论文部分内容阅读
摘 要：我国既有DF系列调车机车不能完全满足运用的需求，而新近投入运用的4400马力交流传动调车内燃机车在站场作业时普遍反映功率富余较大。本文围绕机车功率、牵引性能等方面对我国调车机车的实际需求进行分析。
关键词：调车机车；牵引性能；需求分析；编组场
0 引言
我国目前的调车机车主要以DF系列调车机车为主，但普遍运用年限较长，同时机车的牵引性能也不能完全满足运用的需求。近年来，4400马力交流传动调车内燃机车批量投入运用，但普遍反映在站场作业时机车功率富余较大，对调车机车的特殊运用工况适应性有待加强。为了更好的开发新的调车机车，有必要对我国调车机车的实际需求进行分析。
1 调车机车作业工况及运用问题
1.1 站段作业工况
编组作业：进行平面调车作业，牵引速度30 km/h以下。
驼峰作业：推峰吨位普遍在4500～5000t，最大坡道45‰，牵引速度基本在10km/h以下。
整列牵出：牵引吨位在4500～6000t，大部分站段牵引速度在25 km/h以下。
小运转：每个站段小运转区段的坡道不同，最大的达30‰，牵引速度在40～80km/h，由于受机车功率及牵引性能的影响，部分机务段采用干线机车小运转作业。
1.2 既有DF调车机车运用问题
1.2.1 连续作业能力不足
既有调小机车的燃油箱容积基本在5500L以下，可利用的油量仅4000L左右，编尾调车时，日油耗量可达1600L，因此许多调小机车2～3天就要补油，连续作业能力严重不足。
1.2.2 牵引力不足
既有调小机车受机车轴重、电传动方式、控制方式和粘着利用的影响，起动和持续牵引力均较低，牵引能力不足使机车频繁空转打滑、加速性能差、整列牵出效率和转调作业能力低。
1.2.3 调运能力不足
既有调小机车受功率、牵引力、线路坡道、连续作业能力等因素的限制，调运能力明显不足。目前各站段靠延长工作时间及采用干线机车来担当调运任务，弥补调小机车调运能力不足的问题。
1.2.4 司乘人员工作环境差
调车机车会加装调监系统等第三方设备，由于设计初期未预留接口和安装位置，造成司机室布局凌乱、工作空间狭小，舒适性差，操作不方便，同时配备的生活设施性能较差。
1.2.5 经济性差
调车机车特殊的工况特点，使其长时间处于惰转及低负荷运行状态、全功率运行时间少，燃油利用率较低，经济性指标较差。
1.3 “和谐”系列调车机车运用问题
1.3.1 功率富余较大
现有“和谐”系列调车机车装车功率3500 kW，如仅用作站场编组及推峰作业，和谐系列调车机车功率富余较大，机车高档位运用频率极低。
1.3.2 部分功能設置操作不便
“和谐”系列调车内燃机车自2015年投入运用以来，部分功能设置存在操作不便的问题。
a） 低档位功率跨度大，推峰作业频繁换挡；
b） 冷机状态起机时间长；
c）前后车梯较陡，上下机车不便；
1.3.3 部分零部件可靠性有待提高
“和谐”系列调车内燃机车存在头灯寿命短、油位显示仪误差大、DK-2制动机分配阀泄露、散热单节漏水等零部件质量和可靠性方面的问题。
1.3.4 适应性有待改进
“和谐”系列调车内燃机车存在以下不适应调车机车工况的问题：
a）长期低档位运用形成排烟管积碳、增压器渗油、冒黑烟
b）由于“和谐”系列机车采用合成闸瓦，同时由于机车轴重提高到25t，低速下制动距离较DF7G长。
c）由于调车机车后面车辆不接风管，造成空压机打风时间短，油温较低，水汽不能有效排出，引起空压机机油乳化。
2 实际需求分析
2.1 功率需求分析
采集DF系列调车机车监控数据及“和谐”系列4400马力交流传动调车机车站场运用数据，得出DF系列和“和谐”系列调车机车各档位平均使用时间占比见表1。根据表1，DF系列调车机车柴油机99%的时间工作在900转以下，功率基本满足运用的需求。“和谐”型调车机车在站场作业时98%的时间运用在4档位以下，大部分时间在惰转位、1档位和2档位工作，机车的功率富余较大。
采集“和谐”系列4400马力交流传动调车机车部分小运转及大坡道整列牵出数据见表2，从表中可以看出，在小运转工况及大坡道重载时，需求功率在3000kW以上。
对DF7G型机车和HXN5B型机车相关档位功率进行对比，如表3。
结合表1和表3分析，“和谐”系列调车机车和DF系列调车机车在站场作业时功率使用情况完全吻合，运用的最大功率基本都不超过1800 kW，因此机车功率保持与DF7G型机车水平相当即可满足站场作业的运用需求。但在小运转或大坡道重载牵引时，根据表2分析功率需求在3000kW左右，“和谐”系列4400马力调车机车比较适合。
