HXD3B型機(jī)車牽引客車平穩(wěn)操縱研究

徐 波，劉鈺峰，李成斌

（北京鐵路局 豐臺(tái)機(jī)務(wù)段“毛澤東號(hào)”班組，北京100070）

HXD3B型機(jī)車牽引客車平穩(wěn)操縱研究

徐 波，劉鈺峰，李成斌

（北京鐵路局 豐臺(tái)機(jī)務(wù)段“毛澤東號(hào)”班組，北京100070）

HXD3B型機(jī)車為我國自主設(shè)計(jì)研制的9 600 kW大功率電力機(jī)車，目前已在全路逐步投入使用，然而使用該新型機(jī)車牽引旅客列車，旅客列車的沖動(dòng)程度和頻率有了很大的增加。這種沖動(dòng)的發(fā)生，很大一部分原因是由乘務(wù)員的操縱引起的。為了提高該型機(jī)車牽引客車的平穩(wěn)性，我們針對乘務(wù)員在列車起動(dòng)過程，提、回手柄過程，運(yùn)行中制動(dòng)減速過程，停車過程等環(huán)節(jié)的操縱進(jìn)行了探討，為該機(jī)型牽引的客車平穩(wěn)操縱提供了一定的參考。

HXD3B型機(jī)車；牽引客車；平穩(wěn)操縱

HXD3B型機(jī)車為我國自主設(shè)計(jì)研制的9 600 kW大功率電力機(jī)車，該機(jī)車具有恒功率速度范圍寬、功率因數(shù)高、設(shè)備故障率低、機(jī)車可靠性高等特點(diǎn)。該機(jī)車適用于干線牽引，2011年北京鐵路局和沈陽鐵路局率先開始更換H XD3B型機(jī)車，目前已在全路逐步投入使用。該機(jī)型主要用于貨物牽引，但也用于春暑運(yùn)的臨客牽引，然而使用大功率的HXD3B型新型機(jī)車牽引旅客列車，就出現(xiàn)了新的問題。由于機(jī)車功率過大，乘務(wù)員對機(jī)車性能不熟悉，沒有合理的操縱方法，臨客車體質(zhì)量偏差等因素，旅客列車的平穩(wěn)性和舒適度得不到保障，甚至一度發(fā)生旅客因列車顛簸而摔傷的事故。隨著鐵路運(yùn)輸組織的發(fā)展，廣大旅客對其乘坐舒適度要求亦有不斷提高，為有效解決因乘務(wù)員操作機(jī)車不規(guī)范致列車沖動(dòng)的發(fā)生，提高整列車運(yùn)行的平穩(wěn)性，有必要對HXD3B型機(jī)車牽引客車操縱條件進(jìn)行探討［1］。

1　HXD3B型機(jī)車牽引客車平穩(wěn)情況

車體平穩(wěn)性和乘坐舒適度一般用列車沖動(dòng)來表征。列車沖動(dòng)，即乘務(wù)員在操作列車運(yùn)行過程中，由于機(jī)車工況改變所引起的列車車輛縱向沖擊。列車在改變運(yùn)行條件時(shí)，由于車輛間的制動(dòng)缸壓力的差異和相鄰車輛制動(dòng)率的不一致性，造成列車沖動(dòng)；這種壓力的差異和制動(dòng)率的不一致有很大一部分原因是由于乘務(wù)員的操縱不當(dāng)引起的［2］。所以，我們主要針對乘務(wù)員的H XD3B型機(jī)車操縱進(jìn)行討論。

國內(nèi)外對列車沖動(dòng)的評(píng)定主要是從加速度與其頻率特性來考慮，重點(diǎn)分析的是縱向沖動(dòng)，且無統(tǒng)一的沖動(dòng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)機(jī)務(wù)段一般用列車沖動(dòng)加速度變化率來考核和評(píng)定旅客列車乘務(wù)員的平穩(wěn)操縱技能，在沖動(dòng)的檢測手段上，多采用沖動(dòng)棒檢測法［3］。本研究以1號(hào)沖動(dòng)棒的倒伏作為沖動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)［4］，在目前廣泛使用的25 G車鉤的列車尾部［5］進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通過隨機(jī)對京九線14列HXD3B型機(jī)車牽引的臨客客車進(jìn)行沖動(dòng)測試，其結(jié)果如表1：

據(jù)統(tǒng)計(jì)，14列次列車運(yùn)行里程1 600 km，因乘務(wù)員操作機(jī)車原因發(fā)生113次沖動(dòng)，平均每百公里沖動(dòng)高達(dá)7.06次，沖動(dòng)頻率較高。

