内燃机车单位油耗影响因素研究

原志红

摘 要：受国内煤炭滞销、销售价格持续走低和营业税改增值税等因素的影响，内燃机车牵引项目的利润成断崖式下降，因此，降低机车单位油耗和运输生产成本十分重要。简要研究了影响内燃机车单位油耗的因素，理清了各因素与单位油耗的关系，进而为铁路运输企业加强对机车燃油消耗的管理，降低内燃机车单位燃油消耗和运输生产成本提供了理论支持。

关键词：内燃机车；单位油耗；运输生产成本；牵引力

中图分类号：U262 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.018

受诸多因素的影响，中铁三局运输工程分公司的运输任务逐渐减少，收入也在不断减少，而机车牵引油耗和固定成本并未随运输任务的减少而降低，机车牵引利润也在不断减少。鉴于此，为了盘活因运量急剧减少而闲置的大量机车，安置机车乘务人员，确保公司稳定、健康的发展，保障全体职工的基本收入，各铁路运输公司之间的竞争越来越激烈，相关行业也在不断压缩铁路运输行业的利润空间，迫使各运输公司挖潜、降本、增效。机车牵引运输项目的五大成本支出分别为职工薪酬、设备折旧、燃油消耗、设备检修和材料消耗，而燃油消耗是内燃机车牵引项目中的第一大项成本，约占总成本的50%以上。因此，加强对机车燃油消耗的管理，降低内燃机车单位燃油消耗和运输生产成本是十分重要的。

1 机车单位油耗

由于机车燃油消耗受牵引质量、运行线路的坡度、机车的运行速度、自然条件和司机操纵方式等因素的影响，机车耗油量不能客观反映机车燃油消耗的节约或浪费情况。一般情况下，可用机车单位油耗量确定机车燃油消耗的节省情况。机车单位油耗是指机车牵引每万吨公里的燃油消耗量。它是铁路机务专业的重要经济指标，能客观反映机车燃油的消耗情况，常用于核算运输成本和开展节油评比活动等。对于不产生万吨公里燃油消耗量的运输工种，比如专用调车机，它是按每小时单位耗油量计算的，单机按每百公里耗油量计算。在铁路运输过程中，由于货物运输量在总运量中占有较大的比例，一般认为单机、调车和有动力停留等作业均为辅助作业，所以，常将万吨公里油耗作为综合考核指标。机车单位油耗计算公式为：

（1）

式（1）中：E为总油耗量，kg；Ey为牵引运行燃油消耗量，kg；Eo为机车惰行、空气制动和站停燃油消耗量，kg；Ed为机车电阻制动燃油消耗量，kg；Et为机车出入段和途中调车、单机作业燃油消耗量，kg；ey为机车牵引工况（柴油机部分负荷）单位时间燃油消耗量，kg/min；eo为机车惰行、停留（柴油机空转）单位时间燃油消耗量，kg/min；ed为机车电阻制动工况单位时间燃油消耗量，kg/min；t为各工况运行时间，min；G为牵引总质量，t；L为牵引区段长度，km。

由式（1）可知，机车单位油耗受牵引质量、区段长度、车站停留、出入段作业、途中调车、单机作业、机车热力状态（各工况单位时间燃油消耗量）和机车操纵方式（各工况所用时间）等因素的影响，机车操纵方式受司机操纵经验、牵引质量、线路状况、大风雨雪天气、线路允许运行速度和临时限速等因素的影响。影响机车单位油耗的各因素的关联情况如图1所示。

图1 影响机车单位油耗的因素关联图

由图1可知，影响机车单位油耗的因素比较多，并且它们相互耦合、错综复杂，既有主观因素，又有客观因素，既有可控因素，又有不可控因素。理清各因素与单位油耗的关系，减少主观因素和可控因素对单位油耗的影响是降低内燃机车单位燃油消耗和运输生产成本，达到节能降耗等目的的根本途径。

