朔黃線大面積列車操縱難點分析

朔黃線大面積列車操縱難點分析

1車輛縱向沖刷造成的縱向作用力列車的穩(wěn)定操縱和安全是機車駕駛員的神圣責任。在監(jiān)督軌道上的每一步，我們必須樹立安全的概念。安全是鐵路運輸?shù)挠篮阒黝}，乘客必須高度重視。然而，在實際的操作過程中，由于車鉤距離的存在和線路的復雜性，列車操縱中存在許多不確定因素，這往往導致列車段的分離和快速增長。我國的主型車鉤為13#車鉤,其縱向間隙為19.5mm,對于10000t以上的重載列車來說,加上緩沖器的變形,可造成10m以上的累計間隙,從而使列車在沖動過程中車輛間隙產生很大的相對加速度,13#車鉤的縱向間隙雖為19.5mm,只占整個車輛的縱向間隙的較小部分,但是其危害性卻很大。由于很大的相對加速度,導致列車產生很大的縱向沖擊力,這種縱向沖擊力是影響重載列車運行安全和零部件損壞的重要原因之一。目前,朔黃鐵路開行萬噸列車的編組方式為1臺SS4B型機車+54輛車輛+1臺SS4B型機車+54輛車輛,滿載時總重為10368t,2臺機車間隔約710m,使用株洲電力機車研究所研發(fā)的無線同步技術,雙機之間傳輸通訊采用400K+800MHz,朔黃鐵路線的特點是:橫跨太行山脈和呂梁山脈,線路坡道大、曲線半徑小、起伏坡道多、變坡點多、長隧道多,且分相區(qū)處于長大下坡道和變坡點的多,在無法改變車鉤結構使其縮小車鉤間隙和無法改變線路條件時,只有優(yōu)化操縱水平,在通過復雜的線路縱斷面時,盡可能地使全列車鉤處于相同的狀態(tài),使軟連接趨近于剛性連接,通過減小相對位移來減小縱向沖動,盡可能最大限度減少危害。列車運行中帶有危害的縱向沖動主要發(fā)生在起車、過分相、變坡點、改變機車工況、列車空氣制動、列車緩解等情況時。通過萬噸列車開行將近兩年的添乘摸索和對乘務員操縱萬噸列車的監(jiān)控文件分析,筆者分析了朔黃線萬噸列車開行至今存在的幾個操縱難點及如何實現(xiàn)平穩(wěn)正點。2軌道開通和軌道優(yōu)化方案的崩潰2.1穩(wěn)定啟動車輛的困難和優(yōu)化方案2.1.1車鉤間隙的影響萬噸列車的主控機車控制機車動作時,同時向從控機車發(fā)出指令,從控機車根據(jù)主控機車的指令執(zhí)行相同的動作與主控機車保持一致,但由于從主控機車發(fā)出指令到從控機車調制解調再執(zhí)行指令存在1~3s的時間差,列車如果正處于壓縮狀態(tài),車鉤間隙的存在使萬噸列車尾部起動時易產生沖動。2.1.2牽引電流過流保護萬噸列車起車之前,無論車鉤處于壓縮狀態(tài)還是升張狀態(tài),主控司機為安全起見,應該一律按車鉤處于壓縮狀態(tài)對待,且在改變工況和加載時留有3s的從控機車跟隨時間,起車時先緩慢加載電流200~300A,保持3~5s,使從控機車上升至相同的電流,然后將牽引電流升到300~450A,保持到走行15~18m(以全列啟動,車鉤全部處于升張狀態(tài)為準)再平緩的給流提速。2.2不同的優(yōu)先順序和優(yōu)化方案2.2.1分相過程及其風險過分相以下兩種情況最易產生沖動:第一種情況是長大下坡道處于電阻制動工況過分相,沒有解除電流之前全列車鉤處于壓縮狀態(tài)相對安全,當做過分相準備主車發(fā)出封鎖信號時,主控機車退流,列車的前半列車鉤開始升張,從控機車保持了電阻制動狀態(tài),后半列仍然處于壓縮狀態(tài),列車形成前伸張后壓縮,造成前拉后拽,列車中部的車鉤將集中受力,很容易發(fā)生斷鉤,分相處于長大下坡道,如龍宮、北大牛、滴流磴、猴刎、西柏坡等上行進站前的分相,過分相時考慮到確保列車的風源必須要帶閘過分相(防止機車過分相后因機車故障閉合不了主斷路器沒有風源,造成制動力不足而超速)。