我國調(diào)車機(jī)車實(shí)際需求分析

黃貴+劉瑛子+李培功+胡濤

摘 要：我國既有DF系列調(diào)車機(jī)車不能完全滿足運(yùn)用的需求，而新近投入運(yùn)用的4400馬力交流傳動(dòng)調(diào)車內(nèi)燃機(jī)車在站場作業(yè)時(shí)普遍反映功率富余較大。本文圍繞機(jī)車功率、牽引性能等方面對我國調(diào)車機(jī)車的實(shí)際需求進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：調(diào)車機(jī)車；牽引性能；需求分析；編組場

0 引言

我國目前的調(diào)車機(jī)車主要以DF系列調(diào)車機(jī)車為主，但普遍運(yùn)用年限較長，同時(shí)機(jī)車的牽引性能也不能完全滿足運(yùn)用的需求。近年來，4400馬力交流傳動(dòng)調(diào)車內(nèi)燃機(jī)車批量投入運(yùn)用，但普遍反映在站場作業(yè)時(shí)機(jī)車功率富余較大，對調(diào)車機(jī)車的特殊運(yùn)用工況適應(yīng)性有待加強(qiáng)。為了更好的開發(fā)新的調(diào)車機(jī)車，有必要對我國調(diào)車機(jī)車的實(shí)際需求進(jìn)行分析。

1 調(diào)車機(jī)車作業(yè)工況及運(yùn)用問題

1.1 站段作業(yè)工況

編組作業(yè)：進(jìn)行平面調(diào)車作業(yè)，牽引速度30 km/h以下。

駝峰作業(yè)：推峰噸位普遍在4500～5000t，最大坡道45‰，牽引速度基本在10km/h以下。

整列牽出：牽引噸位在4500～6000t，大部分站段牽引速度在25 km/h以下。

小運(yùn)轉(zhuǎn)：每個(gè)站段小運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)段的坡道不同，最大的達(dá)30‰，牽引速度在40～80km/h，由于受機(jī)車功率及牽引性能的影響，部分機(jī)務(wù)段采用干線機(jī)車小運(yùn)轉(zhuǎn)作業(yè)。

1.2 既有DF調(diào)車機(jī)車運(yùn)用問題

1.2.1 連續(xù)作業(yè)能力不足

既有調(diào)小機(jī)車的燃油箱容積基本在5500L以下，可利用的油量僅4000L左右，編尾調(diào)車時(shí)，日油耗量可達(dá)1600L，因此許多調(diào)小機(jī)車2～3天就要補(bǔ)油，連續(xù)作業(yè)能力嚴(yán)重不足。

1.2.2 牽引力不足

既有調(diào)小機(jī)車受機(jī)車軸重、電傳動(dòng)方式、控制方式和粘著利用的影響，起動(dòng)和持續(xù)牽引力均較低，牽引能力不足使機(jī)車頻繁空轉(zhuǎn)打滑、加速性能差、整列牽出效率和轉(zhuǎn)調(diào)作業(yè)能力低。

1.2.3 調(diào)運(yùn)能力不足

既有調(diào)小機(jī)車受功率、牽引力、線路坡道、連續(xù)作業(yè)能力等因素的限制，調(diào)運(yùn)能力明顯不足。目前各站段靠延長工作時(shí)間及采用干線機(jī)車來擔(dān)當(dāng)調(diào)運(yùn)任務(wù)，彌補(bǔ)調(diào)小機(jī)車調(diào)運(yùn)能力不足的問題。

1.2.4 司乘人員工作環(huán)境差

調(diào)車機(jī)車會(huì)加裝調(diào)監(jiān)系統(tǒng)等第三方設(shè)備，由于設(shè)計(jì)初期未預(yù)留接口和安裝位置，造成司機(jī)室布局凌亂、工作空間狹小，舒適性差，操作不方便，同時(shí)配備的生活設(shè)施性能較差。

