新建铁路牵引试验及开通初期应注意的若干问题

鲍存众，马普仲，王奇钟

（太原铁路局　侯马北机务段，山西侯马043000）

新建铁路牵引试验及开通初期应注意的若干问题

鲍存众，马普仲，王奇钟

（太原铁路局侯马北机务段，山西侯马043000）

通过对新建瓦日铁路线牵引试验情况的分析论述，提出了新建铁路牵引试验时应充分考虑试验地段的地理环境、气候特点、轮轨磨合情况等因素，在对试验情况和既有线运用实践综合分析的基础上，制定出开通初期过渡方案，等开通后轮轨磨合一段时间、黏着条件稳定后再确定正式牵引方案。

黏着；磨合；冰霜；气温；新建线路；牵引试验；轮轨接触面

新建铁路线牵引试验是比较重要的试验，是制定运输方案的重要依据。新建瓦塘至日照铁路线（简称瓦日线）于2015年1月20日正式开通。此前，分别于2015年1月13日、1月16日，使用H XD2C型电力机车牵引5 000 t货物列车进行了3次牵引试验。试验前，通过牵引计算，结合既有线运用实践，试验人员均认为H XD2C型机车在该线牵引5 000 t是可行的。但试验结果与预期结果大不相同：前2次试验以失败告终，最后一次勉强成功。这就需要对瓦日线牵引试验情况进行认真分析，为新建铁路牵引试验、确定开通运营方案提供参考。

2015年1月13日进行的牵引试验与1月16日第1次试验的情况及结果基本相同，本文仅介绍其试验结论，重点分析论述1月16日洪洞北至浮山间第2次牵引试验情况。

1　瓦日线行车设备主要特点及牵引试验重点

新建瓦日线西起山西省吕梁市兴县瓦塘镇，穿越吕梁山、太行山，从河南省台前县跨越黄河，横穿山东省中西部，东至日照港，横贯晋豫鲁三省，全长1 260 km，为世界首条按30 t轴重标准建设的重载运输铁路。

1.1瓦日线列车操纵相关行车设备主要特点

瓦日线为双线电气化重载铁路，采用四显示自动闭塞；分相绝缘采用锚段关节式，无电区长度一般284 m，最长354 m，个别采用器件式（无电区长度一般90 m）；下行线（重车线）最大上坡道6‰、最大下坡道13‰，上行线（空车线）最大上坡道13‰、最大下坡道6‰；瓦塘至长子南间下行线，共有7个长大下坡道区间、10个连续上坡道区间，其中洪洞北站至浮山站间为牵引困难区间，区间内连续上坡道，平均坡度约为5.0‰，最大6‰。

1.2试验机车主要技术参数

试验机车采用25 t轴重的H XD2C型交流传动电力机车，整备质量150 t；机车总功率≥7 200 k W；最大起动牵引力≥570 k N，持续牵引力≥400 k N；最大再生制动力≥400 k N；恒功率速度范围65～120 km/h。

1.3瓦日线牵引试验重点

根据瓦日线行车设备特点和列车操纵实际，确定牵引试验在洪洞北至长子南间的下行线（重车线）进行，试验重点：（1）上坡道牵引运行能否满足运行需要、限制坡道能否顺利起车、通过分相绝缘的最低安全速度，试验区间：洪洞北站—浮山站；（2）是长大下坡道地段遇有通过信号机显示停车信号时，按列车《技规》规定限速20 km/h运行时能否满足保证安全，试验区间：安泽站—长子南站。