2.2 牵引性能需求分析
根据既有调车机车的运用数据分析，得出DF7G型机车柴油机900rpm和1000rpm时的牵引特性[1]以及“和谐”系列HXN5B型4400马力调车机车4档位和5档位牵引特性。据此，站场作业需求的牵引特性与DF7G型机车最大档位（柴油机转速1000rpm）和“和谐”系列HXN5B型4400马力调车机车5档位水平相当即可满足要求，同时考虑起动加速性能，采用交流传动进一步提高起动牵引力至500kN以上即可完全满足运用的需要。分析目前国内内燃机车采用的主流柴油机，6缸柴油机及12缸240柴油机均满足装车要求，牵引特性分析见图1。
2.3 功能需求分析
从目前各站段的运用现状及管理方式来看，调车机车基本上都是在一定的站段区域进行固定的作业。采用交流传动、微机控制，提高机车的起动牵引和持续牵引力，同时增大燃油箱容积，以解决既有直流调车机车牵引力不足及整备周期间隔短的问题，“和谐”系列调车机车解决现有问题即可满足运用需求。
由于调车机车长时间期处于惰转，在降低惰转转速的同时应尽量降低柴油机部分负荷的燃油消耗率，通过结构和控制程序优化，解决长时间惰转造成的燃烧不充分，燃油雾化不良及排气管积油等现象。柴油机采用燃油电子喷射系统和动力组结构，以利于检修维护。
针对调车机车低速运行、单机制动的特点，考虑提高合成闸瓦摩擦系数和单元制动器倍率，解决低速下制动力弱的问题。优化完善空压机控制策略，考虑空压机打风完成后进行内部循环，解决空压机机油乳化问题。
3 结语
根据实际调研和站場作业数据分析，我国调车机车的实际需求不是机车功率不够，而是既有的DF系列机车牵引能力不够。调车机车如仅担当站场编组、推峰及整列牵出作业，机车功率与DF7G型机车相当，并适当提高牵引性能即可满足运用需求。
为全面满足小运转、救援等特殊工况的需求，同时也兼顾考虑站场长远扩编的需要，4400马力交流传动调车机车在功率、轴重和牵引力方面均比较合适。因此，调车机车未来应形成3000马力和4000马力等级交流传动调车机车高低搭配的系列产品，以更好的满足实际运用的需要。
参考文献
[1] 饶忠.《列车牵引计算》.中国铁道出版社.1996年.
关键词：调车机车；牵引性能；需求分析；编组场
0 引言
我国目前的调车机车主要以DF系列调车机车为主，但普遍运用年限较长，同时机车的牵引性能也不能完全满足运用的需求。近年来，4400马力交流传动调车内燃机车批量投入运用，但普遍反映在站场作业时机车功率富余较大，对调车机车的特殊运用工况适应性有待加强。为了更好的开发新的调车机车，有必要对我国调车机车的实际需求进行分析。
1 调车机车作业工况及运用问题
1.1 站段作业工况
编组作业：进行平面调车作业，牵引速度30 km/h以下。
驼峰作业：推峰吨位普遍在4500～5000t，最大坡道45‰，牵引速度基本在10km/h以下。
整列牵出：牵引吨位在4500～6000t，大部分站段牵引速度在25 km/h以下。
小运转：每个站段小运转区段的坡道不同，最大的达30‰，牵引速度在40～80km/h，由于受机车功率及牵引性能的影响，部分机务段采用干线机车小运转作业。
1.2 既有DF调车机车运用问题
1.2.1 连续作业能力不足
既有调小机车的燃油箱容积基本在5500L以下，可利用的油量仅4000L左右，编尾调车时，日油耗量可达1600L，因此许多调小机车2～3天就要补油，连续作业能力严重不足。
1.2.2 牵引力不足
既有调小机车受机车轴重、电传动方式、控制方式和粘着利用的影响，起动和持续牵引力均较低，牵引能力不足使机车频繁空转打滑、加速性能差、整列牵出效率和转调作业能力低。
1.2.3 调运能力不足
既有调小机车受功率、牵引力、线路坡道、连续作业能力等因素的限制，调运能力明显不足。目前各站段靠延长工作时间及采用干线机车来担当调运任务，弥补调小机车调运能力不足的问题。
1.2.4 司乘人员工作环境差
调车机车会加装调监系统等第三方设备，由于设计初期未预留接口和安装位置，造成司机室布局凌乱、工作空间狭小，舒适性差，操作不方便，同时配备的生活设施性能较差。
1.2.5 经济性差
调车机车特殊的工况特点，使其长时间处于惰转及低负荷运行状态、全功率运行时间少，燃油利用率较低，经济性指标较差。