1.2.5 經(jīng)濟(jì)性差

調(diào)車機(jī)車特殊的工況特點(diǎn)，使其長時(shí)間處于惰轉(zhuǎn)及低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)、全功率運(yùn)行時(shí)間少，燃油利用率較低，經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)較差。

1.3 “和諧”系列調(diào)車機(jī)車運(yùn)用問題

1.3.1 功率富余較大

現(xiàn)有“和諧”系列調(diào)車機(jī)車裝車功率3500 kW，如僅用作站場編組及推峰作業(yè)，和諧系列調(diào)車機(jī)車功率富余較大，機(jī)車高檔位運(yùn)用頻率極低。

1.3.2 部分功能設(shè)置操作不便

“和諧”系列調(diào)車內(nèi)燃機(jī)車自2015年投入運(yùn)用以來，部分功能設(shè)置存在操作不便的問題。

a） 低檔位功率跨度大，推峰作業(yè)頻繁換擋；

b） 冷機(jī)狀態(tài)起機(jī)時(shí)間長；

c）前后車梯較陡，上下機(jī)車不便；

1.3.3 部分零部件可靠性有待提高

“和諧”系列調(diào)車內(nèi)燃機(jī)車存在頭燈壽命短、油位顯示儀誤差大、DK-2制動(dòng)機(jī)分配閥泄露、散熱單節(jié)漏水等零部件質(zhì)量和可靠性方面的問題。

1.3.4 適應(yīng)性有待改進(jìn)

“和諧”系列調(diào)車內(nèi)燃機(jī)車存在以下不適應(yīng)調(diào)車機(jī)車工況的問題：

a）長期低檔位運(yùn)用形成排煙管積碳、增壓器滲油、冒黑煙

b）由于“和諧”系列機(jī)車采用合成閘瓦，同時(shí)由于機(jī)車軸重提高到25t，低速下制動(dòng)距離較DF7G長。

c）由于調(diào)車機(jī)車后面車輛不接風(fēng)管，造成空壓機(jī)打風(fēng)時(shí)間短，油溫較低，水汽不能有效排出，引起空壓機(jī)機(jī)油乳化。

2 實(shí)際需求分析

2.1 功率需求分析

采集DF系列調(diào)車機(jī)車監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及“和諧”系列4400馬力交流傳動(dòng)調(diào)車機(jī)車站場運(yùn)用數(shù)據(jù)，得出DF系列和“和諧”系列調(diào)車機(jī)車各檔位平均使用時(shí)間占比見表1。根據(jù)表1，DF系列調(diào)車機(jī)車柴油機(jī)99%的時(shí)間工作在900轉(zhuǎn)以下，功率基本滿足運(yùn)用的需求?！昂椭C”型調(diào)車機(jī)車在站場作業(yè)時(shí)98%的時(shí)間運(yùn)用在4檔位以下，大部分時(shí)間在惰轉(zhuǎn)位、1檔位和2檔位工作，機(jī)車的功率富余較大。

采集“和諧”系列4400馬力交流傳動(dòng)調(diào)車機(jī)車部分小運(yùn)轉(zhuǎn)及大坡道整列牽出數(shù)據(jù)見表2，從表中可以看出，在小運(yùn)轉(zhuǎn)工況及大坡道重載時(shí)，需求功率在3000kW以上。

對DF7G型機(jī)車和HXN5B型機(jī)車相關(guān)檔位功率進(jìn)行對比，如表3。

結(jié)合表1和表3分析，“和諧”系列調(diào)車機(jī)車和DF系列調(diào)車機(jī)車在站場作業(yè)時(shí)功率使用情況完全吻合，運(yùn)用的最大功率基本都不超過1800 kW，因此機(jī)車功率保持與DF7G型機(jī)車水平相當(dāng)即可滿足站場作業(yè)的運(yùn)用需求。但在小運(yùn)轉(zhuǎn)或大坡道重載牽引時(shí)，根據(jù)表2分析功率需求在3000kW左右，“和諧”系列4400馬力調(diào)車機(jī)車比較適合。

