內(nèi)燃機(jī)車單位油耗影響因素研究

原志紅

摘 要：受國內(nèi)煤炭滯銷、銷售價(jià)格持續(xù)走低和營業(yè)稅改增值稅等因素的影響，內(nèi)燃機(jī)車牽引項(xiàng)目的利潤成斷崖式下降，因此，降低機(jī)車單位油耗和運(yùn)輸生產(chǎn)成本十分重要。簡要研究了影響內(nèi)燃機(jī)車單位油耗的因素，理清了各因素與單位油耗的關(guān)系，進(jìn)而為鐵路運(yùn)輸企業(yè)加強(qiáng)對機(jī)車燃油消耗的管理，降低內(nèi)燃機(jī)車單位燃油消耗和運(yùn)輸生產(chǎn)成本提供了理論支持。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī)車；單位油耗；運(yùn)輸生產(chǎn)成本；牽引力

中圖分類號：U262 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.018

受諸多因素的影響，中鐵三局運(yùn)輸工程分公司的運(yùn)輸任務(wù)逐漸減少，收入也在不斷減少，而機(jī)車牽引油耗和固定成本并未隨運(yùn)輸任務(wù)的減少而降低，機(jī)車牽引利潤也在不斷減少。鑒于此，為了盤活因運(yùn)量急劇減少而閑置的大量機(jī)車，安置機(jī)車乘務(wù)人員，確保公司穩(wěn)定、健康的發(fā)展，保障全體職工的基本收入，各鐵路運(yùn)輸公司之間的競爭越來越激烈，相關(guān)行業(yè)也在不斷壓縮鐵路運(yùn)輸行業(yè)的利潤空間，迫使各運(yùn)輸公司挖潛、降本、增效。機(jī)車牽引運(yùn)輸項(xiàng)目的五大成本支出分別為職工薪酬、設(shè)備折舊、燃油消耗、設(shè)備檢修和材料消耗，而燃油消耗是內(nèi)燃機(jī)車牽引項(xiàng)目中的第一大項(xiàng)成本，約占總成本的50%以上。因此，加強(qiáng)對機(jī)車燃油消耗的管理，降低內(nèi)燃機(jī)車單位燃油消耗和運(yùn)輸生產(chǎn)成本是十分重要的。

1 機(jī)車單位油耗

由于機(jī)車燃油消耗受牽引質(zhì)量、運(yùn)行線路的坡度、機(jī)車的運(yùn)行速度、自然條件和司機(jī)操縱方式等因素的影響，機(jī)車耗油量不能客觀反映機(jī)車燃油消耗的節(jié)約或浪費(fèi)情況。一般情況下，可用機(jī)車單位油耗量確定機(jī)車燃油消耗的節(jié)省情況。機(jī)車單位油耗是指機(jī)車牽引每萬噸公里的燃油消耗量。它是鐵路機(jī)務(wù)專業(yè)的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，能客觀反映機(jī)車燃油的消耗情況，常用于核算運(yùn)輸成本和開展節(jié)油評比活動(dòng)等。對于不產(chǎn)生萬噸公里燃油消耗量的運(yùn)輸工種，比如專用調(diào)車機(jī)，它是按每小時(shí)單位耗油量計(jì)算的，單機(jī)按每百公里耗油量計(jì)算。在鐵路運(yùn)輸過程中，由于貨物運(yùn)輸量在總運(yùn)量中占有較大的比例，一般認(rèn)為單機(jī)、調(diào)車和有動(dòng)力停留等作業(yè)均為輔助作業(yè)，所以，常將萬噸公里油耗作為綜合考核指標(biāo)。機(jī)車單位油耗計(jì)算公式為：

（1）

式（1）中：E為總油耗量，kg；Ey為牽引運(yùn)行燃油消耗量，kg；Eo為機(jī)車惰行、空氣制動(dòng)和站停燃油消耗量，kg；Ed為機(jī)車電阻制動(dòng)燃油消耗量，kg；Et為機(jī)車出入段和途中調(diào)車、單機(jī)作業(yè)燃油消耗量，kg；ey為機(jī)車牽引工況（柴油機(jī)部分負(fù)荷）單位時(shí)間燃油消耗量，kg/min；eo為機(jī)車惰行、停留（柴油機(jī)空轉(zhuǎn)）單位時(shí)間燃油消耗量，kg/min；ed為機(jī)車電阻制動(dòng)工況單位時(shí)間燃油消耗量，kg/min；t為各工況運(yùn)行時(shí)間，min；G為牽引總質(zhì)量，t；L為牽引區(qū)段長度，km。

由式（1）可知，機(jī)車單位油耗受牽引質(zhì)量、區(qū)段長度、車站停留、出入段作業(yè)、途中調(diào)車、單機(jī)作業(yè)、機(jī)車熱力狀態(tài)（各工況單位時(shí)間燃油消耗量）和機(jī)車操縱方式（各工況所用時(shí)間）等因素的影響，機(jī)車操縱方式受司機(jī)操縱經(jīng)驗(yàn)、牽引質(zhì)量、線路狀況、大風(fēng)雨雪天氣、線路允許運(yùn)行速度和臨時(shí)限速等因素的影響。影響機(jī)車單位油耗的各因素的關(guān)聯(lián)情況如圖1所示。

圖1 影響機(jī)車單位油耗的因素關(guān)聯(lián)圖

由圖1可知，影響機(jī)車單位油耗的因素比較多，并且它們相互耦合、錯(cuò)綜復(fù)雜，既有主觀因素，又有客觀因素，既有可控因素，又有不可控因素。理清各因素與單位油耗的關(guān)系，減少主觀因素和可控因素對單位油耗的影響是降低內(nèi)燃機(jī)車單位燃油消耗和運(yùn)輸生產(chǎn)成本，達(dá)到節(jié)能降耗等目的的根本途徑。

