朔黃鐵路1.6萬t重載列車操縱難點及解決措施

作者簡介：張景義（1976-），男，工程師。研究方向為鐵路運輸。

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

摘? 要：朔黃鐵路采用HXD1型交流電力機車與SS4型直流電力機車組合牽引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、長大下坡道循環制動以及過分相等平穩操縱難點，并有針對性地提出解決措施。

關鍵詞：朔黃鐵路；HXD1型交流電力機車；SS4型直流電力機車；控制模式；牽引力；1.6萬t重載列車

中圖分類號：U296? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：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的重要通道之一，近年來運量持續上升，為了挖掘運輸潛力，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重載列車可以實現HXD1型交流電力機車、SS4型直流電力機車互聯互通，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，提升了機車運用效率。

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、長大下坡道循環制動以及過分相等關鍵區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，從而提高乘務員的平穩操縱水平。

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HXD1型交流電力機車和1臺SS4型直流電力機車通過無線重聯控制系統，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HXD1型交流機車+108輛車輛+1臺SS4型電力機車+66輛車輛+可控列尾。

2? 1.6萬t重載列車操縱難點

HXD1型交流電力機車（主控機車）與SS4型直流電力機車（從控機車）控制形式有所不同，HXD1型電力機車使用力矩恒定的模式進行控制，而SS4型電力機車使用準恒速的模式進行控制，2種不同的控制模式在控制指令反應速率、機車工況轉換時間、牽引和制動力的發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臺機車在力的協同發揮方面存在問題，尤其對長大坡道區段的起車、循環制動影響最大，具體表現為如下。

HXD1型電力機車控制手柄從初始狀態進行牽引或制動調整時，由于HXD1型電力機車風機工作有一定的延時，使控制指令傳輸至SS4型電力機車時延時了6 s，造成了2臺機車牽引、制動力不能同步發揮。

列車在坡度較大的線路上停車再重新開車時，當列車緩解后，處在中部的SS4型電力機車前后車輛的制動力解除速度比前部車輛快，造成已經解除制動力的車輛在重力的作用下擠壓尚未解除制動力的車輛，對車鉤形成了非常大的擠壓力，峰值可達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行循環制動調速時，當主控機車（HXD1型機車）發出制動指令約23 s后，處于中部位置的SS4型機車和車輛的車鉤會產生明顯的拉力，當解除制動指令后，車鉤拉力轉換為壓力并逐漸增大，大約30 s后車鉤壓力達到最大值，不同力對車鉤的反復施加，易造成車鉤的損壞。

圖1? HXD1型電力機車牽引特性曲線

圖2? HXD1型電力機車制動特性曲線

圖3? SS4G型電力機車牽引特性曲線

圖4? SS4G型電力機車制動特性曲線

3? 1.6萬t重載列車操縱困難的解決措施

3.1? 無線重聯同步控制系統的控制程序進行優化

對1.6萬t列車的無線重聯同步控制系統的控制程序進行優化，優化后的控制流程如下。

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

2）主車車載無線同步控制系統對接收到的各種指令經處理后無線傳輸至從車（SS4型電力機車）車載無線同步控制系統。

3）從車（SS4型電力機車）車載無線同步控制系統將接收到的主車控制指令反饋至機車控制系統控制機車，并將從車各項數據通過車載無線同步控制系統反饋至主車。

通過程序優化，正常情況下，SS4型電力機車可以最大程度滿足HXD1型電力機車的牽引力（或再生力）的要求，如果超過SS4型電力機車的能力，SS4型電力機車輸入最大的牽引力（或電制力），同時HXD1型電力機車匹配SS4型電力機車，調整牽引力（或再生力）的發揮。實現效果如下。

1）HXD1型電力機車控制手柄從初始狀態進行牽引或制動調整時，SS4型電力機車級位延時控制在3 s以內。

2）列車運行速度低于50 km/h時，2臺機車實際牽引、制動力可以完全匹配，當列車運行速度高于50 km/h時，2臺機車的牽引力、電制力（或再生力）同步增長，直到SS4型電力機車的力達到實際速度對應的最大值后，不再增加。

3.2? 推行模式化操縱

對長大坡道線路上的上坡起車、下坡起車、循環制動和過分相等操縱方法進行分析，不斷進行優化和完善，通過確定制動力解除地點及限制最大制動力的方式，最大程度地降低了機車和車輛車鉤的受力。

3.2.1? 長大坡道上坡起動列車

采用“先提速后爬坡、提速和爬坡相結合”的操縱方法，列車在到達坡道前提前提速并達速運行，爬坡前應提前適量撒沙增加輪軌黏著力使機車牽引力得到有效發揮。在坡道上停車前通過增大制動力使機車和車輛的車鉤處于充分壓縮狀態，為后續的啟動做好準備。在啟動時，先操縱機車產生一定的牽引力后再解除列車的制動力，然后逐步地將機車的牽引力增加至最大。

