朔黄铁路1.6万t重载列车操纵难点及解决措施

作者简介：张景义（1976-），男，工程师。研究方向为铁路运输。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.12.035

摘  要：朔黄铁路采用HXD1型交流电力机车与SS4型直流电力机车组合牵引1.6万t重载列车。该文阐述1.6万t重载列车在长大坡道起车、长大下坡道循环制动以及过分相等平稳操纵难点，并有针对性地提出解决措施。

关键词：朔黄铁路；HXD1型交流电力机车；SS4型直流电力机车；控制模式；牵引力；1.6万t重载列车

中图分类号：U296      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）12-0152-04

Abstract： The Shuozhou-Huanghua Railway adopts the combination of HXD1 AC electric locomotive and SS4 DC electric locomotive to pull 16 kiloton heavy haul trains. This paper expounds the difficulties of 16 kiloton heavy haul train starting on long and long ramps， cyclic braking and over-equal smooth operation， and puts forward some corresponding measures.

Keywords： Shuozhou-Huanghua Railway; HXD1 AC electric locomotive; SS4 DC electric locomotive; control mode; traction; 16 kiloton heavy haul train

朔黄铁路作为西部煤炭东运的重要通道之一，近年来运量持续上升，为了挖掘运输潜力，2万t、1.6万t重载列车的开行将逐渐取代万吨、普通列车。开行1.6万t重载列车可以实现HXD1型交流电力机车、SS4型直流电力机车互联互通，C80、C70、C64不同类型车辆的混编，大大提高了列车编组的灵活性，提升了机车运用效率。

自2020年7月10日开行首列1.6万t列车以来，由于交、直流电力机车之间控制特性的差异，造成长大坡道起车、长大下坡道循环制动以及过分相等关键区段存在操纵安全隐患，因此必须解决不同车型之间的特性差异，摸索一套有效的1.6万t重载列车操纵方法，从而提高乘务员的平稳操纵水平。

1  1.6万t重载列车简介

1.6万t重载组合列车是指由1台HXD1型交流电力机车和1台SS4型直流电力机车通过无线重联控制系统，采用1+1方式牵引万吨货物列车与普通货物列车组合编组的列车。编组车辆包括C80、C70、C64型，编组形式如下。

1台HXD1型交流机车+108辆车辆+1台SS4型电力机车+66辆车辆+可控列尾。

2  1.6万t重载列车操纵难点

HXD1型交流电力机车（主控机车）与SS4型直流电力机车（从控机车）控制形式有所不同，HXD1型电力机车使用力矩恒定的模式进行控制，而SS4型电力机车使用准恒速的模式进行控制，2种不同的控制模式在控制指令反应速率、机车工况转换时间、牵引和制动力的发挥特性等均存在较大的不同（如图1—图4所示），造成1.6万t重载列车的2台机车在力的协同发挥方面存在问题，尤其对长大坡道区段的起车、循环制动影响最大，具体表现为如下。

HXD1型电力机车控制手柄从初始状态进行牵引或制动调整时，由于HXD1型电力机车风机工作有一定的延时，使控制指令传输至SS4型电力机车时延时了6 s，造成了2台机车牵引、制动力不能同步发挥。

列车在坡度较大的线路上停车再重新开车时，当列车缓解后，处在中部的SS4型电力机车前后车辆的制动力解除速度比前部车辆快，造成已经解除制动力的车辆在重力的作用下挤压尚未解除制动力的车辆，对车钩形成了非常大的挤压力，峰值可达1 000 kN以上，位置在列车21位、46位车辆附近。

列车在坡度较大的线路上进行循环制动调速时，当主控机车（HXD1型机车）发出制动指令约23 s后，处于中部位置的SS4型机车和车辆的车钩会产生明显的拉力，当解除制动指令后，车钩拉力转换为压力并逐渐增大，大约30 s后车钩压力达到最大值，不同力对车钩的反复施加，易造成车钩的损坏。

图1  HXD1型电力机车牵引特性曲线

图2  HXD1型电力机车制动特性曲线

图3  SS4G型电力机车牵引特性曲线

图4  SS4G型电力机车制动特性曲线

3  1.6万t重载列车操纵困难的解决措施

3.1  无线重联同步控制系统的控制程序进行优化

对1.6万t列车的无线重联同步控制系统的控制程序进行优化，优化后的控制流程如下。

1）主车（HXD1型电力机车）发出各种机车控制指令，在控制主车的同时将指令同步传输至主车车载无线同步控制系统。

2）主车车载無线同步控制系统对接收到的各种指令经处理后无线传输至从车（SS4型电力机车）车载无线同步控制系统。

3）从车（SS4型电力机车）车载无线同步控制系统将接收到的主车控制指令反馈至机车控制系统控制机车，并将从车各项数据通过车载无线同步控制系统反馈至主车。

通过程序优化，正常情况下，SS4型电力机车可以最大程度满足HXD1型电力机车的牵引力（或再生力）的要求，如果超过SS4型电力机车的能力，SS4型电力机车输入最大的牵引力（或电制力），同时HXD1型电力机车匹配SS4型电力机车，调整牵引力（或再生力）的发挥。实现效果如下。

1）HXD1型电力机车控制手柄从初始状态进行牵引或制动调整时，SS4型电力机车级位延时控制在3 s以内。

2）列车运行速度低于50 km/h时，2台机车实际牵引、制动力可以完全匹配，当列车运行速度高于50 km/h时，2台机车的牵引力、电制力（或再生力）同步增长，直到SS4型电力机车的力達到实际速度对应的最大值后，不再增加。