2 機(jī)車單位油耗影響因素研究

2.1 與牽引質(zhì)量的關(guān)系

由牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律可知，當(dāng)列車加速度a=0 m/s2時(shí)，機(jī)車牽引力等于列車阻力。依照生產(chǎn)原因可將列車阻力分為基本阻力和附加阻力?；咀枇κ橇熊囘\(yùn)行中的機(jī)械摩擦、輪對摩擦和氣動(dòng)阻力等，附加阻力是當(dāng)列車在坡道、曲線或隧道運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的附加力。一般情況下，附加阻力是不隨速度變化而變化的，或者其隨速度的變化不大，因此，在同一區(qū)段上，機(jī)車牽引克服附加阻力所做的功基本上是一定值?！读熊嚑恳?jì)算規(guī)程》（TB/T 1407—1998）中提出了各機(jī)型、車型的單位基本阻力（不含制動(dòng)助力），即：

DF8B牽引4 000 t重貨列車勻速運(yùn)行阻力、速度、時(shí)間和燃油消耗如表1所示。這時(shí)，可以根據(jù)表1中的計(jì)算數(shù)據(jù)繪制列車燃油消耗隨速度變化的特性曲線。根據(jù)表1和圖5可以得出以下結(jié)論：①當(dāng)列車運(yùn)行速度相同時(shí)，機(jī)車單位燃油消耗隨坡度的增加而增大；②當(dāng)列車在同一上坡坡道運(yùn)行時(shí)，機(jī)車燃油消耗會先隨著速度的加快而急劇降低，再隨速度的加快而緩慢增大，坡度越大越明顯，列車最低耗油運(yùn)行速度為30～45 km/h之間的某一點(diǎn)，并隨著坡度的增大而減??；③當(dāng)列車在下坡坡道上運(yùn)行時(shí)，機(jī)車油耗會隨著車速的加快而增加，即牽引手柄位和速度越低越省油。

2.4 與運(yùn)輸組織的關(guān)系

由式（1）可知，各工況單位時(shí)間燃油消耗量和所用時(shí)間與燃油消耗量成線性關(guān)系。因?yàn)檐囌就Ａ?、出入段作業(yè)、途中調(diào)車和單機(jī)等輔助作業(yè)不產(chǎn)生萬噸公里，所以，其耗油量不可小覷，它是影響內(nèi)燃機(jī)車單位燃油消耗的關(guān)鍵因素之一。優(yōu)化運(yùn)輸組織，盡量控制機(jī)車短交路，縮短車站停留、出入段作業(yè)、途中調(diào)車和單機(jī)等輔助作業(yè)的時(shí)間，不僅能大幅降低機(jī)車單位油耗，還能提高機(jī)車生產(chǎn)效率，降低檢修成本，最終實(shí)現(xiàn)降本增效。

2.5 機(jī)車單位油耗與列車操縱的關(guān)系

列車運(yùn)行控制是一個(gè)多目標(biāo)、多約束、非線性的復(fù)雜時(shí)變過程，但是，無論列車的實(shí)際運(yùn)行過程如何復(fù)雜，列車操縱都可以分為牽引、惰行和制動(dòng)3個(gè)基本環(huán)節(jié)。原則上講，牽引和制動(dòng)工況是不允許同時(shí)存在的，并且不能直接相互轉(zhuǎn)換。在牽引工況下，機(jī)車牽引力做功會增加列車動(dòng)能，克服列車運(yùn)行阻力。此時(shí)，列車會接受牽引力和運(yùn)行阻力的作用。在惰行工況下，列車僅受運(yùn)行阻力的作用。當(dāng)列車運(yùn)行速度接近限速或需停車時(shí)，列車需施加制動(dòng)力，降低列車運(yùn)行速度。此時(shí)，列車受制動(dòng)力和運(yùn)行阻力的作用。由此可知，影響列車運(yùn)行速度的力只有3種——機(jī)車牽引力，其值取決于柴油機(jī)的功率和運(yùn)行

速度；機(jī)車運(yùn)行阻力，其值取決于機(jī)車和車輛類型、運(yùn)行速度、線路曲線和坡度等；列車制動(dòng)力，其值取決于制動(dòng)初速和制動(dòng)力。列車運(yùn)行工況和具體受力狀態(tài)如圖6所示。

由能量守恒定律可知，機(jī)車牽引做功（機(jī)車燃油消耗）等于列車克服運(yùn)行阻力、制動(dòng)力做功，克服重力勢能差。具體的計(jì)算公式為：

. 3 結(jié)束語

通過對影響內(nèi)燃機(jī)車單位油耗因素的研究和分析發(fā)現(xiàn)，柴油機(jī)熱效率和運(yùn)輸組織是制約機(jī)車單位油耗的關(guān)鍵因素，機(jī)車操縱是影響內(nèi)燃機(jī)車單位油耗的主要因素。因此，在鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的過程中，可以采取優(yōu)化運(yùn)輸組織，提高柴油機(jī)熱效率，提高機(jī)車操縱水平，降低機(jī)車打溫油耗和冬季燃油標(biāo)號等一系列措施降低機(jī)車單位油耗和運(yùn)輸生產(chǎn)成本，進(jìn)而為公司鐵路運(yùn)輸降本增效提供支持。

參考文獻(xiàn)

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[2]韓長虎，劉杰民.列車優(yōu)化運(yùn)行與操縱[M].北京：中國鐵道出版社，2012.

〔編輯：白潔〕