重载列车平稳操纵的指导装置研究

2022-11-23郝有清曹记胜谷旭东李国梁唐定兴

运输经理世界 2022年21期

郝有清、曹记胜、谷旭东、李国梁、唐定兴

（1.大秦铁路股份有限公司湖东电力机务段，山西大同 037301；2.北京博飞电子技术有限责任公司，北京 100097）

0 引言

重载列车平稳操纵可以完成铁路运输任务，解决运输承载之间的矛盾。重载列车的出现，缩短了机车车辆的周转时间。重载列车质量加大，列车长度增加，给机车乘务员平稳操纵、减少运缓等提出更高的要求。机车与车列连接，构成一个复杂的体系，牵引力、制动力的变化都会导致列车在运行中出现纵向冲动。在列车操纵时，必须结合经验，以列车操纵规程的要求，改进列车操纵技术，减少列车分离，尽量避免安全隐患，将其消灭在萌芽状态。

1 列车平稳操纵系统

机车的顺利运行，不仅需要保证安全，更是优异服务的窗口，体现机务部优质服务和文明待客。使每一位旅客有宾至如归的感觉，安全、准时、稳定、舒适地到达，是机车乘务员专业素质和专业技能水平的综合写照。

在列车起动、运行、调速和停车过程中，列车的不当冲量往往是由多种主客观因素造成的，影响列车的平稳运行。长期以来，机车乘务员的列车操纵技能大多来源于上级的带领，虽然也进行了一些学习，但对机车车辆的结构性能和牵引理论缺乏了解，在很大程度上限制了机车乘务员操纵水平的提高。对电力机车采用正确的载客控制方法，将在实际工作中发挥重要作用。做好电力机车和旅客列车的平稳运行工作，具有重要的历史意义。列车在各种工况下，主要受作用于列车上与列车运行方向水平的三种力的作用，即牵引力、运行阻力、制动力。从车辆动力学上讲，只要车辆与车辆间隙不发生变化，就不会造成车辆的冲动。

1.1 系统构成

列车平稳操纵系统构成包含车载主机以及显示终端两部分。车载主机可以完成数据储存、无线转发以及数据整合。而显示终端以模式化平板为标准，通过终端或U 盘完成数据的下载、传输。在地面分析系统中，将文件如LKJ 文件进行解析。随后，了解列车的整体运行速度、牵制力等。结合不同的操纵特点比对分析，消除人为分析的不确定因素，提高机车乘务员的工作效率，发挥独特优势（见图1）[1]。

1.2 系统功能

列车系统的整体功能，如数据采集功能，可以对列车运行的时间、车次、运行公里数、限速值、信号状态等进行评定。此外，也包含列车管压力、总风压力、制动缸压力等列车运行数据。

在曲线显示中，以无线网络连接为标准完成显示。移动终端的更新包含速度牵引等，以操纵曲线和实际操纵运行曲线为标准。

在操纵体系中，对于不同的编组以及线路条件，设置提示内容，以便根据操纵地点预存于车载主机中。在起始点前方弹出文字对话提示框，给乘务员操纵提供参考。

语音提示关键点包含冲排风及时提示等[2]。

在数据更新、储存中，主机将会自动进入全过程运行数据监管。通过转存设备下载至地面分析系统中，结合地面分析软件，更新主机标准以及线路数据信息。

地面分析系统，可以对乘务员的列车操纵情况以及监控LKJ 分析软件完成比对，分析检测出的违规操纵事项，并进行打分。自动了解分析评价功能，消除分析的不确定性因素，对列车以及乘务员的工作提供更多参考数据[3]。

2 列车起动、调速、停车操纵标准

2.1 起动操纵

为了保障列车的安全起动，准备工作非常重要。例如，要检测连挂状态，对两车钩中心高度差设置固定点，勾锁要落到准确位置。在列车充分起动后，适当地撤砂，防止空转机车。在起动运行过程中，出现空转的危害较大，很容易导致机车丧失牵引力，电机轮转速温度瞬间急剧升高。严重的情况下，甚至可能导致电机的损毁，损伤铁轨。为了避免空转现象发生，列车起动的速度必须逐步提高，加大牵引动力，观测整个牵引机电流的变化，使车钩依次伸张。全列起动后，加大牵引力，提高运行速度。根据列车长度以及各站的道岔限速，控制好最终速度，防止出现尾部超速的问题。因此，确认出站信号、车机联控非常重要。起动列车平稳，随后，完成加速。加速时为了防止空转，必要时可以采取紧急制备措施[4]。

