朔黃線大面積列車操縱難點(diǎn)分析

朔黃線大面積列車操縱難點(diǎn)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(jī)車駕駛員的神圣責(zé)任。在監(jiān)督軌道上的每一步，我們必須樹(shù)立安全的概念。安全是鐵路運(yùn)輸?shù)挠篮阒黝}，乘客必須高度重視。然而，在實(shí)際的操作過(guò)程中，由于車鉤距離的存在和線路的復(fù)雜性，列車操縱中存在許多不確定因素，這往往導(dǎo)致列車段的分離和快速增長(zhǎng)。我國(guó)的主型車鉤為13#車鉤,其縱向間隙為19.5mm,對(duì)于10000t以上的重載列車來(lái)說(shuō),加上緩沖器的變形,可造成10m以上的累計(jì)間隙,從而使列車在沖動(dòng)過(guò)程中車輛間隙產(chǎn)生很大的相對(duì)加速度,13#車鉤的縱向間隙雖為19.5mm,只占整個(gè)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(duì)加速度,導(dǎo)致列車產(chǎn)生很大的縱向沖擊力,這種縱向沖擊力是影響重載列車運(yùn)行安全和零部件損壞的重要原因之一。目前,朔黃鐵路開(kāi)行萬(wàn)噸列車的編組方式為1臺(tái)SS4B型機(jī)車+54輛車輛+1臺(tái)SS4B型機(jī)車+54輛車輛,滿載時(shí)總重為10368t,2臺(tái)機(jī)車間隔約710m,使用株洲電力機(jī)車研究所研發(fā)的無(wú)線同步技術(shù),雙機(jī)之間傳輸通訊采用400K+800MHz,朔黃鐵路線的特點(diǎn)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(diǎn)多、長(zhǎng)隧道多,且分相區(qū)處于長(zhǎng)大下坡道和變坡點(diǎn)的多,在無(wú)法改變車鉤結(jié)構(gòu)使其縮小車鉤間隙和無(wú)法改變線路條件時(shí),只有優(yōu)化操縱水平,在通過(guò)復(fù)雜的線路縱斷面時(shí),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(guò)減小相對(duì)位移來(lái)減小縱向沖動(dòng),盡可能最大限度減少危害。列車運(yùn)行中帶有危害的縱向沖動(dòng)主要發(fā)生在起車、過(guò)分相、變坡點(diǎn)、改變機(jī)車工況、列車空氣制動(dòng)、列車緩解等情況時(shí)。通過(guò)萬(wàn)噸列車開(kāi)行將近兩年的添乘摸索和對(duì)乘務(wù)員操縱萬(wàn)噸列車的監(jiān)控文件分析,筆者分析了朔黃線萬(wàn)噸列車開(kāi)行至今存在的幾個(gè)操縱難點(diǎn)及如何實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)正點(diǎn)。2軌道開(kāi)通和軌道優(yōu)化方案的崩潰2.1穩(wěn)定啟動(dòng)車輛的困難和優(yōu)化方案2.1.1車鉤間隙的影響萬(wàn)噸列車的主控機(jī)車控制機(jī)車動(dòng)作時(shí),同時(shí)向從控機(jī)車發(fā)出指令,從控機(jī)車根據(jù)主控機(jī)車的指令執(zhí)行相同的動(dòng)作與主控機(jī)車保持一致,但由于從主控機(jī)車發(fā)出指令到從控機(jī)車調(diào)制解調(diào)再執(zhí)行指令存在1~3s的時(shí)間差,列車如果正處于壓縮狀態(tài),車鉤間隙的存在使萬(wàn)噸列車尾部起動(dòng)時(shí)易產(chǎn)生沖動(dòng)。