2　列車沖動(dòng)操縱影響因素

根據(jù)列車縱向動(dòng)力學(xué)的理論分析［6］和實(shí)際試驗(yàn)的測試，發(fā)現(xiàn)列車沖動(dòng)主要發(fā)生在非穩(wěn)態(tài)的列車運(yùn)行過程中。本研究將正常運(yùn)行情況下因操縱導(dǎo)致的列車沖動(dòng)主要分為5個(gè)相互獨(dú)立的工況進(jìn)行討論，即：（1）列車起動(dòng)過程，列車由靜止?fàn)顟B(tài)到運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，機(jī)車牽引力傳輸引起列車沖動(dòng)的起動(dòng)工況。（2）運(yùn)行中回手柄過程，因電力機(jī)車受到分相絕緣限制，要暫時(shí)中斷機(jī)車牽引力，主手柄回零，列車惰力運(yùn)行，回手柄過程牽引力降低引起列車沖動(dòng)的工況。（3）運(yùn)行中提手柄過程，過分相后再提手柄，輸出牽引力，提手柄過程牽引力傳輸引起列車沖動(dòng)的工況。（4）運(yùn)行中使用列車制動(dòng)機(jī)過程，列車由制動(dòng)或制動(dòng)緩解過程，制動(dòng)力傳輸引起列車沖動(dòng)的制動(dòng)工況。（5）到站停車過程，對標(biāo)停車時(shí)，采用一段制動(dòng)、兩次制動(dòng)或多次制動(dòng)，以及單閥是否配合使用等制動(dòng)方式引起列車沖動(dòng)的工況。

2.1列車起動(dòng)過程對列車沖動(dòng)的影響

HXD3B型機(jī)車起動(dòng)手柄的精度為0.1級(jí)，量程為1～13級(jí)，每一級(jí)差對應(yīng)10 km/h的速度級(jí)差。起動(dòng)時(shí)，列車狀態(tài)發(fā)生變化，起動(dòng)手柄的起動(dòng)級(jí)位對列車平穩(wěn)性影響很大。機(jī)車由6組額定功率為1 632 kW的大轉(zhuǎn)矩異步牽引電機(jī)組合而成，輸出牽引力較大。列車起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)手柄級(jí)位過低，列車起動(dòng)較平穩(wěn)，但起動(dòng)時(shí)間過長；起動(dòng)手柄級(jí)位過高，列車起動(dòng)迅速，但沖動(dòng)較大，將起動(dòng)過程中起動(dòng)手柄級(jí)位分以下3種情況進(jìn)行討論：

表1　HXD3B型機(jī)車牽引列車沖動(dòng)次數(shù)統(tǒng)計(jì)表

圖1　客車起動(dòng)過程手柄級(jí)位分類

針對以上3個(gè)情況，結(jié)合操作經(jīng)驗(yàn)分別進(jìn)行了以下3個(gè)方案的試驗(yàn)，得到數(shù)據(jù)如表2：

方案1：起車太快，列車推背感強(qiáng)烈，倒伏棒全部傾倒，無法進(jìn)行測試。方案2：試驗(yàn)500次，倒伏棒倒伏337次，列車起動(dòng)過程沖動(dòng)率較高。方案3：試驗(yàn)500次，倒伏棒倒伏102次，曾發(fā)生長時(shí)間不能起車現(xiàn)象。從上述測試平均沖動(dòng)次數(shù)不難得出：發(fā)生沖動(dòng)最少的方案是方案3，對該方案繼續(xù)優(yōu)化，于列車起動(dòng)以10 s為限，分別以0.1，0.2，0.3和0.4級(jí)的手柄級(jí)位進(jìn)行了8組試驗(yàn)，試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3。

表2　北京—聊城區(qū)段列車起動(dòng)過程方案考察表

根據(jù)表中數(shù)據(jù)、對比結(jié)果，發(fā)現(xiàn)起動(dòng)列車時(shí)手柄0.3級(jí)作為列車起動(dòng)的級(jí)位最為平穩(wěn)。

表3　列車起動(dòng)手柄級(jí)位優(yōu)化考察表

2.2列車回手柄過程對列車沖動(dòng)的影響

HXD3B型機(jī)車采用國際上先進(jìn)的CCBⅡ微機(jī)控制制動(dòng)系統(tǒng)，采用大功率輪盤制動(dòng)裝置，采用先進(jìn)的螺旋桿式空氣壓縮機(jī)作為風(fēng)源設(shè)備，制動(dòng)力強(qiáng)，反應(yīng)靈敏［7］，結(jié)合操縱經(jīng)驗(yàn)和線路實(shí)際操縱情況，將回手柄過程分為2種情況進(jìn)行討論，見圖2。

