尾部SS4機車在大秦線3組合4機牽引3萬t列車運行試驗中的作用分析

李杰波, 陸　陽, 賈　冰, 鄭重雨, 余　俊

(1　中國鐵道科學(xué)研究院　機車車輛研究所， 北京 100081；2　北京縱橫機電技術(shù)開發(fā)公司， 北京 100081)

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尾部SS4機車在大秦線3組合4機牽引3萬t列車運行試驗中的作用分析

李杰波1, 陸陽1, 賈冰2, 鄭重雨2, 余俊2

(1中國鐵道科學(xué)研究院機車車輛研究所， 北京 100081；2北京縱橫機電技術(shù)開發(fā)公司， 北京 100081)

大秦線(含北同蒲線)3萬t綜合試驗中牽引動力采用3組合4機牽引的3+1方式，尾部加掛了一臺SS4直流傳動機車。試驗結(jié)果表明運行試驗尾部SS4機車在列車牽引及制動方面均發(fā)揮了積極作用，既提高了試驗編組機車的整體牽引能力，又改善了整列編組機車電制力的分布，在循環(huán)制動時施加的電阻制動對網(wǎng)壓抬升有平抑作用；同時顯著改善了列車空氣制動、緩解同步性，縮短了列車再充氣時間，從而有助于提高列車在大秦線兩個長大下坡道運行的安全性。

大秦線； 3萬t； SS4； 牽引

2014年4月2日由3臺HXD1型交流傳動機車和1臺SS4直流傳動機車作為牽引動力，采用LOCOTROL同步操縱牽引315 550 t貨車從北同蒲線袁樹林站運行至大秦線柳村南站，3萬t重載列車運行試驗取得圓滿成功。

本次試驗中，試驗編組方式為：HXD1 066機車(主控機車)+SY997745試驗車+105輛C80貨車+HXD1 001機車(從控1)+105輛C80貨車+HXD1 069機車(從控2)+81輛C80貨車+SS40862(從控3)。

與以往單臺HXD1機車牽引開行單編萬t或2萬t組合列車編組方式明顯區(qū)別的是，在3個單編萬噸的基礎(chǔ)上，尾部加掛了1臺SS4直流傳動機車，即3組合4機牽引的1+1+1+1編組方式，簡稱“3+1”方式。尾部SS4機車作為在試驗中為安全保障的補機，在3萬t列車運行中實際所發(fā)揮的作用值得分析和探討。

1　對機車牽引能力的影響

1.1提高了起動牽引力能力

相比于“1+1+1”編組3臺HXD1機車牽引3萬t，“3+1”編組機車牽引能力大幅提高。

根據(jù)2007年HXD1單機牽引1萬t和2臺HXD1機車1+1模式牽引2萬t的試驗結(jié)果，從牽引能力方面表明試驗編組不能充分滿足4‰長大上坡道停車后恢復(fù)正常運行的要求。根據(jù)HXD1和SS4機車的牽引特性進行牽引計算[1]， 1+1+1編組牽引3萬t在4‰長大上坡道起動阻力接近2 276 kN，3臺機車最大牽引力計算值為2 280 kN，牽引定數(shù)基本上達到了最大化。如果按照機車牽引力使用系數(shù)0.9考慮，或者在軌面黏著不好情況下，4‰長大上坡道起動難以成功，見圖1。

因此增加1臺機車，提高機車牽引能力，包括起動能力和坡道平衡速度，即使在天氣不良、煤塵等造成軌面黏著不好條件下，不影響牽引定數(shù)。

圖1　牽引3萬t機車總牽引力及4‰上坡道運行阻力關(guān)系

1.2牽引特性控制差異的影響

在試驗中1臺HXD1為主控，2臺HXD1分別為從控1、從控2，SS4為從控3，運行過程中經(jīng)常存在主控機車、從控1及從控2有牽引力/電制力、從控3機車無流現(xiàn)象，見圖2、圖3。

該現(xiàn)象與2009年互聯(lián)互通試驗結(jié)果完全相同，主要原因是由于不同機型機車牽引控制邏輯不同，在同樣的司控指令條件下，機車發(fā)揮的牽引力有區(qū)別的，見表1(電制力類似)。正是由于不同機型控制特性的差異，司控器等效的互聯(lián)互通邏輯無法實現(xiàn)不同機型間牽引力、電制力控制上的等效[2]。

