神朔鐵路列車縱向起動(dòng)分析

神朔鐵路列車縱向起動(dòng)分析

一、煤炭外運(yùn)工程概況神朔鐵路西起陜西省神木縣大柳塔，東至山西省神池南站，與朔黃鐵路相連，共同形成中國(guó)西部天然氣運(yùn)輸?shù)诙ǖ?。這條線路全長(zhǎng)270公里。這是國(guó)家路網(wǎng)一級(jí)線線條的一條重型鐵路。主要負(fù)責(zé)中國(guó)最大的煤炭基地——神福東勝礦區(qū)的煤炭外運(yùn)任務(wù)。它是神華集團(tuán)礦、電、路、香港和航系統(tǒng)工程的重要組成部分。神朔鐵路橋隧涵占到總長(zhǎng)的近30%,最大牽引坡度高達(dá)12‰,最小曲線半徑400米。二、神朔鐵路萬(wàn)噸軌道的出發(fā)背景和現(xiàn)狀2.1神朔線和雙軌道列車用車發(fā)車神朔鐵路于2009年10月12日開行第一列由SS4B型電力機(jī)車牽引2+2萬(wàn)噸組合列車,此舉為提高線路運(yùn)輸能力奠定了夯實(shí)基礎(chǔ)。隨著神朔線萬(wàn)噸站場(chǎng)的改造以及機(jī)車萬(wàn)噸無線同步操縱控制系統(tǒng)改造的普及,該線年運(yùn)輸量已有2009年的1.67億噸躍升至2013年的2.47億噸,開行萬(wàn)噸組合列車成為了神朔線牽引擴(kuò)能的標(biāo)志性工程?，F(xiàn)該線每天萬(wàn)噸組合列車開行已由剛開始的每天3列增長(zhǎng)至現(xiàn)在的每天70列,截止至2014年5月底,該線已安全運(yùn)行萬(wàn)噸組合列車48000余列。2.2現(xiàn)運(yùn)行的動(dòng)車組方式神朔鐵路萬(wàn)噸組合列車牽引機(jī)車型號(hào)為SS4改型電力機(jī)車、SS4B型電力機(jī)車以及神華八軸交流機(jī)車,不同的機(jī)型所牽引的萬(wàn)噸組合列車編組方式也不盡相同。現(xiàn)運(yùn)行的主要編組方式為:SS4B(SS4G)+SS4B(SS4G)+58輛(C70車輛或C80車輛)+SS4B(SS4G)+SS4B(SS4G)+58輛(C70車輛或C80車輛)、HXD1+HXD1+58輛(C70車輛或C80車輛)+HXD1+58輛(C70車輛或C80車輛)。如下圖所示:2.3無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)單元dte組成神朔鐵路萬(wàn)噸無線同步操縱控制系統(tǒng)是由南車時(shí)代電氣股份有限公司研制,它由三大部分組成,即無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)單元(DTE)、機(jī)車無線重聯(lián)操縱控制單元(OCE)以及人機(jī)對(duì)話窗口和信息顯示單元(IDU)組成。它們共同配合控制萬(wàn)噸組合列車中所有機(jī)車的同步操縱控制、機(jī)車之間的無線數(shù)據(jù)通信、列車制動(dòng)同步及安全導(dǎo)向和制動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。三、司機(jī)的素質(zhì)與列車安全性萬(wàn)噸組合列車安全運(yùn)行首要解決問題是列車縱向沖動(dòng)。萬(wàn)噸組合列車整列車如同一個(gè)非剛體結(jié)構(gòu),任何一起操縱上的沖撞,對(duì)于機(jī)車車輛都將產(chǎn)生極大的破壞力,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成列車分離甚至脫線事故。萬(wàn)噸組合列車安全穩(wěn)定運(yùn)行靠的是司機(jī),要求司機(jī)應(yīng)該具有較高的綜合素質(zhì),并應(yīng)充分了解列車縱向動(dòng)力學(xué)知識(shí)和掌握列車操縱的技術(shù)性和規(guī)范性,把不利因素通過司機(jī)合理操縱進(jìn)行化解,以保證萬(wàn)噸組合列車運(yùn)輸?shù)慕^對(duì)安全。