关于对使用HXD3C型电力机车牵引货物列车在南曹线平稳优化运行方案的探讨

2015-07-26张万睿济南铁路局济南西机务段济南250000

山东工业技术 2015年5期

张万睿（济南铁路局济南西机务段,济南 250000）

张万睿
（济南铁路局济南西机务段,济南 250000）

通过对HXD3C型电力机车牵引、制动性能、制动机工作特性和货运列车平稳操纵原理的分析及研究，以此来探索HXD3C型机车牵引货运列车的优化操纵方法。为纠正机车乘务员使用HXD3C型电力机车不良操纵习惯，提高机车乘务员优化操纵技术水平以及对人工控制列车优化运行及应用技术进行研究具有非常重要的实现安全和经济意义。

电力机车；牵引/制动；货运列车；长大下坡道；操纵；南曹线

1　HXD3C型机车牵引货物列车在起伏坡道上产生冲动的原因及分析

2012年由北京二七轨道交通装备制造了首批15台不带列车供电设备的HXD3C型交流传动六轴7200KW干线货运电力机车（6001～6015）并配属济南铁路局济南西机务段，用于担当京沪线济南-天津区段的货运列车牵引任务。由于该机型到段上线时间短，机车乘务员对该机型的牵引、制动性能、制动机工作特性还没有完全的掌握和熟练操作使用，导致在操作过程中产生较多的冲动，牵引货物列车运行在南仓至曹庄的“鱼背形”线路时尤为明显。

HXD3C型机车牵引货运列车在南曹线运行时产生冲动的原因主要有以下几方面：信号及监控装置的影响频繁使用动力制动及起伏坡道产生的冲动；通过变坡点以及直道转弯道或弯道转直道、过分相频繁调整手柄级位产生的冲动；车钩间隙及各车钩缓冲装置张力的不同、及货物列车各种车辆的重量不同；启车或停车产生的冲动。

2　HXD3C型电力机车牵引货物列车在南曹线较长下坡道上利用动力制动控速和空气制动控速的分析

由于南曹线南仓至曹庄间该区间为单线半自动闭塞区段，坡道起伏大，弯道过多，限速低，机车乘务员对HXD3C型机车优化操纵的基本观点和微观优化操纵方法知识欠缺，对列车动能有用程度认识不清，造成许多机车乘务员在此区段的实际操纵中有许多优化控制点不能够很好地把握，给机车乘务员操纵造成了一定的困难，造成了巨大的不必要的能源损失和安全隐患。尤其柳青线路所至曹庄间为12‰较长下坡道。例如：HXD3C型电力机车单机牵引5500t的货物列车，以限速65km/h实际运行55km/h运行在此下坡道，如果单独使用电阻制动能否使列车不增速可用以下公式判定：（1）式中λd——动力制动使用系数，取0.9（因为在柳青线路所至曹庄间为小半径曲线如果机车满负荷单独使用动力制动时容易产生滑行，尤其在雨、雪、冰冻天气下，为避免滑行产生数据误差，不建议使用最大制动电流，此种情况取0.9符合现场工作实际。）

Bd——在给定速度下的机车动力制动力（HXD3C型机车当速度为55km/h时动力制动力最大为400KN)

P,G——各为机车计算重量和牵引重量,单位：t（吨）（济南西机务段所用HXD3C型机车的轴重为25t即P=25t*6=150t,G=5500t）w'0，w''0——各为在给定速度下的机车、车辆单位基本阻力（经过计算HXD3C速度为55km/h时的机车单位基本阻力为w'0=3.64N/ KN,货车单位基本阻力w''0=1.66N/KN）

ij——长大下坡道的加算坡度千分数，下坡取负值（南曹线柳青线路所—曹庄坡道加算千分数为12‰，下坡道ij=-12‰）。

（1）式右端为列车在长大下坡道上惯性引起的斜下的下滑力。如果计算上式成立时，说明单独使用动力制动能够控制列车不增速，否则，想要使列车不增速必须使用空气制动辅助调速。

（1）计算列车在此长大下坡道上55km/h速度时的动力制动力

（2）计算列车在此长大下坡道上惯性引起的斜下的下滑力

以上计算得出动力制动力＜列车在此长大下坡道上惯性引起的斜下的下滑力，（1式）不能满足，得出如果单使用动力制动不能控制列车减速，需要电空配合调速。由于此区段限速低等原因，列车不能以过高的速度运行，为防止重载列车使用空气制动发生低速缓解造成事故，故不提倡使用电空配合调速，则需要降低牵引重量或降低运行速度。根据（1）式可以导出

当HXD3C型电力机车单机牵引5500t的货物列车，以限速65km/h实际运行55km/h运行在此下坡道，单独使用动力制动能控制列车速度不增速的牵引重量为

在此可以看出，采取降低运行速度和牵引重量的措施，都会降低机车运用效率，不利于企业的经济效益。因此机车乘务员当HXD3C型电力机车单机牵引牵引货物列车总吨数不超过3428t时，不宜采取过低的运行速度运行，安全条件允许的情况下，机车乘务员加强与曹庄站联控争取通过，减少不必要的动能损失，提高机车的运用效率及经济效益。

3　 HXD3C型电力机车牵引货物列车在南曹线运行优化操纵方案

由于下行南曹线南仓至曹庄间该区间为单线半自动闭塞区段，坡道起伏大，弯道过多，限速低，正线京沪线客货共用，下行货车在曹庄站待避停车机会较多且曹庄站为较长下坡道尾部附近的车站，需要调速进站停车的机会较大，给机车乘务员的操作平稳性提出了更高的要求。

