HXN5型内燃机车平稳节能优化操纵的探究_庄会华.pdf

年第期 型内燃机车平稳节能优化操纵的探究庄会华，曾永全（昆明铁路铁道职业技术学院，云南 昆明 ；中国铁路昆明局集团有限公司，云南 昆明 ）摘要：机车牵引能耗是铁路节能的重点，在保证安全、准点等约束条件下优化机车操纵是减少机车牵引能耗经济有效且可行的途径。分析机车运行时的能耗构成，以 型内燃机车楚大上行线（大理至楚雄）运行为例，通过采用平稳节能操纵方法，机车单次油耗小于标准机车单耗，油耗降低，达到了节能降耗的目的。初步实现了内燃牵引货物列车的节能操纵。关键词：型内燃机车；节能；优化操纵中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，）：，（），：；基金项目：云南省教育厅科学研究基金项目（）作者简介：庄会华（），女，汉族，湖北襄阳人，硕士，讲师，研究方向：电气系统控制。引言节能降耗，在能源日益紧张的今天，具有十分重要的意义。能源和环保问题越来越受到社会的广泛关注，轨道交通绿色、节能减排已是趋势，随着铁路客货运输的迅猛发展，铁路能耗逐年增大，客观上存在着大量能源利用率偏低现象。研究如何使铁路列车更加节能地运行尤为重要。机车是铁路运输的牵引动力，也是能源消耗大户，其消耗的能源占总运营支出的一半以上，因此，降低机车牵引能耗是机车节能的重点工作。在降低机车牵引能耗方面，包括线路、车辆设计、牵引传动优化、驾驶策略改进和辅助驾驶等，而线路、车辆设计和牵引传动优化需要基础设施方面的改进，周期长、成本高。而在机车牵引列车运行过程中，在既定的运行图、列车编组计划等运营管理状况下，同一列车在规定的时间内完成规定的运输距离存在着多种不同的操纵方法，而不同的操纵方法直接导致列车运行能耗不同。通过优化驾驶策略，优化基础目标速度曲线可以降低机车能耗，是实现机车节能的一种有效途径。机车运行时的能耗构成列车运行过程中的能量消耗主要表现在三个方面：（）提高列车的动能；（）克服列车运行时的基本阻力和加算坡道阻力；（）机车运行时的自耗。根据线路纵断面的不同，机车的能量消耗在三方面所占的比重各不相同。在规定的时间内，列车从甲站运行到乙站，如果甲站到乙站之间以长大下坡道为主，偶尔的上坡道也不需要牵引，可以利用动能闯坡，对于这样特殊的线路断面而言，列车的操纵主要表现为动力制动、惰行、空气制动，所以列车的能量消耗在第（）项中占主要地位，第（）项、第（）项基本上不消耗能量，实际上对这样的线路纵断面，已经不存在对列车运行节能优化的必要，此时，列车的运行应以确保安全为主。若甲站与乙站之间是持续的上坡道，则列车的能量消耗在第（）项中占主要地位，同样也没有节能的必要。对于一般的线路而言（区间内存在着大量的起伏坡道或区间内坡道变化较小），第（）项和第（）项在能耗中占主导地位，而第（）项则基本上随不同操纵变化不大。对于这样的线路断面，非常有必要进行列车节能优化操纵的研究。根据列车运行时的能耗构成，节能操纵应该是减少不必要的制动以避免列车动能损失，充分利用势能以保持或增加列车的动能，以及减少基本阻力所做的功。机车优化操纵的原则列车优化操纵原则主要是为了尽可能地缩短站间的运行时间、减小能耗、提高停车精度、安全正点运行等而制定的运行规则。从大的方面可以分为以下 种规则：运行状态的选择原则、运行状态切换时刻的选择原则、消除过低速度原则及优化附加原则。（）运行状态的选择原则DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2023.01.030内燃机与配件 当机车从一种状态向下一个状态转换时，在迁移允许的状态中，优先选择加速度最大的运行状态。（）运行状态切换时刻的选择原则当下一个状态比现状态的加速度大时，在满足状态保持规则的前提下应尽快转换到下一个状态；反之，当下一次状态比现状态的加速度小时，在满足速度限制规则的前提下应尽可能保持当前状态。（）消除过低速度原则当机车运行在限制速度变化的区间时，为了维持进入限制速度区间前的高速度运行，而又必须遵循前述的“状态保持规则”，结果有可能导致速度过低。