國能朔黃鐵路交直混編1.6萬噸列車平穩(wěn)操縱分析

周鵬飛

（國能朔黃鐵路機輛分公司，河北 肅寧 062300）

0 引言

為應對運量持續(xù)高位運行，提高重載組合列車編組靈活性，提高機車車輛周轉(zhuǎn)效率，朔黃鐵路公司先后對交、直流機車互聯(lián)互通性能進行了20 余項優(yōu)化，并邀請專業(yè)機構(gòu)進行了重載組合列車動力學性能試驗，實現(xiàn)了交流機車與直流機車互聯(lián)互通、C80 型車體萬噸列車與C64 或C70 型車體普通貨物列車混編，緩解神池南站“咽喉”區(qū)段接發(fā)車能力緊張的壓力。

1 交直混編1.6 萬噸列車開行現(xiàn)狀

1.1 列車編組方式

HXD1交流機車+108 輛C80 重車+SS4B直流機車+66 輛C64 或C70 重車+可控列尾。總重16542t、輛數(shù)174 輛、計長198.0m。

1.2 線路運行條件

朔黃線西起山西省神池縣神池南站，與神朔鐵路相連，東至河北省滄州市黃驊港口貨場。正線總長近598km，主要特點是橋隧相連、海拔落差大、曲線半徑小，寧武西—原平南、南灣—小覺區(qū)段，是10～12‰的連續(xù)長大下坡道。最高海拔1543m（見圖1），連續(xù)下坡道近143km 含R500 曲線11 處，全線合計77 個隧道，238 座橋梁。

圖1 朔黃線海拔落差圖

1.3 交、直流機車設備梳理

1.3.1 基于LTE-R 4G 無線網(wǎng)絡平臺并搭載無線遠程重聯(lián)同步控制系統(tǒng)TEC-TROMS03[1]。

1.3.2 交流機車搭載DK-2 型制動機，直流機車搭載DK-1 改型制動機。

1.3.3 交流機車搭載JD160 型電機，直流機車搭載ZD114-A 型電機。

2 交直混編1.6 萬噸列車操縱突出風險點

2.1 機車動力學評定標準

參照機車車輛運行安全性的現(xiàn)行有關標準，并借鑒以往重載列車試驗中對從控機車的動力學性能控制指標，確定機車運行安全性參數(shù)的限度值如下。

脫軌系數(shù)：≤0.90；

輪重減載率：≤0.65；

輪軸橫向力：≤1099kN(HXD1 型機車)、≤90kN（SS4型機車）；

最大車鉤力：≤2250kN；

車鉤偏轉(zhuǎn)角：≤6o。

2.2 交直流機車同步性的差異

在直流機車牽引風機和制動風機在未啟動的條件下，交流機車從0 位開始進行級位調(diào)整時，由于風機起動需要一定時間，使得直流機車級位調(diào)整存在6s延時，影響主從機車牽引、再生力發(fā)揮的一致性。

2.3 列車車鉤受力分析

列車在長大下坡道停車后重新起動前，由于中部機車前后的車輛緩解較快，第45 位附近的車輛緩解較慢，緩解后的車輛受重力作用下滑，與未緩解的車輛產(chǎn)生擠壓現(xiàn)象，形成了很大的壓鉤力，最大壓鉤力的位置在第23 位和45 位貨車（見圖2），最大值分別為1213kN 和1149kN（見表1）。

表1 下坡道起動各斷面最大車鉤力

圖2 下坡道起動各斷面最大車鉤力

2.4 小曲線半徑對列車受力的影響

列車在線路最小曲線半徑R400m 施加450kN 的再生力，各個車輛車鉤均產(chǎn)生不斷程度的壓鉤力[2]。其中，第1 位及第109 位車輛壓鉤力均在500kN 以上。列車在小曲線半徑及道岔側(cè)向運行時，車鉤偏轉(zhuǎn)角最大5.1o，接近≤6o的安全值（見表2）。

表2 列車輪軸橫向力及輪重減載率與脫軌系數(shù)關系表

2.5 可控列尾裝置對列車受力的影響

列車尾部掛可控列尾，長大下坡道循環(huán)制動緩解時會產(chǎn)生600～800kN 車鉤力。制動時會產(chǎn)生明顯的拉鉤力，最大值在中部機車前后，出現(xiàn)在主控機車減壓減23min 左右。當制動緩解后，從控機車壓鉤力逐漸增大，大約30min 后達到峰值。

