劉福 LIU Fu

（國能朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司機(jī)輛分公司，滄州 062350）

0 引言

現(xiàn)階段世界已將重載鐵路運輸技術(shù)視為鐵道運輸?shù)闹饕l(fā)展方向，我國的鐵道運輸產(chǎn)業(yè)也在近幾年內(nèi)憑借先進(jìn)的同步控制重載技術(shù)實現(xiàn)了全面的改造升級，通過應(yīng)用該項技術(shù)，使自身的運載量實現(xiàn)了翻倍，對于鐵路產(chǎn)業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益及國家能源和運輸緊張的狀況，都有了很好的緩解和提升，為我國整體經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了良性的整體作用。

在載機(jī)車同步操控系統(tǒng)內(nèi)，現(xiàn)階段傳輸命令的主要傳輸形式是憑借制動波的傳導(dǎo)來最終實現(xiàn)的，制動波的傳導(dǎo)時間、重載機(jī)車間主管與支管的長度、管道間三通閥/分配閥等各類配件的相關(guān)性能均會關(guān)系到重載機(jī)車的最終同步操控質(zhì)量，因為制動性對確保重載機(jī)車鐵路運輸?shù)陌踩灾陵P(guān)重要，因此在日常工作中我們對重載鐵路機(jī)車的同步操控系統(tǒng)提出了很高的要求，而這也就是本次研究開展的根本原因。

綜上所述，現(xiàn)階段重載鐵路運輸技術(shù)是世界公認(rèn)的鐵路貨運發(fā)展趨勢，憑借加長重載機(jī)車的列車編組與在重載機(jī)車間開展多機(jī)車同步牽引這兩種形式，實現(xiàn)了重載鐵路機(jī)車同步操控技術(shù)的快速進(jìn)步，并拉動了鐵路運輸載能的有效提升，但多機(jī)車編組也對各機(jī)車間的同步性要求極高，對此同步操控技術(shù)的研究也就顯得非常重要了。

1 重載鐵路運輸發(fā)展?fàn)顩r

重載鐵路運輸作為當(dāng)今中國的一項重要運輸組織模式，鑒于該模式運量大且成本低等多項優(yōu)點，已經(jīng)成為我國鐵路運輸?shù)囊豁椫匾ぷ鲀?nèi)容。伴隨電子、通訊及計算機(jī)信息技術(shù)的不斷迭代和更新，重載鐵路機(jī)車運輸技術(shù)及相關(guān)的設(shè)備水平也在不斷的發(fā)展和升級。在歷經(jīng)一段時期的發(fā)展后，重載鐵路運輸這一模式也在不斷被完善和提升，該模式的成本也伴隨技術(shù)的革新而逐步壓縮，在產(chǎn)能不斷加大的前提下，經(jīng)濟(jì)效益日益提高。

中國的重載鐵路機(jī)車運輸發(fā)展，我們最大程度的學(xué)習(xí)和借鑒了世界各國已有的經(jīng)驗及技術(shù)，再通過充分融合中國的實際國情及自然條件，在融會貫通各國現(xiàn)有的同步操控系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行了自主創(chuàng)新，研發(fā)了很多符合我國鐵路重載機(jī)車實際運用情況的同步操控系統(tǒng)，并在重載機(jī)車同步操控系統(tǒng)的研究上還在不斷探索。雖然相對西方國家，中國的重載鐵路機(jī)車運輸技術(shù)起步較晚，但伴隨這些年的不斷發(fā)展，我們已經(jīng)在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了追趕超越并獲得了不錯的實效。下面本文將從國內(nèi)幾條著名的重載鐵路出發(fā)，來具體分析這幾條線路的同步操控系統(tǒng)應(yīng)有：

大秦鐵路與朔黃鐵路作為現(xiàn)階段國內(nèi)頂級的重載鐵路線路，現(xiàn)在還在持續(xù)的使用與完善。筆者總結(jié)了我國主要的重載鐵路運輸情況，并匯總成了表1。