1.4牵引困难区间牵引质量计算

（1）限制坡道起动质量牵引计算

瓦日线列车起动限制坡道的线路坡度为6‰、直线（曲线地段换算坡度不大于6‰），H XD2C机车起动牵引质量：

式中Fq为轴重，Fq=25 t；H XD2C机车起动牵引力，取570 k N；

iq为起动地点加算坡度千分数，取6；

P 为H XD2C轴重25 t时机车质量，取150 t；

λy为机车牵引力使用系数，取0.9。

（2）牵引困难区间持续运行牵引质量计算

洪洞北站（K344.683）至浮山站（K386.532）为牵引困难区间，区间全长41.849 km，连续上坡道，两站间海拔高差208 m，平均坡度为4.97‰，最大6‰；区间最小曲线半径600 m（只有一处，线路坡度5‰），其余地段曲线半径均在800 m以上，大部分在1 200 m及以上，区间曲线总长17 000 m，占区间总长的40.6%。综合考虑区间线路坡度、曲线半径、动能闯坡等因素，该区间平均加算坡度取5.3‰。25 t轴重的H XD2C机车按65 km/h的恒功率速度运行时的牵引质量为：

G=102Fjλy-P（ω′+ij）/ω″+ij=4 985.7 t。式中Fj为轴重25 t时H XD2C机车持续牵引力，取400 k N；iq为加算坡度千分数，取5.3；ω′为速度65 km/h时的H XD2C机车单位运行阻力（列车牵引计算规程简称：《牵规》）无H XD2C计算公式，按SS4机车计算，H XD2C机车单位阻力不大于SS4机车），取4.84；ω″为速度65 km/h时滚动轴承货车单位基本阻力，按《牵规》计算，取1.76。

说明：目前全铁路货物列车的平均技术速度约为45 km/h，如速度稍低于65 km/h，则G＞5 000 t，完全能够满足运行时分要求。

（3）牵引困难区间牵引质量计算结论

通过以上计算分析可以得出结论：H XD2C机车在瓦日线牵引困难区间——洪洞北至浮山间，牵引5 000 t货物列车是可行的。

2　2015年1月13日牵引试验概况及简要结论

（1）H XD2C机车牵引5 000 t列车在洪洞北站站内起车时，在1‰上坡道、长达1 144 m的加速距离内仅能加速至30 km/h（正常至少应能加速至45 km/h），且连续空转，L KJ发出2次空转报警，列车出站进入5‰的上坡道后即持续掉速无法维持运行。

（2）单台H XD2C机车牵引5 000 t列车，在6‰的上坡道无法起动。

（3）列车通过6‰上坡道、无电区长度284 m的分相绝缘时的安全速度为30 km/h，最低不得低于25 km/h。

（4）单台 H XD2C机车牵引5 000 t列车，在13‰的连续下坡道遇通过信号机显示停车信号，按《技规》规定限速20 km/h运行时制动主管充风时间难以保证，可采取“走停走”方式运行到下一通过信号机。

简要结论：上坡道牵引运行及限制坡道起车均失败，应对此重新进行试验。

3　2015年1月16日第1次牵引试验概况及简要分析

2015年1月16日重新进行牵引试验，试验区段：洪洞北站至浮山站间下行线；试验项目：（1）洪洞北站站内起车加速性能；（2）限制坡道起车试验；（3）区间连续上坡道牵引性能试验。

3.1试验列车编组情况

H XD2C-7006+牵引试验车S Y999286（自重61.5 t，换长2.4 m）+SS4-6022（备用）+4 745 t（53辆货车，计长65.6 t），合计总重4 990.5 t，计长71.0 m。

3.2试验区间线路概况

洪洞北至浮山间下行线线路概况：洪洞北站及浮山站站内1‰上坡道，区间连续上坡道，平均坡度5.0‰，限制坡道6‰上坡道；区间内（K362.995～K383.003）共有隧道9座，全长总计14 241 m。

3.3洪洞北站起车加速性能试验概况

05：59：31列车在洪洞北站站内K344+957处起车（1‰上坡道），出站时加速至32 km/h（加速距离996 m）；列车出站进入5‰的上坡道（K346.749）后，机车空转持续掉速，K348+746处降至15 km/h。在此期间，调速手柄6级左右，最大牵引力仅能发挥至380 k N（H XD2C机车手柄6级时对应牵引力约为440 k N），且连续空转，无法维持运行，备用机车加载后双机牵引。

3.4限制坡道起车试验概况

06：22：19试验列车停于K354.013处，6‰上坡道，直线，连续3次起车试验均因机车空转卸载而失败，投入备用机车后列车起动。起车期间，机车牵引力瞬间最高发挥至490 k N。