2 机车单位油耗影响因素研究

2.1 与牵引质量的关系

由牛顿第二运动定律可知，当列车加速度a=0 m/s2时，机车牵引力等于列车阻力。依照生产原因可将列车阻力分为基本阻力和附加阻力。基本阻力是列车运行中的机械摩擦、轮对摩擦和气动阻力等，附加阻力是当列车在坡道、曲线或隧道运行时产生的附加力。一般情况下，附加阻力是不随速度变化而变化的，或者其随速度的变化不大，因此，在同一区段上，机车牵引克服附加阻力所做的功基本上是一定值。《列车牵引计算规程》（TB/T 1407—1998）中提出了各机型、车型的单位基本阻力（不含制动助力），即：

DF8B牵引4 000 t重货列车匀速运行阻力、速度、时间和燃油消耗如表1所示。这时，可以根据表1中的计算数据绘制列车燃油消耗随速度变化的特性曲线。根据表1和图5可以得出以下结论：①当列车运行速度相同时，机车单位燃油消耗随坡度的增加而增大；②当列车在同一上坡坡道运行时，机车燃油消耗会先随着速度的加快而急剧降低，再随速度的加快而缓慢增大，坡度越大越明显，列车最低耗油运行速度为30～45 km/h之间的某一点，并随着坡度的增大而减小；③当列车在下坡坡道上运行时，机车油耗会随着车速的加快而增加，即牵引手柄位和速度越低越省油。

2.4 与运输组织的关系

由式（1）可知，各工况单位时间燃油消耗量和所用时间与燃油消耗量成线性关系。因为车站停留、出入段作业、途中调车和单机等辅助作业不产生万吨公里，所以，其耗油量不可小觑，它是影响内燃机车单位燃油消耗的关键因素之一。优化运输组织，尽量控制机车短交路，缩短车站停留、出入段作业、途中调车和单机等辅助作业的时间，不仅能大幅降低机车单位油耗，还能提高机车生产效率，降低检修成本，最终实现降本增效。

2.5 机车单位油耗与列车操纵的关系

列车运行控制是一个多目标、多约束、非线性的复杂时变过程，但是，无论列车的实际运行过程如何复杂，列车操纵都可以分为牵引、惰行和制动3个基本环节。原则上讲，牵引和制动工况是不允许同时存在的，并且不能直接相互转换。在牵引工况下，机车牵引力做功会增加列车动能，克服列车运行阻力。此时，列车会接受牵引力和运行阻力的作用。在惰行工况下，列车仅受运行阻力的作用。当列车运行速度接近限速或需停车时，列车需施加制动力，降低列车运行速度。此时，列车受制动力和运行阻力的作用。由此可知，影响列车运行速度的力只有3种——机车牵引力，其值取决于柴油机的功率和运行

速度；机车运行阻力，其值取决于机车和车辆类型、运行速度、线路曲线和坡度等；列车制动力，其值取决于制动初速和制动力。列车运行工况和具体受力状态如图6所示。

由能量守恒定律可知，机车牵引做功（机车燃油消耗）等于列车克服运行阻力、制动力做功，克服重力势能差。具体的计算公式为：

. 3 结束语

通过对影响内燃机车单位油耗因素的研究和分析发现，柴油机热效率和运输组织是制约机车单位油耗的关键因素，机车操纵是影响内燃机车单位油耗的主要因素。因此，在铁路运输生产的过程中，可以采取优化运输组织，提高柴油机热效率，提高机车操纵水平，降低机车打温油耗和冬季燃油标号等一系列措施降低机车单位油耗和运输生产成本，进而为公司铁路运输降本增效提供支持。

参考文献

[1]铁道部科学研究院机车车辆研究所.TB/T 1407—1998 列车牵引计算规程[S].北京：中国铁道出版社，1999.

[2]韩长虎，刘杰民.列车优化运行与操纵[M].北京：中国铁道出版社，2012.

〔编辑：白洁〕