摘要：本文系统分析了唐呼线沿线线路状态，简要介绍了HXD1型电力机车总体性能和参数，在进行整车牵引、制动特性校算、运行安全性能分析等基础上，通过线路试验的方法验证了HXD1型电力机车满足唐呼线万吨重载牵引任务的需求。
关键词：唐呼线；HXD1型；电力机车；性能；分析
引言
中国铁路呼和浩特局集团有限公司（简称：呼和局，下同），是中国铁路总公司管理的大型铁路运输企业的18个铁路局之一，呼和局地处内蒙古自治区中西部，内连西北、华北、东北地区，外接蒙古国、俄罗斯及东欧国家，承担着服务边疆草原、稳固祖国北部边疆的的重要任务。管内大部分线路北傍阴山山脉、南沿黄河，由西向东穿越自治区2盟（阿拉善、锡林郭勒）、6市（乌海、鄂尔多斯、巴彦淖尔、包头、呼和浩特、乌兰察布）。管内有京包、京通、包兰、集二、集通、包西线6条干线，有乌吉、海公、包白、包石、包环、包神、郭查7条支线，全局营业里程4457公里，其中电气化铁路1625.6公里。
随着经济的发展，货物运输需求越来越高，而铁路运输过程受自然条件限制较小，连续性强，能保证全年运行，且铁路运输成本较低，能耗较低，因此铁路运输为最佳选择之一。唐呼线开通万吨重载列车是贯彻落实党中央“持续实施大气污染防治行动，打赢蓝天保卫战”、积极践行“公转铁”战略部署和要求。本文系统分析了唐呼线沿线线路状态，简要介绍了装用自主研发牵引变流器和网络控制系统的HXD1型电力机车总体性能和参数，在进行整车牵引、制动特性校算、运行安全性能分析等基础上，通过线路试验的方式验证了HXD1型电力机车满足唐呼线万吨重载牵引任务的需求。
1 唐呼线线路状态
唐呼线全长859公里，起点唐山曹妃甸，终点呼和浩特市台阁牧，由过去的唐张、张集、集包线呼包段组成，唐呼线是呼和局重要的蒙煤外送通道。唐呼线全线有174座桥梁、84座隧道和9处12‰以上大坡道，前期采用1台HXD2型+1台韶4机车牵引5000t小列，目前为HXD1型机车双机重联牵引万吨列车，2020年唐呼线预计年运量将达到1.5亿吨，每日开行万吨列车将达到50列。
唐呼线路段全线地质构造复杂，其线路特点为坡度较大的连续长大坡道，最大坡度为9‰，困难区段最小曲线半径为800m。唐呼线沿线属于大陆性干旱性半荒漠和荒漠气候区，境内的年平均降雨量在180-600毫米。春季气温冷暖多变，夏季高温，气候炎热，秋季气爽，冬季长而寒冷，极端最高温度44℃，极端最低温度-41℃，昼夜温差大，由于年平均蒸发量大，根据经验表明，最低的粘着系数值出现于小雨或冷凝作用导致轨面轻微潮湿或轨面结冰时，如钢轨轻微水湿后最低的粘着系数为0.08。因此，唐呼线沿线所处的地理环境和气候条件对列车的运行有极大的影响。
2 HXD1型机车简介
装用自主研发牵引变流器和网络控制系统的HXD1型电力机车以自主化设计为主，结合铁路机车车辆装备现代思路，在HXD1型八轴电力机车项目的基础上，成功进行了再创新设计,实现了牵引系统、微机网络系统、制动系统、车体等关键技术的完全自主研发，其基本结构和主要技术参数与HXD1型机车相同，牵引制动能力保持一致。
根据TB/T 1407-1998《列车牵引计算规程》及机车牵引性能，在唐呼线沿线部分困难区段线路状况和牵引定吨（10500t）情况下，两台HXD1型电力机车重联时的牵引性能及运行阻力如图1所示。
如图1所示，按在最困难区段7.9‰坡度，曲线半径800m的坡道上牵引10500t（货车重量）的起动校核通过计算，整列车起动阻力为1304.1kN；在9‰的直坡道上牵引10500t整列车起动阻力为1342.5kN，而两台机车重时起动牵引力为1520kN，因此理想状态下两台机车重联时在唐呼线沿线最困难区段牵引10500t可以起动。
在65km/h时，列车运行阻力为1121.6kN，此时机车能发挥的最大牵引力F=1064kN，牵引力小于列车阻力，因此理想状态下两台机车重联万吨牵引时在唐呼线最困难区段牵引10500t不能达到机车恒功速度以上。
