宝麟铁路机车换型研究分析

宝麟铁路机车换型研究分析

韩  伟1 周阿锋2

陕西省地方铁路工程物业管理有限公司  陕西  西安  710001

摘  要：机车换型主要考虑机车技术可行性、运用经济性，笔者结合宝麟铁路的线路情况，从技术可行性、节支降耗方面进行分析，综合考虑利弊，为宝麟铁路机车合理选型、提升运力、节省运营成本提供建议。

关键词：长大坡道  牵引力  制动力  成本 节支

引  言

宝麟铁路从宝中线凤翔站接轨，是陕西省为保障麟北地区煤炭外运，由陕西省铁路投资集团控股，共4家股东投资修建的地方铁路，2016年5月开通到2023年12月累计通过总重约29.5Mt，平均每年的运量不足300万吨，受中间会让站少、站间距长、连续长大坡道的限制，及机车技术性能不匹配、机车运用成本高、车辆周转停时长等因素的影响，宝麟铁路在亏损运营的泥潭中难以脱身。2023年发运量达380万吨，2024年园子沟专用线新增100万吨/年发运需求，短期内招贤站煤炭发运站建成后约150万吨/年发运量，后续郭家河—甘肃灵台铁路专用线接轨后，下行方向也有牵引重车的需求。在不投资增加中间会让站的现有条件下，提升单列牵引定数、提升运输效率、节省机车运用成本的需求日见突显，选择合适的机车尤为重要。

1、宝麟铁路设备主要情况

宝麟铁路属于尽头线全长87.1Km，货源集中在线路末端，采用U71Mn型25米50Kg/m热轧钢轨。其中坡度线路总长76 Km，线路纵断面总体是K0—K70连续上坡，K70—K87连续下坡，上行重车方向最大上坡度12.5‰, 最大下坡度19.9‰。牵引动力采用轴重25t的DF8B，重车方向牵引定数DF8B双机3350t、DF8B单机1800t，重车方向线路允许速度60Km/h，空车方向允许速度70Km/h。

2、待选机型参数

从表1机车技术参数比较，FXN3C、HXN3的功率、起动力、牵引力、制动力明显优于DF8B，而且能耗低、排放的标准高、污染小，符合铁路装备高质量发展、绿色发展的要求。

HXN3是大连厂和美国EMD公司在SD90MAC型交流传动内燃机车技术平台的基础上共同开发设计的车型。FXN3C是大连厂逐步对引进的HXN3技术消化吸收后，在HXN3技术平台基础上开发的国产化新车型，所以FXN3C、HXN3是同一技术平台基础的车型。

戚墅堰厂的FXN5C、HXN5技术性能分别对标FXN3C、HXN3，本文中不进行讨论。

3、技术性分析

3.1通过列车牵引仿真软件进行限制坡度牵引质量仿真检算

说明：相邻国铁宝中线的牵引定数为5000t；DF8B、FXN3C、HXN3机车整备重量150t。

从检算结果看：

1.采用FXN3C、HXN3双机或三机模式均可实现上行方向5000t重车牵引，如考虑日后下行方向也实现5000t牵引，只有FXN3C、HXN3三机模式可以实现。

2.当前下坡道制动操纵采用压低初始速度、电空制动结合、靠人工经验频繁介入空气制动的办法运行。其最安全合理的牵引定数是DF8B双机牵引2600t,当前机车匹配的牵引定数是为了节省机力的冒险组织方式，如操控失误，容易出现缓解充风时间长、列车涨速快、车辆闸瓦磨耗快，列车放飏的安全事故隐患极大，而区间占用时间长效率低。

3.2列车下滑力和机车电制力

长大坡度运行的列车必须把制动作为重点，只有当机车制动力≥列车的下滑力时，才可将列车安全平稳停下来。

通过表3、表4数据比对，FXN3C三机电制力1050kN>下滑力1006kN、HXN3三机电制力1137kN>下滑力1006kN。理论上FXN3C、HXN3三机重联下能将20‰下坡道上的5000t列车平稳的制动,这两种机型适合宝麟铁路的线路坡度。

而实际运用中电制力按90%计算，即FXN3C三机电制力945kN<下滑力1006kN、HXN3三机电制力1023kN>下滑力1006kN。 FXN3C三机勉强可以满足要求，而HXN3三机重联下电制力能完美满足需要。

