基于列車運行圖的貨運機車車輛配置數量計算方法研究

楊 曉，李 博，孫鵬舉，王 睿

(中國鐵道科學研究院集團有限公司 運輸及經濟研究所，北京 100081)

0 引言

機車車輛配置數量計算是新建鐵路運營籌備的重要工作，也是鐵路運輸生產力布局的重要依據[1]。許多專家學者都對機車車輛配置數量計算進行了相關研究，朱傳林等[2]通過經濟分析及回歸計算法預測機車車輛需求量；尹勝銘[3]選擇線性回歸模型預測貨運周轉量，進而計算貨車配置數量；吳曉玲等[4]基于歷史運量數據，采用指數平滑、模糊移動平均、回歸分析法進行組合預測，得到貨運量及機車車輛配置數量。目前我國鐵路貨運機車車輛配置數量計算主要采用相關因素法，先預測貨運發送量、貨運周轉率、機車總重噸公里、貨運機車日產量、現車生產率等因素，再通過這些因素與機車、車輛數量之間的關系，進行貨運機車、車輛配置數量計算。但是，隨著我國鐵路路網規模的快速發展，鐵路技術設備和運輸組織模式發生很大變化，這種對運輸生產中機車、車輛工作效率經驗依賴性較強的計算方法，不能完全適應當前鐵路貨物運輸組織發展的需要，而且機車空重車換掛、列車組合分解、貨車裝卸等技術作業自動化水平不斷提高，對鐵路貨運機車車輛配置數量計算方法提出了新的要求。

另外，我國鐵路貨運機車車輛配置數量計算結果，主要作為全路或鐵路局集團公司管內范圍確定移動設備養護維修檢修生產力布局的支撐，以歷史年度貨運發送量和周轉率等統計數據為基礎，對貨運機車、車輛配置數量的粗略估算，無法精確計算出新建線路所需的機車、車輛配置數量。而貨運機車、車輛的運用數量與列車運行圖直接相關。因此，綜合考慮列車開行對數及運行時分、機車和車輛周轉時間、相關技術作業標準等因素，在目前相關因素法的基礎上對我國鐵路貨運機車、車輛配置進行研究，探討適應單條線路的機務、車輛系統資源運用模式，提出基于列車運行圖的貨運機車車輛配置數量計算方法，為新建線路運營籌備階段制定移動設備采購方案提供決策參考。

1 貨運機車車輛配置數量計算方法分析

1.1 機車配置數量計算方法

機車配置數量主要取決于基本運行圖列車對數和機車全周轉時間，計算公式為

式中:NJ表示機車配置數量，臺；δ表示機車使用系數；n表示基本運行圖列車對數，對/d；T表示機車全周轉時間，h；λ1表示機車檢備率，取20%[5]。

機車全周轉時間是從列車機車第一次工作完了返回機務段經過閘樓之時起，到下一次工作完了再次返回機務段經過閘樓之時止的全部時間，即機車每完成一次牽引任務所需要的全部時間，包括純運轉時間，中間站停留時間，本段及折返所停留時間[6]，計算公式為

式中:T表示機車全周轉時間，h；t旅表示機車途中旅行時間(含空走時間)，h；t中表示機車中間站停留時間，h；t段表示機車本段及折返段停留時間，h；t運表示運行線區段運行時分(含中間站停留時間)，h。

1.2 車輛配置數量計算方法

車輛配置數量主要取決于基本運行圖列車對數和車輛周轉時間，計算公式為

式中:NC表示車輛配置數量，輛；ui表示第i條運行線的日工作量，輛/d；θi表示第i條運行線的車輛周轉時間，d；λ2表示車輛檢備率，取26%[7-8]。

車輛運用是一個裝而后卸，裝了又卸，不斷循環的過程，每完成一次循環，貨車就算完成了一次周轉，就算完成了一個工作量，計算公式為

式中:ui表示第i條運行線的日工作量，輛/d；Gi表示第i條運行線完成的日均貨運量，t；gi表示第i條運行線采用的車輛載重，t。

車輛周轉時間是指運用車輛在一次周轉中(完成一個工作量的整個過程中)平均花費的時間，也就是每一個工作量平均所消耗的貨車日數，即運用貨車從第一次裝車完了或從鄰局接入重車之時起，到下一次裝車完了或從鄰局接入重車時止，在本局管內所花費的全部時間，包括貨車旅行時間、裝卸車作業及停留時間、其他技術作業時間[6]，計算公式為

式中:θi表示車輛周轉時間，d；t重表示貨車在重狀態下的旅行時間，h；α表示空車走行率[6]；t裝表示車輛的裝車作業時間，h；t卸表示車輛的卸車作業時間，h；t裝卸停表示車輛裝卸站的停留時間，h；t作業停表示車輛的技術作業(包括列檢、換掛等)停留時間，h。

2 案例研究

以2022年新建海外鐵路A至F段貨運機車車輛配置為案例，研究基于列車運行圖的貨運機車車輛配置數量計算方法。

2.1 基本運行圖方案

A至F鐵路項目包括A站(含)至F站(含)段正線工程及G港口支線工程，其中A至F段運營長度156.08 km，設A，B，C，D，E，F等6個車站，其中A站設機務段、F站為機務折返站；A至G港口支線長度6 km。

