HXD3B型机车牵引客车平稳操纵研究

徐 波，刘钰峰，李成斌

（北京铁路局 丰台机务段“毛泽东号”班组，北京100070）

HXD3B型机车牵引客车平稳操纵研究

徐 波，刘钰峰，李成斌

（北京铁路局 丰台机务段“毛泽东号”班组，北京100070）

HXD3B型机车为我国自主设计研制的9 600 kW大功率电力机车，目前已在全路逐步投入使用，然而使用该新型机车牵引旅客列车，旅客列车的冲动程度和频率有了很大的增加。这种冲动的发生，很大一部分原因是由乘务员的操纵引起的。为了提高该型机车牵引客车的平稳性，我们针对乘务员在列车起动过程，提、回手柄过程，运行中制动减速过程，停车过程等环节的操纵进行了探讨，为该机型牵引的客车平稳操纵提供了一定的参考。

HXD3B型机车；牵引客车；平稳操纵

HXD3B型机车为我国自主设计研制的9 600 kW大功率电力机车，该机车具有恒功率速度范围宽、功率因数高、设备故障率低、机车可靠性高等特点。该机车适用于干线牵引，2011年北京铁路局和沈阳铁路局率先开始更换H XD3B型机车，目前已在全路逐步投入使用。该机型主要用于货物牵引，但也用于春暑运的临客牵引，然而使用大功率的HXD3B型新型机车牵引旅客列车，就出现了新的问题。由于机车功率过大，乘务员对机车性能不熟悉，没有合理的操纵方法，临客车体质量偏差等因素，旅客列车的平稳性和舒适度得不到保障，甚至一度发生旅客因列车颠簸而摔伤的事故。随着铁路运输组织的发展，广大旅客对其乘坐舒适度要求亦有不断提高，为有效解决因乘务员操作机车不规范致列车冲动的发生，提高整列车运行的平稳性，有必要对HXD3B型机车牵引客车操纵条件进行探讨［1］。

1　HXD3B型机车牵引客车平稳情况

车体平稳性和乘坐舒适度一般用列车冲动来表征。列车冲动，即乘务员在操作列车运行过程中，由于机车工况改变所引起的列车车辆纵向冲击。列车在改变运行条件时，由于车辆间的制动缸压力的差异和相邻车辆制动率的不一致性，造成列车冲动；这种压力的差异和制动率的不一致有很大一部分原因是由于乘务员的操纵不当引起的［2］。所以，我们主要针对乘务员的H XD3B型机车操纵进行讨论。

国内外对列车冲动的评定主要是从加速度与其频率特性来考虑，重点分析的是纵向冲动，且无统一的冲动评价标准。国内机务段一般用列车冲动加速度变化率来考核和评定旅客列车乘务员的平稳操纵技能，在冲动的检测手段上，多采用冲动棒检测法［3］。本研究以1号冲动棒的倒伏作为冲动标准［4］，在目前广泛使用的25 G车钩的列车尾部［5］进行数据采集。通过随机对京九线14列HXD3B型机车牵引的临客客车进行冲动测试，其结果如表1：

据统计，14列次列车运行里程1 600 km，因乘务员操作机车原因发生113次冲动，平均每百公里冲动高达7.06次，冲动频率较高。

2　列车冲动操纵影响因素

根据列车纵向动力学的理论分析［6］和实际试验的测试，发现列车冲动主要发生在非稳态的列车运行过程中。本研究将正常运行情况下因操纵导致的列车冲动主要分为5个相互独立的工况进行讨论，即：（1）列车起动过程，列车由静止状态到运动状态，机车牵引力传输引起列车冲动的起动工况。（2）运行中回手柄过程，因电力机车受到分相绝缘限制，要暂时中断机车牵引力，主手柄回零，列车惰力运行，回手柄过程牵引力降低引起列车冲动的工况。（3）运行中提手柄过程，过分相后再提手柄，输出牵引力，提手柄过程牵引力传输引起列车冲动的工况。（4）运行中使用列车制动机过程，列车由制动或制动缓解过程，制动力传输引起列车冲动的制动工况。（5）到站停车过程，对标停车时，采用一段制动、两次制动或多次制动，以及单阀是否配合使用等制动方式引起列车冲动的工况。