2.1.2牽引電流過(guò)流保護(hù)萬(wàn)噸列車起車之前,無(wú)論車鉤處于壓縮狀態(tài)還是升張狀態(tài),主控司機(jī)為安全起見(jiàn),應(yīng)該一律按車鉤處于壓縮狀態(tài)對(duì)待,且在改變工況和加載時(shí)留有3s的從控機(jī)車跟隨時(shí)間,起車時(shí)先緩慢加載電流200~300A,保持3~5s,使從控機(jī)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(dòng),車鉤全部處于升張狀態(tài)為準(zhǔn))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(guò)程及其風(fēng)險(xiǎn)過(guò)分相以下兩種情況最易產(chǎn)生沖動(dòng):第一種情況是長(zhǎng)大下坡道處于電阻制動(dòng)工況過(guò)分相,沒(méi)有解除電流之前全列車鉤處于壓縮狀態(tài)相對(duì)安全,當(dāng)做過(guò)分相準(zhǔn)備主車發(fā)出封鎖信號(hào)時(shí),主控機(jī)車退流,列車的前半列車鉤開(kāi)始升張,從控機(jī)車保持了電阻制動(dòng)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(zhǎng)大下坡道,如龍宮、北大牛、滴流磴、猴刎、西柏坡等上行進(jìn)站前的分相,過(guò)分相時(shí)考慮到確保列車的風(fēng)源必須要帶閘過(guò)分相(防止機(jī)車過(guò)分相后因機(jī)車故障閉合不了主斷路器沒(méi)有風(fēng)源,造成制動(dòng)力不足而超速)。第二種情況是起伏坡道牽引工況過(guò)分相時(shí):如果為了保證一臺(tái)車的牽引力,在距分相500m,從控機(jī)車鎖定電流之前沒(méi)有解除牽引力,主控機(jī)車解除牽引力后受空氣、曲線、坡道等阻力影響會(huì)使列車的前半列開(kāi)始?jí)嚎s,列車中部受從控機(jī)車的牽引向前壓縮,造成前半列發(fā)生沖動(dòng),如果主控機(jī)車退流過(guò)快將會(huì)進(jìn)一步加大這種沖動(dòng)的發(fā)生,如:三汲站分相,前半列處于4‰上坡道過(guò)分相時(shí)(見(jiàn)圖1),司機(jī)作退級(jí)退流操作,因無(wú)線同步設(shè)備本身傳輸過(guò)程存在時(shí)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(jī)車較主控機(jī)車退流晚,在退流過(guò)程中從控機(jī)車電流會(huì)出現(xiàn)大于主控機(jī)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(jì)算,在4‰的上坡道列車自身重力還產(chǎn)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(shí)后半列在從控機(jī)車的牽引下向前沖動(dòng),在列車的前半部發(fā)生較大的沖動(dòng),司機(jī)退流越快,沖動(dòng)力度越強(qiáng)。2.2.2過(guò)完分相+電阻制動(dòng)第一種情況優(yōu)化方案:在以上這些地點(diǎn)過(guò)分相操作之前應(yīng)先使列車保持空氣制動(dòng),然后在距分相500m從控機(jī)車鎖定電流之前逐步解除電阻制動(dòng),使全列車鉤緩慢全部升張,主控機(jī)車進(jìn)行斷電過(guò)分相,主控機(jī)車過(guò)完分相后逐步投入電阻制動(dòng)不低400A電流,使全列車鉤逐步實(shí)現(xiàn)壓縮狀態(tài),再緩解空氣制動(dòng),保證了主從控機(jī)車分別過(guò)分相又減小了列車沖動(dòng)。第二種情況優(yōu)化方案:(1)要選擇坡道較小的地點(diǎn)解除牽引力避免出現(xiàn)大的坡道阻力,三汲站站內(nèi)坡道為1.5‰是分相前最小的上坡道,但選擇在三汲站內(nèi)退流離分相區(qū)較遠(yuǎn)列車損失的闖坡動(dòng)能較大,速度較低,用損失5~8km/h的速度來(lái)?yè)Q取列車的安全。(2)要留有足夠長(zhǎng)的距離緩慢退級(jí)退流,使主從車電流相差較小,避免較大沖動(dòng)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(dòng)有效減緩時(shí)后列車運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)嚴(yán)重有利于犯罪率上升的危險(xiǎn)為了防止過(guò)分相后因主斷路器閉合不了,在長(zhǎng)大下坡道能夠保證列車有效制動(dòng)風(fēng)源,列車在龍宮、北大牛、滴流磴、猴刎等車站過(guò)分相時(shí),應(yīng)選擇帶閘過(guò)分相,主斷不閉合列車不得緩解。