2.6 非長大下坡道如何提升列車運行品質(zhì)分析

列車在平直坡道上發(fā)生緊急制動，中部機車車鉤受力均在1000kN 以上，高于≤1000kN 的建議性評定指標，存在較大的安全隱患。實施常用制動減壓緩解過程中有明顯的拉鉤力，應避開凸形坡道（4‰上坡道轉(zhuǎn)4‰下坡道），提升1.6 萬噸列車運行品質(zhì)。

2.7 斷鉤、分離易造成事故擴大

列車運行中后半列發(fā)生斷鉤、分離，機車能響應緊急制動；但即使在通訊正常時，從控機車起緊急后，制動作用僅通過列車管傳遞，而不通過無線同步裝置傳遞，傳遞速度較慢。

3 混編列車突出風險應對措施

3.1 轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)操縱觀念

倡導以空氣制動為主、動力制動為輔、實現(xiàn)超長波浪循環(huán)制動，最大程度減少空氣制動的頻次，減少列車縱向力發(fā)生頻次，保證混編列車運行安全。

3.2 推行模式化操縱理念

以小曲線半徑、線路變坡點、過分相操縱為切入點，積極探索最優(yōu)操縱方案，遵循精細化操縱原則，固化每把閘制動緩解地點，設定再生力發(fā)揮限值，進行語音在線預警，最大程度避免違章操縱，將列車車鉤受力降至最低。

3.3 避免列車惰力運行

全列車鉤處于自由狀態(tài)或在起伏坡道上運行時，在壓縮和拉伸兩者狀態(tài)間相互轉(zhuǎn)換，惰力運行引起的沖動也較為突出，應盡量避免。

3.4 規(guī)范列車起停操縱

充分考慮機車特性差異，細化牽引、再生力使用標準，確保全列車車鉤充分拉伸或壓縮后逐步增大，兼顧運行速度及列車平穩(wěn)，最大程度維持車鉤受力狀態(tài)。

3.5 嚴格制動機使用標準

以《機車操縱規(guī)程》第二十八條為基礎，督促機車乘務員養(yǎng)成良好的制動機使用習慣，嚴格卡控未排風結(jié)束追加減壓或連續(xù)追加減壓等問題的發(fā)生，避免充風不足制動的產(chǎn)生。

3.6 提升兩非處置能力

利用模擬駕駛培訓，再現(xiàn)乘務員線上運行可能發(fā)生的非正常情況，通過兩非訓練不斷固化乘務員非正常情況下的應急反應，避免操縱不當導致事態(tài)擴大。

3.7 規(guī)范列尾裝置摘掛

細化列尾裝置摘掛標準，完善作業(yè)流程圖，制定防脫落冗余設施，確保列尾主機、風管可靠固定，避免發(fā)生封堵、風管、主機脫落列車緊急制動傳遞較慢，引發(fā)列車顛覆性事故。

4 交直混編1.6 萬噸列車操縱原則

4.1 站內(nèi)起車

交流機車牽引力初步加載50～200kN（直流機車0～400A）不小于10s，起動過程中預防性撒砂，防止空轉(zhuǎn)，全列起動后平穩(wěn)加速，進入岔區(qū)適當減小牽引力，避免空轉(zhuǎn)。

4.2 上坡起車

停車前增大機車制動缸壓力，充分壓縮車鉤，停車后追加至100kPa，為起車做好準備。起車時，交流機車先給牽引力至400kN（直流機車600A），再緩解列車，逐步發(fā)揮機車最大牽引力，執(zhí)行坡道起車操縱辦法，確保一次起動成功。

4.3 下坡起車

停車前，適當壓縮車鉤，動車前，交流機車先緩解大閘，動車后待速度上漲至5km/h，逐步增大再生力至目標值，并逐步將機車制動缸壓力緩解至零，根據(jù)漲速情況，合理調(diào)整再生力，確保再制動充風時間[3]。直流機車先緩解小閘，施加電制動，待勵磁電流上升后，再緩解大閘，逐步增大電制電流至目標值。

