铁路电力机车节能优化操纵研究

社会调查研究涉及伦理问题，如避免诱导性问题和数据操纵。 #生活知识# #社会生活# #社会调查研究#

摘要：随着能源在社会发展中的作用日益突出，如何经济有效地利用能源已成为社会广泛关注的问题。铁路是国民经济大动脉、重要基础设施和交通工具，国家对铁路运输系统的节能减排工作也提出了新的要求。由于牵引能耗在铁路电力机车总能耗占比很大，为贯彻落实国家关于加快建设资源节约型社会的要求，有必要研究铁路电力机车节能优化操纵策略，实现节能减排。

关键词：铁路;电力机车;节能;优化

铁路运输部门是国民经济中耗能最大的单位之一，其节能研究有重要意义。随着我国铁路改革的不断深化，铁路部门作为一个运输服务提供商，同其他市场运营主体一样，具有不断降低成本、争取获得最大经济利润的使命和责任。与此同时，铁路运输量的逐年增长以及我国铁路的大面积提速，列车牵引重量、行驶速度、运营密度也在不断提高中，铁路运输正逐渐成为当今社会市场运作的主体，具有不可替代的作用。铁路运输的能源消耗涉及诸多因素。在一定的牵引机车、车辆、线路等硬件环境下和既定的运行图、列车编组计划等运营管理状况下，改进机车的操纵方法可以实现列车的节能运行，是一条经济有效且直接可行的节能途径。而电力机车节能为优化操纵研究课题的重要组成部分。

1加大电力机车节能优化操纵策略研究的意义

1.1为机车乘务员提供行车依据

铁路电力机车是一个大滞后、非线性系统，列车运行过程受天气、线路条件、机车操纵规则、辅助能耗等因素影响。可综合考虑各种因素，通过优化得出列车最优操纵策略，并且对最优策略做进一步修正，最终为司乘人员提供可行的操纵建议。

1.2利于提高铁路技术装备水平

研究电力机车节能优化操纵策略，开发适用于司乘人员的车载节能操纵指导系统，有利于提高铁路技术装备水平。深入分析电力机车节能优化操纵策略，开发司机操纵指导系统——辅助驾驶设备，旨在为司机操纵提供实时建议，减少能源浪费，提高铁路自动化水平，最终为实现列车的自动驾驶奠定重要基础。

1.3提升经济效益

研究列车节能优化操纵问题，不仅可以减少温室气体排放，而且会带来显著的经济效益。在实际运用中，机车乘务员操纵水平直接影响列车运行能耗。目前，机车司机凭借其驾驶经验、操规等行车，具有较大的主观性，容易引起能源的浪费。以某局跟车试验数据为例说明司机操纵对能耗影响，被试验列车不受地面信号的影响，全程绿灯。在走行距离、运行时分、牵引质量等因素相同的前提下，由于司机的驾驶习惯不同，对列车节能操纵的理解不同，导致列车运行能耗差异。根据《中国铁道年鉴2015》统计，2014年全路机车能耗为35387444千kWh，按节能5%计算，将节约1769372.2千kWh电能，若电价为700元/千kWh，则全路的电力机车每年将为国家节省约12.39亿人民币电费。

2铁路电力机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，对两个城市间内低速操纵--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。

结语

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，在铁路运输中，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

[1]梁守科. 铁路电力机车的节能优化操纵方法[J].  2022（4）.

[2]李学普， 杨春， 徐新宇. 电力机车平稳性控制和操作优化策略研究[J]. 铁道机车与动车， 2020（6）：4.

[3]梁守科. 铁路电力机车的节能优化操纵方法[J]. 城市周刊， 2019（4）：1.

[4]林轩. 货运电力机车节能优化操纵策略研究[D]. 西南交通大学.

网址：铁路电力机车节能优化操纵研究 https://www.yuejiaxmz.com/news/view/552744

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