能源消耗越来越大，而能源消耗变大的同时，意味着对环境污染造成的压力越来越大，其所产生的费用消耗也越来越多。因此，加强能源的节约利用与有效管理，则成为我国现阶段经济发展过程中必须要重视与解决的问题。铁路作为支撑国民经济发展的重要支柱，铁路运输能源消耗成本占据了运输总成本的百分之二十，加强铁路能耗管理意义重大。现阶段来说，我国铁路运输主要以内燃机车为主，内燃机车燃油消耗占据了铁路运输成本的主要部分。但是，我国铁路内燃机车燃油管理相对来说水平不高，对于燃油计量也主要以油箱的油位标尺为主要的观测方法，其得到的油耗数据真实性与精准性不高，为国家带来了较大的经济损失。随着国家对内燃机车油耗管理的重视程度不断提升，内燃基础油耗管理系统也在一定程度上取得了进展，但是其发展水平仍然相对较低，还需要我们进一步探索与研究。

一、铁路内燃机车油耗计量方法

（一）流量检测法

流量检测法主要是在内燃机车的进油、回油管路上安装相应的流量计，以流量计的差值对内燃机车油耗进行计算。流量检测法具有精准度高的特点，能够最大程度上反映内燃机车的瞬时油耗，且数据的采集也相对简单。但是该方法安装流程相对复杂，使用时间过长会产生误差累计，因此流量计要定期进行拆卸，从而确保流量计的精度。

（二）液位检测法

所谓的液位检测法，就是在内燃机车的邮箱内安装液位传感器，通过收集传感器数据对内燃机车的油耗进行计算。液位检测法安装简单方便，即便长时间使用也不会产生误差累计，能够随时进行标定。但是该方法无法对机车的瞬时油耗进行计算，并且受油箱的容积与高度不完全线性、油箱倾斜等因素的影响，导致数据处理相对复杂^[1]。

二、影响铁路内燃机车油耗的影响因素

（一）柴油机工作质量

对于内燃机车油耗影响因素而言，柴油机工作质量有着较大的影响。柴油机工作质量稳定是降低内燃机车油耗的基础与前提，而如果柴油机工作质量不稳定，那么即便在科学先进的方法也无法起到作用。简单来说，只有保证内燃机车柴油机工作质量，使其始终处在良好稳定的燃烧热力状态，才能有效确保油耗的降低。柴油机由增压系统、冷却系统、进排气系统以及燃油系统等结构构成，必须确保各结构稳定良好的工作状态，才能为油耗降低提供基础。增压器工作状态对柴油机工作质量有着极大的影响。其压力是否能够保持在较高的压力水平，对内燃机车的耗油有着直接的影响。中冷器是确保内燃机车节油的重要环节。实验证明，增压空气温度每降低10摄氏度，柴油机的功率可以提高2%-3%，在确保柴油机功率不变的前提下，燃油消耗则降低1.5%。但是如果中冷器发生堵塞、叶片倾倒等现象，则为导致空气流通阻力变大，一旦空气进入不足，冷却效果受到影响，就会导致柴油机功率下降、排气总管发生故障等问题，进而增加燃油消耗。总而言之，柴油机工作质量对内燃机车油耗管理有着极其重要的影响，一定要重视保障柴油机保障良好稳定的工作质量，从而有效降低燃油消耗，实现节能与减少经济损失的目的。

（二）机车冬季打温

内燃机车在冬季运行时，为了确保内燃机车不发生冻害事故，在内燃机车使用时，需要将柴油机的油、水温度提高到20摄氏度以上才能起机，也就是说，在冬季温度较低时，内燃机车在站内停留时必须进行打温，从而才能正常运行。现阶段，我国内容机车冬季打温的主要方式是利用柴油机怠速着火打温，该打温方式对于燃油的消耗相对较大。内燃机车在以年为单位的运行周期中，大概有20%的时间需要在站内停留打温，这样一来不但造成了内燃机车部件的磨损，缩短了内燃机车的使用周期，同样也因为怠速着火打温，造成柴油机喷油压力较低，燃烧状态不良，在排出大量有害气体对环境造成污染的同时，也极大的增加了燃油的消耗，造成大量的经济损失^[2]。

（三）司机操作水平

在影响内燃机车油耗的众多因素中，司机的操作水平绝对有着不容忽视的影响。通过调研分析得知，在同等条件下，不同班车的内燃机车油耗各不相同，同样的调车作业司机因为使用的操作方法不同，导致油耗发生不同的变化，如司机对路面的熟悉程度、调车作业的行车速度、操作是否平稳、制动是否恰当等，都会产生的不同的油耗。