4.4 平原區(qū)段操縱

列車運行在起伏坡道時，盡量采取低手柄通過變坡點，應根據(jù)線路縱斷面情況使整列車鉤保持穩(wěn)定狀態(tài)，減少列車縱向沖動。

4.5 長大上坡道操縱

4.5.1 采用“先闖后爬，闖爬結(jié)合”的操縱辦法。坡道前達速運行并充分發(fā)揮機車最大牽引力，爬坡時應施行預防撒砂，防止空轉(zhuǎn)損失牽引力造成坡停。

4.5.2 停車為起車做準備，停車減壓速度不得低于10km/h。

4.6 長大下坡道操縱

4.6.1 長大下坡道以“空電聯(lián)合、長波浪制動”為基本操縱原則。采用空電聯(lián)合制動，在滿足列車管充風時間的前提下，最大限度地減少空氣制動頻次和動力制動力，以減小列車縱向力，滿足循環(huán)制動和按圖行車要求，確保列車安全、正點。

4.6.2 循環(huán)制動區(qū)段操縱要求：

(1)減壓前，交流機車再生力不得低于100kN（直流機車電制電流不低于300A）。

(2)減壓后，待速度穩(wěn)定，適當調(diào)節(jié)動力制動，延長列車制動距離，實現(xiàn)長波浪制動，減少空氣制動頻次。

(3)緩解前，穩(wěn)定動力制動10s 以上，壓縮車鉤。

(4)緩解后，動力制動保持25s 以上，再緩慢調(diào)整至目標值。

(5)在保證安全的前提下，提高制動初速；滿足列車充風要求的前提下，提高緩解速度。

(6)循環(huán)制動過程中，合理利用再生制動力調(diào)整列車緩解地點，減少追加減壓頻次，以降低列車縱向受力。

(7)神池南—原平南、南灣—西柏坡區(qū)段，循環(huán)制動交流機車緩解再生力保持200～400kN（直流機車400～700A）。

4.7 通過分相區(qū)操縱

4.7.1 平原區(qū)段過分相，根據(jù)分相位置提前斷電，交直模式優(yōu)先采用手柄小零位過分相，直直模式采用手柄回零過分相。

4.7.2 上坡道過分相，交直模式根據(jù)分相位置將牽引力緩慢降至200kN 以內(nèi)，帶級位過分相，待從控機車越過分相正常投入后，再逐步給至目標值（遇特殊情況過分相后牽引力可給至300kN）；直直模式手柄回零過分相，主車過分相后電流不超400A，待從控機車越過分相正常投入后，再逐步給至目標值（遇特殊情況過分相后牽引力可給至600A）。

4.7.3 下坡道使用帶閘過分相（遇車體制動力強，可采用惰力過分相）時，交直模式優(yōu)先使用手柄小零位過分相，因控速困難，需要使用再生制動時，以不超過200kN 為宜；直直模式手柄回零過分相。

4.8 長大下坡道區(qū)段過限速操縱

4.8.1 限速45～60km/h 的長大下坡道區(qū)段，采取停車緩風措施通過慢行。

4.8.2 限速區(qū)段內(nèi)停車后可不追加減壓，密切監(jiān)視列車動態(tài)。

4.9 停車操縱

4.9.1 站內(nèi)停車時，合理控制速度，適時投入空氣制動，避免追加減壓或大減壓量停車，列車靠標停妥后追加減壓至100kPa 以上。

4.9.2 區(qū)間停車（慢行、側(cè)線除外），立即追加至100kPa 以上。

5 結(jié)語

交直混編1.6 萬噸列車操縱不同于交交編組2 萬噸列車和直直編組萬噸列車，不僅要克服重載列車縱向力、下滑力等帶來的操縱困難，還要面對不同機型不同特性差異帶來的挑戰(zhàn)。2020年7月至今，機輛分公司對1.6 萬列車制動力判斷及制動周期進行充分摸索，結(jié)合動靜態(tài)試驗數(shù)據(jù)從小曲線半徑、分相位置、變坡點操縱等方面進行逐步優(yōu)化，形成了一套模式化操縱提示，保障了1.6 萬噸列車的平穩(wěn)開行。