表1 我國主重載鐵路運輸情況明細(xì)表

①大秦鐵路。

大秦鐵路作為我國首條雙線電氣化重載鐵路機(jī)車煤礦運輸專線，其總長度現(xiàn)達(dá)653km，自上世紀(jì)90年代初開通以來，就被定位成了萬噸以上的重載鐵路列車專線。這幾年，根據(jù)實際的使用狀況，該線路進(jìn)行了大規(guī)模的擴(kuò)能改造升級，在2005年時大秦鐵路的運載量就達(dá)到了2億噸，經(jīng)過改進(jìn)又在2010年跨越了4億噸的關(guān)口，并在之后不斷優(yōu)化升級，持續(xù)提升自身運載量。由于大秦鐵路貫穿多個山區(qū)，線路曲折隧道較多，因此運用了美國GE公司研發(fā)的Locotrol系統(tǒng)來完成線路內(nèi)的重載鐵路機(jī)車同步操控，Locotrol系統(tǒng)能夠通過GSM-R網(wǎng)絡(luò)與800MHz無線電臺搭配來在重載鐵路機(jī)車中搭建一個無線數(shù)據(jù)傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。

②朔黃重載鐵路。

朔黃重載鐵路也是一條我國的經(jīng)典重載鐵路機(jī)車線路，其全長為598公里，整條線路以運行軸重25噸以上的重載機(jī)車為主。朔黃重載鐵路自2012年投產(chǎn)以來，經(jīng)過十年的發(fā)展，目前已經(jīng)能夠承載軸重40噸以上的重載鐵路機(jī)車安全運行，計劃將年運輸能力提升到4億噸以上，憑借新銳的LTE衛(wèi)星傳輸技術(shù)技術(shù)，目前該線路已達(dá)成對重載組合列車的無線重連、集群調(diào)度通訊及無線調(diào)度指令下達(dá)等業(yè)務(wù)日常開展。

③瓦日鐵路。

瓦日鐵路在國內(nèi)又常常被稱作山西中南部鐵路通道，該鐵路線路為貫穿了晉、魯、豫三省的出海煤礦通道，總計長度為1260km，開通于2014年末，是全球首條軸重按照30t的重載鐵路標(biāo)準(zhǔn)修建的現(xiàn)代化鐵路，其設(shè)計時速達(dá)到了120km，全線采用電力牽引技術(shù)ECP系統(tǒng)進(jìn)行同步操控，年運載量可達(dá)到2億噸，該鐵路的設(shè)計牽引質(zhì)量為5千噸至1萬噸。

④蒙西至華中地區(qū)鐵路運煤通道。

蒙西至華中地區(qū)鐵路運煤通道全長為1816km，是我國實施“北煤南運”宏觀調(diào)控的戰(zhàn)略運輸通路，該鐵路網(wǎng)的設(shè)計運輸能力達(dá)2億噸，在開通初期實際運輸能力達(dá)到了1億噸。作為運用ECP系統(tǒng)展開同步操控的電牽引技術(shù)的鐵路，該道路牽引質(zhì)量為5千噸與1萬噸兩種類型，其重載機(jī)車的軸重是25噸。

2 重載鐵路機(jī)車同步操控系統(tǒng)

在重載鐵路機(jī)車同步操控系統(tǒng)的選擇上，一定要考慮為以下兩點：一是需消減與規(guī)避機(jī)車的縱向沖力，尤其是針對在重載機(jī)車的制動過程中產(chǎn)生的縱向沖動，要最大化的削減其間的車鉤力；二是要合理的優(yōu)化重載機(jī)車的再充風(fēng)時長，以保障重載機(jī)車的再制動條件。想要解決這兩點問題，就需要一個完善的同步操控系統(tǒng)?，F(xiàn)在全球用于重載鐵路機(jī)車同步操控的系統(tǒng)主要有兩種，即（Locotrol）機(jī)車無限動力分布控制技術(shù)與（ECP）電控空氣制動技術(shù)。

2.1 Locotrol系統(tǒng)——機(jī)車無限動力分布控制系統(tǒng)

機(jī)車無限動力分布控制簡單而言就是將各個重載機(jī)車分散安排在重載機(jī)車組的科學(xué)位置中，憑借無線電通訊控制系統(tǒng)來同步操控多臺機(jī)車，以達(dá)到協(xié)調(diào)整體運輸?shù)淖罱K目的，令操控人員在主控機(jī)車上，就能夠通過系統(tǒng)實現(xiàn)整列列車的操控。在原理上這種模式就是把長大型的重載機(jī)車分解為多個小編制的重載機(jī)車組，通過這種方式來削弱機(jī)車間的車鉤力，并通過在每臺機(jī)車上都配置從控裝置來進(jìn)行空氣制動，從而實現(xiàn)重載鐵路機(jī)車的整體制動性能升級。因為制動及緩解在實際中是由多臺分散布置的機(jī)車來協(xié)調(diào)控制的，所以憑借這種模式能夠在很大程度上提升長大重載列車的制動及緩解性能，提高重載機(jī)車的整體運輸安全性。