1.3 “和谐”系列调车机车运用问题
1.3.1 功率富余较大
现有“和谐”系列调车机车装车功率3500 kW，如仅用作站场编组及推峰作业，和谐系列调车机车功率富余较大，机车高档位运用频率极低。
1.3.2 部分功能設置操作不便
“和谐”系列调车内燃机车自2015年投入运用以来，部分功能设置存在操作不便的问题。
a） 低档位功率跨度大，推峰作业频繁换挡；
b） 冷机状态起机时间长；
c）前后车梯较陡，上下机车不便；
1.3.3 部分零部件可靠性有待提高
“和谐”系列调车内燃机车存在头灯寿命短、油位显示仪误差大、DK-2制动机分配阀泄露、散热单节漏水等零部件质量和可靠性方面的问题。
1.3.4 适应性有待改进
“和谐”系列调车内燃机车存在以下不适应调车机车工况的问题：
a）长期低档位运用形成排烟管积碳、增压器渗油、冒黑烟
b）由于“和谐”系列机车采用合成闸瓦，同时由于机车轴重提高到25t，低速下制动距离较DF7G长。
c）由于调车机车后面车辆不接风管，造成空压机打风时间短，油温较低，水汽不能有效排出，引起空压机机油乳化。
2 实际需求分析
2.1 功率需求分析
采集DF系列调车机车监控数据及“和谐”系列4400马力交流传动调车机车站场运用数据，得出DF系列和“和谐”系列调车机车各档位平均使用时间占比见表1。根据表1，DF系列调车机车柴油机99%的时间工作在900转以下，功率基本满足运用的需求。“和谐”型调车机车在站场作业时98%的时间运用在4档位以下，大部分时间在惰转位、1档位和2档位工作，机车的功率富余较大。
采集“和谐”系列4400马力交流传动调车机车部分小运转及大坡道整列牵出数据见表2，从表中可以看出，在小运转工况及大坡道重载时，需求功率在3000kW以上。
对DF7G型机车和HXN5B型机车相关档位功率进行对比，如表3。
结合表1和表3分析，“和谐”系列调车机车和DF系列调车机车在站场作业时功率使用情况完全吻合，运用的最大功率基本都不超过1800 kW，因此机车功率保持与DF7G型机车水平相当即可满足站场作业的运用需求。但在小运转或大坡道重载牵引时，根据表2分析功率需求在3000kW左右，“和谐”系列4400马力调车机车比较适合。
2.2 牵引性能需求分析
根据既有调车机车的运用数据分析，得出DF7G型机车柴油机900rpm和1000rpm时的牵引特性[1]以及“和谐”系列HXN5B型4400马力调车机车4档位和5档位牵引特性。据此，站场作业需求的牵引特性与DF7G型机车最大档位（柴油机转速1000rpm）和“和谐”系列HXN5B型4400马力调车机车5档位水平相当即可满足要求，同时考虑起动加速性能，采用交流传动进一步提高起动牵引力至500kN以上即可完全满足运用的需要。分析目前国内内燃机车采用的主流柴油机，6缸柴油机及12缸240柴油机均满足装车要求，牵引特性分析见图1。
2.3 功能需求分析
从目前各站段的运用现状及管理方式来看，调车机车基本上都是在一定的站段区域进行固定的作业。采用交流传动、微机控制，提高机车的起动牵引和持续牵引力，同时增大燃油箱容积，以解决既有直流调车机车牵引力不足及整备周期间隔短的问题，“和谐”系列调车机车解决现有问题即可满足运用需求。
由于调车机车长时间期处于惰转，在降低惰转转速的同时应尽量降低柴油机部分负荷的燃油消耗率，通过结构和控制程序优化，解决长时间惰转造成的燃烧不充分，燃油雾化不良及排气管积油等现象。柴油机采用燃油电子喷射系统和动力组结构，以利于检修维护。
针对调车机车低速运行、单机制动的特点，考虑提高合成闸瓦摩擦系数和单元制动器倍率，解决低速下制动力弱的问题。优化完善空压机控制策略，考虑空压机打风完成后进行内部循环，解决空压机机油乳化问题。
3 结语
根据实际调研和站場作业数据分析，我国调车机车的实际需求不是机车功率不够，而是既有的DF系列机车牵引能力不够。调车机车如仅担当站场编组、推峰及整列牵出作业，机车功率与DF7G型机车相当，并适当提高牵引性能即可满足运用需求。
为全面满足小运转、救援等特殊工况的需求，同时也兼顾考虑站场长远扩编的需要，4400马力交流传动调车机车在功率、轴重和牵引力方面均比较合适。因此，调车机车未来应形成3000马力和4000马力等级交流传动调车机车高低搭配的系列产品，以更好的满足实际运用的需要。
参考文献
[1] 饶忠.《列车牵引计算》.中国铁道出版社.1996年.