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user: 4. 主从控机车异步控制及优化结果 4.1. 主、从控机车异步控制对最大车钩力的影响 目前重载列车在运行过程中，传统的主、从控机车对电制动力是同步进行控制，电制动力的不同会影响列车所受到的最大车钩力的情况。但在同步控制的情况下，由于列车的编组是“1 + 1 + 0”的形式，列车在缓解时，主、从控机车分别向列车前后车辆进行充风，各车位从列车管开始充气到制动缸开始排气存在一定的时间差，不同步性使列车前后部缓解开始时刻存在时间差，往往导致前部车辆先缓解有增速趋势，对后部还未缓解的车辆产生拉伸作用，从而出现比较大的拉钩力；出现最大拉钩力之后，由于列车的伸缩震荡以及前部车辆的堵截，导致后部车辆挤压前部车辆，从而出现最大压钩力 [ 16 ]。某重载铁路长大下坡操纵困难路段，里程为24.2~29.9 km，该段的特殊之处在于无变坡点，坡道千分数为10.2‰，按照常规的操纵方法，列车在25.9 km处制动，在28.6 km处缓解，此时的缓解速度为40 km/h，缓解之后主控以及从控机车的电制动保持310 kN不变，车钩力在列车缓解时随时间变化的曲线以及列车最大车钩力的分布情况如图3、图4所示。可以发现，列车在缓解时所受到的最大拉钩力为1257.2 kN，出现在109车位，最大压钩力为−864.6 kN，出现在140车位。 如果可以调整主、从控机车的电制动力，实现主、从控机车的异步控制，通过增加主控机车电制动力抑制前部车辆的增速趋势，并且通过降低从控机车电制动力使后部车辆的速度增大，进而使后部车辆向前涌，后部车辆挤压前部车辆，形成压缩车钩的趋势，对本已经拉伸的车钩起到一定的减缓作用，从而降低列车所受到的最大拉钩力；在出现最大拉钩力之后，为了防止坡道下滑力和机车电制动力的共同作用下产生的较大压钩力，减小主、从控机车的电制动力，由于在最大拉钩力出现之前先将主控机车电 图3. 列车车钩力时域曲线图 图4. 列车最大车钩力分布情况 制动力增大，前部机车大的电制动力使得列车钩缓装置并未充分拉伸，其反弹力是比较小的，出现最大拉钩力时再叠加上比较小的电制动力，使得后部车辆对前部车辆的挤压作用减小，从而降低列车的最大压钩力。为进一步验证上述推论，根据HXD1型电力机车允许的最大电制动力为461 kN [ 17 ]，在里程为24.2~29.9 km的长大下坡道上，在允许的最大范围内在列车缓解时将主控机车的电制动力分别增大到380 kN、400 kN和450 kN，从控机车电制动力逐渐降低到100 kN、150 kN、200 kN，分别进行组合，实现主、从控机车对电制动力的异步控制，现选取如下九种方案进行探究，并对列车出现的最大车钩力进行统计，具体如表1所示。 由方案一、二、三对比可知，在列车缓解时从控机车电制动力降低到一定值，主控机车电制动力逐渐增大的情况下，列车所受到的最大拉钩力是逐渐减小的，主要是因为主控机车电制动力越大，对前部列车的抑制作用越明显，后部车辆在从控机车电制动力减小后增速，形成压缩车钩的趋势从而降低列车所受到的最大拉钩力；由方案一、四、七对比可知，在列车缓解时主控机车电制动力增加到一定值，当从控机车电制动力分别降低到不同值时，主控机车电制动力与从控机车电制动力之间的差值越大，列车所受到的最大拉钩力是越小的，主要是因为从控机车电制动力减小的越大，后部车辆的增速趋势越大，越容易形成往前涌的的趋势，从而降低列车的最大拉钩力；对比方案一到九可知，在出现最大拉钩力时将主、从控机车的电制动力降低是可以减小列车所受到的最大压钩力的，并且随着主、从控机车电制动力降低的越小，列车所受到的最大压钩力越小，主要是因为出现最大拉钩力之前主控机车有比较大电制动力，使得列车车钩在后期的反弹力变小，出现最大拉钩力时再叠加上比较小的电制动力，前部车辆对于后部车辆的堵截变小，后部车辆对前部车辆形成的冲击变小，从而减小列车所受到的最大压钩力。 