locotrol系統(tǒng)的核心就是實現(xiàn)機(jī)車的遙控，該系統(tǒng)的主控機(jī)車能夠憑借無線通訊來遙控一個重載鐵路機(jī)車組內(nèi)的每臺從控機(jī)車，以達(dá)成重載鐵路機(jī)車整體的同步牽引、制動與緩解，幫助重載鐵路機(jī)車組宏觀科學(xué)的實現(xiàn)動力分配從而更好的調(diào)控機(jī)車的制動，Locotrol系統(tǒng)的引入可以幫助重載鐵路機(jī)車更好更快的控制制動波及緩解波，最優(yōu)的達(dá)成機(jī)車組內(nèi)各項功能的同步操控。

Locctrol系統(tǒng)的最大特點就是能夠為操控者提供兩種重載機(jī)車組的控制方式：其一就是同步控制方式，控制者可以在主控機(jī)車內(nèi)控制從控機(jī)車，在這種模式內(nèi)主控機(jī)車與從控機(jī)車根據(jù)同一牽引及動力制動命令來設(shè)置及運行；其二獨立運轉(zhuǎn)模式，在該模式內(nèi)重載鐵路機(jī)車的主控機(jī)車與從控制機(jī)車能夠依照不同的牽引及動力制動狀態(tài)來設(shè)置及運行，如此就能夠達(dá)成機(jī)車分開布置制動及充風(fēng)的效果，很好的壓縮充風(fēng)時間及制動距離，有效的消減列車間的內(nèi)力，令控制者更便捷的展開列車的控制，從而確保重載機(jī)車的運行安全及效率。

本系統(tǒng)的核心優(yōu)勢主要有以下幾點：

①更合理的配置動力，達(dá)成制動目標(biāo)，可以憑借增加重載機(jī)車的總長來加大牽引力，并同時優(yōu)化各個機(jī)車間的內(nèi)部受力；

②在重載機(jī)車運行至坡度區(qū)域時，能夠削弱車鉤受力，并且還無需人工駕駛補(bǔ)機(jī)；

③加速及減速更快捷，令重載鐵路機(jī)車的運載效能實現(xiàn)大幅度增長，于縮短重載機(jī)車間距的基礎(chǔ)上壓縮了循環(huán)周期，令重載機(jī)車的制動距離縮短了30%以上，停車時長縮短了20%以上；

④牽引效率得到大幅度提高，滾動阻力削弱，合理的優(yōu)化了重載機(jī)車燃油的消耗（至少節(jié)省五個百分點），對于機(jī)車及鐵路的各項損耗也有效降低。

2.2 ECP系統(tǒng)——電控空氣制動系統(tǒng)

ECP系統(tǒng)主要由三大版塊組成，即機(jī)車控制單元、車輛控制單元及列車網(wǎng)絡(luò)單元這三大版塊，重載機(jī)車的控制通訊憑借機(jī)車內(nèi)部的有線通訊系統(tǒng)進(jìn)行傳導(dǎo)，令每節(jié)機(jī)車都能夠最優(yōu)的實現(xiàn)重載機(jī)車的同步制動及緩解，最終完美的消減機(jī)車間的縱向力。ECP系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 ECP系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