2.2 牽引性能需求分析

根據(jù)既有調(diào)車機(jī)車的運(yùn)用數(shù)據(jù)分析，得出DF7G型機(jī)車柴油機(jī)900rpm和1000rpm時(shí)的牽引特性[1]以及“和諧”系列HXN5B型4400馬力調(diào)車機(jī)車4檔位和5檔位牽引特性。據(jù)此，站場作業(yè)需求的牽引特性與DF7G型機(jī)車最大檔位（柴油機(jī)轉(zhuǎn)速1000rpm）和“和諧”系列HXN5B型4400馬力調(diào)車機(jī)車5檔位水平相當(dāng)即可滿足要求，同時(shí)考慮起動(dòng)加速性能，采用交流傳動(dòng)進(jìn)一步提高起動(dòng)牽引力至500kN以上即可完全滿足運(yùn)用的需要。分析目前國內(nèi)內(nèi)燃機(jī)車采用的主流柴油機(jī)，6缸柴油機(jī)及12缸240柴油機(jī)均滿足裝車要求，牽引特性分析見圖1。

2.3 功能需求分析

從目前各站段的運(yùn)用現(xiàn)狀及管理方式來看，調(diào)車機(jī)車基本上都是在一定的站段區(qū)域進(jìn)行固定的作業(yè)。采用交流傳動(dòng)、微機(jī)控制，提高機(jī)車的起動(dòng)牽引和持續(xù)牽引力，同時(shí)增大燃油箱容積，以解決既有直流調(diào)車機(jī)車牽引力不足及整備周期間隔短的問題，“和諧”系列調(diào)車機(jī)車解決現(xiàn)有問題即可滿足運(yùn)用需求。

由于調(diào)車機(jī)車長時(shí)間期處于惰轉(zhuǎn)，在降低惰轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的同時(shí)應(yīng)盡量降低柴油機(jī)部分負(fù)荷的燃油消耗率，通過結(jié)構(gòu)和控制程序優(yōu)化，解決長時(shí)間惰轉(zhuǎn)造成的燃燒不充分，燃油霧化不良及排氣管積油等現(xiàn)象。柴油機(jī)采用燃油電子噴射系統(tǒng)和動(dòng)力組結(jié)構(gòu)，以利于檢修維護(hù)。

針對調(diào)車機(jī)車低速運(yùn)行、單機(jī)制動(dòng)的特點(diǎn)，考慮提高合成閘瓦摩擦系數(shù)和單元制動(dòng)器倍率，解決低速下制動(dòng)力弱的問題。優(yōu)化完善空壓機(jī)控制策略，考慮空壓機(jī)打風(fēng)完成后進(jìn)行內(nèi)部循環(huán)，解決空壓機(jī)機(jī)油乳化問題。

3 結(jié)語

根據(jù)實(shí)際調(diào)研和站場作業(yè)數(shù)據(jù)分析，我國調(diào)車機(jī)車的實(shí)際需求不是機(jī)車功率不夠，而是既有的DF系列機(jī)車牽引能力不夠。調(diào)車機(jī)車如僅擔(dān)當(dāng)站場編組、推峰及整列牽出作業(yè)，機(jī)車功率與DF7G型機(jī)車相當(dāng)，并適當(dāng)提高牽引性能即可滿足運(yùn)用需求。

為全面滿足小運(yùn)轉(zhuǎn)、救援等特殊工況的需求，同時(shí)也兼顧考慮站場長遠(yuǎn)擴(kuò)編的需要，4400馬力交流傳動(dòng)調(diào)車機(jī)車在功率、軸重和牽引力方面均比較合適。因此，調(diào)車機(jī)車未來應(yīng)形成3000馬力和4000馬力等級交流傳動(dòng)調(diào)車機(jī)車高低搭配的系列產(chǎn)品，以更好的滿足實(shí)際運(yùn)用的需要。

參考文獻(xiàn)

[1] 饒忠.《列車牽引計(jì)算》.中國鐵道出版社.1996年.