2.1列车起动过程对列车冲动的影响

HXD3B型机车起动手柄的精度为0.1级，量程为1～13级，每一级差对应10 km/h的速度级差。起动时，列车状态发生变化，起动手柄的起动级位对列车平稳性影响很大。机车由6组额定功率为1 632 kW的大转矩异步牵引电机组合而成，输出牵引力较大。列车起动时，起动手柄级位过低，列车起动较平稳，但起动时间过长；起动手柄级位过高，列车起动迅速，但冲动较大，将起动过程中起动手柄级位分以下3种情况进行讨论：

表1　HXD3B型机车牵引列车冲动次数统计表

图1　客车起动过程手柄级位分类

针对以上3个情况，结合操作经验分别进行了以下3个方案的试验，得到数据如表2：

方案1：起车太快，列车推背感强烈，倒伏棒全部倾倒，无法进行测试。方案2：试验500次，倒伏棒倒伏337次，列车起动过程冲动率较高。方案3：试验500次，倒伏棒倒伏102次，曾发生长时间不能起车现象。从上述测试平均冲动次数不难得出：发生冲动最少的方案是方案3，对该方案继续优化，于列车起动以10 s为限，分别以0.1，0.2，0.3和0.4级的手柄级位进行了8组试验，试验统计结果如表3。

表2　北京—聊城区段列车起动过程方案考察表

根据表中数据、对比结果，发现起动列车时手柄0.3级作为列车起动的级位最为平稳。

表3　列车起动手柄级位优化考察表

2.2列车回手柄过程对列车冲动的影响

HXD3B型机车采用国际上先进的CCBⅡ微机控制制动系统，采用大功率轮盘制动装置，采用先进的螺旋杆式空气压缩机作为风源设备，制动力强，反应灵敏［7］，结合操纵经验和线路实际操纵情况，将回手柄过程分为2种情况进行讨论，见图2。

图2　回手柄过程牵引手柄级位分类

针对以上2种情况，分别进行了以下2个方案的试验，得到表4数据。

表4　北京—聊城区段运行中回手柄过程方案考察表

各方案分别进行500次试验，其中方案1冲动323次，方案2冲动143次。根据表4中数据、对比结果，发现将手柄由运行级位回到与运行速度级位低0.2级的级位，待电流消失，回到预备位，再回零位作为运行中回手柄的方法更为平稳。

2.3列车提手柄过程对列车冲动的影响

HXD3B型机车的输出牵引电流较大，且反应灵敏，结合列车纵向动力学的理论和线路实际操纵情况，将提手柄过程分为3种情况进行讨论，见图3。

图3　提手柄过程牵引手柄级位分类

针对以上3种情况，分别进行了以下3个方案的试验，得到表5数据。

表5　北京—聊城区段运行中提手柄过程方案考察表

各方案分别进行500次试验，其中方案1冲动272次，方案2冲动133次，方案3冲动302次。根据表5中数据、对比结果，发现将手柄级位从零位逐级提到运行速度对应级位低0.1级的级位，待电流出现再晋级的方法更平稳。

2.4列车制动减速过程对列车冲动的影响

针对HXD3B型机车的制动系统先进、反应灵敏这一特点，结合铁路有关规章制度和线路实际操纵情况，将运行中制动过程的自阀减压量分为3种情况进行讨论，见图4。

针对图4的3种情况，分别进行了3个方案的试验，得到表6数据。

各方案分别进行500次试验，其中方案1冲动112次，方案2冲动278次，方案3冲动412次。根据表6中数据、对比结果，发现将自阀减压40 kPa作为运行中制动减压的方法更平稳。

2.5列车停车过程对列车冲动的影响

针对HXD3B型机车的制动系统，结合操纵经验和线路实际操纵情况，将停车过程分为3种情况进行讨论：

针对图5 3个情况，分别进行了3个方案的试验，得到表7数据。

图4　运行中使闸过程减压量分类

图5　停车过程制动方式分类

表6　北京—聊城区段运行中制动过程方案考察表

表7　北京—聊城区段停车过程方案考察表

各方案分别进行5 006次试验，其中方案1冲动190次，方案2冲动122次，方案3冲动434次。根据表7中数据、对比结果，发现一段制动配合单阀使用作为停车过程的方法更平稳。

