唐山机务段 河北省唐山市 063000
摘要：牵引/电制力的突变是引起列车纵向冲动的主要原因之一，为了最大限度降低列车的纵向冲动，针对牵引/电制力的加/减载率结合司机操作牵引手柄习惯进行研究，提出既有交流传动电力机车平稳性控制和操作的优化策略，提高机车平稳性和乘客的舒适度体验。
关键词：电力机车；平稳性控制策略；牵引/电制力；加/减载率
随着国内高铁动车组的普及，乘客在体验高铁动车组后，对其平稳性做出了一致好评，而既有交流传动普速列车的平稳性控制，则一直是电力机车制造企业面对的难题，一直在不断地进行探索和优化。列车在线路上运行时，其纵向作用力始终处于一个动态变化的过程。一般情况下，纵向作用力的变化是比较平缓的，但当列车受到其他因素的诱导时，该变化可能会变得比较激烈，即引起纵向冲动。
引起纵向冲动的因素主要包括：
（1）牵引/电制力的加/减载率过大，导致牵引/电制力的变化比较剧烈；
（2）空气制动力和电制动力的配合不好，切换过程中力变化较大；
（3）司机操纵驾驶过程中，手柄级位变化范围较大；
（4）线路阻力因素，遇坡道及弯道时，速度变化较大；
（5）列车发生空转和滑行，导致牵引/电制力发挥较差，速度变化较大；
（6）车钩间隙较大，列车速度变化过程中车钩间产生振动；
（7）坡道过分相等其他因素。
1平稳性控制策略优化
列车牵引/电制力的变化为线性变化，其斜率用牵引/电制力的加减载率来表述。加减载率大，表示牵引/电制力的变化快，可使列车快速达到目标设定速度或者目标设定力矩，但可能引起列车纵向冲动；加减载率小，表示牵引/电制力变化慢，可缓解列车的纵向冲动，但会导致列车响应目标设定速度或者目标设定力矩的时间较长，影响运营。所以，牵引/电制力加减载率应综合考虑，在列车运行过程中处于一个动态变化的趋势。
1.1既有交流传动电力机车平稳性控制策略
（1）准恒速模式
准恒速模式仅针对牵引工况，电制动工况为恒转矩控制，手柄级位对应设定目标速度。在不同的速度段，采用不同的加减载斜率。如图1所示。在机车起动加速过程中，采用较小的加减载率，使速度平稳变化；低速段，采用较大的加减载率，使机车速度能够快速达到设定速度；中速段，加减载率减小，使机车速度平稳变化；高速段，采用较小加减载率，避免机车超速。
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（2）恒转矩模式
恒转矩模式包括牵引工况和电制动工况，手柄级位对应设定目标转矩。恒转矩牵引模式一般在爬坡时用到，要求列车短时间发挥较大牵引力，所以恒转矩牵引模式的加载率较为固定。在低速段，采用较小的加/减载率，尽量避免冲动；在中高速段，采用较大的加/减载率，使机车牵引力快速达到设定力矩。电制工况，电制力的加/减载率为一个恒定值，使列车平稳提速/减速。
（3）牵引、电制切换过程
牵引、电制动工况切换的时间段为一个简短的时间，保持较低的牵引力减载率和电制力的加载率，如图2所示。
1.2平稳性控制策略优化
既有交流传动电力机车牵引/电制力变化控制策略经过不断地试验，目前已经基本满足运用需求，但是仍存在列车进入不同速度段时，加减载率的突变可能导致列车的纵向冲动，本文在既有的平稳性控制策略基础上，提出以下优化方案：
（1）准恒速模式
在不同的速度段，采用不同的加减载斜率的基础上，将低速和高速阶段加减载率的变化从阶跃式改为平稳过渡式，避免由于加减载率的突变导致列车纵向冲动。在速度段②和速度段④，加减载率将线性变化，如图3所示。
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（2）恒转矩模式
在恒转矩模式下，手柄级位对应设定目标力矩。将设定力矩与实际力矩的差值定义为△F，列车加减载率 K 随着△F 变化，如图4所示。
（3）牵引、电制切换过程
与既有交流传动电力机车控制策略相同，仍按照图2所示平稳控制策略执行。
2 操作策略研究
司机在加载和卸载、制动和缓解、动力制动施加和释放等环节的操纵习惯会影响列车的平稳性，主要针对司机的两种操纵习惯进行研究：一种为牵引手柄短时间内平稳过渡到目标级位；另一种为牵引手柄阶段性过渡到目标级位，即先过渡到较低级位，待列车速度/牵引力达到该级位，再次过渡到下一级位，直到目标级位。针对司机的两种不同操作模式，对既有的平稳性控制策略进行以下补充：
（1）准恒速模式
当司机将牵引手柄平稳过渡到目标级位，则平稳性控制策略执行上述图3和图4。当司机将牵引手柄阶段性过渡到目标级位时，增加如下策略：设定速度与实际速度之差△V＞15 km/h 时，列车应按图3进行加减载率的控制；设定速度与实际速度之差△V≤15 km/h 时，列车应在准恒速模式的基础上，加减载率应平稳增加或者减少，自动调节，平稳、快速地达到设定速度。
（2）恒转矩模式
鉴于该模式下，设定力矩与实际力矩的差越大，加减载率越大，所以，如果要兼顾平稳性，建议司机操纵时采用将牵引手柄阶段性过渡到目标级位。
3 结语
本文提出的平稳性控制和操纵的优化策略，可以为既有交流传动电力机车以及动力集中动车组等车型平稳性控制和操纵方法提供参考和借鉴。本文仅提出了一种策略，其中的加减载率、速度等具体参数并未完善，不同车型具体参数可能存在较大差异，所以需要在试验验证和运用过程中不断校核和优化，以确定最优的参数，对控制策略进行优化。
参考文献：
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