浅谈高坡区段旅客列车的平稳操纵方法

2014-03-17张一任

郑州铁路职业技术学院学报 2014年1期

张一任

(郑州铁路局新乡机务段，河南新乡 453000)

0 引言

随着铁路总公司“服务旅客，创先争优”活动的深入开展，机车乘务员应意识到只有更好地实现“安全、正点、平稳、舒适”，才能提高铁路运输的整体水平和服务形象。因此，切实提高机车乘务员的操纵质量势在必行。

我段担当的客车牵引区段中，月山到长治北间共有长大坡道39 处，最大坡度达20‰，复杂的线路地形对列车平稳运行和乘务员操作水平提出了更高的要求。本文针对该区间地形复杂、坡度多变的特点，分析列车的受力情况以及平稳运行的条件，总结出列车在不同坡道上平稳起动、运行和调速的方法，有效地降低了旅客列车冲击现象的出现，实现了旅客列车的平稳运行。

1 冲击的产生

列车是指编成的车列并挂有机车及规定的列车标志。机车和车辆间及车辆和车辆间是由车钩及缓冲装置连接的，钩间的间隙很易使机车和车辆间产生纵向力，这纵向力就是列车产生冲击的根本原因。

列车运行工况分为稳定工况和过渡工况。过渡工况下列车车钩间隙是一直变化的。由于缓冲器容量和行程有限，当车钩受力增大到一定程度，缓冲器就会完全被压缩，如果车钩力再继续增加，那么缓冲器已经不再起缓冲作用，于是出现了所谓的“刚性冲击”，形成列车冲动。

2 冲击产生的动力学分析

列车运行时受到的力主要有:机车牵引力(F)、列车阻力(W)和列车制动力(B)等。其中列车阻力最为复杂多变，阻力可分为基本阻力和附加阻力，而附加阻力分为坡道、隧道和曲线附加阻力。在高坡区段对列车运行影响最大的就是坡道附加阻力。列车运行中冲动的产生与其受力情况有直接关系。

2.1 列车起动时冲击分析

列车起动时，车钩受到机车牵引力F 的作用，前部车钩拉力最大，越往后越小。列车起动时的纵向力与牵引力提升的快慢以及车钩间隙状态有关。因此，起动前应先拉钩，并且尽量减小起动电流，为列车平稳起动打基础。

2.2 列车运行中冲击分析

2.2.1 无坡道变化

无坡道变化即平道或相同坡道上运行。在无坡道变化时，当机车牵引力F 大于列车运行阻力W时，列车获得一个与列车运行方向相同的加速度a，那么列车所受合力C 为:

其中M 为列车质量。

当C ＞0 时，列车加速前进，而机车牵引力是由前向后依次传递的，就会导致机车先加速，车辆后加速，冲动也就产生了，并且牵引力越大冲动就越大。当机车牵引力恒定不变时，机车加速度和车辆的加速度相等后，机车车辆状态稳定，列车就又恢复到平稳状态。

同理，当C ＜0 时，即减小机车牵引力F 时，会产生车钩压缩的过程，产生冲击。所以回司机控制器主手柄时应缓慢退级，尽量减小列车冲动。

当F=W 时，这两个是一对平衡力，列车匀速前进，加速度为0，列车不会出现冲击现象。

总而言之，列车以恒速运行或恒加速度加速时最为平稳。

2.2.2 坡道变化

列车运行中坡道变化是常见现象，下面分别对这些情况进行分析。

平道向上下坡道转换和上下坡道转为平道时，机车先受到坡道附加阻力作用，使机车加速度与车辆加速度不同，车钩出现伸张或者压缩，从而产生冲动。只有随着坡度的变化逐步增大机车牵引力(制动力)，才能保证机车加速度和车辆加速度相同，保持列车平稳。

上下坡道的转换，也就是列车通过通常所说的“鱼背形坡道”和“锅底形坡道(反鱼背形)”。机车经过变坡点后，受到一个与车辆相反的坡道阻力，使车钩发生变化，且这两种情况下车钩变化比较明显，若此时改变机车工况，冲动最为明显。

2.3 列车制动和缓解时的冲击分析

我国普遍使用的是空气制动机，制动、缓解指令均通过连结在一起的列车制动管的制动波、缓解波来传递，因而是机车先制动或者缓解，尾部车辆最后制动或者缓解。

由此可知，车钩在压缩状态下制动、拉伸状态下缓解，列车的冲动就会减轻。但在现实生产中这种情况很少存在，因此提出了“牵引辅助制动法”:实施制动前，将机车单电机牵引力控制在5～10kN(相控机车牵引电机电流控制在200A 以下)，利用机车较小的牵引力使列车处于牵引状态下运行并拉伸全部车钩后，实施减压制动(初次减压量不宜过大，一般掌握在50kPa)后，单阀缓解，使机车始终呈缓解状态，列车产生制动作用并稳定降速(时间原则上应控制在5s 以上)后，视具体情况可采用解除或不解除牵引力的制动方法。该方法使机车小牵引力状态下小减压制动，突破了传统的操纵方法，解决了旅客列车平稳操纵关键环节上存在的问题，经实践检验取得了理想效果。

总之，冲击产生的原因可以归结为:机车与车辆、车辆与车辆之间的运动状态突然发生变化，与之相连的车辆由于惯性还保持原来的状态，这两者产生了不同的加速度，加速度差达到一定值，冲动就产生了。所以减少机车和车辆的加速度变化，是实现列车平稳操纵的依据和核心理念。