ECP這一制動系統(tǒng)特別適用于長大編組的單元鐵路機(jī)車，其能夠很好的優(yōu)化機(jī)車的制動及緩解歷程，合理削減機(jī)車的縱向力問題，更好的幫助重載機(jī)車達(dá)成再制動，優(yōu)化提升重載鐵路機(jī)車的整體性能，相較于傳統(tǒng)的空氣制動有著特別顯著的優(yōu)勢。具體該系統(tǒng)的特征優(yōu)勢如下：①于編組的鐵路機(jī)車內(nèi)，主控機(jī)車發(fā)出數(shù)控指令，此指令憑借數(shù)據(jù)通訊的模式，來控制各機(jī)車上配置的ECP裝置，在相關(guān)設(shè)備接收到數(shù)控指令之后，就會控制副風(fēng)缸將自身壓縮的空氣注入到制動缸；②聯(lián)通整個重載機(jī)車的雙芯電纜為ECP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主通信渠道，同時重載機(jī)車自身的電力總線也可以幫助ECP系統(tǒng)內(nèi)的各項裝置提供電能；③運用ECP系統(tǒng)能夠令每輛機(jī)車實現(xiàn)同步操控，主控機(jī)車下達(dá)的制動命令能夠同時達(dá)成全列車的制動與緩解，并且系統(tǒng)的各項配件還能夠宏觀的對故障異常的情況快速做出判斷和響應(yīng)。

ECP系統(tǒng)將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用在了重載機(jī)車鐵道運輸領(lǐng)域，達(dá)到了電控制動的效果。ECP憑借微型芯片技術(shù)操控把控制指令憑借傳導(dǎo)系統(tǒng)下達(dá)到各個從控機(jī)車的相關(guān)裝置之上，操控副風(fēng)缸中的壓縮空氣抵達(dá)制動缸完成充風(fēng)，從而實現(xiàn)重載機(jī)車的制動，在ECP系統(tǒng)內(nèi)空氣波不再作為控制指令傳輸媒介，但還是擔(dān)任著制動的主要動力。由于ECP系統(tǒng)的電控制動模式是直通式的，在制動命令下達(dá)時機(jī)車的副風(fēng)缸就會直接向制動缸內(nèi)充風(fēng)，這樣機(jī)車中的列車管就不會減壓，可以更好的減小機(jī)車制動過程中的壓縮空氣消耗。ECP系統(tǒng)不僅能夠達(dá)成重載機(jī)車階段制動及緩解，在整個的重載機(jī)車的制動過程內(nèi)還能夠不間斷的往副風(fēng)缸內(nèi)充風(fēng)，這樣就能夠依照實時的重載機(jī)車來宏觀科學(xué)的控制機(jī)車的整體制動力，更輕松的實現(xiàn)重載機(jī)車的同步操控和速度調(diào)節(jié)。

所以電動制控相較于傳統(tǒng)的空氣制控而言，能夠更好的達(dá)成重載機(jī)車運行過程中各個機(jī)車的同步制動及同步緩解，能夠更高品質(zhì)的提升列車的制動及緩解波速，更加合理的削弱了各個機(jī)間的車鉤力副作用，將車鉤斷裂的發(fā)生概率降到了最低。

2.3 Locotrol系統(tǒng)與ECP系統(tǒng)對比

在實際重載鐵路機(jī)車同步操控過程內(nèi)實踐當(dāng)中，因為系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)應(yīng)用、承載業(yè)務(wù)這三大方面的差異化，這三項的相關(guān)性能指標(biāo)也會有所差異，Locotrol系統(tǒng)與EGP系統(tǒng)這兩種同步操控系統(tǒng)在實施同步操控時也對這三項數(shù)據(jù)的應(yīng)用各有側(cè)重，比如就對數(shù)據(jù)的傳輸速率需求上，特別能夠彰顯無線通技術(shù)的發(fā)展對同步操控系統(tǒng)性能的影響。由于具體的Locotrol系統(tǒng)與ECP系統(tǒng)的運用選擇是要依照現(xiàn)實需求的，是需要從實際情況及預(yù)期來設(shè)定的，因此對比Locotrol系統(tǒng)與ECP系統(tǒng)明確二者性能上的差異，比較二者不同系統(tǒng)的特性。

Locotrol系統(tǒng)相較于ECP系統(tǒng)最顯著的差異就是Locotrol系統(tǒng)是憑借無線傳輸同步操控指令來實現(xiàn)重載鐵路機(jī)車同步控制的，如此一來就需要牽引力分布在機(jī)車的各個位置，相較EPC系統(tǒng)來說具備以下幾點優(yōu)勢：一是該系統(tǒng)的架構(gòu)更為簡潔，整體的機(jī)車控制系統(tǒng)都可以布置在機(jī)車內(nèi)部，對重載鐵路機(jī)車的改造工作量較小，改造升級成本比較低廉，且升級較快捷方便；二是Locotrol系統(tǒng)更便于鐵路運輸?shù)慕M織，由于列車不需要無線網(wǎng)絡(luò)便能夠達(dá)成同步操控，這樣就可以依照各自的目的地來對重載鐵路機(jī)車展開解編；三是Locotrol系統(tǒng)管理起來更方便且維護(hù)起來更便捷，非常符合我國當(dāng)下的鐵路運輸實際，能夠更快更好的在全線鐵路重載機(jī)車運行中推廣落實。