25 t轴重的H XD2C机车起动牵引力≥570 k N，但起动试验时最高只能发挥至490 k N，且无法维持该牵引力，这是列车无法起动的主要原因。

3.5洪洞北至浮山间K354.013至K370.007运行情况

（1）坡道起车后运行情况分析

06：32：39备用机车与试验机车共同起车后双机牵引，加速至56 km/h（K356.897）后备用机车解除牵引力，试验机车单独牵引时速度持续降低，K360.566处降至30 km/h。在试验机车单独牵引的3 669 m距离内机车连续空转，L KJ距离误差长达356 m。随后，列车速度继续降低，以23 km/h的速度勉强通过分相绝缘后，至K361.026处合闸时速度仅剩5 km/h，机车加载后L KJ空转报警、机车卸载，无法维持运行，备用机车加载后双机牵引。

（2）隧道内起车及运行情况分析

06：54：25试验列车停于K364.114处的高家垣隧道内，线路概况：5.4‰上坡道，曲线半径2 500 m。06：56：01试验机车单独起动，至K370.972处加速至57 km/h，机车出孔峪隧道172m后，开始空转掉速，K373.533处降至25 km/h，备用机车投入双机牵引，07：32到达浮山站。

试验列车在K362～K370.800间的隧道群内可以维持运行，K370.800～K374.855间无隧道则空转掉速。两段线路坡度大致相同，而运行情况大不相同，说明隧道内轮轨黏着条件明显优于隧道外。

4　1月16日第2次牵引试验概况及简要分析

第1次牵引试验失败后，原试验列车于09：24由浮山站返回洪洞北站。试验人员分析，检查发现：未经碾压的轨面上有一层凝结的冰霜，致使轮轨黏着系数大大降低，机车牵引力难以正常发挥，导致起车后难以加速，上坡道无法维持运行、停车后无法起动。在试验列车碾压、且气温回升的作用下，钢轨顶面冰霜明显减少。在此情况下，试验领导组决定原列车、原区段、原线路继续进行第2次试验。

4.1洪洞北站起车加速情况及简要分析

10：39：56试验列车在洪洞北站K344.438处开车，出站时加速至45 km/h，K350.920处加速至67 km/h，K352.878处速度65 km/h，达到H XD2C机车恒功率速度。K350.920～K352.878线路平均坡度约为5.5‰的上坡道，在试验区间及瓦日线均有代表性。在此期间，机车牵引力最高发挥至516 k N。

第2次牵引试验时，站内起车及上坡道加速运行的试验结果表明：此时，轮轨黏着条件已显著改善，机车牵引力得到了较好的发挥。

4.2限制坡道起车试验概况

10：51：33试验列车停于K353+644处，6‰上坡道，直线。10：52：30试验机车单独起动成功。11：09：33，运行至K360+552处加速至50 km/h，机车断电通过分相绝缘。在起车及加速过程中，机车牵引力500 k N左右，最高520 k N。

在与第1次线路纵断面、列车编组等试验条件相同的情况下，H XD2C机车能够顺利起车。但从起车到加速至50 km/h，用时长达1 023 s，加速距离长达6 908 m，其起动加速性能难以适应实际运行需要。

5　试验机车牵引力无法正常发挥的原因分析

1月16日洪洞北至浮山间进行的2次牵引试验，第1次失败，第2次勉强成功。其主要原因是轮轨黏着条件差，机车牵引力无法正常发挥，具体原因有两个：

（1）试验当日、当地气温-9～8℃，晴转多云，昼夜温差达17℃。洪洞北站及其相邻的20 km左右范围内地处盆地，濒临汾河，空气湿度大。气温高时水蒸气弥漫于空气中，遇冷凝结为水附着在钢轨上，当气温降至冰点以下时，轨面必然会结成薄冰。新建线路轮轨尚未磨合，钢轨表面粗糙、锈迹斑斑，极易吸附水蒸气，遇冷更易凝霜结冰。如图1（a）所示，当日10：00钢轨上的薄冰尚且清晰可辨。在如此轨面上，机车牵引力必然难以发挥。

