朔黃鐵路1.6萬t重載列車操縱難點(diǎn)及解決措施

作者簡介：張景義（1976-），男，工程師。研究方向?yàn)殍F路運(yùn)輸。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.12.035

摘? 要：朔黃鐵路采用HXD1型交流電力機(jī)車與SS4型直流電力機(jī)車組合牽引1.6萬t重載列車。該文闡述1.6萬t重載列車在長大坡道起車、長大下坡道循環(huán)制動(dòng)以及過分相等平穩(wěn)操縱難點(diǎn)，并有針對(duì)性地提出解決措施。

關(guān)鍵詞：朔黃鐵路；HXD1型交流電力機(jī)車；SS4型直流電力機(jī)車；控制模式；牽引力；1.6萬t重載列車

中圖分類號(hào)：U296? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2024）12-0152-04

Abstract： The Shuozhou-Huanghua Railway adopts the combination of HXD1 AC electric locomotive and SS4 DC electric locomotive to pull 16 kiloton heavy haul trains. This paper expounds the difficulties of 16 kiloton heavy haul train starting on long and long ramps， cyclic braking and over-equal smooth operation， and puts forward some corresponding measures.

Keywords： Shuozhou-Huanghua Railway; HXD1 AC electric locomotive; SS4 DC electric locomotive; control mode; traction; 16 kiloton heavy haul train

朔黃鐵路作為西部煤炭東運(yùn)的重要通道之一，近年來運(yùn)量持續(xù)上升，為了挖掘運(yùn)輸潛力，2萬t、1.6萬t重載列車的開行將逐漸取代萬噸、普通列車。開行1.6萬t重載列車可以實(shí)現(xiàn)HXD1型交流電力機(jī)車、SS4型直流電力機(jī)車互聯(lián)互通，C80、C70、C64不同類型車輛的混編，大大提高了列車編組的靈活性，提升了機(jī)車運(yùn)用效率。

自2020年7月10日開行首列1.6萬t列車以來，由于交、直流電力機(jī)車之間控制特性的差異，造成長大坡道起車、長大下坡道循環(huán)制動(dòng)以及過分相等關(guān)鍵區(qū)段存在操縱安全隱患，因此必須解決不同車型之間的特性差異，摸索一套有效的1.6萬t重載列車操縱方法，從而提高乘務(wù)員的平穩(wěn)操縱水平。

1? 1.6萬t重載列車簡介

1.6萬t重載組合列車是指由1臺(tái)HXD1型交流電力機(jī)車和1臺(tái)SS4型直流電力機(jī)車通過無線重聯(lián)控制系統(tǒng)，采用1+1方式牽引萬噸貨物列車與普通貨物列車組合編組的列車。編組車輛包括C80、C70、C64型，編組形式如下。

1臺(tái)HXD1型交流機(jī)車+108輛車輛+1臺(tái)SS4型電力機(jī)車+66輛車輛+可控列尾。

2? 1.6萬t重載列車操縱難點(diǎn)

HXD1型交流電力機(jī)車（主控機(jī)車）與SS4型直流電力機(jī)車（從控機(jī)車）控制形式有所不同，HXD1型電力機(jī)車使用力矩恒定的模式進(jìn)行控制，而SS4型電力機(jī)車使用準(zhǔn)恒速的模式進(jìn)行控制，2種不同的控制模式在控制指令反應(yīng)速率、機(jī)車工況轉(zhuǎn)換時(shí)間、牽引和制動(dòng)力的發(fā)揮特性等均存在較大的不同（如圖1—圖4所示），造成1.6萬t重載列車的2臺(tái)機(jī)車在力的協(xié)同發(fā)揮方面存在問題，尤其對(duì)長大坡道區(qū)段的起車、循環(huán)制動(dòng)影響最大，具體表現(xiàn)為如下。

