基于列车运行图的货运机车车辆配置数量计算方法研究

杨 晓，李 博，孙鹏举，王 睿

(中国铁道科学研究院集团有限公司 运输及经济研究所，北京 100081)

0 引言

机车车辆配置数量计算是新建铁路运营筹备的重要工作，也是铁路运输生产力布局的重要依据[1]。许多专家学者都对机车车辆配置数量计算进行了相关研究，朱传林等[2]通过经济分析及回归计算法预测机车车辆需求量；尹胜铭[3]选择线性回归模型预测货运周转量，进而计算货车配置数量；吴晓玲等[4]基于历史运量数据，采用指数平滑、模糊移动平均、回归分析法进行组合预测，得到货运量及机车车辆配置数量。目前我国铁路货运机车车辆配置数量计算主要采用相关因素法，先预测货运发送量、货运周转率、机车总重吨公里、货运机车日产量、现车生产率等因素，再通过这些因素与机车、车辆数量之间的关系，进行货运机车、车辆配置数量计算。但是，随着我国铁路路网规模的快速发展，铁路技术设备和运输组织模式发生很大变化，这种对运输生产中机车、车辆工作效率经验依赖性较强的计算方法，不能完全适应当前铁路货物运输组织发展的需要，而且机车空重车换挂、列车组合分解、货车装卸等技术作业自动化水平不断提高，对铁路货运机车车辆配置数量计算方法提出了新的要求。

另外，我国铁路货运机车车辆配置数量计算结果，主要作为全路或铁路局集团公司管内范围确定移动设备养护维修检修生产力布局的支撑，以历史年度货运发送量和周转率等统计数据为基础，对货运机车、车辆配置数量的粗略估算，无法精确计算出新建线路所需的机车、车辆配置数量。而货运机车、车辆的运用数量与列车运行图直接相关。因此，综合考虑列车开行对数及运行时分、机车和车辆周转时间、相关技术作业标准等因素，在目前相关因素法的基础上对我国铁路货运机车、车辆配置进行研究，探讨适应单条线路的机务、车辆系统资源运用模式，提出基于列车运行图的货运机车车辆配置数量计算方法，为新建线路运营筹备阶段制定移动设备采购方案提供决策参考。

1 货运机车车辆配置数量计算方法分析

1.1 机车配置数量计算方法

机车配置数量主要取决于基本运行图列车对数和机车全周转时间，计算公式为

式中:NJ表示机车配置数量，台；δ表示机车使用系数；n表示基本运行图列车对数，对/d；T表示机车全周转时间，h；λ1表示机车检备率，取20%[5]。

机车全周转时间是从列车机车第一次工作完了返回机务段经过闸楼之时起，到下一次工作完了再次返回机务段经过闸楼之时止的全部时间，即机车每完成一次牵引任务所需要的全部时间，包括纯运转时间，中间站停留时间，本段及折返所停留时间[6]，计算公式为

式中:T表示机车全周转时间，h；t旅表示机车途中旅行时间(含空走时间)，h；t中表示机车中间站停留时间，h；t段表示机车本段及折返段停留时间，h；t运表示运行线区段运行时分(含中间站停留时间)，h。

1.2 车辆配置数量计算方法

车辆配置数量主要取决于基本运行图列车对数和车辆周转时间，计算公式为

式中:NC表示车辆配置数量，辆；ui表示第i条运行线的日工作量，辆/d；θi表示第i条运行线的车辆周转时间，d；λ2表示车辆检备率，取26%[7-8]。

车辆运用是一个装而后卸，装了又卸，不断循环的过程，每完成一次循环，货车就算完成了一次周转，就算完成了一个工作量，计算公式为

式中:ui表示第i条运行线的日工作量，辆/d；Gi表示第i条运行线完成的日均货运量，t；gi表示第i条运行线采用的车辆载重，t。

车辆周转时间是指运用车辆在一次周转中(完成一个工作量的整个过程中)平均花费的时间，也就是每一个工作量平均所消耗的货车日数，即运用货车从第一次装车完了或从邻局接入重车之时起，到下一次装车完了或从邻局接入重车时止，在本局管内所花费的全部时间，包括货车旅行时间、装卸车作业及停留时间、其他技术作业时间[6]，计算公式为

式中:θi表示车辆周转时间，d；t重表示货车在重状态下的旅行时间，h；α表示空车走行率[6]；t装表示车辆的装车作业时间，h；t卸表示车辆的卸车作业时间，h；t装卸停表示车辆装卸站的停留时间，h；t作业停表示车辆的技术作业(包括列检、换挂等)停留时间，h。

2 案例研究

以2022年新建海外铁路A至F段货运机车车辆配置为案例，研究基于列车运行图的货运机车车辆配置数量计算方法。

2.1 基本运行图方案

A至F铁路项目包括A站(含)至F站(含)段正线工程及G港口支线工程，其中A至F段运营长度156.08 km，设A，B，C，D，E，F等6个车站，其中A站设机务段、F站为机务折返站；A至G港口支线长度6 km。