3.3机车制动特性分析

由以上两图制动曲线分析， FXN3C、HXN3克服了直流传动内燃机车电阻制动在低速时制动力不足及因制动扩展造成制动力不恒定的缺点。FXN3机车制动时速度低于26km/h时，机车进入恒制动力矩控制区，制动力为350kN；HXN3机车制动时速度低于36km/h时，机车进入恒制动力矩控制区，制动力为380kN。低速工况时，HXN3恒制动力控制区范围宽，而且制动力大，更有利于坡道制动操纵。

3.4机车牵引特性分析

从以上两图牵引曲线分析，HXN3、FXN3C 型机车较目前我国正在运用的直流内燃机车,其恒功率控制区段更宽 ,更加有利于机车柴油机效率的发挥。

1.同样线路条件、同样牵引质量、同样60km/h速度下，FXN3C牵引力为160kN，HXN3牵引力为240kN，同样条件下HXN3牵引力比FXN3C大50%。同样线路条件、同样牵引质量、同样300KN牵引力下，FXN3C速度26km/h，HXN3速度47Km/h，HXN3运输效率明显高于FXN3C。

2. HXN3机车速度在 0～23km/h时为准恒力矩控制，最大牵引力为 620 kN；机车速度在 23～120km/h之间，速度与牵引力关系曲线为双曲线，机车进入恒功率控制区段。FXN3机车速度在 0～18 km/h时为准恒力矩控制，最大牵引力为570kN；机车速度在 18～120km/h之间，速度与牵引力关系曲线为双曲线，机车进入恒功率控制区段。HXN3比FXN3C准恒力范围宽，而且牵引力大，更适合长大坡度线路。

4、经济分析

4.1模拟运行区段占用时分

列车牵引计算仿真软件中输入宝麟铁路坡度、曲线、隧道、限速、车站坐标、机车参数、货车滚动轴承、货车高磨闸瓦、列车管压600KPa、减压量60 KPa、速度、牵引质量等参数后，自动计算获得下列区段运行时分如下：

从表4数据分析采用HXN3、FXN3C后区间运行用时减少，列车在途时间减少25%、17%，区间通过能力得到释放。

HXN3比DF8B每列车可减少车辆使用1小时，以53个C70货车计算，每列可节省车辆使用费：5.7元辆/时×53×1=302.1元，按2023年发运量折算5000t大列965列算，年可节支965×302.1=29.2万元。

FXN3C比DF8B每列车可减少车辆使用0.773小时，以53个C70货车计算，每列可节省车辆使用费：5.7元辆/时×53×0.733=221.4元，按2023年发运量折算5000t大列965列算，年可节支965×221.4=21.4万元。

当前宝麟铁路线路质量还有提速的空间，如允许速度再提高5km/h，采用HXN3牵引的列车还有提速的空间，区间占用时间还可减少。

4.2燃油经济性

宝麟铁路现有机车全部采用外部租赁，其中DF8B机车8台、DF7调车机1台。机车的所有修程、司机均由租赁方负责提供，DF8B的租赁成本约300万/台年（其中机车200万、人工工资100万），燃油由宝麟方提供。2023年机车燃油消耗2807吨，机车燃油成本2020万元，其中8台DF8B机车燃油成本1920万元、DF7调车机燃油成本100万。2023年DF8B燃油成本240万元/台年，每台DF8B的综合运用成本达540万元，机车运用成本是宝麟铁路运营中的重点控制部分。

表5 承担同等货运量不同机车消耗燃油统计

从表5数据对比看，FXN3C的燃油消耗是最经济的。

4.3用工成本

每台机车司机人工成本约100万元，采用FXN3C或HXN3部分机车固定重联，每年可节支300万的人工成本。

4.4购置、折旧成本

DF8B属于淘汰政策范围内的机型，文中不再体现其购置成本、折旧数据。HXN3、FXN3C购置费单价仅差100万元、单机年折旧费相差仅2.8万元。

4.5机车维修成本

HXN3、FXN3C属于统一平台开发的车型，主要配件通用，年均维修成本相差仅2万元，但均低于DF8B。

4.6基建投入

如不考虑采用机车换型的办法提升运力，而采用在K23+120（董家河站）、K43+530（姚家沟站）、K75+640（西川站）增加3股道的中间站提高区间的通过能力来解决，基建投资约1.6亿元。各专业增加铁路工作人员共90人，人工成本900万/年，设备维修费每年约500万元。基础设施、设备折旧费约400万/年。增加的中间站运营期年成本反而增加1800万元，而当前1.6亿元的基建资金宝麟公司根本无力解决。