圖2　牽引工況HXD1有牽引力、SS4無牽引力情況

圖3　電制工況HXD1有電制、SS4無電制情況

級位10%級位20%級位30%速度范圍SS4HXD1速度范圍SS4HXD1速度范圍SS4HXD10～8km/h25700～17km/h90160～1500～26km/h170230～2108～11km/h25～07017～22km/h90～015017～33km/h170～0210～190>11km/h070～35>22km/h0150～60>33km/h0190～90級位40%級位50%速度范圍SS4HXD1速度范圍SS4HXD10～34km/h270305～2600～40km/h375380～32034～44km/h270～0260～24040～56km/h375～0320～280>44km/h0240～120>56km/h0280～140級位60%級位70%級位80%速度范圍SS4HXD1速度范圍SS4HXD1速度范圍SS4HXD10～40km/h476460～3800～15km/h580530～5100～4km/h63061040～50km/h476～440380～36015～60km/h580～375510～3804～70km/h630～325610～39050～66km/h440～0360～32060～78km/h375～0380～31070～88km/h325～0390～310>66km/h0320～175>78km/h0310～200>88km/h0310～230級位90%級位100%速度范圍SS4HXD1速度范圍SS4HXD10～4km/h6306850～4km/h6307704～85km/h630～250685～3604～100km/h630～170770～35085～100km/h250～0360～310100～101km/h170～0350

試驗過程中，并未出現(xiàn)因牽引特性控制差異導(dǎo)致列車縱向力急劇變化現(xiàn)象，主要原因分析有3：

(1)試驗中出現(xiàn)HXD1機車出力、SS4機車不出力的現(xiàn)象主要在速度較高、牽引級位百分比較低的時候；

(2)由于尾部從控機車SS4為準(zhǔn)恒速控制特性，當(dāng)速度達到SS4機車準(zhǔn)恒速控制特性覆蓋速度點時，SS4機車牽引力從該特性下速度拐點牽引力下降斜線處隨速度變化慢慢恢復(fù)，而不是劇烈突增；

(3)整列牽引力構(gòu)成中，3臺HXD1為牽引力的主要來源，SS4機車牽引力在整列牽引力中并未占主要部分。1.3牽引能耗的影響

表2是3+1編組4臺機車耗電量和再生發(fā)電量的統(tǒng)計。其中SS4機車的耗電量達到3臺HXD1機車平均耗電量的43%。

表2　試驗列車機車能耗統(tǒng)計結(jié)果

由于SS4機車牽引準(zhǔn)恒速的控制方式，在速度較高牽引級位較低時無牽引力，導(dǎo)致大部分運行時間內(nèi)機車是空載運行，經(jīng)過對試驗數(shù)據(jù)的分析，空載損耗占據(jù)了SS4機車牽引總能耗的11%，空載運行的時間約占65%。也即，從控SS4機車在整個3萬t運行中作為牽引機車的牽引能力利用并不充分，較長時間內(nèi)無牽引發(fā)揮，不僅空載能耗較大，也造成運能浪費。

2　對網(wǎng)壓波動的影響

大秦線兩個長大下坡道的循環(huán)制動，交流傳動機車再生制動對網(wǎng)壓的敏感性是關(guān)注的重點之一。循環(huán)制動過程中，從控3機車SS4施加了相應(yīng)的電阻制動。在實施較大級位電氣制動時，從控3機車SS40862電阻制動也同步施加，一方面可以降低HXD1機車再生制動力的利用，減少機車出現(xiàn)電制滑行的概率；一方面避免HXD1機車再生能量過大過快造成網(wǎng)壓抬升幅度過大，對網(wǎng)壓抬升起到平抑作用。一旦SS4機車退出試驗編組，3臺HXD1機車施加的再生制動力將要分擔(dān)SS4機車所施加的電制力，按照目前大秦線的操縱方式，最高將達到90%以上，再生制動時所形成的網(wǎng)壓抬升將會有所提高。

試驗時在循環(huán)制動期間，機車手柄級位百分比基本不超過75%(其中一次制動達到80%)。從圖4可以看出，主控HXD1再生制動功率數(shù)據(jù)點密集分布額定功率的50%～75%區(qū)域，未出現(xiàn)HXD1機車再生制動力利用至100%情況。

通過表3對循環(huán)制動區(qū)間網(wǎng)壓的統(tǒng)計結(jié)果可知，3萬t運行時在循環(huán)制動區(qū)間，最高網(wǎng)壓未超過機車過壓保護值，網(wǎng)壓的波動幅度也在機車正常工作網(wǎng)壓范圍內(nèi)。

3　對制動充風(fēng)時間的影響

根據(jù)以往大秦線2萬t實測結(jié)果，1+1編組2萬t列車在循環(huán)制動緩解過程中頻繁產(chǎn)生大于1 000 kN的車鉤力，其原因主要是由于列車緩解的不同步造成的。