3 運用實例

重載鐵路機(jī)車需要多臺機(jī)車同步牽引，因此機(jī)車間同步操控是確保機(jī)車安全、高效運載的先決條件，要達(dá)成機(jī)車間的同步操控需依托于實時通訊技術(shù)，于主、從控機(jī)車間快速準(zhǔn)確的傳達(dá)控制指令。重載鐵路機(jī)車同步操控系統(tǒng)作為控制命令的傳導(dǎo)系統(tǒng)，采用Locotrol系統(tǒng)憑借無線通訊進(jìn)行控制命令傳達(dá)，運用GSM-R網(wǎng)絡(luò)配合800MHz無線電臺這種當(dāng)代常用的無線數(shù)據(jù)通訊手段，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在我國重載機(jī)車同步操控系統(tǒng)中傳遞同步控制信息，隨著LTE衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，其優(yōu)勢也逐漸凸顯，所以LTE衛(wèi)星傳輸技術(shù)也將逐漸在鐵路應(yīng)用中廣泛應(yīng)用。

3.1 大秦鐵路

針對大秦線這種沿線多為山區(qū)、隧道的線路，特別是在隧道群情況中，不僅有長大隧道還有多個相鄰的短隧道群，常常會發(fā)生一列機(jī)車處于不同隧道內(nèi)的情況，這就會導(dǎo)致發(fā)射電臺與接收電臺不在同一隧道內(nèi)的情況發(fā)生，而在這時候無線數(shù)據(jù)的傳輸效果就會非常的差。所以，依照大秦鐵路的這一實際情況，該線路采取了給重載機(jī)車上安裝800MHz無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的方式，來結(jié)合Locotrol系統(tǒng)實現(xiàn)主從控機(jī)車間同步操控命令的傳送。因為重載鐵路機(jī)車組有時會出現(xiàn)重載線或空載線的狀態(tài)，所以在實際運用時的同頻直放站內(nèi)該線路也配備了多個工作頻率，以便確保數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性及安全性。

3.2 朔黃鐵路

朔黃鐵路身為中國“西煤東運”核心鐵路線路，對中國的煤炭運輸有著非常重要的意義。目前朔黃鐵路采用800MHz+400kHz無線電臺作為同步操控數(shù)據(jù)的傳輸系統(tǒng)，雖然800MHz安全性及穩(wěn)定性較高，但這種方式的數(shù)據(jù)傳輸量較小，通訊距離的問題還有待解決，為了實現(xiàn)朔黃鐵路開行2萬噸列車，我國在實際的Locotrol同步操控系統(tǒng)中嘗試運用了LTE網(wǎng)絡(luò)來滿足萬噸重載機(jī)車的同步操控數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?/p>

4 結(jié)論

綜上所述，本次研究對重載鐵路機(jī)車的同步操控系統(tǒng)有了一定的研究，也對Locotrol系統(tǒng)與EGP系統(tǒng)這兩類同步操控系統(tǒng)的特性展開了討論和研究，針對本次研究的這兩類重載鐵路機(jī)車同步操控系統(tǒng)來看，重載鐵路機(jī)車同步操控系統(tǒng)的延時大體出現(xiàn)在兩個方面，一是主控機(jī)車下達(dá)指令給從控機(jī)車的過程內(nèi)的通訊數(shù)據(jù)延時，二是制動指令于列車管內(nèi)憑借制動波模式的傳達(dá)給各個從控機(jī)車的延時。所以，把通訊的延時與制動波于列車管的傳導(dǎo)延時結(jié)合起來，解析重載鐵路機(jī)車的同步操控就很有必要。而鑒于我國現(xiàn)階段重載鐵路網(wǎng)絡(luò)實際情況，并結(jié)合我國當(dāng)下的技術(shù)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀而言，目前中國鐵路在重載鐵路機(jī)車同步操控系統(tǒng)上，還是大面積采用Locotrol技術(shù)控制較為適宜。