HXD1型電力機(jī)車控制手柄從初始狀態(tài)進(jìn)行牽引或制動(dòng)調(diào)整時(shí)，由于HXD1型電力機(jī)車風(fēng)機(jī)工作有一定的延時(shí)，使控制指令傳輸至SS4型電力機(jī)車時(shí)延時(shí)了6 s，造成了2臺(tái)機(jī)車牽引、制動(dòng)力不能同步發(fā)揮。

列車在坡度較大的線路上停車再重新開車時(shí)，當(dāng)列車緩解后，處在中部的SS4型電力機(jī)車前后車輛的制動(dòng)力解除速度比前部車輛快，造成已經(jīng)解除制動(dòng)力的車輛在重力的作用下擠壓尚未解除制動(dòng)力的車輛，對(duì)車鉤形成了非常大的擠壓力，峰值可達(dá)1 000 kN以上，位置在列車21位、46位車輛附近。

列車在坡度較大的線路上進(jìn)行循環(huán)制動(dòng)調(diào)速時(shí)，當(dāng)主控機(jī)車（HXD1型機(jī)車）發(fā)出制動(dòng)指令約23 s后，處于中部位置的SS4型機(jī)車和車輛的車鉤會(huì)產(chǎn)生明顯的拉力，當(dāng)解除制動(dòng)指令后，車鉤拉力轉(zhuǎn)換為壓力并逐漸增大，大約30 s后車鉤壓力達(dá)到最大值，不同力對(duì)車鉤的反復(fù)施加，易造成車鉤的損壞。

圖1? HXD1型電力機(jī)車牽引特性曲線

圖2? HXD1型電力機(jī)車制動(dòng)特性曲線

圖3? SS4G型電力機(jī)車牽引特性曲線

圖4? SS4G型電力機(jī)車制動(dòng)特性曲線

3? 1.6萬t重載列車操縱困難的解決措施

3.1? 無線重聯(lián)同步控制系統(tǒng)的控制程序進(jìn)行優(yōu)化

對(duì)1.6萬t列車的無線重聯(lián)同步控制系統(tǒng)的控制程序進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的控制流程如下。

1）主車（HXD1型電力機(jī)車）發(fā)出各種機(jī)車控制指令，在控制主車的同時(shí)將指令同步傳輸至主車車載無線同步控制系統(tǒng)。

2）主車車載無線同步控制系統(tǒng)對(duì)接收到的各種指令經(jīng)處理后無線傳輸至從車（SS4型電力機(jī)車）車載無線同步控制系統(tǒng)。

3）從車（SS4型電力機(jī)車）車載無線同步控制系統(tǒng)將接收到的主車控制指令反饋至機(jī)車控制系統(tǒng)控制機(jī)車，并將從車各項(xiàng)數(shù)據(jù)通過車載無線同步控制系統(tǒng)反饋至主車。

通過程序優(yōu)化，正常情況下，SS4型電力機(jī)車可以最大程度滿足HXD1型電力機(jī)車的牽引力（或再生力）的要求，如果超過SS4型電力機(jī)車的能力，SS4型電力機(jī)車輸入最大的牽引力（或電制力），同時(shí)HXD1型電力機(jī)車匹配SS4型電力機(jī)車，調(diào)整牽引力（或再生力）的發(fā)揮。實(shí)現(xiàn)效果如下。

1）HXD1型電力機(jī)車控制手柄從初始狀態(tài)進(jìn)行牽引或制動(dòng)調(diào)整時(shí)，SS4型電力機(jī)車級(jí)位延時(shí)控制在3 s以內(nèi)。

2）列車運(yùn)行速度低于50 km/h時(shí)，2臺(tái)機(jī)車實(shí)際牽引、制動(dòng)力可以完全匹配，當(dāng)列車運(yùn)行速度高于50 km/h時(shí)，2臺(tái)機(jī)車的牽引力、電制力（或再生力）同步增長，直到SS4型電力機(jī)車的力達(dá)到實(shí)際速度對(duì)應(yīng)的最大值后，不再增加。

