基于列車運行圖的貨運機車車輛配置數(shù)量計算方法研究

楊 曉，李 博，孫鵬舉，王 睿

(中國鐵道科學研究院集團有限公司 運輸及經(jīng)濟研究所，北京 100081)

0 引言

機車車輛配置數(shù)量計算是新建鐵路運營籌備的重要工作，也是鐵路運輸生產(chǎn)力布局的重要依據(jù)[1]。許多專家學者都對機車車輛配置數(shù)量計算進行了相關研究，朱傳林等[2]通過經(jīng)濟分析及回歸計算法預測機車車輛需求量；尹勝銘[3]選擇線性回歸模型預測貨運周轉(zhuǎn)量，進而計算貨車配置數(shù)量；吳曉玲等[4]基于歷史運量數(shù)據(jù)，采用指數(shù)平滑、模糊移動平均、回歸分析法進行組合預測，得到貨運量及機車車輛配置數(shù)量。目前我國鐵路貨運機車車輛配置數(shù)量計算主要采用相關因素法，先預測貨運發(fā)送量、貨運周轉(zhuǎn)率、機車總重噸公里、貨運機車日產(chǎn)量、現(xiàn)車生產(chǎn)率等因素，再通過這些因素與機車、車輛數(shù)量之間的關系，進行貨運機車、車輛配置數(shù)量計算。但是，隨著我國鐵路路網(wǎng)規(guī)模的快速發(fā)展，鐵路技術設備和運輸組織模式發(fā)生很大變化，這種對運輸生產(chǎn)中機車、車輛工作效率經(jīng)驗依賴性較強的計算方法，不能完全適應當前鐵路貨物運輸組織發(fā)展的需要，而且機車空重車換掛、列車組合分解、貨車裝卸等技術作業(yè)自動化水平不斷提高，對鐵路貨運機車車輛配置數(shù)量計算方法提出了新的要求。

另外，我國鐵路貨運機車車輛配置數(shù)量計算結果，主要作為全路或鐵路局集團公司管內(nèi)范圍確定移動設備養(yǎng)護維修檢修生產(chǎn)力布局的支撐，以歷史年度貨運發(fā)送量和周轉(zhuǎn)率等統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎，對貨運機車、車輛配置數(shù)量的粗略估算，無法精確計算出新建線路所需的機車、車輛配置數(shù)量。而貨運機車、車輛的運用數(shù)量與列車運行圖直接相關。因此，綜合考慮列車開行對數(shù)及運行時分、機車和車輛周轉(zhuǎn)時間、相關技術作業(yè)標準等因素，在目前相關因素法的基礎上對我國鐵路貨運機車、車輛配置進行研究，探討適應單條線路的機務、車輛系統(tǒng)資源運用模式，提出基于列車運行圖的貨運機車車輛配置數(shù)量計算方法，為新建線路運營籌備階段制定移動設備采購方案提供決策參考。

1 貨運機車車輛配置數(shù)量計算方法分析

1.1 機車配置數(shù)量計算方法

機車配置數(shù)量主要取決于基本運行圖列車對數(shù)和機車全周轉(zhuǎn)時間，計算公式為

式中:NJ表示機車配置數(shù)量，臺；δ表示機車使用系數(shù)；n表示基本運行圖列車對數(shù)，對/d；T表示機車全周轉(zhuǎn)時間，h；λ1表示機車檢備率，取20%[5]。

機車全周轉(zhuǎn)時間是從列車機車第一次工作完了返回機務段經(jīng)過閘樓之時起，到下一次工作完了再次返回機務段經(jīng)過閘樓之時止的全部時間，即機車每完成一次牽引任務所需要的全部時間，包括純運轉(zhuǎn)時間，中間站停留時間，本段及折返所停留時間[6]，計算公式為

式中:T表示機車全周轉(zhuǎn)時間，h；t旅表示機車途中旅行時間(含空走時間)，h；t中表示機車中間站停留時間，h；t段表示機車本段及折返段停留時間，h；t運表示運行線區(qū)段運行時分(含中間站停留時間)，h。