Table 1 The plan of asynchronous control of main and driven control locomotiv 方案 列车缓解时 最大拉钩力出现时 最大拉钩力出现时 最大拉钩力/kN 最大压钩力/kN 主控机车/kN 从控机车/kN 主、从控机车/kN 一 380 100 100 1183.01 −418.34 二 400 100 100 1153.79 −412.55 三 450 100 100 1096.57 −413.72 四 380 150 150 1184.76 −511.13 五 400 150 150 1155.17 −503.59 六 450 150 150 1098.24 −484.01 七 380 200 200 1196.77 −602.61 八 400 200 200 1179.27 −612.39 九 450 200 200 1120.49 −592.03 表1. 主、从控机车异步控制方案 4.2. 主、从控机车电制动降低时刻对最大压钩力的影响 由3.1分析可知在列车缓解后出现最大拉钩力时，将主、从控机车的电制动力降低可以减小列车所受到的最大压钩力，但从出现最大拉钩力至出现最大压钩力这段期间内，主、从控机车的电制动力降低时刻是否对最大压钩力有影响，现对这一问题进行探究。在里程为24.2~29.9 km路段上，最大拉钩力出现时刻是缓解后23 s，最大压钩力出现时刻是缓解后40.7 s。现将最大拉钩力出现的时刻记为0 s，从这一时刻往后依次延迟的时间记为∆t (s)。图5是从最大拉钩力出现时刻依次延迟一定时间后，将主、从控机车电制动力减小到100 kN时，对列车最大压钩力的影响。可以发现，随着延迟时间∆t的逐渐增大，列车最大压钩力是逐渐增大的，当∆t = 11 s、12 s、13 s时，列车所受到的最大压钩力依次为−786.9 kN、−994.7 kN、−1006.7 kN。这主要是因为列车在出现最大拉钩力后如果立即将主、从控机车的电制动力降低，列车在接下来的伸缩震荡过程中，前部列车对后部列车的堵截作用减小，从而避免后部列车挤压前部列车形成较大的压钩力；但如果在出现最大拉钩力后，当延迟时间∆t逐步增加到10 s以上时，由于并未及时将前部车辆的堵截作用减弱，列车在这期间由于伸缩震荡已经形成压钩趋势，再将主、从机车的电制动力降低时，形成的压钩力比之前的要大。所以要想降低列车在缓解时出现的最大压钩力，将主、从控机车电制动力降低要把握好时机，从最大拉钩力出现时刻开始，往后延迟的时间∆t应该控制在10 s以内为宜。 图5. 主、从控机车电制动力降低时刻的影响 4.3. 主、从机车异步控制优化方案探究 针对该重载铁路上的一段，里程为24.2~29.9 km，根据上述方案对其进行优化，具体结果如图6所示。可以发现优化前列车在缓解之后产生的最大拉钩力为1257.3 kN，优化之后最大拉钩力降为1153.8 kN，降低了8.2%；最大压钩力在优化之前为−864.6 kN，优化之后最大压钩力降为−412.6 kN，降低了52.3%。为了进一步验证该优化方案，选取该重载铁路的另一段，里程为192.3~199.0 km，列车在193.2 km处制动，在197.3 km处缓解，缓解速度为48 km/h，缓解时列车的电制动力为350 kN，具体结果如图7所示。优化之前，列车受到的最大拉钩力为778.5 kN，优化之后降为684.6 kN，降低了12.1%；最大压钩力为−800.6 kN，优化之后降为−401.1 kN，降低了49.9%。综合以上分析，该优化方案对于减小列车在缓解之后产生的比较大的车钩力是具有显著效果的。 图6. 优化前后最大车钩力的变化曲线 图7. 优化前后最大车钩力的变化曲线