萬(wàn)噸列車在龍宮、北大牛、滴流磴、猴刎等車站進(jìn)站前帶閘過(guò)分相時(shí),如果選擇達(dá)速67km/h減壓制動(dòng)后,退去電阻制動(dòng)準(zhǔn)備斷電過(guò)分相,列車在空氣制動(dòng)未排完風(fēng)沒(méi)有充分發(fā)揮制動(dòng)力的情況下,由于處于長(zhǎng)大下坡道仍然會(huì)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(xiǎn),此時(shí)處于分相區(qū)無(wú)法使用電阻制動(dòng),能夠采取的措施只有空氣制動(dòng)追加減壓,累計(jì)減壓量超過(guò)80kPa,選擇停車緩解造成途停。如果將帶閘過(guò)分相的制動(dòng)時(shí)機(jī)提前等列車速度穩(wěn)定下降后開(kāi)始解除電阻制動(dòng)過(guò)分相,從解除電阻制動(dòng)到過(guò)完分相區(qū)閉合主斷路器,電阻制動(dòng)發(fā)揮制動(dòng)效力大約需要55s,如果要通過(guò)快速操作輔機(jī)啟動(dòng)來(lái)縮短時(shí)間,很容易引發(fā)輔過(guò)流跳主斷從而得不償失,使電阻制動(dòng)發(fā)揮制動(dòng)力需要的時(shí)間更長(zhǎng)。目前,車輛配置的高摩合成閘瓦抱閘時(shí)間越長(zhǎng)溫度越高,制動(dòng)力越強(qiáng),反應(yīng)在這一段沒(méi)有電阻制動(dòng)投入走行的過(guò)程中正好處于空氣制動(dòng)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(jī)車發(fā)揮電阻制動(dòng)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(zé)任超速,將空氣制動(dòng)時(shí)機(jī)提前,極易造成分相后投入電阻制動(dòng)時(shí)列車速度低于35km/h,不能緩解造成責(zé)任途停。如圖2所示的光標(biāo)2電阻制動(dòng),順利投入時(shí)列車速度34km/h,已經(jīng)不具備緩解條件。2.3.2制動(dòng)方法不可行如果在分相前采取晚退電阻制動(dòng),使從車鎖閉勵(lì)磁電流來(lái)確保制動(dòng)力,此時(shí)主車的退流使列車前半列車鉤開(kāi)始伸張,極易在列車的中部產(chǎn)生大的沖動(dòng)引發(fā)斷鉤,所以鎖閉電流的方法不可取。要保證列車在過(guò)分相時(shí)解除電阻制動(dòng)不會(huì)發(fā)生超速,首先要保證列車在減壓制動(dòng)前要有足夠的充足時(shí)間確保制動(dòng)力有效;其次要有足夠的漲速空間,關(guān)鍵在于帶閘過(guò)分相之前的一次空氣制動(dòng)要降低緩解速度延長(zhǎng)下一次制動(dòng)前的緩解充足時(shí)間,制動(dòng)力有效地前提下,在分相前降低4km左右的制動(dòng)初速,解除電阻制動(dòng)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(dòng)留出足夠的時(shí)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?nèi)f噸列車在運(yùn)行當(dāng)中遇平道與坡道、坡道與坡道的交點(diǎn),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(chǎn)生相對(duì)位移,車鉤內(nèi)產(chǎn)生附加的應(yīng)力,坡道變化越大,附加應(yīng)力越大,容易發(fā)生斷鉤,如朔黃線回風(fēng)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(jié)萬(wàn)噸列車在起伏坡道運(yùn)行時(shí)應(yīng)該盡可能地給列車一定的動(dòng)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(jī)車工況,減少工況轉(zhuǎn)換次數(shù),盡可能地減少惰力運(yùn)行,多采用低級(jí)位牽引,使整列車鉤處于伸張狀態(tài)通過(guò)變坡點(diǎn)。