第二種情況是起伏坡道牽引工況過分相時:如果為了保證一臺車的牽引力,在距分相500m,從控機車鎖定電流之前沒有解除牽引力,主控機車解除牽引力后受空氣、曲線、坡道等阻力影響會使列車的前半列開始壓縮,列車中部受從控機車的牽引向前壓縮,造成前半列發(fā)生沖動,如果主控機車退流過快將會進一步加大這種沖動的發(fā)生,如:三汲站分相,前半列處于4‰上坡道過分相時(見圖1),司機作退級退流操作,因無線同步設備本身傳輸過程存在時間差,從主車發(fā)出指令到從車執(zhí)行完指令大約誤差1~3s,從控機車較主控機車退流晚,在退流過程中從控機車電流會出現(xiàn)大于主控機車電流的現(xiàn)象,列車前半列除空氣附加阻力外,按總重5000t計算,在4‰的上坡道列車自身重力還產生大約195.8kN的坡道附加阻力迫使前半列車呈現(xiàn)減速狀態(tài),而此時后半列在從控機車的牽引下向前沖動,在列車的前半部發(fā)生較大的沖動,司機退流越快,沖動力度越強。2.2.2過完分相+電阻制動第一種情況優(yōu)化方案:在以上這些地點過分相操作之前應先使列車保持空氣制動,然后在距分相500m從控機車鎖定電流之前逐步解除電阻制動,使全列車鉤緩慢全部升張,主控機車進行斷電過分相,主控機車過完分相后逐步投入電阻制動不低400A電流,使全列車鉤逐步實現(xiàn)壓縮狀態(tài),再緩解空氣制動,保證了主從控機車分別過分相又減小了列車沖動。第二種情況優(yōu)化方案:(1)要選擇坡道較小的地點解除牽引力避免出現(xiàn)大的坡道阻力,三汲站站內坡道為1.5‰是分相前最小的上坡道,但選擇在三汲站內退流離分相區(qū)較遠列車損失的闖坡動能較大,速度較低,用損失5~8km/h的速度來換取列車的安全。(2)要留有足夠長的距離緩慢退級退流,使主從車電流相差較小,避免較大沖動的發(fā)生。2.3避免極端或中斷的困難和優(yōu)化方案2.3.1空氣制動有效減緩時后列車運行過程中出現(xiàn)嚴重有利于犯罪率上升的危險為了防止過分相后因主斷路器閉合不了,在長大下坡道能夠保證列車有效制動風源,列車在龍宮、北大牛、滴流磴、猴刎等車站過分相時,應選擇帶閘過分相,主斷不閉合列車不得緩解。萬噸列車在龍宮、北大牛、滴流磴、猴刎等車站進站前帶閘過分相時,如果選擇達速67km/h減壓制動后,退去電阻制動準備斷電過分相,列車在空氣制動未排完風沒有充分發(fā)揮制動力的情況下,由于處于長大下坡道仍然會有向上漲速的空間(大約上漲4km左右),不采取減速措施將面臨著超速的危險,此時處于分相區(qū)無法使用電阻制動,能夠采取的措施只有空氣制動追加減壓,累計減壓量超過80kPa,選擇停車緩解造成途停。如果將帶閘過分相的制動時機提前等列車速度穩(wěn)定下降后開始解除電阻制動過分相,從解除電阻制動到過完分相區(qū)閉合主斷路器,電阻制動發(fā)揮制動效力大約需要55s,如果要通過快速操作輔機啟動來縮短時間,很容易引發(fā)輔過流跳主斷從而得不償失,使電阻制動發(fā)揮制動力需要的時間更長。目前,車輛配置的高摩合成閘瓦抱閘時間越長溫度越高,制動力越強,反應在這一段沒有電阻制動投入走行的過程中正好處于空氣制動的后期,列車降速越快,55s大約降速18km/h,要滿足列車35km/h以上,且機車發(fā)揮電阻制動的緩解條件至少在分相前要保證52km/h以上的速度,為了確保不發(fā)生責任超速,將空氣制動時機提前,極易造成分相后投入電阻制動時列車速度低于35km/h,不能緩解造成責任途停。如圖2所示的光標2電阻制動,順利投入時列車速度34km/h,已經不具備緩解條件。2.3.2制動方法不可行如果在分相前采取晚退電阻制動,使從車鎖閉勵磁電流來確保制動力,此時主車的退流使列車前半列車鉤開始伸張,極易在列車的中部產生大的沖動引發(fā)斷鉤,所以鎖閉電流的方法不可取。