跨座式單軌交通車輛段試車線長(zhǎng)度計(jì)算研究

胡恩德，巨邦盛，李 波

(重慶市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，重慶 401122)

跨座式單軌交通車輛段試車線長(zhǎng)度計(jì)算研究

胡恩德，巨邦盛，李 波

(重慶市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，重慶 401122)

跨座式單軌交通車輛新車組裝及檢修后均需要在試車線進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試，以檢驗(yàn)新車組裝質(zhì)量和修程車檢修質(zhì)量；檢驗(yàn)車輛技術(shù)狀態(tài)，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試和性能試驗(yàn)。在車輛段設(shè)計(jì)中，試車線的設(shè)計(jì)非常重要，其設(shè)計(jì)重點(diǎn)是合理確定試車線長(zhǎng)度。采用平均加速度法和牽引計(jì)算法對(duì)單軌交通試車線長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，分析比較高速試車和中速試車2種試車工況的計(jì)算結(jié)果，指出試車線長(zhǎng)度設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)先采用牽引計(jì)算方法得出的數(shù)據(jù)，并根據(jù)用地條件設(shè)計(jì)試車線。當(dāng)車輛段試車線長(zhǎng)度不能滿足高速試車要求時(shí)，應(yīng)在正線選擇合適區(qū)段進(jìn)行高速試車。

跨座式單軌交通；試車線；長(zhǎng)度計(jì)算;設(shè)計(jì)

1 概述

跨座式單軌交通車輛采用無(wú)搖枕轉(zhuǎn)向架，橡膠輪胎，具有噪聲低，轉(zhuǎn)彎半徑小，爬坡能力強(qiáng)的特點(diǎn)。與地鐵系統(tǒng)一樣，跨座式單軌車輛新車和修竣車均需進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試，因此車輛段應(yīng)設(shè)置1條試車線，以滿足調(diào)試需要，目前重慶單軌系統(tǒng)的4個(gè)車輛段都設(shè)置有試車線，因受用地條件的限制，試車線長(zhǎng)度不同，所能承擔(dān)的任務(wù)也有差異。其長(zhǎng)度主要與列車的性能，包括運(yùn)行速度、制動(dòng)性能和參數(shù)以及試車綜合作業(yè)要求有關(guān)。試車線設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)長(zhǎng)度、曲線半徑、坡度都有要求[1]，單軌系統(tǒng)的試車線也有自己的特點(diǎn)：試車線采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁，供電方式為軌道梁兩側(cè)剛性接觸網(wǎng)，試車線首末端要安裝特制的車擋，因軌道梁面距地面有一定高度，需設(shè)置專門的登車小站臺(tái)。試車線不設(shè)檢修地溝，但需設(shè)過軌人行通道。如果條件允許，試車線應(yīng)盡量滿足75 km/h高速試車要求，最低限度也應(yīng)能進(jìn)行50 km/h中速試車[1]。

2 跨座式單軌交通車輛的試驗(yàn)

單軌車的試驗(yàn)分為靜態(tài)調(diào)試和動(dòng)態(tài)調(diào)試，其中動(dòng)態(tài)調(diào)試需要在試車線上進(jìn)行，在新車組裝合格后以及列車進(jìn)行重點(diǎn)檢修、全面檢修后都需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試[2]，分述如下。

2.1 新車交付試驗(yàn)

試驗(yàn)流程：車輛制造完成→按有關(guān)規(guī)范在制造廠進(jìn)行必要的試驗(yàn)→出廠運(yùn)送到用戶→將每節(jié)車廂和轉(zhuǎn)向架用平板車運(yùn)到車輛段進(jìn)行組裝→靜調(diào)→試車線試驗(yàn)→正線試驗(yàn)→上線運(yùn)行[3]。

主要試驗(yàn)內(nèi)容如下[4]。

新車經(jīng)組裝檢查合格后作庫(kù)內(nèi)走行試驗(yàn)，在試車線進(jìn)行加速度試驗(yàn)(普通加速和高加速)，常用制動(dòng)試驗(yàn)，緊急制動(dòng)試驗(yàn)，退行超速保護(hù)性能試驗(yàn)，縱向救援連掛試驗(yàn)，車門開、關(guān)試驗(yàn)，旁路功能檢查。并應(yīng)進(jìn)行模擬AW2工況(即滿載工況)和AW3(即超載工況)運(yùn)行試驗(yàn)。

車輛運(yùn)行過程中，監(jiān)控顯示車輛狀態(tài)正確，車輛運(yùn)行平穩(wěn)，走行部分無(wú)異常振動(dòng)和聲音。

司機(jī)在試車線每次轉(zhuǎn)換方向運(yùn)行時(shí)，必須在規(guī)定位置停穩(wěn)聯(lián)系信號(hào)樓，得到信號(hào)樓下放速度碼后方能動(dòng)車。非正常情況可以例外。

