铁路电力机车能优化操纵研究

铁路电力机车能优化操纵研究

王中昊

(中国铁路北京局集团有限公司邯郸机务段河北邯郸056003)

摘要：铁路运输虽然具有低能耗的优点，但它承担的运输任务重、运量大，资源消耗总量也非常大，而机车牵引能耗要占铁路运输能耗的一半以上。因此，通过优化机车操纵，减少列车运行能耗对铁路运输可持续发展有着非常重要的意义。基于此，本文就关于机车节能与优化操纵进行简要分析。

关键词：铁路；电力机车；节能优化操纵

随着节能减排理念的不断深入，对铁路行业节能工作也突出更高的要求。尤其铁路运输本身具有能耗消耗大等特征，而消耗问题的产生很大程度又来源于机车牵引用能方面，要求从机车运行控制角度出发实现节能减耗目标。

1铁路电力机车节能优化的意义

首先能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，随着我国经济快速增长，能源已经成为事关我国社会经济可持续发展的重大战略问题。机务段是铁路能源消耗大户，如何降低成本支出、完成节能目标、提高经济效益已经成为“十二五”开局铁路系统的又一重要课题。能源单耗是反映机务段运输生产过程的一个重要经济指标，分析能耗增减变化的成因，对领导制定节能降耗措施、完成节能目标、降低成本指出、提高经济效益都具有非常重大的现实意义。

2列车节能优化操纵策略

2.1减少列车冲击的操纵策略

为了对实际操纵方法进行研究对比，以实地实验的形式，对邯郸-石家庄区间内低速操纵--高速操纵、锯齿形操纵--平稳操纵，两种操纵模式进行了定性的探讨。之后模拟两种模式的运行曲线，结合己建立的能耗模型，量化的得出了同一编组列车、同一线路、同一距离的情况下，两种操纵模式的节能结论以及变化规律。在列车起动的瞬间，列车的加速度变化是一个从无到有而且非常短暂的过程。因此，列车起动瞬间加速度变化率非常大。如果加速度变化率过大必然导致列车冲击大、甚至可能引起车辆结构客伤亡等严重事故。因此必须对起动加速度及其变化率加以限制，以安全、平稳起动。列车起动阶段控制尽量遵循以下优化操纵原则：第一，为达到平稳起动目的，调速手柄需要在低级位停留一段时间以实现在较少的起动牵引力下消除列车车钩间隙，具体操纵时货车可取7秒，客车可取5秒。同时注意避免起动牵引力大于机车粘着力而导致车轮发生空转；第二，为减少克服基本阻力的能耗，在列车起动过程中，应在保证安全的前提下以最大加速度加速。

2.2列车节能操纵策略研究

根据列车运行的能耗构成，节能的操纵应该是避免不必要的制动，以避免列车动能的损失，充分利用势能来保持或增加列车的动能，以及在列车运行中减少基本阻力所做的功。

2.3列车不同控制状态下节能操纵策略研究

列车优化操纵的关键问题是确定手柄位及其变化点，而列车的运行过程与机车的特性、车辆的类型、列车的编组、行车信号、限制速度、线路断面及车站的设置等密切相关，非常复杂，不能用单一的模型和控制目标描述。下面给出不同控制状态下的列车优化操纵性能及其策略。

2.3.1列车启动牵引控制

列车的启动过程是指列车从静止加速到目标速度的过程，安全、平稳、快速、节能是其主要的评价指标。在列车启动过程中应遵循下列操纵策略：第一，启动过程初期应缓慢增加牵引力，直至全部车辆启动：第二，全列车启动后，应根据舒适快速的要求适当控制加速度的变化率；

2.3.2恒速运行过程

恒速运行过程是一种理想的运行状态，由于线路坡道的影响，速度变化不可避免，恒速运行的实现只能通过不断的牵引—惰行—牵引来逼近。优化操纵策略主要体现在牵引级位的选择上，以达到使牵引力尽量接近列车运行的总阻力，减少牵引与惰行的转换频度的目的。

2.3.3进入限速区前的加减速控制

列车运行的限制速度包括：线路条件决定的容许速度、道岔和曲线规定的通过速度、机车车辆的构造速度、制动能力限制速度等。控制性能指标主要体现在安全性、正点性和节能等方面。操纵策略主要是在满足消除过低速度规则的前提下，确定惰行开始时刻和惰行开始的速度。

2.3.4减速制动控制

列车在长大下坡道(增速)运行时，当列车速度接近由列车制动能力所规定的限制速度时，要进行动力制动和空气制动，当速度降到一定程度后要进行缓解，因而列车处于不断的制动和缓解状态。该过程的主要控制指标是指安全性、速度跟随性、节能等，操纵策略具体体现在以下几个方面：第一，增大进坡速度：尽量避免列车在下坡道运行的空气制动控制，减少列车在长大坡道上运行时的调速次数。第二，调速制动中减压量应尽可能小：实行最小减压量制动控制，可以减小冲动，提高乘车舒适性；在同样的缓解速度下，可以提高列车在下坡道运行的技术速度。

2.3.5停车制动控制

停车控制可分为进站停车控制和不可预见停车控制两类。不可预见停车是指紧急状态下的停车，如线路前方的信号灯突然变红、司机发现或被告知前方发生紧急事件，此时采用紧急制动或最大常用制动来确保安全停车。进站停车应根据车站所处的线路纵断面情况、道岔限速、列车进入道岔前的速度等采用一次制动停车或多次制动停车。

3结语

总而言之，目前我国还需要加大对机车节能与优化操纵的研究力度，不断对其进行改进与完善，从而达到节能减排的作用，实现可持续发展的最终目的。将各线路数据以及实际运行数据导入数据库，同时保留数据原Excel格式，以双数据源的形式，编制了具有运行曲线绘制、基于二分法的快速坐标查询、专家修改评判模块、能耗计算等功能的查询分析系统；同时根据HXD3的操纵特点，设计了联动式手柄操纵的培训平台。以已得出的优化数据为基准，采用模糊综合评判机制，对驾驶员操纵进行评价，使驾驶员形成最优驾驶习惯。

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