3.2  推行模式化操纵

对长大坡道线路上的上坡起车、下坡起车、循环制动和过分相等操纵方法进行分析，不断进行优化和完善，通过确定制动力解除地点及限制最大制动力的方式，最大程度地降低了机车和车辆车钩的受力。

3.2.1  长大坡道上坡起动列车

采用“先提速后爬坡、提速和爬坡相结合”的操纵方法，列车在到达坡道前提前提速并达速运行，爬坡前应提前适量撒沙增加轮轨黏着力使机车牵引力得到有效发挥。在坡道上停车前通过增大制动力使机车和车辆的车钩处于充分压缩状态，为后续的启动做好准备。在启动时，先操纵机车产生一定的牵引力后再解除列车的制动力，然后逐步地将机车的牵引力增加至最大。

3.2.2  长大坡道下坡起动列车

采用空气制动和电制动结合，单次小减压量，延长带闸动距离的操纵方法，此方法可以减少空气制动的使用次数，从而减少列车的纵向力，保证了列车的安全运行。在列车停车前，适当地对机车和车辆的车钩进行压缩，起动时，HXD1型电力机车先解除大闸制动力，当列车速度上涨到4 km/h时，将机车的电制动力逐步增大到目标值，并解除机车小闸的制动力，根据列车速度的上涨情况，再合理调整机车的电制动力。SS4型电力机车先解除机车小闸制动力，然后施加机车电制动力，再解除机车大闸制动力，最后逐步增加机车电制动力至目标值。

3.2.3  长大坡道的循环制动操纵

1）循环制动的原则。①在使用空气制动前，HXD1型电力机车电制动力不得设置过小（大于等于100 kN）；②使用空气制动，在列车速度稳定后要适当调整机车电制动力，保证列车较长的带闸运行距离，减少使用空气制动的次数；③解除列车制动前，机车电制动力要保持一定时间（约10 s以上）；④列车制动力解除后，机车电制动力要保持25 s以上，然后再进行调整；⑤在安全的前提下尽可能地提高制动时的初始速度，在满足列车充风要求的前提下，提高缓解速度；⑥在循环制动过程中，要充分利用机车的电制动力调整列车缓解的位置，降低空气制动追加次数，以缓解列车纵向的受力程度。

2）长大下坡道关键区段的平稳操纵。①宁武西-龙宫区间长大坡道的操纵。HXD1型电力机车（主控机车）过分相后，逐渐增大再生力控制速度，再生力不宜超过200 kN，此时SS4型电力机车（从控机车）制动电流为300～400 A。进入长大下坡道速度不超67 km/h减压50 kPa，速度稳定后调整再生力延长带闸距离，待速度降至50 km/h以下，再生力调整为200～400 kN缓解，此时SS4型电力机车制动电流为400～700 A。调整制动周期，在龙宫二接近信号机处速度65 km/h减压50 kPa，速度稳定后降低再生力采用带闸过分相。过分相后，HXD1型电力机车缓慢给再生力200～400 kN，此时SS4型电力机车电制电流为400～700 A，速度不超60 km/h缓解。②南湾-滴流磴长大坡道的操纵。南湾过分相后，合理调整动力制动，水泉湾隧道内速度不超70 km/h时减压50 kPa，再生力200～400 kN（此时SS4型电力机车电制电流为400～700 A）缓解列车。运行至寺铺尖隧道，速度不超70 km/h时减压50 kPa，当速度降至50 km/h以下，再生力200～400 kN（此时SS4型电力机车电制电流为400～700 A）缓解列车。调整制动周期，在滴流磴二接近信号机处，速度65 km/h时减压50 kPa，速度稳定后降低再生力采用带闸过分相。过分相后，缓慢给再生力200～400 kN（此时SS4型电力机车电制电流为400～700 A），速度不超60 km/h缓解列车。

3.2.4  过分相的操纵

1）平原区段过分相时，根据分相位置提前断电。

2）在上坡过分相时，根据分相位置将牵引力缓慢降至200 kN以内，待SS4型电力机车（从控机车）越过分相区主断正常闭合后，再逐步将牵引力恢复至设定值。

3）在下坡过分相时，采用带空气制动力过分相，因当空气制动力不能控制车速时，可使用机车电制动，电制动力设定不应超过200 kN。

3.3  效果检验

通过中国铁路科学研究院力学性能检测，同步控制系统的控制程序优化后，乘务员采用模式化操纵，1.6万t重载列车全列的车钩力满足安全限度要求，脱轨系数等稳定性指标满足安全限度要求；中部SS4型机车的车钩力、车钩偏转角在允许控制限度范围内。

4  结束语

交直混编1.6万t重载列车是基于万吨列车与2万t重载列车之间的一种新型组合重载列车，运行中不仅需要减少重载列车各种力对列车安全的影响，而且需要解决不同车型不同控制特性对操纵的影响，本文采用对无线同步控制系统的控制程序进行优化、推行模式化操纵的措施，有效解决了上述难点，保障了1.6万t重载列车运行安全。1.6万t重载列车的成功开行，实现了朔黄铁路HXD1型交流电力机车与SS4型直流电力机车的随机组合，提升了列车编组的灵活性，对完成国家能源保供任务具有重大意义。

参考文献：

[1] 冀彬.大秦线重载列车发展研究[J].中国铁路，2009（3）：31-35.

[2] 徐磊.朔黄铁路重载列车组织方案研究[J].铁道货运，2017（1）：10-15.

[3] SS4型电力机车[M].北京：中国铁道出版社，1998.

[4] HXD1型/神华号交流电力机车[M].北京：中国铁道出版社，2015.