5500L以下，可利用的油量僅4000L左右，編尾調車時，日油耗量可達1600L，因此許多調小機車2～3天就要補油，連續作業能力嚴重不足。

1.2.2 牽引力不足

既有調小機車受機車軸重、電傳動方式、控制方式和粘著利用的影響，起動和持續牽引力均較低，牽引能力不足使機車頻繁空轉打滑、加速性能差、整列牽出效率和轉調作業能力低。

1.2.3 調運能力不足

既有調小機車受功率、牽引力、線路坡道、連續作業能力等因素的限制，調運能力明顯不足。目前各站段靠延長工作時間及采用干線機車來擔當調運任務，彌補調小機車調運能力不足的問題。

1.2.4 司乘人員工作環境差

調車機車會加裝調監系統等第三方設備，由于設計初期未預留接口和安裝位置，造成司機室布局凌亂、工作空間狹小，舒適性差，操作不方便，同時配備的生活設施性能較差。

1.2.5 經濟性差

調車機車特殊的工況特點，使其長時間處于惰轉及低負荷運行狀態、全功率運行時間少，燃油利用率較低，經濟性指標較差。

1.3 “和諧”系列調車機車運用問題

1.3.1 功率富余較大

現有“和諧”系列調車機車裝車功率3500 kW，如僅用作站場編組及推峰作業，和諧系列調車機車功率富余較大，機車高檔位運用頻率極低。

1.3.2 部分功能設置操作不便

“和諧”系列調車內燃機車自2015年投入運用以來，部分功能設置存在操作不便的問題。

a） 低檔位功率跨度大，推峰作業頻繁換擋；

b） 冷機狀態起機時間長；

c）前后車梯較陡，上下機車不便；

1.3.3 部分零部件可靠性有待提高

“和諧”系列調車內燃機車存在頭燈壽命短、油位顯示儀誤差大、DK-2制動機分配閥泄露、散熱單節漏水等零部件質量和可靠性方面的問題。

1.3.4 適應性有待改進

“和諧”系列調車內燃機車存在以下不適應調車機車工況的問題：

a）長期低檔位運用形成排煙管積碳、增壓器滲油、冒黑煙

b）由于“和諧”系列機車采用合成閘瓦，同時由于機車軸重提高到25t，低速下制動距離較DF7G長。

c）由于調車機車后面車輛不接風管，造成空壓機打風時間短，油溫較低，水汽不能有效排出，引起空壓機機油乳化。

2 實際需求分析

2.1 功率需求分析

采集DF系列調車機車監控數據及“和諧”系列4400馬力交流傳動調車機車站場運用數據，得出DF系列和“和諧”系列調車機車各檔位平均使用時間占比見表1。根據表1，DF系列調車機車柴油機99%的時間工作在900轉以下，功率基本滿足運用的需求?！昂椭C”型調車機車在站場作業時98%的時間運用在4檔位以下，大部分時間在惰轉位、1檔位和2檔位工作，機車的功率富余較大。

采集“和諧”系列4400馬力交流傳動調車機車部分小運轉及大坡道整列牽出數據見表2，從表中可以看出，在小運轉工況及大坡道重載時，需求功率在3000kW以上。

對DF7G型機車和HXN5B型機車相關檔位功率進行對比，如表3。

結合表1和表3分析，“和諧”系列調車機車和DF系列調車機車在站場作業時功率使用情況完全吻合，運用的最大功率基本都不超過1800 kW，因此機車功率保持與DF7G型機車水平相當即可滿足站場作業的運用需求。但在小運轉或大坡道重載牽引時，根據表2分析功率需求在3000kW左右，“和諧”系列4400馬力調車機車比較適合。

2.2 牽引性能需求分析

根據既有調車機車的運用數據分析，得出DF7G型機車柴油機900rpm和1000rpm時的牽引特性[1]以及“和諧”系列HXN5B型4400馬力調車機車4檔位和5檔位牽引特性。據此，站場作業需求的牽引特性與DF7G型機車最大檔位（柴油機轉速1000rpm）和“和諧”系列HXN5B型4400馬力調車機車5檔位水平相當即可滿足要求，同時考慮起動加速性能，采用交流傳動進一步提高起動牽引力至500kN以上即可完全滿足運用的需要。分析目前國內內燃機車采用的主流柴油機，6缸柴油機及12缸240柴油機均滿足裝車要求，牽引特性分析見圖1。

2.3 功能需求分析

從目前各站段的運用現狀及管理方式來看，調車機車基本上都是在一定的站段區域進行固定的作業。采用交流傳動、微機控制，提高機車的起動牽引和持續牽引力，同時增大燃油箱容積，以解決既有直流調車機車牽引力不足及整備周期間隔短的問題，“和諧”系列調車機車解決現有問題即可滿足運用需求。

由于調車機車長時間期處于惰轉，在降低惰轉轉速的同時應盡量降低柴油機部分負荷的燃油消耗率，通過結構和控制程序優化，解決長時間惰轉造成的燃燒不充分，燃油霧化不良及排氣管積油等現象。柴油機采用燃油電子噴射系統和動力組結構，以利于檢修維護。

針對調車機車低速運行、單機制動的特點，考慮提高合成閘瓦摩擦系數和單元制動器倍率，解決低速下制動力弱的問題。優化完善空壓機控制策略，考慮空壓機打風完成后進行內部循環，解決空壓機機油乳化問題。

3 結語

根據實際調研和站場作業數據分析，我國調車機車的實際需求不是機車功率不夠，而是既有的DF系列機車牽引能力不夠。調車機車如僅擔當站場編組、推峰及整列牽出作業，機車功率與DF7G型機車相當，并適當提高牽引性能即可滿足運用需求。

為全面滿足小運轉、救援等特殊工況的需求，同時也兼顧考慮站場長遠擴編的需要，4400馬力交流傳動調車機車在功率、軸重和牽引力方面均比較合適。因此，調車機車未來應形成3000馬力和4000馬力等級交流傳動調車機車高低搭配的系列產品，以更好的滿足實際運用的需要。

參考文獻

[1] 饒忠.《列車牽引計算》.中國鐵道出版社.1996年.