（四）卸车速度

铁路内燃机车基本上都承担着运输的重任，因此卸车速度在一定程度上也对机车油耗有着较大的影响。同一排车卸车速度越快，机车等待的时间就越短，油耗相对较少，反之油耗就会增多。尤其是在冬季，内燃机车卸车时间长，在卸车过程中机车需要喛车，进而导致机车煤油消耗相对较多。

（五）其他因素

另外，内燃机车在运行过程中，线路道岔状况不同，列出内部作用力、机车的滚动阻力等也会对油耗产生影响。线路的水平、方向、曲线的圆顺等，都可能导致机车运行阻力加大，或是发生晃动，导致油耗增加。同时，机车的传动轴的动量也会影响机车的传动效率，如果车轮的椭圆度及尺寸不够标准，也会增加相应的运行阻力，进而增加油耗。

三、铁路内燃机车油耗管理系统设计

降低铁路内燃机车油耗，既是相应国家节能减排的政策要求，也是降低经济损失的重要途径。为此，加强铁路内燃机车油耗系统的研究至关重要。

（一）系统架构

1、表示层

以MVVM（Model-View-View-Model）模式的Angular 16前端框架技术与Ant Design技术的的ng-zorro组件为基础，设计相应的用户操作界面，主要是用于人机交互，为用户提供简单、直观、清晰的操作界面。

2、网关层

主要是承担系统架构中微服务调用的过滤器与路由器，从而最大程度上提高燃油管理系统的管理效率。利用Spring Cloud Gateway，能够最大程度上为具体业务的开展提供特定的流控策略、缓存策略等服务，集安全控制、异常处理等功能于一体。

3、服务层

该设计主要承担访问控制与业务逻辑处理功能，以SpringCloud Alibaba微服务框架为载体，将业务与基础服务纳入其中。基础服务包括认证、授权、任务调度、分布式事务服务等内容。业务服务就是具体的业务功能，随着实际业务需求可随时进行优化调整，从而提高内燃机车油耗管理系统的适用性。

4、数据访问层

主要负责与数据库的交互，从而实现对数据的增、删、查、改等功能。在实际的开发过程中，开发人员不需要重视数据存储的具体细节，这样一来有效的提高了开发效率，转而以业务需要为核心进行定制化处理，在确保数据访问权限得到控制的同时，确保授权用户可以随时访问数据，最大程度上保障数据安全。

5、数据层

该设计主要是保证数据的存储与访问。主要以数据库、缓存服务器、分布式文件系统三种模式为主。数据层存储结构化的数据，确保系统业务逻辑的关联性。缓存服务器则主要存储被频繁访问且要求响应时间短的信息资源。而分布式文件系统则主要是维护元数据并负责控制垃圾回收、负载均衡、接收处理数据I/O 请求等操作。

（二）信息系统

为了有效降低内燃机车燃油消耗，内燃机车燃油管理系统要制定符合需要的信息管理系统，加强对燃油消耗的管理与追踪。信息系统的建设应当包括内燃机车运行监控记录装置（LKJ）数据阜南县系统、机务运用安全管理系统、铁路机车统计系统。作为内燃机车燃油管理分析系统的支柱，信息系统的建设有利于为司机提供大量的信息数据，从而方便司机进行牵引作业，降低燃油消耗。信息系统提供的数据信息包括机车类型、自重、换长等基础数据。LKJ数据分析系统主要提供机车运行信息，安全管理系统则主要通过机车作业计划、司机乘务出勤记录等。铁路机车统计系统则主要是对司机日内实际消耗的燃油数据进行统计分析^[3]。

四、铁路内燃机车油耗管理系统功能设计

（一）油耗分析数据管理

主要是利用LKJ系统对运行记录进行查询，还有对司机乘务出勤、退勤记录查询、司机乘务员派班计划查询、司机报单查询等，通过定时任务的方式对机务产生的数据进行收集整理与分析。

（二）机车打温补充管理

收集机车打温信息并进行审核，机车打温信息的采集需要按照业务部门的实际要求，以机务段整备车间与检修车间人员的补录作为主要的录入信息，同时核对任务对上报的信息进行核实，确保上报信息精准真实。

（三）单耗模型字典管理

该功能主要是对温度参数字典进行管理，以便更好的管理线路名称、机车运行月份、温度、修正系数等之间的关系。管理燃油属性参数字典，可以有效的对热值与热效率属性值进行维护。管理机车空载单耗字典，则可以更好的平衡与维护机车类型、空载能耗之间的关系。管理机车起动单位阻力字典，则可以最大限度上平衡机车类型、工况、基础阻力系数、滚动阻力系数、空气阻力系数之间的关系。此外，管理线路字典，能够有效的对线路名称、上下行标志、线路类型、起始里程等关系进行维护^[4]。

