铁路电力机车节能优化操纵研究

尹大伟

摘要：铁路运输可以说是现代货物运输的重要手段，对于需要长途运输的煤、石油、矿石等战略物资和食品、百货等生活必需品，铁路运输具有成本低廉、运量大、安全可靠的优势。我国铁路货运的发展前景广阔。但是，列车运营过程中产生的能耗值得关注，由此引起的环境污染问题更是不容小视。因此，为实现社会经济的可持续发展，建立“资源节约型”社会，实现铁路系统的节能减排，有必要货运电力机车节能优化操纵策略展开研究，并提出列车节能降耗措施。

关键词：铁路；电力机车；节能优化操纵

引言

铁路运输的绿色和安全效益越来越重要，尤其是电力机车，它们具有自动化程度高、噪音低、交通流量大、污染低、安全性高等优点因此，减少电力机车牵引能耗是机车节能的优先事项关于降低机车牵引能耗，包括线路和车辆设计、牵引传动优化、改进训练策略和辅助训练等。但是，线路和车辆的设计以及牵引传动的优化需要较长的周期，主要与基础设施的改进有关，而且费用更高。线路、机车、车辆在一定条件下，优化驾驶策略，通过优化机车目标转速曲线，有助于降低机车牵引能耗，是实现机车节能和效率的有效途径。

一、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。

二、货运电力机车节能优化操纵策略分析

1.陡下坡区段处理和优秀司机经验借鉴
     在平直区段和缓坡区段，对于驱动系统效率稳定的电力机车，其不同工况之间的转换完全相同，但对于陡坡区段，即使电力机车采用惰行模式，仍然会超出目标速度，甚至会超出线路限速，影响电力机车运行安全。而电力机车司机大部分都是固定交路，在实际驾驶中积累了大量成熟经验，在某些惰行路段部分优秀司机能够弥补算法的不足，定性描述如下。①起车稳：在电力机车开始运行时，以较低的速度起步，当各个车辆之间的车钩完全被拉开，再进行加速运行。②加速快：在电力机车完全启动后，进行最大牵引力进行加速，使电力机车在较短的时间内达到目标速度。③制动快：在电力机车安全范围内，使用最大制动力进行减速，使电力机车在较短的时间内停车。④操纵平稳：在电力机车运行过程中，避免多次加减速，通过对路况的判断，提前进行加减速。
    2.恒速运行控制
    在实际运行过程中，根据机车控制方式的不同，相应的平稳操纵策略不同。当列车为连续控制时，则应选择合适的牵引级位，保证列车匀速运行；当列车为离散控制时，则应选择合适的牵引级位，使列车按照牵引、惰行、再牵引、再惰行的操纵策略运行，尽量使列车牵引力接近列车运行阻力，避免牵引与惰行工况的频繁切换，同时在工况切换时，应考虑操纵的平稳性，控制列车牵引力变化率不宜过大。此外，列车在大上坡运行时，会受到坡道的影响，可采用最大牵引力牵引也不能保持巡航速度运行，根据列车节能操纵工况切换规则，应提前以全力牵引工况牵引，并通过大上坡，直至列车速度恢复至巡航速度后，再将工况切换到巡航工况。在实际运行过程中，除了要考虑节能因素以外，还需要考虑操纵的安全性和平稳性，当列车在大上坡上运行时，如果操作不当，轻则造成列车冲动，严重会导致车钩断裂，所以应控制好列车牵引力的变化率，避免牵引力的突然上升和突然下降。
   3.运输结构优化
   运输结构的优化必须以综合运输的全面发展为基础，包括改善铁路和其他运输方式之间的合作以及现有的铁路货物运输结构。第一，必须利用行政和法律手段引导某些公路货运业务转向铁路运输，提高铁路货运比例，优化综合运输的运输结构，以促进综合运输中的节能和环境保护。第二，继续开重型火车。虽然铁路运输的货物量增长缓慢，特别是散装货物运输，但有必要扩大重型运输。主要因素有:(1)总体而言，中国重型运输发展滞后，仍有很大改进空间；(2)虽然煤炭的份额在减少，但仍然相对较大，主要是通过铁路运输；(3)修建铁路物流中心有助于货物集中，便利重型运输。第三，优化货运代理的组织管理。通过最大限度地减少停机时间，包括提高装卸效率和缩短检查和分组时间，进一步缩短交货时间。优化和调节机车交通，提高交通效率等。四是进一步提高机车乘务员操纵水平。一方面，提高机车乘务员的整体素质，合理操纵机车，在保证安全积极的前提下，减少两次制动停车造成的电能浪费。二是优化曲线监控和操纵，逐点运行，降低能耗，提高运输效率。三是要加强对新司机的培训，避免机车不必要的电能浪费，通过避免机车不必要的电能浪费，使列车的能耗保持在合理的状态。四是为机组举办各种节能竞赛，不断总结和推广先进的节能处理经验和方法。

   4.加强人员学习，提升人才素养
    学习是提高操作质量和安全性的必然途径，要想提高列车相关人员的操作水平，就需要电力机车营运相关部门必须组织起强有力的、长效的培训学习机制才行。准备相关学习资料，引导机务人员不断学习先进技术，充实自身，通过长效的学习促使相关人员提高综合专业素养。
结束语：
    轨道交通绿色、安全的优势日益凸显，特别是对于电力机车，其具有自动化程度高、噪声低、运量大、污染小、安全性高等优点。但是能源和环保问题越来越受到社会的广泛关注，在铁路货运中，列车的运行能耗与司机操纵水平密切相关。列车运行过程十分复杂，受多种因素的制约及影响，为了实现节能优化操纵，就要降低机车的牵引能耗，这也是实现是机车节能的重要举措。

参考文献
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