2.2 调速操纵

对于调速的操纵，要结合线路性质、施工限制等，调解列车速度规定的标准值。根据制动力学原理，列车编组量越多，在行驶过程中制动性有可能受到波速影响，列车的纵向冲动越大，冲动与空气制动最初阶段有关联。在制动时，列车处于前置后缓的状态。因此，在途中，出现不同程度的操纵不足问题。列车在调速过程中，要根据列车编组情况，掌握时机。例如，线路的线速地段、线路纵断面、前后列车运行情况等，必须让相关人员做到心中有数。根据列车的运行速度，适当减压。根据列车速度的变化情况以及距离限速地点等，在速度降至高于目标速度3km/h 时，列车缓慢启动，使列车平稳运行。在实践过程中，总结出以下经验：如调速空气制动较好，电阻制动消耗较高。因此，要解决列车的冲动，就需要保障节能效益，通过多样性的调速方法，使整体操纵性更可靠[5]。

2.3 停车操纵

站内的停车操纵要控制好进站的速度。在站外调速，要掌握进站信号外的速度标准，如进站信号机外35km/h，进站速度掌握在30km/h。列车在进入本线后，要根据列车编组的实际情况，适当使用电阻制动。保障电阻制动的电流更加精准、平稳，避免用力过猛导致列车形成较强后坐力，造成列车冲动。要考虑列车速度的下降标准，适当增减制动电流，达到有效的速度控制效果。结合列车给出的站台信号距离，保障电阻制动电流退回置顶位，使列车平稳运行。在距离出站信号机90～100m 范围内，根据列车计算长度，如加机车长度设定列车总长度标准值。做到全部撞线后不压表，掌握进站停车关键技术。完成电质控速，制定有效的控制措施，提高行驶速度的安全性以及有效性[6]。

3 重载列车平稳操纵指导装置使用的必要性

使用重载列车平稳操纵指导装置可以考虑目前的线路复杂程度以及线路坡度，设置不同的运行方式。例如，某段路弯道曲线较多，通过测量得到最小曲线的直径为450m。因此，当列车制动调速缓解后，考虑列车车钩承受的拉钩力以及纵向力、横向力等均较大[7]。列车冲动所带再生力最大不超过400kN，列车平稳操纵对于地点、再生力、投入大小等都有严格的数据要求。平稳操纵指导装置的设计要担当空车牵引任务，使再生力最大不超过200kN。在下坡道区段缓解空气制动时，缓解前、缓解后不允许盲目改变，保持在350kN。通过差区再生力，不超过300kN，平原区段缓解空气制动，再生力最大不超过400kN。考虑已有的减压量以及排风时间、周期制动等各项措施，为列车运行安全提供辨识评估，并进一步设定各项控制措施，解决低速缓解等高度危险源。对机车乘务员的作业标准、平稳操纵水准也提出了更高的要求。因此，在使用平稳操纵指导装置之后，将优化列车的运行速度。考虑操纵指标评价系统以及地面平稳操纵分析系统，设置操纵模板。通过无线网络实现连接显示移动终端以及线路终端面。为乘务员参考分析，提供速度、牵引制动力以及列车管压力数据，为乘务员操纵水平的提高奠定基础。