1.2 車輛配置數(shù)量計算方法

車輛配置數(shù)量主要取決于基本運行圖列車對數(shù)和車輛周轉(zhuǎn)時間，計算公式為

式中:NC表示車輛配置數(shù)量，輛；ui表示第i條運行線的日工作量，輛/d；θi表示第i條運行線的車輛周轉(zhuǎn)時間，d；λ2表示車輛檢備率，取26%[7-8]。

車輛運用是一個裝而后卸，裝了又卸，不斷循環(huán)的過程，每完成一次循環(huán)，貨車就算完成了一次周轉(zhuǎn)，就算完成了一個工作量，計算公式為

式中:ui表示第i條運行線的日工作量，輛/d；Gi表示第i條運行線完成的日均貨運量，t；gi表示第i條運行線采用的車輛載重，t。

車輛周轉(zhuǎn)時間是指運用車輛在一次周轉(zhuǎn)中(完成一個工作量的整個過程中)平均花費的時間，也就是每一個工作量平均所消耗的貨車日數(shù)，即運用貨車從第一次裝車完了或從鄰局接入重車之時起，到下一次裝車完了或從鄰局接入重車時止，在本局管內(nèi)所花費的全部時間，包括貨車旅行時間、裝卸車作業(yè)及停留時間、其他技術作業(yè)時間[6]，計算公式為

式中:θi表示車輛周轉(zhuǎn)時間，d；t重表示貨車在重狀態(tài)下的旅行時間，h；α表示空車走行率[6]；t裝表示車輛的裝車作業(yè)時間，h；t卸表示車輛的卸車作業(yè)時間，h；t裝卸停表示車輛裝卸站的停留時間，h；t作業(yè)停表示車輛的技術作業(yè)(包括列檢、換掛等)停留時間，h。

2 案例研究

以2022年新建海外鐵路A至F段貨運機車車輛配置為案例，研究基于列車運行圖的貨運機車車輛配置數(shù)量計算方法。

2.1 基本運行圖方案

A至F鐵路項目包括A站(含)至F站(含)段正線工程及G港口支線工程，其中A至F段運營長度156.08 km，設A，B，C，D，E，F(xiàn)等6個車站，其中A站設機務段、F站為機務折返站；A至G港口支線長度6 km。

（1）機車類型。經(jīng)過多次技術改進，內(nèi)燃機車各方面技術已經(jīng)趨于成熟，在國內(nèi)已使用的各類型貨運機車中，DF4系列和DF8系列是符合未來發(fā)展趨勢的主型機車。結合A至F鐵路限制坡度為12‰，經(jīng)牽引計算，得出主要貨運機車在12‰坡道線路上牽引質(zhì)量如表1所示。

表1 主要貨運機車在12‰坡道線路上牽引質(zhì)量Tab.1 Traction tonnage of the mainstream freight locomotives on the railways with 12‰ ramp

從表1可以看出，在12‰限制坡道上，雙機重聯(lián)能夠牽引4 000 t列車的機車類型為DF4D和DF8B型內(nèi)燃機車；同時，與DF4D相比，DF8B型機車牽引功率大(3 100 kW)、持續(xù)速度高(31.2 km/h)，柴油機缸徑為280系列，其性能、可靠性、經(jīng)濟性、排放等方面均具有優(yōu)勢，因而貨運機車類型采用DF8B型內(nèi)燃機車。

（2）車輛類型。A至F鐵路的貨物品類主要包括建材、糧食、化肥、集裝箱，需要采用敞車、棚車、平車裝載運輸。目前，國內(nèi)外鐵路貨運中采用的敞車主要包括C61，C62，C63，C64，C70，C80等型號，棚車主要包括P62，P63，P64，P65，P70等型號，平車主要包括N16，N17，NX17，NX70等型號，主要貨運車輛技術參數(shù)如表2所示。

