论南同蒲线机车牵引质量的理论计算与试验查定*

2018-11-15杨江霖

铁道机车车辆 2018年5期

杨江霖

(中国铁路太原局集团有限公司，太原 030013)

按照《铁路机车运用管理规程》规定，机车牵引质量，应根据线路纵断面、机车类型、供电能力、地区海拔高度、气候特点、站场设备及运量等条件，按《技规》和《牵规》进行科学、周密计算并使用实地牵引试验查定。文中以南同蒲线侯马北至介休段为研究对象，对该区段HXD1、HXD2型机车的牵引质量从理论计算到试验查定进行研究和讨论。

1 问题的提出

伴随着铁路技术装备的升级和快速发展和机车布局调整，2017年9月原大秦线运用的部分HXD1、HXD2等新型和谐系列大功率交流传动电力机车陆续调整配置到南同蒲线。目前，HXD1、HXD2型机车牵引质量与SS4G型机车牵引质量一致，侯马北至介休间上行牵引4 500 t，同时规定上行襄汾、洪洞、霍州、圣佛、冷泉、义棠6个车站为必须通过站，圣佛、冷泉、霍州站始发4 000 t以上货物列车时必须双机牵引。由于HXD1、HXD2型机车功率均高于9 600 kW，较SS4G型机车功率6 400 kW高出3 200 kW以上，因此运输部门提出迫切需要提高HXD1、HXD2型机车牵引质量到5 000 t，发挥大功率机车的作用，提高运输能力，增加经济效益。

2 列车牵引计算

在牵引区段内，牵引质量受到最困难上坡道的限制。通过对区段内线路纵断面、电分相设置、坡道位置、坡道长短等分析，确定牵引限制困难区段，利用TB/T 1407-1998《列车牵引计算规程》中牵引质量计算公式、列车运动方程式等对困难条件进行理论计算，为实车牵引试验和机车乘务员操纵提供理论依据和技术支持。

2.1 机车牵引特性

南同蒲线HXD1、HXD2型机车，轴重均为25 t，有关机车基本技术参数见表1。

表1 机车基本技术参数

机车牵引特性图如下：

图1 机车牵引特性图

2.2 确定牵引困难区段

南同蒲线侯马北至介休区段，上行方向线路基本走势为上坡，通过查看有关线路技术资料，结合多年以来机车乘务员实际机车操纵情况，确定上行牵引最困难区段在洪洞-辛堡区间K586～K592段，该区段连续上坡，最大坡度12.1‰，有一处电分相(分相中心位置为K587+899 m)，且处在曲线段。线路具体情况如图2所示：

图2 牵引困难区段示意图

2.3 列车起动能力计算

为确保列车在任何情况下停车后能够起动，在这里，我们按照最困难情况进行计算。假设列车整列停在12.1‰和10.3‰的坡度上，此时列车要起动，列车总全阻力应小于或等于机车起动牵引力。根据《TB/T 1407-1998》，列车在起动时的总全阻力为：

(1)

将有关数值代入式(1)计算，得出HXD1、HXD2型机车牵引5 000 t货物列车起动总全阻力为794 kN。由表1可知，HXD1、HXD2型机车的起动牵引力小于总全阻力。也就是说，HXD1、HXD2型机车牵引5 000 t货物列车在该困难坡度停车时列车起动不了。

2.4 列车分相通过能力计算

由图2可知，在该困难区段存在一电分相，该分相为器件式电分相，长度为100 m(断合标间距离)。电力机车通过电分相前要断电，列车靠惯性惰行，通过电分相合闸后，在形成有效加载前，电力机车需经5～10 s的系统自检。结合多年来实际经验及通过分相后的线路坡度，在该困难区段通过电分相合闸时列车速度只要不低于10 km/h，就不会因为加载不及时引起列车途停。为满足列车正常运行和指导机车乘务员操纵，根据列车运动方程和列车合力计算公式，结合多年以来机车操纵经验，对HXD1、HXD2型机车牵引5 000 t货物列车时在该分相处最低断电速度进行计算。

根据列车运动方程式：

(2)

由式(2)可导出，列车通过电分相时最低断电速度计算公式为：

(3)

式中：v合为10 km/h；ΔS为断电后至合闸间列车运行距离，按断电标至合电标间距离100 m计算；c为机车断电至合闸惰行期间的列车单位合力，c=-(w0+ij)，其中w0、ij分别为断电惰行期间列车单位阻力和线路坡度的千分数，ij按照坡度和曲线进行加算取值，单位基本阻力w0按下式进行计算。

(4)

(5)

(6)