因此，必须调整进入限制速度区间前的列车运行速度，以便消除过低的速度。如图所示：限制速度从高到低限制速度从低到高图消除过低速度原则示意图（）优化附加原则附加原则是为了合理控制列车在特殊的线路条件下运行时，达到良好的运行状态而制定的原则。例如在线路坡度或坡长变化较快的路段，为了保持恒速运行，需要频繁改变操纵状态，此种情况下宁可增加区间运行时间也要尽可能避免频繁改变操纵状态。型内燃机车平稳节能优化操纵以 型内燃机车在楚大上行线（大理至楚雄）牵引货物列车运行为例，说明 内燃机车平稳节能操纵的方法和技巧。在规定的时间内，结合实际线路的纵断面及限速情况，通过优化操纵，减少内燃机车的油耗。总结节能降耗列车操纵关键项点。（）大理东站至弥渡站区间里程为 公里，区间运行时分为 分，区间限速为 ，区间平均速度为 。大理东站起车时，手柄提至档左右，充分利用平道抢速运行（注意防空转），运行速度达到 调整主手柄位置保速运行，列车尾部过岔后提手柄强迫加速。下行预告信号机处适当退回手柄，过完 道口速度 再将提手柄加载运行。弥渡站出红岩坡隧道后回手柄惰行，以 通过弥渡站。停车时，出红岩坡隧道前将手柄逐渐退回零位，速度控制在 以下进站停车。（）弥渡站至栽秧箐站区间里程为 公里，区间运行时分为 分，区间限速为 ，区间平均速度为 。弥渡站进站前适当减档，站内手柄回零，以 的速度通过车站。站内开车时：抢速运行（注意防空转），速度达到 左右适当退主手柄保速运行，注意防止列车尾部超速。列车进入下坡道，速度 内进行动态试闸。机车越出白龙潭隧道口，根据速度变化加载牵引运行。栽秧箐站以 惰行通过车站。进站信号机前严格控制缓解速度，避免发生超速。（）栽秧箐站至祥云西站区间里程为 公里，区间运行时分为 分，区间限速为 。长大下坡道采用电空配合进行调速，充分利用列车惯性闯坡并使机车在上坡道上充分发挥其功率，达到“闯爬结合”。区间平均速度为 。栽秧箐站惰行通过车站，区间采用电空配合控速。站内开车提手柄加载运行（注意防空转），速度 退回手柄，防止列车尾部超速。祥云西站列车以 左右的速度通过车站。（）祥云西站至水目山站区间里程为 公里，区间运行时分为 分，区间平均速度为 。祥云西站列车惰行速度 通过车站。祥云站起车时，提手柄加载运行，根据速度变化适当退主手柄保速运行，列车尾部过岔后提手柄，加载通过坡底。道口前电空制动调速，列车越过 道口提手柄加载，至 为起伏坡道，尽量利用主手柄控制速度，速度控制在 左右，手柄级位在档。水目山站进站信号机前适当退回主手柄，速度 惰行通过车站。站内停车时：处回完手柄，进站前空气制动调速，速度控制在 以下进站停车。（）水目山站至沐滂站区间里程为 公里，区间运行时分为 分，水目山至 道口区间限速为 ，出 道口区间限速变为 。区间平均速度为 。水目山站通过时速度控制在 。侧线开车出站后注意道岔限速，列车尾部过岔后速度 退回主手柄。坡底加载运行。通过 道口采用电阻制动调速，坡底加载越过 坡顶后采用电空制动调速，至沐滂站为起伏坡道，尽量利用主手柄控制调速。高手柄进沐滂站，进站后适当回手柄。将速度控制在 左右通过。（）沐滂站至新哨站区间里程为 公里，区间运行时分为 分，区间限速为 ，区间平均速度为 。沐滂站加载通过车站。站内开车提前抢速（防止空转），列车尾部过岔后提手柄加载运行。越过大园山隧道适当回手柄，高速通过坡底后，加载至档运行。新哨站通过时：上行预告信号机处适当回手柄，出新哨隧道速度控制在 时回完手柄，新哨站 左右通过。（）新哨站至长冲站区间里程为 公里，区间运行时分为 分，区间限速为 ，线路下坡道较多，到达普棚号隧道后变为长大上坡道。区间平均速度为 。惰行通过新哨车站。站内开车时：列车尾部过岔后提手柄加载，速度 退回主手柄。采用电空配合调速，到达普棚号隧道后变为长大上坡道将手柄提至档闯坡运行。加载通过长冲车站，出站前退完手柄，速度控 年第期制在 通过。（）长冲站至姚安站区间里程为 公里，区间运行时分为 分，区间限速为 。