實(shí)踐表明,列車的縱向沖動(dòng)與列車長(zhǎng)度的平方成正比。3.1成功應(yīng)用于朔線上壁走廊軌道的穩(wěn)定橫截面3.1.1防止列車后身份證由于萬(wàn)噸組合列車長(zhǎng)度長(zhǎng),上坡道平穩(wěn)操縱尤為關(guān)鍵,司乘人員要不斷琢磨上坡道平穩(wěn)操縱辦法,重點(diǎn)掌握上坡道停車和起車辦法。萬(wàn)噸組合列車上坡道停車時(shí)應(yīng)采用高速停車平穩(wěn)操縱辦法,因萬(wàn)噸組合列車較普通貨物列車空氣制動(dòng)時(shí)排風(fēng)時(shí)間長(zhǎng),所以在上坡道停車時(shí)掌握排風(fēng)時(shí)間防止列車后溜是關(guān)鍵。如下圖為神朔線不同萬(wàn)噸組合列車制動(dòng)機(jī)減壓50kPa充排風(fēng)時(shí)間。通過上圖不難發(fā)現(xiàn)2+2萬(wàn)噸組合列車較較普通貨物列車排風(fēng)50kPa時(shí)間多13″,所以要求乘務(wù)員在上坡道前停車時(shí),一定要控制好停車速度,防止制動(dòng)主管風(fēng)未排完尾部車輛未產(chǎn)生制動(dòng)作用而造成列車后溜。為此我段根據(jù)不同編組類型萬(wàn)噸組合列車進(jìn)行上坡道停車試驗(yàn)后確定,2+2萬(wàn)噸組合列車上坡道停車速度要保證15km/h以上。3.1.2制定適應(yīng)神華八軸特性的車種起車辦法萬(wàn)噸組合列車上坡道平穩(wěn)起車探索也是關(guān)鍵。因?yàn)槿f(wàn)噸組合列車停于長(zhǎng)大上坡道后在起車過程中,整列車的縱向沖動(dòng)將非常大。通常我們將車鉤力和縱向加速度合稱為列車的縱向沖動(dòng),貨物列車主要以縱向車鉤力作為縱向沖動(dòng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。長(zhǎng)大上坡道起車時(shí)將是產(chǎn)生最大縱向車鉤力的危險(xiǎn)工況,稍有不當(dāng)縱向車鉤力超過車鉤極限強(qiáng)度時(shí)就會(huì)發(fā)生斷鉤分離等列車事故。所以要根據(jù)不同機(jī)車類型及不同編組類型確定不同上坡道起車辦法。經(jīng)過我們不斷探索總結(jié),SS4B型電力機(jī)車牽引萬(wàn)噸組合列車時(shí),要根據(jù)其直流機(jī)車牛馬特性來掌握起車辦法,首先將機(jī)車制動(dòng)缸壓力緩解,再徐徐加大機(jī)車牽引電流,當(dāng)所有機(jī)車電流800A左右時(shí),緩解機(jī)車大閘,在機(jī)車不發(fā)生空轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上可徐徐加大機(jī)車牽引電流至最大電機(jī)電流,這時(shí)整列車將緩緩啟動(dòng),并應(yīng)杜絕一次性猛給電流,防止機(jī)車與車輛間牽引力過大而造成列車分離斷鉤。在使用神華八軸交流機(jī)車牽引萬(wàn)噸組合列車時(shí),要根據(jù)其恒功率特性以及粘著控制程序而確定起車辦法。為此我段專門與株洲電力機(jī)車廠進(jìn)行攻關(guān),并多次組織實(shí)地進(jìn)行神華八軸交流機(jī)車坡起試驗(yàn),掌握第一手坡起資料,制定出了神華八軸交流機(jī)車的坡起指南卡片(如下圖)。乘務(wù)員根據(jù)牽引不同噸位列車以及不同編組方式和停于不同坡道坡度線路上按照神華八軸交流機(jī)車坡起小卡片的提示進(jìn)行起車牽引力輸出,即可平穩(wěn)啟動(dòng)整列車。3.2號(hào)機(jī)至府谷車站縱向制動(dòng)列車制動(dòng)方案神朔線下坡道萬(wàn)噸組合列車平穩(wěn)操縱研究是能否順利開行好萬(wàn)噸組合列車的重點(diǎn)。神朔線上行長(zhǎng)大下坡道區(qū)段為0554#通過信號(hào)機(jī)至府谷車站,全長(zhǎng)約為42km,最大坡道為-12‰。