3.1列车在站起车加速时的平稳操纵方法

列车起动时的操纵,现今我们货物列车启动的经验是压缩车钩起动,因为这样可以使列车平均起动阻力较小,起动比较容易。压缩车钩起动,由于车辆间的间隙存在加之车钩间的弹簧的缓冲作用可以使各节车辆分别起动,而不是全列车一起动作,但也由于间隙的存在使列车冲击力加剧，空重混编的列车启动尤为明显。但从减小冲动的角度来讲,从有利于列车平稳起动的角度考虑,车钩应处于伸张状态。因为车钩在伸张状态,列车接近整体起动,冲动较小。为了兼顾起车和减小列车冲动两种情况，起车时压缩车钩的辆数不应超过整列辆数的三分之二，起车时不宜高手柄级位起车，由于HXD3C型机车持续功率为7200kw，持续牵引力为400KN(25t轴重)，起动牵引力为570KN(25t轴重),如此大的牵引力列车在起动时极易出现牵引力波动的情况，从而使列车起动时出现前后冲动的情况，造成列车不平稳。因此在列车起动后的低速加速阶段，司机手柄给定级位应掌握在大于实际速度1位左右，如：列车速度为20km/h时，手柄级位维持在2.8-3.0级之间，同时在列车速度不断升高的同时，逐步提高手柄级位，此时为防止机车牵引力波动造成列车前后冲动的情况，司机应持续适量撒砂，使列车平稳加速。

3.2机车动力制动调速时的平稳操纵方法

由于南曹线线路条件所限，货物列车编组较长在此区段不适合做电空配合调速，单独使用动力制动为最佳选择，此区段坡道起伏大、弯道过多为使列车平稳运行，产生冲动较小。机车乘务员使用动力制动调速时，应根据HXD3C型机车牵引/制动的恒功率准恒速特性注意主手柄“级位预置法”，确保动力制动时的制动力产生的平稳，当机车动力制动产生后，根据需要司控器调速手柄在制动模式下由零位逐级增加制动力，例如：南曹线不适合做电空配合调速时，应遵循进站停车不超30km/h的规定，此时动力制动的平稳操纵就显得尤为重要。曹庄进站停车进站限速不超30km/h时，如果此时列车速度为45km/h时，由于柳青线路所至曹庄进站为12‰的下坡道，列车的速度会继续上升，机车乘务员根据需要提前将手柄预置与“*”级，此时HXD3C型机车便会产生制动力，此时制动力较小列车的冲动也较小，在“*”级停留一段时间后，处于下坡道的列车车钩被压缩后再逐渐增加制动力，有利于列车的平稳运行，不可将手柄直接给至较大或最大级位，这样会使处于下坡道的列车产生较大冲动。直到列车达到目标速度，将手柄逐级回至“*”级，等待几秒，最后将手柄回至“0”，进站准备停车。

3.3机车在南曹线运行过分相时的平稳操纵方法

南曹线南仓-曹庄间全长不到20km，但分相区共有3个加之此区段坡道起伏大，弯道过多，限速低给机车乘务员过分相时的平稳操纵增加了一定的难度。因此，在此区段过分相时操纵机车时应注意：

（1）过分相前，由于HXD3C型机车牵引力的下降较为平缓，司机在过分相前回手柄时，可直接将手柄回至“*”位，待牵引力消失后，再回至“0”位断电，过分相即可。但处于上坡道时的过分相，如北仓-王秦庄间的分相区处于弯道的上坡道区域，司机回手柄时，应将手柄回到稍低于能够过分相的列车速度目标级位，待牵引力消失后，再将手柄回至“*”位，稍停后再回至“0”位，不要直接回到“*”位，更不能直接回“0”位，避免列车冲动，尤其是空重混编货物列车。在机车通过分相主断路器闭合且辅助变流器起动后，司机将手柄提至“*”位，观察原边电流上升后，再提手柄，这样可避免初次提手柄无牵引力输出，从而造成二次回手柄再提的情况。

（2）通过分相后，HXD3C型机车根据列车当时速度，给定手柄级位：

1）如列车处于上坡道或平道运行时，如北仓-王秦庄间的分相区处于弯道上坡道区域，加速时注意采取持续撒砂的方法，防止机车牵引力波动，列车前后冲动，造成列车运行不平稳的情况发生，为过分相创造良好的平稳运行和速度条件。为防止手柄给定级位高于列车速度使机车前冲造成列车冲动的情况，因此手柄级位要与列车速度相等或稍低0.1级，例如：列车速度45km/h，则手柄给至4.4 或4.5级，待列车速度自然下降、机车牵引力输出上升并稳定后，再将手柄给至固定级位。

2）如列车处于下坡道运行时，司机给定级位要高于列车速度0.1级，例如：南仓上发场出站至北仓进站前的过分相处于下坡道区域，列车过分相之后速度14km/h，则主手柄级位给至1.4或1.5级，待牵引力输出后，及时提高手柄级位至1.9或2.0级，避免牵引力出现波动，使列车产生冲动。

3.4列车在站停车时的平稳操纵方法

货物列车初次制动停车减压量尽量小一些,提倡“早减、少减”,使列车均匀降速。在牵引重载长大列车时,站外调速应以动力制动为主、空气制动为辅或动力制动与空气制动相结合的操纵方法，例如：当列车运行至南曹线柳青线路所至曹庄的区段时，列车最大牵引重量不超过3428t时，在较长大下坡道上单独使用动力制动控速调速时,在列车全部进入下坡道后,将动力制动手柄提至“*”位,待列车继续增速的同时,逐步增加制动电流，控制合适的运行速度进站准备停车。

当天气不良时，机车乘务员应加强与车站联控，尽量不在处于较长下坡道尾部附近的曹庄站停车，这样可利用柳青至曹庄的下坡道产生的下滑力有利动能使列车通过车站，不会造成有用动能的损失。