圖4　3萬t列車主控機車電機再生制動功率發(fā)揮(化稍營—茶塢)

序號車站站中心3萬t最高網(wǎng)壓/kV最低網(wǎng)壓/kV網(wǎng)壓波動幅度/kV1化稍營K129+02028.927.51.42王家灣K152+83628.726.62.13涿鹿K182+67428.726.62.14沙城東K218+26328.524.14.45北辛堡K237+01428.725.53.26延慶K262+51428.524.83.77鐵爐村K285+21128.126.71.48下莊K307+69228.827.71.19茶塢K327+250

本次試驗的編組方式，由于列車尾部加掛了1臺從控機車，緩解時同步充風(fēng)，大大提高了列車緩解同步性，有助于降低循環(huán)制動緩解時的縱向力。在靜態(tài)試驗中通訊正常工況下，主控機車實施緩解后，全列車在10之內(nèi)均可開始緩解，而1+1 2萬t編組最長緩解開始時間為21 s[3]。

3萬t試驗時在K141～K179進行了4次循環(huán)制動調(diào)速，走行距離40.078 km，最長制動帶閘時間225 s，最短可用再充氣時間226 s；在K275～K325區(qū)段同樣進行了4次循環(huán)制動調(diào)速，走行距離50.542 km，最短可用再充氣時間235 s。整個循環(huán)制動期間僅出現(xiàn)一次測試的貨車斷面車鉤力略大于1 000 kN的情況。相比于“1+1+1”編組，“3+1”編組列車充風(fēng)能力提高，相當(dāng)于增加1臺風(fēng)源，縮短了充氣時間，再充氣時間縮短有助于提高列車坡道運行的安全性。

4　結(jié)論和建議

試驗結(jié)果表明大秦線(含北同蒲線)3萬t綜合試驗中牽引動力采用3組合4機牽引的3+1方式，尾部加掛了1臺SS4直流傳動機車，在列車牽引及制動方面均發(fā)揮了積極作用。尾部SS4機車提高了試驗編組機車的整體牽引能力，又改善了整列編組機車電制力的分布，在循環(huán)制動時施加的電阻制動對網(wǎng)壓抬升有平抑作用；同時顯著改善了列車空氣制動、緩解同步性，縮短了列車再充氣時間，從而有助于提高列車在大秦線兩個長大下坡道運行的安全性。

在該試驗編組條件下，應(yīng)加強考慮因機車牽引特性控制差異對司機操縱的影響。

[1]中華人民共和國鐵道部．TB/T 1407-1998列車牽引計算規(guī)程[S]．北京：中國鐵道出版社，1999.

[2]張波,李杰波,陸陽. 中國鐵道科學(xué)研究院60周年學(xué)術(shù)論文集:大秦線和諧機車互聯(lián)互通牽引試驗研究[C].北京:中國鐵道出版社,2010年.

[3]姚小沛．大秦線3萬t組合列車綜合試驗-列車性能測試報告[R]．北京：中國鐵道科學(xué)研究院機車車輛研究所，2014.

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國電南瑞科技股份有限公司

(封2)

蘇州康開電氣有限公司

(封3)

北京縱橫機電技術(shù)開發(fā)公司

(封4)

深圳中電華星電子技術(shù)有限公司

(前插1)

BP石油

(前插2)

北京鼎漢技術(shù)股份有限公司

(前插3)

易格斯拖鏈軸承倉儲貿(mào)易(上海)有限公司

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(前插8)

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(后插1)

武漢潤通邁達高新技術(shù)產(chǎn)品有限公司

(后插2)

Influence of SS4Locomotive on 30 000 t Train Running Test on Daqin Line Combined by 3 Units and Drived by 4 Locomotives

LIJiebo1,LUYang1,JIABing2,ZHENGChongyu2,YUJun2

(1Locomotive & Car Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China；2Beijing Zongheng Electro-Mechanical Technology Development Co.， Beijing 100081, China)

One SS4DC drive locomotive is coupled on the tail for 30 000 t train running test on Daqin line (included Beitongpu line), combined by 3 units and driven by 4 locomotives. The SS4locomotive gives a positive influence on train traction and braking. It shows that the SS4locomotive has enlarged the train traction power, improved the distribution of the train electric braking force, and restrained the line voltage applied resistance brake during combined brake. It is helpful to improve the safety when running down hill on Daqin line, due to distinctly improved synchronization when applied and released the air brake, and the shortening charging time.

Daqin line; 30 000 t; SS4; drive

1008-7842 (2016) 03-0121-04

??)男，副研究員(

2015-12-18)

U264.91+7

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.03.27