由于長(zhǎng)大下坡道運(yùn)行時(shí)整列車使用空電聯(lián)合制動(dòng),其此時(shí)縱向車鉤力是整列車列車運(yùn)行中縱向力加上鉤緩裝置特性所合成的結(jié)果,使列車減速過程中會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的變化,所以研究下坡道中減少列車縱向沖動(dòng)至關(guān)重要。根據(jù)我段現(xiàn)開行萬(wàn)噸組合列車編組方式,因此針對(duì)不同編組方式要分別研究下坡道列車縱向力的變化。3.2.1地面列車制動(dòng)工況SS4B(SS4G)型電力機(jī)車牽引2+2組合萬(wàn)噸列車下坡道運(yùn)行時(shí)操縱使用萬(wàn)噸無線同步操縱控制,能夠保證列車在使用空電配合制動(dòng)時(shí),前小列制動(dòng)波速與后小列制動(dòng)波速基本一致,有利于整列車的制動(dòng)調(diào)速。由列車縱向力學(xué)理論可知,在列車制動(dòng)時(shí)最大車鉤力基本與全列車的制動(dòng)力成正比,亦即和列車的編組輛數(shù)成正比,在同樣的技術(shù)裝備和線路條件以及操縱水平下,2+2萬(wàn)噸組合列車是2+0單元萬(wàn)噸列車最大縱向力的2倍左右。因此重載列車必須采取多點(diǎn)牽引保證同步制動(dòng)的技術(shù)措施。所以我段對(duì)于下坡道運(yùn)行時(shí)機(jī)車間的無線同步工況尤其關(guān)注,在此長(zhǎng)大下坡道區(qū)段,務(wù)必保證從二機(jī)車與主車萬(wàn)噸無線同步操縱控制正常,遇從二機(jī)車萬(wàn)噸無線同步操縱控制故障時(shí),必須采取就地停車。停車后根據(jù)列車具體情況,可以利用從三機(jī)車人為在萬(wàn)噸無線同步操縱控制中編組設(shè)置為從二機(jī)車,以使萬(wàn)噸組合列車在空氣制動(dòng)時(shí)同步,若從三機(jī)車無法擔(dān)當(dāng)此任時(shí),必須就地分解運(yùn)行。3.2.2車載前車鉤偏轉(zhuǎn)角過大造成列車正常運(yùn)行神華八軸交流機(jī)車因其特有再生制動(dòng)也給其下坡道使用再生制動(dòng)平穩(wěn)操縱提出了新問題,神華八軸交流機(jī)車的再生制動(dòng)力為461kN,較SS4B型電力機(jī)車的電制動(dòng)力382kN大79kN,神華八軸交流機(jī)車2+1組合牽引萬(wàn)噸列車時(shí)前小列第一個(gè)車輛前車鉤再生制動(dòng)力將比SS4B型電力機(jī)車2+2組合牽引萬(wàn)噸列車時(shí)的前小列第一個(gè)車鉤力大158kN。此時(shí)若扔按照SS4型機(jī)車下坡道操縱辦法時(shí),將會(huì)造成前小列第一輛車鉤的偏轉(zhuǎn)角過大,從而引起列車在過彎道或縱向沖動(dòng)大時(shí)使列車脫軌或顛覆,將會(huì)給行車帶來極大安全隱患。根據(jù)鐵科院研究結(jié)果,列車運(yùn)行中車鉤偏轉(zhuǎn)角小于3°時(shí),將不會(huì)對(duì)列車運(yùn)行造成危險(xiǎn),大于3°時(shí),將不利于列車正常運(yùn)行。所以神華八軸交流機(jī)車下坡道運(yùn)行時(shí),防止再生制動(dòng)力過大引起列車車鉤偏轉(zhuǎn)角過大也是平穩(wěn)操縱的關(guān)鍵因素,經(jīng)過我段不斷探索研究,規(guī)定使用神華八軸交流機(jī)車操縱時(shí)下坡道調(diào)速時(shí)應(yīng)采用空氣制動(dòng)為主,再生制動(dòng)為輔的操作辦法,并且在空電聯(lián)合配合過程中,需保證主車和從一機(jī)車總再生制動(dòng)力不超過600kN,以保證車輛車鉤偏轉(zhuǎn)角在正常范圍內(nèi)。