3.2.2? 長大坡道下坡起動列車

采用空氣制動和電制動結合，單次小減壓量，延長帶閘動距離的操縱方法，此方法可以減少空氣制動的使用次數，從而減少列車的縱向力，保證了列車的安全運行。在列車停車前，適當地對機車和車輛的車鉤進行壓縮，起動時，HXD1型電力機車先解除大閘制動力，當列車速度上漲到4 km/h時，將機車的電制動力逐步增大到目標值，并解除機車小閘的制動力，根據列車速度的上漲情況，再合理調整機車的電制動力。SS4型電力機車先解除機車小閘制動力，然后施加機車電制動力，再解除機車大閘制動力，最后逐步增加機車電制動力至目標值。

3.2.3? 長大坡道的循環制動操縱

1）循環制動的原則。①在使用空氣制動前，HXD1型電力機車電制動力不得設置過?。ù笥诘扔?00 kN）；②使用空氣制動，在列車速度穩定后要適當調整機車電制動力，保證列車較長的帶閘運行距離，減少使用空氣制動的次數；③解除列車制動前，機車電制動力要保持一定時間（約10 s以上）；④列車制動力解除后，機車電制動力要保持25 s以上，然后再進行調整；⑤在安全的前提下盡可能地提高制動時的初始速度，在滿足列車充風要求的前提下，提高緩解速度；⑥在循環制動過程中，要充分利用機車的電制動力調整列車緩解的位置，降低空氣制動追加次數，以緩解列車縱向的受力程度。

2）長大下坡道關鍵區段的平穩操縱。①寧武西-龍宮區間長大坡道的操縱。HXD1型電力機車（主控機車）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SS4型電力機車（從控機車）制動電流為300～400 A。進入長大下坡道速度不超67 km/h減壓50 kPa，速度穩定后調整再生力延長帶閘距離，待速度降至50 km/h以下，再生力調整為200～400 kN緩解，此時SS4型電力機車制動電流為400～700 A。調整制動周期，在龍宮二接近信號機處速度65 km/h減壓50 kPa，速度穩定后降低再生力采用帶閘過分相。過分相后，HXD1型電力機車緩慢給再生力200～400 kN，此時SS4型電力機車電制電流為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，合理調整動力制動，水泉灣隧道內速度不超70 km/h時減壓50 kPa，再生力200～400 kN（此時SS4型電力機車電制電流為400～700 A）緩解列車。運行至寺鋪尖隧道，速度不超70 km/h時減壓50 kPa，當速度降至50 km/h以下，再生力200～400 kN（此時SS4型電力機車電制電流為400～700 A）緩解列車。調整制動周期，在滴流磴二接近信號機處，速度65 km/h時減壓50 kPa，速度穩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SS4型電力機車電制電流為400～700 A），速度不超60 km/h緩解列車。

3.2.4? 過分相的操縱

1）平原區段過分相時，根據分相位置提前斷電。

2）在上坡過分相時，根據分相位置將牽引力緩慢降至200 kN以內，待SS4型電力機車（從控機車）越過分相區主斷正常閉合后，再逐步將牽引力恢復至設定值。

3）在下坡過分相時，采用帶空氣制動力過分相，因當空氣制動力不能控制車速時，可使用機車電制動，電制動力設定不應超過200 kN。

3.3? 效果檢驗

通過中國鐵路科學研究院力學性能檢測，同步控制系統的控制程序優化后，乘務員采用模式化操縱，1.6萬t重載列車全列的車鉤力滿足安全限度要求，脫軌系數等穩定性指標滿足安全限度要求；中部SS4型機車的車鉤力、車鉤偏轉角在允許控制限度范圍內。

4? 結束語

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，運行中不僅需要減少重載列車各種力對列車安全的影響，而且需要解決不同車型不同控制特性對操縱的影響，本文采用對無線同步控制系統的控制程序進行優化、推行模式化操縱的措施，有效解決了上述難點，保障了1.6萬t重載列車運行安全。1.6萬t重載列車的成功開行，實現了朔黃鐵路HXD1型交流電力機車與SS4型直流電力機車的隨機組合，提升了列車編組的靈活性，對完成國家能源保供任務具有重大意義。

參考文獻：

[1] 冀彬.大秦線重載列車發展研究[J].中國鐵路，2009（3）：31-35.

[2] 徐磊.朔黃鐵路重載列車組織方案研究[J].鐵道貨運，2017（1）：10-15.

[3] SS4型電力機車[M].北京：中國鐵道出版社，1998.

[4] HXD1型/神華號交流電力機車[M].北京：中國鐵道出版社，2015.