4 列车存在的安全行车隐患

考虑已知的列车安全行车隐患，目前部分乘务员的操纵水平存在差异性。对于制动力的判断、再生力的大小调整以及列车的排风时间，这些因素需要乘务员掌握精准的数据值，但存在一系列的数据滞后现象，尤其是部分乘务员在操纵时低估运输效率。此外，列车在开行过程中，乘务员操纵不当也会导致列车的冲击力较大，列车的装置出现变形或车体错位的问题，影响列车运行安全。为了解决隐患，所有的运输人员以及司乘人员可以加大监控措施，通过实践、摸索、总结、分析，提供最优的操纵方案。要求执行操纵标准，严禁盲目进行制动。例如，主车过分相需保持100kN 再生力，过分相后，逐渐增加再生力，最高不得超过200kN。减压空气制动前，缓慢增加再生力，返至400kN，减压50kPa 缓解前30s，将再生力降至300kN。减压50kPa 处理，在300kN 的速度运行34.500km 处排风完毕后，速度略有下降趋势。因此，缓慢降低再生制动力，保障最终的控制标准[8]。

5 重载列车平稳操纵的指导装置探讨

5.1 设计目标

重载列车平稳操纵指导装置在设计时，要包含信息基础模块、机车规范模块、车载数据模块等。例如，基础信息管理模块应包含所有人员的管理数据以及线路基础信息、IC 卡基础信息等。机车规范管理模块包含基础信息管理、规范管理、提示关键管理等。地面数据管理模块包含车载信息、格式转换、运行数据分析、触发条件分析等。考虑多种操作模式的储存管理要求，可以更加精准、全面地了解信息模式，从而实现集中管理以及优化配置。

5.2 设计方法

对于重载列车的平稳操纵记录，分析系统包含基础信息、管理模块、机车规范管理模块。所有信息要结合地面软件评价系统所需要的标准，对各信息管理模块进行规划，了解相关指标以及运行方案，考虑各项子系统。对于已知的停车、牵引、再生等情况执行规范管理。对各项目指标，转换成相应的管理数列，随后通过识别格式，以U 盘导入车载系统中。在操作、查询子模块中，对于相关记录导出报表，进行集中管理。考虑机车运行的各理想状态，对数据指标实现转换。机车运行规范查询子模块可以将列车运行时的各阶段参数，通过Excel 表格直接打印。而触发条件管理组模块是机车在运行中，接收到的数据满足触发条件。对于地面软件，形成的数据导入。管理软件并转换成可识别模式，通过U 盘导入车载系统。考虑评分细则，在车载软件中转换成识别格式。对列车操作规范信息读取并实现更新，通过列车平稳操纵记录方法，即可包含以下几项步骤：

第一步：建立各项评价标准指标，并录入地面管理系统中。

第二步：建立评价标准，更新车载系统，从地面管理中记录U 盘。

第三步：插入U 盘后，将评价标准下载至车载系统中。

第四步：启动车载系统。

第五步：收集机车运行的数据，并生成相关图形。

第六步：数据可储存至专用的车载储存器中，其采集到的数据与储存数据需要进行标准对比，并判断是否需要改进。若需要改进，可通过语音或文字提示乘务员注意。若不需要，则进行下一步操作。

第七步：判断该次记录数据是否完整，若数据缺失，则重复5～6 的操作步骤。若所有数据已显示收集完毕，则显示操纵分数，给出指导建议。

第八步：将所有的触发条件储存于专门的U 盘中，并取出U 盘。

第九步，将U 盘中的该次列车触发条件数据转移至地面管理系统，清除U 盘中的数据。

第十步：对于该次列车出行记录进行评估。

第十一步：了解其他数据，完成统计查询。

第十二步：整个流程结束。

6 重载列车平稳操纵的指导装置效果

使用重载列车平稳操纵指导装置可以起到良好的现场指导评价作用，优化乘务员的平稳操纵能力，提高列车的整体运行效率。通过数据比对，列车充、排倒计时、显示距离、自动计算、限时分析、消除人为记录等，能够充分地实现调节，减少列车冲动问题。此外，就车钩、镀板变形、车位错开等行车安全隐患，也能够起到一定的消除作用，保证运输安全。进一步增强乘务员驾驶列车的信心，缩短学习周期，加快新人的晋升进度，完成乘务员自我成长、自我改进的要求。对所有的操纵进行实时评分，便于乘务员了解在操纵中的各项违章记录。不仅提高指导乘务员最终的工作效率，且监督文件更加精准，可以掌握所有乘务员的操纵情况。便于对乘务员进行指导，指出其成长改进方向。