（四）单耗模型公式管理

该功能主要是对内燃机车5个作业阶段所消耗的燃油进行维护管理，包括计算子公式的增、删、改、查以及启用等操作。单耗公式能够有效的计算因子、因子取值属性、阈值范围进行精准维护，确保公式计算结果的真实、精准与有效。

（五）综合统计分析管理

主要是对机车油耗的综合分析查询、统计区段基础单耗信息、司机乘务员节能评价查询等。机车单耗综合分析查询主要分为配属单位、支配单位、主司机、副司机、机车号码、出库及入库时间等进行查询。区段机车单耗查询则是以线路名称、支线名称、特定渠道等进行查询统计。司机乘务员节能查询则是更加司机报单、司机操作评价等进行分析，从而统计司机操作对油耗的影响以及后续改进方案进行指导。

五、铁路内燃机车油耗管理系统关键技术

在铁路内燃机车油耗管理系统的研究中，其关键技术便是内燃机车燃油单耗模型的设计，在进行设计时，需要根据国家相关要求，对影响内燃机车燃油的直接与间接因素进行分析。直接因素包括机车型号、种类、运行速度、工况以及机车性能等。间接因素则包括运行线路、环境因素、燃油特性、司机操作习惯等。通过机车在牵引作业中的受力情况进行分析，结合列出实际运行的地理位置及天气因素等进行计算，从而得出适用于自身的燃油能耗技术公式。

∑（Pk·t）=(∑W空载+∑W起步+∑W基本+∑W附加+∑W制动)

·λ温度·λ海拔·λ损耗

在该模型计算公式中，Pk代表内燃机车功率（单位Kw）；t为机车运行时间（单位h）；W空载为机车空载工况（单位J）；W起步为机车起步阻力（单位J）；W基本为机车基本阻力（单位J）；W附加则表达机车坡道附加阻力、曲线附加阻力、隧道附加阻力（单位J）；W制定时机车电阻制动（单位J）；λ温度为平均温度系数；λ海拔为平均海拔系数；λ损耗为机车损耗系数。

内燃机车单耗则以机车牵引一吨重量运行一万公里的燃油消耗，以W单耗表示。由此可以的知，内燃机车燃油单耗模型公式为：

W单耗=∑（Pk·t）·10 000/(L·Z)

L作为机车运行里程，Z为机车总质量。

六、铁路内燃机车油耗管理系统的应用

铁路内燃机车油耗管理系统的研究与应用，对提高铁路运输的经济效益、企业效益与社会效益有着重要的影响。通过燃油管理系统的应用，内燃机车能源消耗方面起到了明显的节约作用，同时也能够及时有效的发挥油耗管理过程中存在的问题，并进行针对性的改进与完善，不但可以为铁路集团信息化、规范性油耗管理系统的发展提供了经验，也能为铁路集团节省大量的资金，为科技研发提供充足的资金支撑。此外，内燃机车油耗管理系统的应用，还能够提高节能工作的科学化、规范化、信息化与制度化发展，提高全体工作人员对环境保护的意识，增强工作人员的节能意识、环保意识与社会意识，对铁路现代化发展有着积极的促进作用^[5]。

总结：

本文以影响内燃机车燃油的因素为导向，设计了相应的内燃机车油耗管理系统，最大程度上保证系统设计与功能设计的完善与针对性，通过分析系统架构关键技术，确保设计出的油耗管理系统科学有效，可以有效的满足铁路能源节约、环保的发展理念，为我国铁路事业的发展奠定基础。

参考文献：
[1]周鹏,张喜书,李宝成.内燃机车单机能耗系统的开发与应用[J].内燃机与配件,2022,(11):91-93.

[2]许人华,姚国胜.关于中国铁路内燃机车及其柴油机发展问题的研讨[J].铁道机车与动车,2021,(01):1-7+19.

[3]陶斯友,崔海港.内燃机车油耗仿真计算及交互界面设计[J].铁道机车与动车,2020,(12):26-29+48.

[4]李茂林.内燃机车能耗影响因素研究[J].机电信息,2019,(17):150-151.

[5]佟英华.内燃机车油耗分析及节油措施[J].化工管理,2018,(32):168-169.

作者简介：赵飞（1991.3-）男，黑龙江龙江人，大专，助理工程师，研究方向：铁路内燃机车运用与检修。