要保證列車在過分相時解除電阻制動不會發(fā)生超速,首先要保證列車在減壓制動前要有足夠的充足時間確保制動力有效;其次要有足夠的漲速空間,關鍵在于帶閘過分相之前的一次空氣制動要降低緩解速度延長下一次制動前的緩解充足時間,制動力有效地前提下,在分相前降低4km左右的制動初速,解除電阻制動留出足夠的速度上漲空間,使列車速度上漲的峰值出現(xiàn)在分相區(qū),從而為分相后投入電阻制動留出足夠的時間,創(chuàng)造緩解條件。2.4采用變傾斜控制和優(yōu)化方案2.4.1車輛與車輛間速度突變萬噸列車在運行當中遇平道與坡道、坡道與坡道的交點,由于坡道的突然變化,引起車輛與車輛間速度突變,一組車鉤之間產生相對位移,車鉤內產生附加的應力,坡道變化越大,附加應力越大,容易發(fā)生斷鉤,如朔黃線回風至南灣區(qū)段、西柏坡向東區(qū)段都屬于小起伏坡道。2.4.2斜截面,從低碳一軌雙軌列車鉤處于重塑結萬噸列車在起伏坡道運行時應該盡可能地給列車一定的動力,使全列車車鉤處于全壓縮或全伸張狀態(tài),使軟連接趨于剛性連接,根據(jù)線路縱斷面的不同情況,合理選用機車工況,減少工況轉換次數(shù),盡可能地減少惰力運行,多采用低級位牽引,使整列車鉤處于伸張狀態(tài)通過變坡點。由于速度的原因,不能實現(xiàn)牽引伸張的區(qū)段改成制動工況,保持全壓縮狀態(tài)。2.5避免動態(tài)故障造成的誤差誤差，優(yōu)化線路的速度和優(yōu)化方案2.5.1空氣制動比列車在長大下坡道區(qū)段運行,因機車發(fā)生接地、過流等動態(tài)故障,跳主斷使機車瞬間失去電阻制動。通常情況下,司機采取的措施是回手輪重新閉合一次主斷路器,同時根據(jù)列車速度采取空氣制動迫使列車停止?jié)q速,而萬噸列車采用空氣制動時排風時間41s,大于普通列車的26s,空氣制動比能夠發(fā)揮有效制動力的時間要長,如果動態(tài)故障發(fā)生在列車速度接近線路限速時無法及時終止列車的漲速,造成超速。目前,朔黃線萬噸機車在牽引或制動工況,主車通過無線同步設備向從車發(fā)出的并非電流指令,而是極位指令,司機因平時的操縱習慣,在發(fā)生主車跳主斷時,迅速退回調速手輪重新閉合主斷,會使從控機車也解除電阻制動,從而加快了列車的速度上漲,圖3是列車處在12‰與9.6‰的長大下坡道,在光標1所處的位置速度64km/h時主車發(fā)生機車跳主斷,3s后下降為零,說明跳主斷后3s司機將手輪回零重新合主斷,光標2所處的位置說明9s后司機開始減壓制動,此時速度67km/h,減壓16s后發(fā)生超速,此時速度71km/h。2.5.2空氣制動+調查改變操縱習慣,長大下坡道區(qū)段發(fā)生動態(tài)故障跳主斷時,列車速度接近線路限速時采取空氣制動,機車調速手輪保持在制動區(qū),確保從控機車電阻制動正常的投入,當列車空氣制動發(fā)揮有效制動效力,列車速度有下降趨勢時,將調速手輪退回零位重新閉合主斷,避免超速的發(fā)生。2.6技術速度低的原因和優(yōu)化方案2.6.1中國南南地區(qū)、南西柏坡地區(qū)、西柏坡段寬帶車比普通列車技術速度影響分析經抽取萬噸列車和普通列車各20列,在長大下坡道的運行曲線(見表2),通過技術速度比較分析得出下列結論:通過運行曲線分析,神南至原平南、南灣至西柏坡區(qū)段萬噸列車,比普通列車技術速度低的主要原因有:萬噸列車換長比普通列車長,通過岔區(qū)及限速地段需要時間長、萬噸列車長大下坡道過完分相后緩解速度比普通列車速度低、起伏坡道為減少頻繁改變工況通過速度低。2.6.2模式化操縱通過分析以上區(qū)段萬噸列車技術速度低于普通列車的原因,在萬噸列車操縱還沒有成熟的今天,只有通過按區(qū)間進行推進模式化操縱來提高技術速度,模式要求標明每一個區(qū)間的運行分秒、標明通過每一個變坡點速度及工況、循環(huán)制動的速度峰值、緩解最高最低要求、帶閘過分相的制動速度