为了避免降低牵引电机的使用寿命以及盛夏高温时大批量坡停的出现，机车在精伊霍铁路长期运行速度应大于机车持续速度点65km/h，同时按照雨雪天气等轮轨粘着条件不佳时的情况来设计机车的牵引吨位，机车最大牵引力的发挥受轮轨粘着条件的限制，机车的牵引力应留有裕量，因此，机车牵引列车的最佳吨位应为10000t。
3.2 空气制动性能校算
考虑总风管系泄漏、压力开关迟滞、电源电压、压缩机顺序启动所需时间等影响，四台排量为3000L/min压缩机将两台HXD1型机车总风容积打满（总风压力为900kPa）不大于5min；两台排量为3000L/min压缩机将总风容积打满（总风压力为900kPa）不大于10min。
理想状态（不考虑列车管充风阻力等影响）下分析，最大减压量下的四台压缩机的再充风时间为1.13min，最大减压量下的两台压缩机的再充风时间为1.61min；如考虑机车总风缸再充风时的压力以及列车的泄露等影响，其值会有相应变化。从试验和目前压缩机的应用情况可知，两台排量为3.0m3/min对牵引4500t列车尾部副风缸充风时间满足《牵规》的要求。因此两台机车重联时压缩机能够满足列车充风要求。
根据TB/T1407-1998《列车牵引计算规程》，车辆每辆紧急制动换算闸瓦压力折算为制动力约为40kN，单台机车紧急制动力为120kN，整列车运行速度80km/h时，通过计算紧急制动距离S1=540m；单机运行速度80km/h时紧急制动距离S2=422m，整列车运行速度80km/h时，紧急制动距离S3=904m；
停放制动保证两台机车能在9‰坡道不溜车。
整列车在9‰下坡道时，运行速度0km/h、65 km/h、80km/h下滑合力大于整列车初制动时制动力，因此整列车运行时单靠列车大闸初制动不能控制整列车速度的提升，但在此速度下整列车全制动时制动力大于下滑合力，整列车运行时依靠列车大闸制动能控制整列车运行速度，但减压量需大于80kPa以上。
3.3 车钩安全性能校算
目前HXD1型机车均采用100型车钩，其主要参数如下：
通过计算，两台HXD1型电力机车重联牵引10500t时起动牵引力约1350kN，远小于钩舌最小破坏载荷3430kN，且两台机车最大起动牵引力1520kN（单台760kN），也远小于钩舌最小破坏载荷3430kN，因此车钩承受能力不存在问题，可确保安全运行。
4 线路试验验证
HXD1型1237#和1239#电力机车担当唐呼线万吨牵引试验列车，列车编组方式为HXD1+HXD1+货车+SS4，编组重量为10500吨，列车运行至困难区段处进行了坡停起车相关试验, 此试验区段为连续上坡道，最大坡度为9‰，最小曲线半径为800m。
由图2可知，每节机车牵引力为340kN左右、两台机车总牵引力发挥约为1340kN左右时整列车起动并速度开始上升，机车速度上升至30km/h时机车总牵引力约为1334kN。此时两台机车总功率约为11100kW，由于供电条件限制，网压开始剧烈波动并导致机车出现限功运行情况，机车实际发挥的牵引力出现波动。由于供电条件的原因整列车速度始终无法达到机车持续速度，该过程中机车最高速度约为54km/h，通过试验验证HXD1型机车满足唐呼线万吨牵引性能需求。
5 总结
本文系统分析了唐呼线沿线线路状态，介绍了装用自主研发牵引变流器和网络控制系统的HXD1型电力机车总体性能和参数，进行了整车牵引、制动特性校算、运行安全性能分析等基础上，通过线路试验的方式验证了该HXD1型电力机车满足唐呼线万吨重载牵引任务的需求，也为后续线路运行提供了参考。
参考文献
[1]TB/T1407-1998,列车牵引计算规程[S].
[2]张曙光.HXD1型电力机车[M],北京:中国铁道出版社,2009.
[3]中车株洲电力机车有限公司.装用自主研发牵引变流器和网络控制系统的HXD1型电力机车检修手册[G]. 株洲:中车株洲电力机车有限公司,2017年.