为计算方便，断电运行期间的列车单位基本阻力按20 km/h进行计算。

将有关数值代入式(2)～(6)计算，得出HXD1、HXD2型机车牵引5 000 t货物列车通过该分相的最低断电速度为22 km/h。

2.5 计算坡度计算

计算坡度为列车在计算速度运行时的限制坡度，根据《牵规》，计算坡度计算公式为：

(7)

由以上计算可知，HXD1型机车的计算坡度为7.6‰，HXD2型机车的计算坡度为8.0‰。也就是说，HXD1、HXD2机车牵引5 000 t货物列车在计算坡度以下运行时，均能到达65 km/h的计算速度运行。

2.6 起动限制坡度计算

为给机车乘务员操纵提供指导依据，有必要对起动限制坡度进行计算，在乘务员遇设备故障、非正常停车时，根据列车所处坡度情况，决定是否自行起动列车或是请求救援。根据《TB/T 1407-1998》，起动限制坡度计算公式为：

(8)

将有关数值代入式(8)计算，λy按0.9取值时，得到HXD1型机车牵引5 000 t货物列车的起动限制坡度为9.9‰，HXD2型机车牵引5 000 t货物列车的起动限制坡度为10.2‰；λy按1.0取值时，得到HXD1型机车牵引5 000 t货物列车的起动限制坡度为11.4‰，HXD2型机车牵引5 000 t货物列车的起动限制坡度为11.7‰。考虑到不同机车的性能和机车乘务员操纵水平的差异，从安全角度考虑，日常运用中以λy按0.9取值时计算得到起动限制坡度作为机车乘务员坡道起动的指导依据。

3 牵引试验

按照《铁路机车运用管理规程》中规定，机车牵引质量的查定需要组织进行实车试验。通过以上对HXD1、HXD2型机车牵引5 000 t货物列车在牵引困难区段起动能力、分相通过能力的计算，可知HXD1、HXD2型机车在牵引特性、牵引困难区段起动能力、分相通过能力等基本相同，因此结合机车配属运用情况，我们采用HXD2型机车进行了5 000 t货物列车实车试验。

3.1 试验概况

2018年3月13日组织在南同蒲线侯马北至介休间进行了实车牵引试验。

试验列车编组：HXD2-0176号机车+货车重车63辆(4 852 t)+DF8B-5199(备用，自重131t)，列车总重4 983 t，列车计长81.6。其中DF8B型机车作为试验预备机车，试验过程中不加力运行，自重计入货物列车总重，防止试验运行中出现困难或起动失败，避免给运输造成影响。

天气情况：晴，无风。

3.2 牵引困难区段起车试验

列车正常运行通过洪洞站后，机车乘务员操纵列车通过K587电分相后停于K587+678 m处，使列车整列处于区段12.1‰的最大坡度上，司机操纵机车满流起动列车，加载1 min速度1 km/h列车起动，加载5 min速度4 km/h走行264 m，加载10 min速度10 km/h走行744 m，加载12 min速度30 km/h走行1 600 m，加载15 min列车到达机车计算速度65 km/h走行4 507 m，机车操纵运行曲线图见图3。

图3 洪洞—辛堡区间起车机车起车运行曲线图

对试验列车停车位置换算坡度进行计算，换算坡度为11.4‰，略小于机车牵引力使用系数λy取值为1.0时的起动限制坡度11.4‰。

3.3 侧线起车试验

根据机务部门反映，南同蒲线侯马北至介休区段部分车站起车时，由于侧线股道限速影响，始发列车开车后初速度低，遇出站方向连续上坡道有电分相时，由于列车通过分相后合闸速度低，SS4G机车担当4 000 t及以上货物列车牵引任务时存在列车途停的情况，所以在实际运用中规定遇某些困难站牵引4 000 t以上始发列车或天气不良时安排双机牵引，造成调度秩序混乱。因此，根据机务部门建议，选择在最困难车站霍州站进行了侧线起车试验，霍州站上行出站方向线路情况见图4。

图4 霍州站上行出站方向线路情况图

试验列车霍州站4道开车，司机操纵机车满级起动列车，加载1 min时列车出站速度10 km/h走行100 m，加载3 min时列车到达分相前速度27 km/h走行794 m(实际4道侧线限速45 km/h，在机车仍具有提速条件的情况下，为模拟其他限速30 km/h股道发车要求司机操纵列车出站速度不超过30 km/h)；机车断电过分相，30s后列车通过分相速度16 km/h，由于列车处于上坡道运行中，列车继续降速运行，最低速度14 km/h，机车合闸后继续加载，运行3 min后列车速度达到40 km/h，机车操纵运行曲线见图5。