区间平均速度为 。长冲隧道前速度 左右手柄回零，使用电空制动调速。站内开车时：当速度达到 左右适当退主手柄 保 速 运 行，列 车 尾 部 过 岔 后 手 柄 提 至 档，速 度 退回主手柄。运行至 坡底处加载运行。猫猫关隧道转下坡后，采用电空制动操纵，带闸看进站信号。姚安站通过时：进站信号机前速度控制在 左右缓解列车制动，站内速度 通过。（）姚安站至大苴站区间里程为 公里，区间运行时分为 分，姚安至 区间限速为 ，之后区间限速变为 。姚安至玉龙寺中桥线路为长大下坡道，采用电空配合进行调速，至坡底速度加载至档。区间平均速度为 。惰行通过姚安车站，速度 电空制动调速。提手柄加载运行，列车尾部过岔后速度 退回主手柄。坡底速度加载至档。出庙山隧道前手柄回零。带闸确认进站信号，速度控制在 左右通过苴站车站。出庙山隧道前回完手柄，使用电空制动调速，速度控制在 以下进站停车。（）大苴站至沙桥站区间里程为 公里，区间运行时分为 分，大苴至龙摩山隧道为长大上坡道，出龙摩山隧道转入下坡道，采用电空配合进行控速，区间平均速度为 。通过大苴站后，手柄档运行至龙摩山隧道。站内开车时：动车后加载抢速，注意尾部不超道岔限速，尾部过岔后手柄档加载运行。出龙摩山隧道转入下坡道时，速度 左右回手柄，速度 投入电阻制动，采用电空配合操纵。沙桥站列车通过时：速度 带闸看预告信号，确认进站信号显示通过信号后根据速度变化情况缓解，速度 惰行通过车站。关键站，进站信号机前速度控制在 左右缓解列车制动，使用电阻制动控速，道岔处速度控制在 左右进站停车。（）沙桥站至南华北站区间里程为 公里，区间运行时分为 分，区间限速为 ，出沙桥站为长大下坡道，线路坡道起伏，曲线、桥梁、隧道较多，区间平均速度为 。速度 惰行通过沙桥车站。站内开车时：尾部越过道岔，速度 回手柄惰行，速度达 使用电空配合控速，进入 的下坡道缓解继续使用电阻制动调速，运行至 前全列在 的下坡道速度 退回电阻制动，惰行至 米处提手柄满负荷至预告信号机。预告信号机前逐渐退回主手柄，通过南华北站列车速度应控制在 左右。（）南华北站至钱粮桥站区间里程为 公里，区间运行时分为 分，南华北站至钱粮桥号大桥限速为 ，过了钱粮桥号大桥限速变为 ，区间平均速度为 。南华北站正线通过时：牵引手柄保持在档左右，的上坡手柄回零惰行，转入下坡道后采用电空配合操纵。站内开车时：抢速出站（防止空转），尾部过完道岔后加载运行。区间为起伏坡道，牵引运行至 ，速度 左右逐渐退回主手柄并转为电阻制动调速，列车进入 速度 电空制动调速，全列转入 下坡道缓解，逐渐退回电阻制动，全列进入 下坡道，速度 电制退回零位，越过吕合隧道采用电阻制动调速，越过白石盘隧道后，采用电空配合调速，钱粮桥号大桥全列在 的坡道上速度 缓解，手柄档通过钱粮桥站。钱粮桥站正线通过时：站外坡底确认进站信号显示正确后速度 加载通过车站。（）钱粮桥站至楚雄西站区间里程为 公里，区间运行时分为 分，区间限速为 ，钱粮桥至罗武关隧道为长大上坡道，通过罗武关隧道线路转为下坡道，采用惰行、电空配合控速，区间平均速度为 。钱粮桥站站内通过速度控制在 左右加载通过。站内开车时：加载抢速运行（防止空转），出站尾部过岔后手柄档运行至坡顶。楚雄西站正线通过时：楚西站内速度 退回主手柄，惰行通过楚雄西站。预告信号机前全列在 坡道上，速度 缓解，控制进站速度 以下，进站对标停车。楚大上行线（大理至楚雄）货物列车 内燃机车节能优化操纵方法：长大下坡道应采用电空配合进行调速；增加惰行时间，减少能量损耗；列车在锅底型坡道运行时，调整列车运行速度，使列车在坡底的运行速度达到最高允许速度后加载运行，充分利用列车惯性闯坡并使机车在上坡道上充分发挥其功率，达到“闯爬结合”的要求。楚大上行线（大理至楚雄）货物列车 内燃机车满足规定的运行时间，采用优化节能操纵，通过实际油耗数据的采集，机车单次油耗小于标准机车单耗，油耗降低，达到了节能降耗的目的。结语 型内燃机车楚大上行线（大理至楚雄）牵引货物列车运行过程