3.3牽引緩沖裝置存在嚴(yán)重問題,單次列車制動(dòng)工況時(shí)造成設(shè)備破壞萬(wàn)噸組合列車在下坡道運(yùn)行中調(diào)速時(shí),由于整列車縱向距離長(zhǎng),接近1500m,在采用電制動(dòng)或空氣制動(dòng)時(shí)因制動(dòng)時(shí)間不一致,必將造成在制動(dòng)的同時(shí)列車縱向車鉤力大的發(fā)生,如若不對(duì)相關(guān)部件進(jìn)行升級(jí)改造過大的縱向車鉤力將對(duì)機(jī)車內(nèi)設(shè)備以及司乘人員造成危害,在我段09年剛開始試運(yùn)行萬(wàn)噸組合列車時(shí),由于機(jī)車牽引緩沖裝置為E級(jí)鋼緩沖器,在整列車制動(dòng)調(diào)速時(shí),中部機(jī)車由于緩沖器容量過小、緩沖系數(shù)過低而列車縱向車鉤力大,對(duì)機(jī)車設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重危害,輕則使機(jī)車走行部設(shè)備疲勞強(qiáng)度降低,重則使機(jī)車牽引緩沖裝置瞬間出現(xiàn)裂紋而造成列車分離斷鉤的發(fā)生,嚴(yán)重威脅整列車運(yùn)行安全系數(shù)。為此我段在充分調(diào)研國(guó)鐵萬(wàn)噸組合列車先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備基礎(chǔ)上,自主引進(jìn)了QKX100型膠泥緩沖器和高分子緩沖器兩種型號(hào),并在全段所有機(jī)型上進(jìn)行裝設(shè),該項(xiàng)緩沖器的沖擊速度為10km/h以上,動(dòng)態(tài)最大阻抗力為≤2500kN,較E級(jí)鋼緩沖器的技術(shù)參數(shù)明顯提高,為萬(wàn)噸組合列車下坡道調(diào)速過程中緩沖整列車縱向車鉤力提供了可靠的技術(shù)支撐。3.4保證充風(fēng)時(shí)間及壓力穩(wěn)定性循環(huán)制動(dòng)是由減壓制動(dòng)、制動(dòng)保壓和緩解再充風(fēng)組成的一個(gè)制動(dòng)周期的多次重復(fù)作用。若再次制動(dòng)時(shí)列車副風(fēng)缸充風(fēng)不足600kPa時(shí),此時(shí)再次制動(dòng)必然會(huì)造成后部車輛制動(dòng)缸壓力不足導(dǎo)致前后車輛制動(dòng)缸壓力不一致的發(fā)生,甚至有可能低于下坡道制動(dòng)限速的每百噸換算列車閘瓦壓力要求,從而危及整列車運(yùn)行安全性。要想確保循環(huán)制動(dòng)可靠產(chǎn)生制動(dòng)力,就需要保證整列車可靠的充風(fēng)時(shí)間。并要求在確保列車充風(fēng)時(shí)間的同時(shí)又要保障整列車在下坡道的運(yùn)行速度不能超過規(guī)定值,所以要求司乘人員要熟悉整個(gè)下坡道的縱斷面情況,根據(jù)列車運(yùn)行前方信號(hào)機(jī)顯示情況和線路限速情況以及編組不同方式、最低緩解速度等而確定列車緩解空氣制動(dòng)時(shí)機(jī),為列車充風(fēng)做好充分準(zhǔn)備,在確認(rèn)列尾裝置查詢列車尾部風(fēng)壓正常后,使循環(huán)制動(dòng)產(chǎn)生可靠制動(dòng)力。3.5嚴(yán)格停車條件,保證列車平穩(wěn)運(yùn)行萬(wàn)噸組合列車在起伏坡道上平穩(wěn)運(yùn)行研究也不能掉以輕心。萬(wàn)噸組合列車運(yùn)行至起伏坡道上時(shí)應(yīng)充分考慮線路縱斷面的特點(diǎn),運(yùn)行至坡度變化小的區(qū)段應(yīng)采用小牽引力運(yùn)行,保證整列車車鉤都處于拉伸狀態(tài),避免列車縱向車鉤力過大的發(fā)生。運(yùn)行至坡度變化大的區(qū)段操縱應(yīng)遵守上坡道退電制動(dòng)力下坡道退牽引力的原則,確保整列車車鉤都處于壓縮或拉伸狀態(tài)。