从宝麟铁路沿线既有煤矿的产能、新建煤矿的建设周期及产能、煤炭产品流向、国家减少化石能源的发展战略等方面考虑，近10年内通过宝麟铁路发运的煤炭量估计最大约800万吨/年(按整列5000t算6对/日)，10-15年内约1000万吨/年(按整列5000t算7.4对/日)。

近15年内采用机车换型增加单列牵引定数的办法完全可解决运力问题，解决运力运能同时也可缓解企业经营压力。

如进行电气化改造，配套建设的接触网、变电所、HXD型电力机车购置、线路补强、其它配套设备设施改建等需投入资金约3.4亿元。当前运量不足，企业扩大再生产的能力匮乏，现阶段考虑电气化改造不切合实际。

4.7综合经济分析

基建投入方案：继续采用现有DF8B牵引，投资建设3个中间站，年成本增加1800万元。

HXN3方案：车辆停时节支-29.2＋燃油216×8＋人工500＋年折旧72.8×8＋年维修费60×8=3261.2万元，平均每台HXN3年成本408万元，比DF8B年成本少132万。综合下来节支1800+1056万元/年。

FXN3C方案：车辆停时节支-21.4＋燃油208.8×8＋人工500＋年折旧70×8＋年维修费62×8=3205万元，平均每台FXN3C年成本400.6万元，比DF8B年成本少139.4万元。综合下来节支1800+1115万元/年。

FXN3C比HXN3稍经济一些，FXN3C、HXN3替代DF8B是经济合理的，对长远运营是有利的。所以机车换型也应是其近期“扭亏为盈”考虑的重要着力点。

5、结论

采用FXN3C比HXN3有一定的经济优势，但技术性能方面HXN3牵引力、制动力明显优于FXN3C，安全可靠性、适用性更好。从2008年开始国铁、合资、地方铁路配属HXN3超过300台，其相关维修运用管理经验积累成熟，在沈阳局长大坡道区段实现了常态化牵引5000t以上的长大列车。FXN3C、FXN5C是国产自研中等功率新型机车，2023年10月份才取得国家铁路局的许可资质，其性能及可靠性是否适合宝麟铁路还需进一步实践验证。比如太原局太焦线2024年1月份开始使用的戚墅堰厂的15台FXN5C，在两个月的运用中，陆续出现满功率柴油机“开锅”、机车爬坡空转等问题，机车司机反映此机型未达到预期的运用效果。新型车正式运用初期的各种缺点会陆续暴露出来，改进完善还需要时间。综合分析认为，宝麟公司这样经济实力不足、机车运用管理经验欠缺的铁路运营单位采用新型机车的抗风险能力不足，不建议当前选择FXN3C。而HXN3有近15年的成熟运用经验，更利于后期运用管理和成本控制，其还储备了一定的牵引力余量，结合宝麟线路情况，后续还有增加牵引质量、提速提效的空间，所以大功率的HXN3机车更适合宝麟铁路长大坡度线路。

6、建议

因宝麟铁路建设期的大量债务转移到运营期，导致宝麟公司当前经营负责率达97%，各股东也不愿意再进行增资，购置机车1.84亿元资金来源是面临的最大问题。

虽然宝麟公司现阶段经营困难，但当前还有一定量的固定货源，此条铁路在麟北矿区具有特殊的区位优势，后期还有货运增量空间。第二大股东急待宝麟公司破产，坐等收购破产残值自行运营，实现其减少煤炭铁路运输环节的成本；还有某中铁工程局集团也看重此铁路的远期潜力，有收购的意向。

为防止陕西省国有资产、有盈利潜力的省属铁路资源落入他手，从长远考虑，建议陕铁集团内部企业抱团取暖，由控股方陕铁投集团出资购置8台HXN3机车,资产归陕铁投集团，可由其全资子公司陕铁工程公司负责运营管理这些机车。陕铁工程公司再把机车租赁给宝麟公司，一方面可以帮助宝麟逐步解困，节约部分机车运用成本、运输组织上整体提升运能、节支增效；另一方面可以给陕铁工程公司拓展机车租赁业务，解决部分人员的“饭碗”问题。如果后续宝麟经营状况好转，可以将机车折旧残值作为宝麟增资资本，增大控股方股权占比，提升后期控股方话语权。

受专业水平所限，以上文中有不周全之处，还请读者谅解。

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