表2 主要貨運車輛技術參數(shù)Tab.2 Technical parameters of the mainstream freight vehicles

根據(jù)A至F鐵路設計文件，橋涵設計活載采用“中-活載[9]”，即貨車每延米重不應超過8.16 t/m，而C80型敞車每延米重為8.3 t/m，其余敞車均滿足橋涵活載標準；C80型、C61型、C63型敞車也為運煤專用敞車，不適合A至F鐵路貨物品類要求；在C62，C64，C70型3種通用敞車中，C70型敞車載重大、容積大、自重系數(shù)小、構造速度大、檢修周期長，敞車類型采用C70型。

P65型棚車為行包快運車，不適合A至F鐵路貨物品類要求；在P62，P63，P64，P70型4種通用棚車中，P70型棚車載重大、自重小、容積大、自重系數(shù)小、構造速度大、檢修周期長，棚車類型采用P70型。在N16，N17，NX17，NX70型4種平車中，NX70型為集裝箱共用平車，不僅適用于大尺寸建材，也適用于多種集裝箱運輸，并且載重大、面積大、構造速度大，平車類型采用NX70型。

（3）運行圖列車對數(shù)及運行時分。以全年貨運量、機車牽引質(zhì)量、滿載系數(shù)等為基礎，運營籌備組編制了基本運行方案圖，2022年需要在G港口站至F卸車站之間開行30對貨運直達列車，按最高速度80 km/h運行，牽引質(zhì)量4 000 t，載重系數(shù)0.72，即重車方向每開行1列可完成貨運量2 880 t；A站至F站列車運行時分為3 h 8 min，A站至G站列車運行時分為12 min。

（4）機車周轉(zhuǎn)交路。A機輛段配屬的機車擔當A至F段貨運機車交路，機車A機務段出段后掛空車運行至G港口站，進行空重車換掛，折返重車運行至F站，重空車換掛并進行整備作業(yè)，折返空車運行至A站入機務段，依次在G港口站至F站間往返運行，貨運周轉(zhuǎn)交路如圖1所示。

圖1 貨運周轉(zhuǎn)交路Fig.1 Freight turnover routing

2.2 機車車輛周轉(zhuǎn)時間參數(shù)

機車周轉(zhuǎn)時間受機車途中旅行時間、出入段、整備等因素影響，車輛周轉(zhuǎn)時間受裝卸車及停留時間、換掛、列檢等因素影響，參考國內(nèi)貨運線路參數(shù)取值，A至F段貨運機車車輛周轉(zhuǎn)時間參數(shù)如表3所示。

表3 A至F段貨運機車車輛周轉(zhuǎn)時間參數(shù)Tab.3 Parameter of the turnaround time of the freight locomotives running on section A-F

2.3 機車車輛配置數(shù)量計算

以貨運機車、車輛周轉(zhuǎn)時間參數(shù)為基礎，利用上文所述方法計算求解，得出貨運機車車輛配置數(shù)量，2022年A—F段貨運機車車輛配置數(shù)量計算如表4所示。

經(jīng)計算，2022年A至F段需配置DF8B型貨運機車30臺，配置貨運車輛共計1 446輛，根據(jù)不同類型貨物運量比例，C70，P70，NX70型車輛分別為930輛、200輛、316輛。

3 結束語

機車車輛配置數(shù)量是衡量新建鐵路移動設備運用效率的重要指標，通過對海外鐵路A至F段貨運機車車輛配置進行分析和計算，研究表明新建線路貨運機車車輛配置數(shù)量計算是一個與基本運行圖列車對數(shù)及運行時分、機車車輛周轉(zhuǎn)時間、檢備率等因素相關的規(guī)劃問題，可以通過基于列車運行圖的貨運機車車輛計算方法來解決，并在此基礎上確定機車車輛配置方案，一方面能夠節(jié)省移動設備采購成本，另一方面能夠提升列車運行圖產(chǎn)品供給質(zhì)量和效率，為我國鐵路技術裝備“走出去”提供技術支撐。

表4 2022年A—F段貨運機車車輛配置數(shù)量計算Tab.4 Calculation of the number of the freight locomotives to beallocated running on ection A-F in 2022