為保證無線操縱同步時(shí),還應(yīng)遵守在進(jìn)行工況轉(zhuǎn)換時(shí)留有間隔時(shí)間,機(jī)車工況轉(zhuǎn)換時(shí),必須保持一定間隔時(shí)間,以保證信號(hào)可靠的傳輸使列車平穩(wěn)運(yùn)行。給退流必須平穩(wěn),禁止快進(jìn)快退每次給退流不得超過50A。這樣方可確保萬(wàn)噸組合列車在起伏坡道上的平穩(wěn)運(yùn)行。起伏坡道上需要停車時(shí)要嚴(yán)格遵守《萬(wàn)噸組合列車制動(dòng)機(jī)使用規(guī)程》的要求,調(diào)速時(shí)初減壓不得大于80kPa,累計(jì)減壓超過100kPa,必須停車緩解。列車緩解時(shí),速度不得低于35Km/h,杜絕低速緩解。運(yùn)行中嚴(yán)禁采用大減壓量(120kPa及以上為大減壓量)及緊急制動(dòng)停車,除危及本列車安全時(shí),方可采用緊急制動(dòng)停車。以確保萬(wàn)噸組合列車在起伏坡道上的安全運(yùn)行。3.6帶分相裝置的設(shè)計(jì)電氣化鐵路,因其固有的特點(diǎn),每過一段距離,將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)分相區(qū)域,此時(shí)將造成列車縱向車鉤力的發(fā)生,所以研究萬(wàn)噸組合列車平穩(wěn)過分相的研究也至關(guān)重要。神朔線現(xiàn)有分相裝置分為兩種,一種為普通式的器械式分相裝置,一種為萬(wàn)噸組合列車專門研究的帶電分相裝置?，F(xiàn)我段在機(jī)車上統(tǒng)一裝設(shè)了自動(dòng)過分相裝置,其與器械式分相上的標(biāo)簽共同配合完成萬(wàn)噸組合列車自動(dòng)過器械式分相。在機(jī)車過器械式分相時(shí)自動(dòng)過分相裝置可以根據(jù)接觸網(wǎng)承力索上的標(biāo)簽,自動(dòng)控制機(jī)車退流斷主斷過分相,過完分相后自動(dòng)控制機(jī)車合主斷自動(dòng)給流,以實(shí)現(xiàn)機(jī)車自動(dòng)過器械式分相裝置。帶電分相裝置是為滿足萬(wàn)噸組合列車上坡道高速運(yùn)行而研發(fā)的一種帶電過分相裝置,其作用原理為當(dāng)列車車輪壓上地面不同傳感器時(shí),使變電所不同斷路器閉合,帶電分相裝置中性區(qū)接觸網(wǎng)接通不同相位電,實(shí)現(xiàn)了列車過分相的無縫連接,大大提高了萬(wàn)噸組合列車上坡道過分相的速度,使線路通過率得到提升。所以研究萬(wàn)噸組合列車通過不同類型分相裝置時(shí)縱向沖動(dòng)相當(dāng)關(guān)鍵。3.6.1過器械式分相萬(wàn)噸組合列車通過器械式分相時(shí),主從車主要依靠機(jī)車內(nèi)部的自動(dòng)過分相裝置與器械式分相上的位置標(biāo)簽共同起作用使列車順利通過分相區(qū),但是由于萬(wàn)噸組合列車采用無線同步鏈接進(jìn)行操縱,若不對(duì)過器械式分相前機(jī)車所帶牽引電流或電制電流做分析,就會(huì)直接導(dǎo)致在過分相時(shí)因?yàn)榱熊囁查g牽引力或電制動(dòng)力消失而引起列車縱向沖動(dòng)過大,導(dǎo)致列車斷鉤分離的發(fā)生。為此我段深入一線調(diào)研和通過鐵科院現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn),過器械式分相時(shí),無論何種工況,在速度允許的情況下,主車和從一機(jī)車在過器械式分相前,在接近第一個(gè)接觸網(wǎng)位置標(biāo)簽時(shí),主車將牽引電流控制在150A左右,待自動(dòng)過分相裝置控制機(jī)車退流后,徐徐降低調(diào)速手輪位置,在列車通過分相接收到恢復(fù)標(biāo)簽自動(dòng)閉合主斷,給流時(shí)應(yīng)確保機(jī)車平穩(wěn)給流,并盡量控制機(jī)車電流為300A左右,待從二和從三機(jī)