3　HXD3B型机车牵引客车操纵条件的优化

根据以上一系列的分析试验和对比选择后，将以上5个独立工况组合起来，得到H XD3B型机车牵引客车的优化操纵方案，见图6。

图6　HXD3B型机车牵引客车的优化操纵方案

列车起动时，稳步提升牵引手柄，使牵引电流稳步上升，主手柄先置于0.1～0.2级，待全列车拉伸车钩之后，再置于0.3级，均匀加速，平稳起动；同时，加强瞭望，注意时间，确保安全、正点、平稳发车。运行中回手柄时，不要直接回零，要逐级进行；通过分相绝缘器前回手柄，将手柄由运行级位回到较列车运行速度对应的手柄级位低0.2级的级位，待电流消失后，回到预备级，再回到零位。运行中提手柄时，主手柄要逐级提升，防止机车发生空转；通过分相绝缘器后提手柄，将手柄级位从零位提到较列车运行速度对应的手柄级位低0.1级的级位，待电流出现再晋级。制动时，应考虑列车速度、线路情况、牵引车辆数和吨数等条件，准确掌握制动时机和减压量，尽量减少制动次数，并使用40 kPa的最小减压排风量。停车时，要较规定的运行时刻预留1～2 min的时间，为平稳停车做好准备，制动过程应根据停车位置、列车速度和制动初减压地点，合理采用一段制动，并配合使用单阀，做到进站稳、对标准。

用优化的操纵方法操纵H XD3B型机车牵引旅客列车后，对该操纵方法的效果进行测试，结果见表8。

表8　HXD3B型机车牵引客车操纵方法效果检查统计

使用优化的HXD3B型机车牵引旅客列车操纵方法，能使列车每百公里平均冲动次数由原来的7.06次降低到了2次以下，列车运行更为平稳，较好的保证了列车运行的平稳性和舒适度。

5　结束语

通过对HXD3B型机车牵引旅客列车平稳操纵方法的探讨，分别从列车起动过程，提、回手柄过程，运行中制动减速过程，停车过程等环节的操纵进行优化，降低了因乘务员操纵导致大功率HXD3B型机车牵引旅客列车冲动的频率，为进一步研究HXD3B型机车平稳操纵提供了一定的参考。

［1］ 尚志伟.25k快速客车运行中纵向冲动原因浅析［J］.铁道机车车辆，2001，21（1）：45-49.

［2］ 中国铁道科学研究院.提速客车纵向冲动测试及运行平稳性措施研究［R］.2003.

［3］ 刘传波，莫易敏.旅客列车纵向冲动判断准则的研究［J］.武汉理工大学学报，2009，31（9）：107-110.

［4］ TB/T 2370.93.铁路旅客列车纵向动力学试验方法与评定指标［S］.1993.

［5］ 李继山，黄成荣，陈厚嫦，等.提速客车纵向冲动试验研究［J］.铁道机车车辆.2003，23（5）：1-5.

［6］ 何福汉.旅客列车纵向冲动问题研究［J］.铁道机车车辆，2007，27（5）：10-13.

［7］ 中国北车集团大连机车车辆有限公司.HXD3B型电力机车培训教材［Z］.北京：北京铁路局.2009.

Stable Operation Research for HXD3B Locomotive Tow Passenger Train

XU Bo，LIU Yufeng，LI Chengbin
（Beijing Railway Bureau Fengtai Loco motive Depot＂Mao Zedong＂Team，Beijing 100070，China）

HXD3B loco motive with the power of 9600kW was designed and developed in China.Nowadays，it has been gradually used in whole china.However，the use of this new loco motive tow passenger train，passenger train impulse frequency has greatly increased. This impulse occurs mainly because of the operation of the driver.In order to improve the stability of passenger train，the start process，put back the handle process，braking process and parking process are optimized，which provides an operation reference for HXD3B locomotive traction passenger train.

HXD3B loco motive；traction passenger train；stable operation

U266.2

A doi：10.3969/j.issn.1008-7842.2015.04.26

1008-7842（2015）04-0111-05

�）男，助理工程师（

2015-01-19）