圖2　回手柄過程牽引手柄級(jí)位分類

針對以上2種情況，分別進(jìn)行了以下2個(gè)方案的試驗(yàn)，得到表4數(shù)據(jù)。

表4　北京—聊城區(qū)段運(yùn)行中回手柄過程方案考察表

各方案分別進(jìn)行500次試驗(yàn)，其中方案1沖動(dòng)323次，方案2沖動(dòng)143次。根據(jù)表4中數(shù)據(jù)、對比結(jié)果，發(fā)現(xiàn)將手柄由運(yùn)行級(jí)位回到與運(yùn)行速度級(jí)位低0.2級(jí)的級(jí)位，待電流消失，回到預(yù)備位，再回零位作為運(yùn)行中回手柄的方法更為平穩(wěn)。

2.3列車提手柄過程對列車沖動(dòng)的影響

HXD3B型機(jī)車的輸出牽引電流較大，且反應(yīng)靈敏，結(jié)合列車縱向動(dòng)力學(xué)的理論和線路實(shí)際操縱情況，將提手柄過程分為3種情況進(jìn)行討論，見圖3。

圖3　提手柄過程牽引手柄級(jí)位分類

針對以上3種情況，分別進(jìn)行了以下3個(gè)方案的試驗(yàn)，得到表5數(shù)據(jù)。

表5　北京—聊城區(qū)段運(yùn)行中提手柄過程方案考察表

各方案分別進(jìn)行500次試驗(yàn)，其中方案1沖動(dòng)272次，方案2沖動(dòng)133次，方案3沖動(dòng)302次。根據(jù)表5中數(shù)據(jù)、對比結(jié)果，發(fā)現(xiàn)將手柄級(jí)位從零位逐級(jí)提到運(yùn)行速度對應(yīng)級(jí)位低0.1級(jí)的級(jí)位，待電流出現(xiàn)再晉級(jí)的方法更平穩(wěn)。

2.4列車制動(dòng)減速過程對列車沖動(dòng)的影響

針對HXD3B型機(jī)車的制動(dòng)系統(tǒng)先進(jìn)、反應(yīng)靈敏這一特點(diǎn)，結(jié)合鐵路有關(guān)規(guī)章制度和線路實(shí)際操縱情況，將運(yùn)行中制動(dòng)過程的自閥減壓量分為3種情況進(jìn)行討論，見圖4。

針對圖4的3種情況，分別進(jìn)行了3個(gè)方案的試驗(yàn)，得到表6數(shù)據(jù)。

各方案分別進(jìn)行500次試驗(yàn)，其中方案1沖動(dòng)112次，方案2沖動(dòng)278次，方案3沖動(dòng)412次。根據(jù)表6中數(shù)據(jù)、對比結(jié)果，發(fā)現(xiàn)將自閥減壓40 kPa作為運(yùn)行中制動(dòng)減壓的方法更平穩(wěn)。

2.5列車停車過程對列車沖動(dòng)的影響

針對HXD3B型機(jī)車的制動(dòng)系統(tǒng)，結(jié)合操縱經(jīng)驗(yàn)和線路實(shí)際操縱情況，將停車過程分為3種情況進(jìn)行討論：

針對圖5 3個(gè)情況，分別進(jìn)行了3個(gè)方案的試驗(yàn)，得到表7數(shù)據(jù)。

圖4　運(yùn)行中使閘過程減壓量分類

圖5　停車過程制動(dòng)方式分類

表6　北京—聊城區(qū)段運(yùn)行中制動(dòng)過程方案考察表

表7　北京—聊城區(qū)段停車過程方案考察表

各方案分別進(jìn)行5 006次試驗(yàn)，其中方案1沖動(dòng)190次，方案2沖動(dòng)122次，方案3沖動(dòng)434次。根據(jù)表7中數(shù)據(jù)、對比結(jié)果，發(fā)現(xiàn)一段制動(dòng)配合單閥使用作為停車過程的方法更平穩(wěn)。

3　HXD3B型機(jī)車牽引客車操縱條件的優(yōu)化

根據(jù)以上一系列的分析試驗(yàn)和對比選擇后，將以上5個(gè)獨(dú)立工況組合起來，得到H XD3B型機(jī)車牽引客車的優(yōu)化操縱方案，見圖6。