由于速度的原因,不能實(shí)現(xiàn)牽引伸張的區(qū)段改成制動(dòng)工況,保持全壓縮狀態(tài)。2.5避免動(dòng)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(dòng)比列車在長(zhǎng)大下坡道區(qū)段運(yùn)行,因機(jī)車發(fā)生接地、過(guò)流等動(dòng)態(tài)故障,跳主斷使機(jī)車瞬間失去電阻制動(dòng)。通常情況下,司機(jī)采取的措施是回手輪重新閉合一次主斷路器,同時(shí)根據(jù)列車速度采取空氣制動(dòng)迫使列車停止?jié)q速,而萬(wàn)噸列車采用空氣制動(dòng)時(shí)排風(fēng)時(shí)間41s,大于普通列車的26s,空氣制動(dòng)比能夠發(fā)揮有效制動(dòng)力的時(shí)間要長(zhǎng),如果動(dòng)態(tài)故障發(fā)生在列車速度接近線路限速時(shí)無(wú)法及時(shí)終止列車的漲速,造成超速。目前,朔黃線萬(wàn)噸機(jī)車在牽引或制動(dòng)工況,主車通過(guò)無(wú)線同步設(shè)備向從車發(fā)出的并非電流指令,而是極位指令,司機(jī)因平時(shí)的操縱習(xí)慣,在發(fā)生主車跳主斷時(shí),迅速退回調(diào)速手輪重新閉合主斷,會(huì)使從控機(jī)車也解除電阻制動(dòng),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(zhǎng)大下坡道,在光標(biāo)1所處的位置速度64km/h時(shí)主車發(fā)生機(jī)車跳主斷,3s后下降為零,說(shuō)明跳主斷后3s司機(jī)將手輪回零重新合主斷,光標(biāo)2所處的位置說(shuō)明9s后司機(jī)開(kāi)始減壓制動(dòng),此時(shí)速度67km/h,減壓16s后發(fā)生超速,此時(shí)速度71km/h。2.5.2空氣制動(dòng)+調(diào)查改變操縱習(xí)慣,長(zhǎng)大下坡道區(qū)段發(fā)生動(dòng)態(tài)故障跳主斷時(shí),列車速度接近線路限速時(shí)采取空氣制動(dòng),機(jī)車調(diào)速手輪保持在制動(dòng)區(qū),確保從控機(jī)車電阻制動(dòng)正常的投入,當(dāng)列車空氣制動(dòng)發(fā)揮有效制動(dòng)效力,列車速度有下降趨勢(shì)時(shí),將調(diào)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(shù)速度低的原因和優(yōu)化方案2.6.1中國(guó)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(shù)速度影響分析經(jīng)抽取萬(wàn)噸列車和普通列車各20列,在長(zhǎng)大下坡道的運(yùn)行曲線(見(jiàn)表2),通過(guò)技術(shù)速度比較分析得出下列結(jié)論:通過(guò)運(yùn)行曲線分析,神南至原平南、南灣至西柏坡區(qū)段萬(wàn)噸列車,比普通列車技術(shù)速度低的主要原因有:萬(wàn)噸列車換長(zhǎng)比普通列車長(zhǎng),通過(guò)岔區(qū)及限速地段需要時(shí)間長(zhǎng)、萬(wàn)噸列車長(zhǎng)大下坡道過(guò)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(guò)速度低。2.6.2模式化操縱通過(guò)分析以上區(qū)段萬(wàn)噸列車技術(shù)速度低于普通列車的原因,在萬(wàn)噸列車操縱還沒(méi)有成熟的今天,只有通過(guò)按區(qū)間進(jìn)行推進(jìn)模式化操縱來(lái)提高技術(shù)速度,模式要求標(biāo)明每一個(gè)區(qū)間的運(yùn)行分秒、標(biāo)明通過(guò)每一個(gè)變坡點(diǎn)速度及工況、循環(huán)制動(dòng)的速度峰值、緩解最高最低要求、帶閘過(guò)分相的制動(dòng)速度