（1）機車類型。經過多次技術改進，內燃機車各方面技術已經趨于成熟，在國內已使用的各類型貨運機車中，DF4系列和DF8系列是符合未來發展趨勢的主型機車。結合A至F鐵路限制坡度為12‰，經牽引計算，得出主要貨運機車在12‰坡道線路上牽引質量如表1所示。

表1 主要貨運機車在12‰坡道線路上牽引質量Tab.1 Traction tonnage of the mainstream freight locomotives on the railways with 12‰ ramp

從表1可以看出，在12‰限制坡道上，雙機重聯能夠牽引4 000 t列車的機車類型為DF4D和DF8B型內燃機車；同時，與DF4D相比，DF8B型機車牽引功率大(3 100 kW)、持續速度高(31.2 km/h)，柴油機缸徑為280系列，其性能、可靠性、經濟性、排放等方面均具有優勢，因而貨運機車類型采用DF8B型內燃機車。

（2）車輛類型。A至F鐵路的貨物品類主要包括建材、糧食、化肥、集裝箱，需要采用敞車、棚車、平車裝載運輸。目前，國內外鐵路貨運中采用的敞車主要包括C61，C62，C63，C64，C70，C80等型號，棚車主要包括P62，P63，P64，P65，P70等型號，平車主要包括N16，N17，NX17，NX70等型號，主要貨運車輛技術參數如表2所示。

表2 主要貨運車輛技術參數Tab.2 Technical parameters of the mainstream freight vehicles

根據A至F鐵路設計文件，橋涵設計活載采用“中-活載[9]”，即貨車每延米重不應超過8.16 t/m，而C80型敞車每延米重為8.3 t/m，其余敞車均滿足橋涵活載標準；C80型、C61型、C63型敞車也為運煤專用敞車，不適合A至F鐵路貨物品類要求；在C62，C64，C70型3種通用敞車中，C70型敞車載重大、容積大、自重系數小、構造速度大、檢修周期長，敞車類型采用C70型。

P65型棚車為行包快運車，不適合A至F鐵路貨物品類要求；在P62，P63，P64，P70型4種通用棚車中，P70型棚車載重大、自重小、容積大、自重系數小、構造速度大、檢修周期長，棚車類型采用P70型。在N16，N17，NX17，NX70型4種平車中，NX70型為集裝箱共用平車，不僅適用于大尺寸建材，也適用于多種集裝箱運輸，并且載重大、面積大、構造速度大，平車類型采用NX70型。

（3）運行圖列車對數及運行時分。以全年貨運量、機車牽引質量、滿載系數等為基礎，運營籌備組編制了基本運行方案圖，2022年需要在G港口站至F卸車站之間開行30對貨運直達列車，按最高速度80 km/h運行，牽引質量4 000 t，載重系數0.72，即重車方向每開行1列可完成貨運量2 880 t；A站至F站列車運行時分為3 h 8 min，A站至G站列車運行時分為12 min。

（4）機車周轉交路。A機輛段配屬的機車擔當A至F段貨運機車交路，機車A機務段出段后掛空車運行至G港口站，進行空重車換掛，折返重車運行至F站，重空車換掛并進行整備作業，折返空車運行至A站入機務段，依次在G港口站至F站間往返運行，貨運周轉交路如圖1所示。

圖1 貨運周轉交路Fig.1 Freight turnover routing

2.2 機車車輛周轉時間參數

機車周轉時間受機車途中旅行時間、出入段、整備等因素影響，車輛周轉時間受裝卸車及停留時間、換掛、列檢等因素影響，參考國內貨運線路參數取值，A至F段貨運機車車輛周轉時間參數如表3所示。

表3 A至F段貨運機車車輛周轉時間參數Tab.3 Parameter of the turnaround time of the freight locomotives running on section A-F

2.3 機車車輛配置數量計算

以貨運機車、車輛周轉時間參數為基礎，利用上文所述方法計算求解，得出貨運機車車輛配置數量，2022年A—F段貨運機車車輛配置數量計算如表4所示。

經計算，2022年A至F段需配置DF8B型貨運機車30臺，配置貨運車輛共計1 446輛，根據不同類型貨物運量比例，C70，P70，NX70型車輛分別為930輛、200輛、316輛。

3 結束語

機車車輛配置數量是衡量新建鐵路移動設備運用效率的重要指標，通過對海外鐵路A至F段貨運機車車輛配置進行分析和計算，研究表明新建線路貨運機車車輛配置數量計算是一個與基本運行圖列車對數及運行時分、機車車輛周轉時間、檢備率等因素相關的規劃問題，可以通過基于列車運行圖的貨運機車車輛計算方法來解決，并在此基礎上確定機車車輛配置方案，一方面能夠節省移動設備采購成本，另一方面能夠提升列車運行圖產品供給質量和效率，為我國鐵路技術裝備“走出去”提供技術支撐。

表4 2022年A—F段貨運機車車輛配置數量計算Tab.4 Calculation of the number of the freight locomotives to beallocated running on ection A-F in 2022