圖6　HXD3B型機(jī)車牽引客車的優(yōu)化操縱方案

列車起動(dòng)時(shí)，穩(wěn)步提升牽引手柄，使?fàn)恳娏鞣€(wěn)步上升，主手柄先置于0.1～0.2級(jí)，待全列車?yán)燔囥^之后，再置于0.3級(jí)，均勻加速，平穩(wěn)起動(dòng)；同時(shí)，加強(qiáng)瞭望，注意時(shí)間，確保安全、正點(diǎn)、平穩(wěn)發(fā)車。運(yùn)行中回手柄時(shí)，不要直接回零，要逐級(jí)進(jìn)行；通過分相絕緣器前回手柄，將手柄由運(yùn)行級(jí)位回到較列車運(yùn)行速度對應(yīng)的手柄級(jí)位低0.2級(jí)的級(jí)位，待電流消失后，回到預(yù)備級(jí)，再回到零位。運(yùn)行中提手柄時(shí)，主手柄要逐級(jí)提升，防止機(jī)車發(fā)生空轉(zhuǎn)；通過分相絕緣器后提手柄，將手柄級(jí)位從零位提到較列車運(yùn)行速度對應(yīng)的手柄級(jí)位低0.1級(jí)的級(jí)位，待電流出現(xiàn)再晉級(jí)。制動(dòng)時(shí)，應(yīng)考慮列車速度、線路情況、牽引車輛數(shù)和噸數(shù)等條件，準(zhǔn)確掌握制動(dòng)時(shí)機(jī)和減壓量，盡量減少制動(dòng)次數(shù)，并使用40 kPa的最小減壓排風(fēng)量。停車時(shí)，要較規(guī)定的運(yùn)行時(shí)刻預(yù)留1～2 min的時(shí)間，為平穩(wěn)停車做好準(zhǔn)備，制動(dòng)過程應(yīng)根據(jù)停車位置、列車速度和制動(dòng)初減壓地點(diǎn)，合理采用一段制動(dòng)，并配合使用單閥，做到進(jìn)站穩(wěn)、對標(biāo)準(zhǔn)。

用優(yōu)化的操縱方法操縱H XD3B型機(jī)車牽引旅客列車后，對該操縱方法的效果進(jìn)行測試，結(jié)果見表8。

表8　HXD3B型機(jī)車牽引客車操縱方法效果檢查統(tǒng)計(jì)

使用優(yōu)化的HXD3B型機(jī)車牽引旅客列車操縱方法，能使列車每百公里平均沖動(dòng)次數(shù)由原來的7.06次降低到了2次以下，列車運(yùn)行更為平穩(wěn)，較好的保證了列車運(yùn)行的平穩(wěn)性和舒適度。

5　結(jié)束語

通過對HXD3B型機(jī)車牽引旅客列車平穩(wěn)操縱方法的探討，分別從列車起動(dòng)過程，提、回手柄過程，運(yùn)行中制動(dòng)減速過程，停車過程等環(huán)節(jié)的操縱進(jìn)行優(yōu)化，降低了因乘務(wù)員操縱導(dǎo)致大功率HXD3B型機(jī)車牽引旅客列車沖動(dòng)的頻率，為進(jìn)一步研究HXD3B型機(jī)車平穩(wěn)操縱提供了一定的參考。

［1］ 尚志偉.25k快速客車運(yùn)行中縱向沖動(dòng)原因淺析［J］.鐵道機(jī)車車輛，2001，21（1）：45-49.

［2］ 中國鐵道科學(xué)研究院.提速客車縱向沖動(dòng)測試及運(yùn)行平穩(wěn)性措施研究［R］.2003.

［3］ 劉傳波，莫易敏.旅客列車縱向沖動(dòng)判斷準(zhǔn)則的研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31（9）：107-110.

［4］ TB/T 2370.93.鐵路旅客列車縱向動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)方法與評(píng)定指標(biāo)［S］.1993.

［5］ 李繼山，黃成榮，陳厚嫦，等.提速客車縱向沖動(dòng)試驗(yàn)研究［J］.鐵道機(jī)車車輛.2003，23（5）：1-5.

［6］ 何福漢.旅客列車縱向沖動(dòng)問題研究［J］.鐵道機(jī)車車輛，2007，27（5）：10-13.

［7］ 中國北車集團(tuán)大連機(jī)車車輛有限公司.HXD3B型電力機(jī)車培訓(xùn)教材［Z］.北京：北京鐵路局.2009.

Stable Operation Research for HXD3B Locomotive Tow Passenger Train

XU Bo，LIU Yufeng，LI Chengbin
（Beijing Railway Bureau Fengtai Loco motive Depot＂Mao Zedong＂Team，Beijing 100070，China）

HXD3B loco motive with the power of 9600kW was designed and developed in China.Nowadays，it has been gradually used in whole china.However，the use of this new loco motive tow passenger train，passenger train impulse frequency has greatly increased. This impulse occurs mainly because of the operation of the driver.In order to improve the stability of passenger train，the start process，put back the handle process，braking process and parking process are optimized，which provides an operation reference for HXD3B locomotive traction passenger train.

HXD3B loco motive；traction passenger train；stable operation

U266.2

A doi：10.3969/j.issn.1008-7842.2015.04.26

1008-7842（2015）04-0111-05

?）男，助理工程師（

2015-01-19）