3.2? 推行模式化操縱

對(duì)長大坡道線路上的上坡起車、下坡起車、循環(huán)制動(dòng)和過分相等操縱方法進(jìn)行分析，不斷進(jìn)行優(yōu)化和完善，通過確定制動(dòng)力解除地點(diǎn)及限制最大制動(dòng)力的方式，最大程度地降低了機(jī)車和車輛車鉤的受力。

3.2.1? 長大坡道上坡起動(dòng)列車

采用“先提速后爬坡、提速和爬坡相結(jié)合”的操縱方法，列車在到達(dá)坡道前提前提速并達(dá)速運(yùn)行，爬坡前應(yīng)提前適量撒沙增加輪軌黏著力使機(jī)車牽引力得到有效發(fā)揮。在坡道上停車前通過增大制動(dòng)力使機(jī)車和車輛的車鉤處于充分壓縮狀態(tài)，為后續(xù)的啟動(dòng)做好準(zhǔn)備。在啟動(dòng)時(shí)，先操縱機(jī)車產(chǎn)生一定的牽引力后再解除列車的制動(dòng)力，然后逐步地將機(jī)車的牽引力增加至最大。

3.2.2? 長大坡道下坡起動(dòng)列車

采用空氣制動(dòng)和電制動(dòng)結(jié)合，單次小減壓量，延長帶閘動(dòng)距離的操縱方法，此方法可以減少空氣制動(dòng)的使用次數(shù)，從而減少列車的縱向力，保證了列車的安全運(yùn)行。在列車停車前，適當(dāng)?shù)貙?duì)機(jī)車和車輛的車鉤進(jìn)行壓縮，起動(dòng)時(shí)，HXD1型電力機(jī)車先解除大閘制動(dòng)力，當(dāng)列車速度上漲到4 km/h時(shí)，將機(jī)車的電制動(dòng)力逐步增大到目標(biāo)值，并解除機(jī)車小閘的制動(dòng)力，根據(jù)列車速度的上漲情況，再合理調(diào)整機(jī)車的電制動(dòng)力。SS4型電力機(jī)車先解除機(jī)車小閘制動(dòng)力，然后施加機(jī)車電制動(dòng)力，再解除機(jī)車大閘制動(dòng)力，最后逐步增加機(jī)車電制動(dòng)力至目標(biāo)值。

3.2.3? 長大坡道的循環(huán)制動(dòng)操縱

1）循環(huán)制動(dòng)的原則。①在使用空氣制動(dòng)前，HXD1型電力機(jī)車電制動(dòng)力不得設(shè)置過?。ù笥诘扔?00 kN）；②使用空氣制動(dòng)，在列車速度穩(wěn)定后要適當(dāng)調(diào)整機(jī)車電制動(dòng)力，保證列車較長的帶閘運(yùn)行距離，減少使用空氣制動(dòng)的次數(shù)；③解除列車制動(dòng)前，機(jī)車電制動(dòng)力要保持一定時(shí)間（約10 s以上）；④列車制動(dòng)力解除后，機(jī)車電制動(dòng)力要保持25 s以上，然后再進(jìn)行調(diào)整；⑤在安全的前提下盡可能地提高制動(dòng)時(shí)的初始速度，在滿足列車充風(fēng)要求的前提下，提高緩解速度；⑥在循環(huán)制動(dòng)過程中，要充分利用機(jī)車的電制動(dòng)力調(diào)整列車緩解的位置，降低空氣制動(dòng)追加次數(shù)，以緩解列車縱向的受力程度。