经过试验列车碾压、摩擦后，轮轨接触部分冰霜几乎消失，未接触部分仍清晰可见，如图1（b）所示，但此时轮轨黏着关系已大大改善。

第1次试验时，列车在K362～K370.800隧道群内可以维持运行，但在无隧道的旷野地段运行时即空转掉速，说明旷野地段受湿冷空气影响轮轨黏着条件差，而这正是机车牵引力难以正常发挥的主要原因。

那么，同一地区的既有线（南同蒲线）为什么就没有或者说很少受此因素的影响呢？其原因有两个：（1）既有线经常通过列车，钢轨上的水蒸气通过车轮反复碾压、摩擦发热，大部分被带走了；（2）轮轨经过反复摩擦，钢轨顶面光洁度高，水蒸汽不便附着其上。

（2）瓦日线为新线，轮轨尚未磨合，轮轨接触面较既有线小得多。机车撒沙并碾压后，测量轮轨接触面，其横向宽度约为5 m m，如图1（c）所示，中间发白、发亮部分。既有线轮轨接触面横向宽度在10 m m以上。轮轨接触面小，其黏着力必然减小。

图1　钢轨顶面状态图片

6　结 论

1月16日进行的2次牵引试验及既有线牵引实践证明：正常情况下，H XD2C型机车牵引5 000 t货物列车在瓦日线连续上坡道区间牵引运行是可行的，但在目前、在冬季的凌晨至上午时段和天气不良时，应加挂补机。

1月20日瓦日线正式开通4对5 000 t货物列车，开通初期规定：每日04：00～06：28及遇有雨雪等不良天气时，列车通过洪洞北—长子南间牵引困难区段时，由2台H XD2C机车牵引，11：42～19：53，通过该区段的列车单机牵引。开通2个多月以来，机车牵引性能发挥、区间运行时分等均能满足运输需要，说明该牵引方案可行。通过瓦日线牵引试验及开通初期的牵引运行实践，得到如下启示：

（1）新建铁路线进行牵引试验时须考虑下列因素：一是新建线路轮轨尚未磨合、轮轨接触面及黏着力远小于既有线；二是新建线路钢轨表面粗糙，水蒸气容易附着其上，会使轮轨黏着系数下降，如昼夜温差大、夜间气温降到冰点以下结成薄冰后，黏着系数则会急剧下降；三是进行牵引试验时除考虑线路纵断面的代表性外，还需考虑试验时间段、试验地点的地理环境、气候特点等因素，这样才能得出综合性的、符合实际的结论。

（2）确定新建线路的牵引定数、运行时分等数据时，应对牵引试验结论及新线线路特点、机车性能等因素进行综合分析，制定出安全、可靠的过渡实施方案。等开通后轮轨磨合一段时间，轮轨黏着条件稳定后再确定正式牵引方案。

［1］ 孙中央.列车牵引计算规程实用教程［M］.北京：中国铁道出版社，2005.

［2］ 铁道部.列车牵引计算规程［S］.北京：中国铁道出版社，1999.

Problems of Traction Test and The Beginning of New Railway

B A O Cunzhong，M A P uzhong，W A N G Qizhong
（H ou mabei North Loco m otive Depot，Taiyuan Railway Bureau，H ou ma 043000 Shanxi，China）

After the analysis of W atang-Rizhao rai lway traction test situations，it＇s proposed thatthe geography situation，cl imatic condition，and wheel rai linteraction should be considered during the traction test of a new rai lway.Based on the analysis of test situation，a temporary scheme is proposed，and after wheel rai l running-in and stable adherence situation，the formal traction scheme wi ll be determined.

adherence；running-in；frost；tem perature；new railway；traction test；the w heel-rail contact surface

U260.14+1

A

10.3969/j.issn.1008-7842.2015.05.26

1008-7842（2015）05-0109-04

鲍存众（1965—）男，高级工程师（2015-04-10）