（1）机车类型。经过多次技术改进，内燃机车各方面技术已经趋于成熟，在国内已使用的各类型货运机车中，DF4系列和DF8系列是符合未来发展趋势的主型机车。结合A至F铁路限制坡度为12‰，经牵引计算，得出主要货运机车在12‰坡道线路上牵引质量如表1所示。

表1 主要货运机车在12‰坡道线路上牵引质量Tab.1 Traction tonnage of the mainstream freight locomotives on the railways with 12‰ ramp

从表1可以看出，在12‰限制坡道上，双机重联能够牵引4 000 t列车的机车类型为DF4D和DF8B型内燃机车；同时，与DF4D相比，DF8B型机车牵引功率大(3 100 kW)、持续速度高(31.2 km/h)，柴油机缸径为280系列，其性能、可靠性、经济性、排放等方面均具有优势，因而货运机车类型采用DF8B型内燃机车。

（2）车辆类型。A至F铁路的货物品类主要包括建材、粮食、化肥、集装箱，需要采用敞车、棚车、平车装载运输。目前，国内外铁路货运中采用的敞车主要包括C61，C62，C63，C64，C70，C80等型号，棚车主要包括P62，P63，P64，P65，P70等型号，平车主要包括N16，N17，NX17，NX70等型号，主要货运车辆技术参数如表2所示。

表2 主要货运车辆技术参数Tab.2 Technical parameters of the mainstream freight vehicles

根据A至F铁路设计文件，桥涵设计活载采用“中-活载[9]”，即货车每延米重不应超过8.16 t/m，而C80型敞车每延米重为8.3 t/m，其余敞车均满足桥涵活载标准；C80型、C61型、C63型敞车也为运煤专用敞车，不适合A至F铁路货物品类要求；在C62，C64，C70型3种通用敞车中，C70型敞车载重大、容积大、自重系数小、构造速度大、检修周期长，敞车类型采用C70型。

P65型棚车为行包快运车，不适合A至F铁路货物品类要求；在P62，P63，P64，P70型4种通用棚车中，P70型棚车载重大、自重小、容积大、自重系数小、构造速度大、检修周期长，棚车类型采用P70型。在N16，N17，NX17，NX70型4种平车中，NX70型为集装箱共用平车，不仅适用于大尺寸建材，也适用于多种集装箱运输，并且载重大、面积大、构造速度大，平车类型采用NX70型。

（3）运行图列车对数及运行时分。以全年货运量、机车牵引质量、满载系数等为基础，运营筹备组编制了基本运行方案图，2022年需要在G港口站至F卸车站之间开行30对货运直达列车，按最高速度80 km/h运行，牵引质量4 000 t，载重系数0.72，即重车方向每开行1列可完成货运量2 880 t；A站至F站列车运行时分为3 h 8 min，A站至G站列车运行时分为12 min。

（4）机车周转交路。A机辆段配属的机车担当A至F段货运机车交路，机车A机务段出段后挂空车运行至G港口站，进行空重车换挂，折返重车运行至F站，重空车换挂并进行整备作业，折返空车运行至A站入机务段，依次在G港口站至F站间往返运行，货运周转交路如图1所示。

图1 货运周转交路Fig.1 Freight turnover routing

2.2 机车车辆周转时间参数

机车周转时间受机车途中旅行时间、出入段、整备等因素影响，车辆周转时间受装卸车及停留时间、换挂、列检等因素影响，参考国内货运线路参数取值，A至F段货运机车车辆周转时间参数如表3所示。

表3 A至F段货运机车车辆周转时间参数Tab.3 Parameter of the turnaround time of the freight locomotives running on section A-F

2.3 机车车辆配置数量计算

以货运机车、车辆周转时间参数为基础，利用上文所述方法计算求解，得出货运机车车辆配置数量，2022年A—F段货运机车车辆配置数量计算如表4所示。

经计算，2022年A至F段需配置DF8B型货运机车30台，配置货运车辆共计1 446辆，根据不同类型货物运量比例，C70，P70，NX70型车辆分别为930辆、200辆、316辆。

3 结束语

机车车辆配置数量是衡量新建铁路移动设备运用效率的重要指标，通过对海外铁路A至F段货运机车车辆配置进行分析和计算，研究表明新建线路货运机车车辆配置数量计算是一个与基本运行图列车对数及运行时分、机车车辆周转时间、检备率等因素相关的规划问题，可以通过基于列车运行图的货运机车车辆计算方法来解决，并在此基础上确定机车车辆配置方案，一方面能够节省移动设备采购成本，另一方面能够提升列车运行图产品供给质量和效率，为我国铁路技术装备“走出去”提供技术支撑。

表4 2022年A—F段货运机车车辆配置数量计算Tab.4 Calculation of the number of the freight locomotives to beallocated running on ection A-F in 2022