2）長大下坡道關(guān)鍵區(qū)段的平穩(wěn)操縱。①寧武西-龍宮區(qū)間長大坡道的操縱。HXD1型電力機(jī)車（主控機(jī)車）過分相后，逐漸增大再生力控制速度，再生力不宜超過200 kN，此時(shí)SS4型電力機(jī)車（從控機(jī)車）制動(dòng)電流為300～400 A。進(jìn)入長大下坡道速度不超67 km/h減壓50 kPa，速度穩(wěn)定后調(diào)整再生力延長帶閘距離，待速度降至50 km/h以下，再生力調(diào)整為200～400 kN緩解，此時(shí)SS4型電力機(jī)車制動(dòng)電流為400～700 A。調(diào)整制動(dòng)周期，在龍宮二接近信號(hào)機(jī)處速度65 km/h減壓50 kPa，速度穩(wěn)定后降低再生力采用帶閘過分相。過分相后，HXD1型電力機(jī)車緩慢給再生力200～400 kN，此時(shí)SS4型電力機(jī)車電制電流為400～700 A，速度不超60 km/h緩解。②南灣-滴流磴長大坡道的操縱。南灣過分相后，合理調(diào)整動(dòng)力制動(dòng)，水泉灣隧道內(nèi)速度不超70 km/h時(shí)減壓50 kPa，再生力200～400 kN（此時(shí)SS4型電力機(jī)車電制電流為400～700 A）緩解列車。運(yùn)行至寺鋪尖隧道，速度不超70 km/h時(shí)減壓50 kPa，當(dāng)速度降至50 km/h以下，再生力200～400 kN（此時(shí)SS4型電力機(jī)車電制電流為400～700 A）緩解列車。調(diào)整制動(dòng)周期，在滴流磴二接近信號(hào)機(jī)處，速度65 km/h時(shí)減壓50 kPa，速度穩(wěn)定后降低再生力采用帶閘過分相。過分相后，緩慢給再生力200～400 kN（此時(shí)SS4型電力機(jī)車電制電流為400～700 A），速度不超60 km/h緩解列車。

3.2.4? 過分相的操縱

1）平原區(qū)段過分相時(shí)，根據(jù)分相位置提前斷電。

2）在上坡過分相時(shí)，根據(jù)分相位置將牽引力緩慢降至200 kN以內(nèi)，待SS4型電力機(jī)車（從控機(jī)車）越過分相區(qū)主斷正常閉合后，再逐步將牽引力恢復(fù)至設(shè)定值。

3）在下坡過分相時(shí)，采用帶空氣制動(dòng)力過分相，因當(dāng)空氣制動(dòng)力不能控制車速時(shí)，可使用機(jī)車電制動(dòng)，電制動(dòng)力設(shè)定不應(yīng)超過200 kN。

3.3? 效果檢驗(yàn)

通過中國鐵路科學(xué)研究院力學(xué)性能檢測，同步控制系統(tǒng)的控制程序優(yōu)化后，乘務(wù)員采用模式化操縱，1.6萬t重載列車全列的車鉤力滿足安全限度要求，脫軌系數(shù)等穩(wěn)定性指標(biāo)滿足安全限度要求；中部SS4型機(jī)車的車鉤力、車鉤偏轉(zhuǎn)角在允許控制限度范圍內(nèi)。

4? 結(jié)束語

交直混編1.6萬t重載列車是基于萬噸列車與2萬t重載列車之間的一種新型組合重載列車，運(yùn)行中不僅需要減少重載列車各種力對(duì)列車安全的影響，而且需要解決不同車型不同控制特性對(duì)操縱的影響，本文采用對(duì)無線同步控制系統(tǒng)的控制程序進(jìn)行優(yōu)化、推行模式化操縱的措施，有效解決了上述難點(diǎn)，保障了1.6萬t重載列車運(yùn)行安全。1.6萬t重載列車的成功開行，實(shí)現(xiàn)了朔黃鐵路HXD1型交流電力機(jī)車與SS4型直流電力機(jī)車的隨機(jī)組合，提升了列車編組的靈活性，對(duì)完成國家能源保供任務(wù)具有重大意義。

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