3 实际应用

下面以月山至长治北间的客车6907/8 次列车为例，介绍高坡区段旅客列车的平稳操纵方法。

3.1 列车坡道起动

下面以赵庄站为例介绍列车坡道起车的方法，赵庄站站内坡度为6‰，为该区段站内坡度最大的站点。

上坡道起车:当坡道大于3‰时，必须采取保压起车法，先将调速手柄置“*”位，机车产生牵引力后，逐步缓解小闸，待机车与第一位车辆之间车钩伸张后再缓解大闸，同时逐渐增大机车牵引力，使列车平稳起动，防止列车后溜。全列起动后逐步提手柄至所需级位，使牵引力平滑上升，列车均匀加速。

下坡道起车:必须保压起车，列车启动后，逐渐将手柄级位提至“2.0”，待列车涨速到20km/h，机车牵引力自动减小至“0”后，将手柄回到“0”位，让列车自然涨速，主要是给列车足够的充风时间，为出站后的贯通试验做准备，列车出站后便进入9～12‰长大下坡道，侧线道岔限速45km/h，当列车速度达到38km/h 时，自阀减压50kPa，同时单缓自阀(侧拍)，待列车降速5km/h(我段要求贯通试验速度必须下降5km/h)后，将手柄置制动区“*”位，保持8s 以上，使整列车钩压缩后再缓解自阀，同时逐步增大机车制动力，使列车均匀涨速，待速度达到理想速度2km/h 时，按下“定速”按钮，使列车恒速运行。

3.2 坡道运行

3.2.1 基本原则

旅客列车途中运行基本原则包括以下几点:①牵引工况手柄回“0”时机，最好在下坡道。②制动工况手柄回“0”时机，最好在上坡道或者平道。③和谐机车提手柄牵引时，手柄级位适当比速度低0.1～0.2 级位(下坡道惰行时除外)，拉伸车钩后再继续加载;使用制动工况时，手柄置制动区“*”位保持8s 以上，方可继续增加制动力。

3.2.2 坡道运行调速

列车在长大下坡道调速时采用“空电配合调速法”，做到“动力制动为主，空气制动为辅”。在列车进入下坡道时，投入动力制动，待列车继续增速的同时，再逐步增加制动电流。当动力制动不能满足控制列车运行速度的要求时，采用空气制动调整列车运行速度。缓解列车制动时，应在缓解空气制动后，再逐步解除动力制动。具体操作如下:保持机车电制动力，大闸实施初减，车体稳定后，根据速度要求，适量追加减压，列车速度下降至所需速度后，缓解大闸，同时适当增加电制动，使车钩始终保持压缩状态，根据前方线路纵断面和列车运行速度情况适当调整电制动力。速度下降的同时应注意保持机车制动力不变(相控机车应随速度下降，逐渐提升手柄位置，保持制动电流不变)。

平道、上坡道以及坡度小于3‰的下坡道应采用“牵引辅助制动法”调速。

3.2.3 过分相操纵法

长大上坡过分相时:分相前逐级退回手柄(要根据线路坡度选择回手柄时机，切勿盲目操纵造成机车掉分相，困难区段可采取快速回零法)，使牵引力均匀下降至零，手柄在禁止双弓标前回零后断电，合闸后根据速度找级位，低于列车速度对应级位0.2级，产生牵引力后，调速手柄下调0.1 级，保持低牵引力抻钩后，再逐步提升至所需级位。

长大下坡过分相时:分相前500 米自阀减压50kPa，待车体制动稳定后，单阀至制区，机车制动缸保持50kPa，同时调速手柄回零位，断电过分相，合闸后，调速手柄在制动“*”位，缓解单阀，根据线路纵断面情况，逐步增加调速手柄位置至适当级位，保持运行300 米或8 秒后再缓解列车制动。

3.2.4 起伏坡道操纵法

列车在过坡底时:用电制下坡时，自阀减压50kPa，单阀至制区，同时调速手柄回零位，然后慢慢缓解单阀，车钩拉伸后，调速手柄在牵引位根据速度找位置使牵引力缓慢上升，全列车钩伸张后，再缓解列车制动，操纵必须在列车到达坡底前完成。

列车过坡顶时:在上坡道低于5‰的地段时，应在坡顶前手柄逐步回零，车钩自动压缩后，调速手柄置制动“* ”级，保持制动力使车钩压缩，转下坡后，根据线路纵断面情况找合适级位进行控速;在上坡道大于5‰的地段时，应保持牵引位至全列转入下坡后，实施初减，同时逐步回手柄至零位，全列制动后，再将调速手柄置制动“*”，根据线路纵断面情况，逐步增加调速手柄位置至适当级位，保持运行300 米或8 秒以上再缓解列车制动。

下面以北板桥站至南陈铺站运行曲线为例，介绍起伏区段操纵办法，线路概况如图1 所示。

列车平稳起车后，进入上坡道前将列车速度达到限速值，尽量让列车在A-B 间匀速运行。列车到达坡顶(B 点)后，手柄位置不变，保持列车拉伸状态通过坡顶，全列转入下坡后，将手柄回“0”位，进行贯通试验，列车到达坡底(C 点)前，根据速度适当追加减压量，使列车到达坡底前速度降至40km/h 以下，手柄级位放置“4.0”，缓解列车制动，列车平稳通过C-D 点进站停车。