新車在試車線試驗(yàn)完成以后，還必須上正線試驗(yàn)，主要試驗(yàn)項(xiàng)目有主電機(jī)試驗(yàn)、牽引電機(jī)的各種性能進(jìn)行確認(rèn)、噪聲試驗(yàn)、坡停、開關(guān)門試驗(yàn)及開關(guān)門狀態(tài)顯示試驗(yàn)、列車網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)試驗(yàn)、屏蔽門與車門聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)等。

新車調(diào)試未進(jìn)行車輛交車前(車載ATP無(wú)法使用)，試車線試驗(yàn)時(shí)應(yīng)切除ATP設(shè)備進(jìn)行駕駛調(diào)試，但只許在規(guī)定區(qū)段按限制速度調(diào)試。

2.2檢修后的試驗(yàn)[5]

列車重檢、全檢→編組調(diào)試→靜調(diào)→試車線試驗(yàn)→正線試驗(yàn)→交付運(yùn)營(yíng)。

列車檢修后上試車線調(diào)試，重點(diǎn)檢查主電動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況、車輛的起動(dòng)性能應(yīng)正常，測(cè)定加速度、減速度，檢查制動(dòng)性能應(yīng)正常，車輛儀表、軸承、門窗等各部分運(yùn)行正常，無(wú)異常情況。 列車控制裝置、ATP/TD信號(hào)系統(tǒng)各項(xiàng)功能正常。試車線調(diào)試合格后列車應(yīng)上正線試驗(yàn)。

3 試車線的功能和任務(wù)

試車線承擔(dān)新車和檢修后車輛功能檢查、牽引性能試驗(yàn)和制動(dòng)性能試驗(yàn)、車載信號(hào)系統(tǒng)試驗(yàn)，以及車載顯示測(cè)試，報(bào)警、登錄和診斷測(cè)試等[6-7]。

車門、屏蔽門(PSD)聯(lián)動(dòng)測(cè)試，與其他系統(tǒng)的接口測(cè)試，雙側(cè)車站定位停車測(cè)試在正線試驗(yàn)時(shí)完成。

試車線還承擔(dān)新司機(jī)駕駛教學(xué)任務(wù)，新司機(jī)需在試車線上學(xué)習(xí)駕駛，考核合格后才能跟車上正線實(shí)習(xí)。

由于試車線承擔(dān)車輛組裝、檢修后動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的任務(wù)，只有動(dòng)態(tài)試驗(yàn)合格的車輛才能上正線試驗(yàn)，交付運(yùn)營(yíng)，因此在車輛段的設(shè)計(jì)工作中，試車線的設(shè)計(jì)也顯得非常的重要。

4 設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)試車線設(shè)計(jì)的規(guī)定

(1)《跨座式單軌交通設(shè)計(jì)規(guī)范》( GB50458—2008)規(guī)定[8]：車輛段應(yīng)設(shè)試車線。試車線的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列要求：

試車線應(yīng)為平直線路，困難條件下允許在線路端部設(shè)曲線。試車線應(yīng)有配套的信號(hào)和供電設(shè)備，試車線的其他技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)宜與正線標(biāo)準(zhǔn)一致；

試車線的有效長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)車輛性能、技術(shù)參數(shù)以及試車綜合作業(yè)要求計(jì)算確定，試車線盡端應(yīng)設(shè)車擋；

應(yīng)在試車線的適當(dāng)位置設(shè)置試車設(shè)備房屋；

地面試車線應(yīng)有一段不小于一列車長(zhǎng)度的硬化地面，便于維修人員作業(yè)。

(2)《城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》(建標(biāo)104～2008)規(guī)定[1]：“承擔(dān)定修及以上修程的車輛段應(yīng)設(shè)試車線，其長(zhǎng)度應(yīng)滿足列車高速運(yùn)行性能試驗(yàn)要求。在困難條件下，因用地長(zhǎng)度不足，試車線長(zhǎng)度可按中速(50 km/h)運(yùn)行試驗(yàn)，完成車輛動(dòng)力運(yùn)行試驗(yàn)，也可在正線上指定地段完成高速運(yùn)行性能和有關(guān)信號(hào)的試驗(yàn)。”

因完全理想的試車線場(chǎng)地難以實(shí)現(xiàn)，為適應(yīng)地形，試車線一般都設(shè)計(jì)有曲線，實(shí)際設(shè)計(jì)中試車線設(shè)計(jì)采用的最小曲線半徑300 m；一般設(shè)計(jì)為平坡，困難條件下可設(shè)在不大于5‰的坡道上。試車線采用關(guān)節(jié)型道岔或具有同等性能的道岔，當(dāng)影響試車速度時(shí)采用關(guān)節(jié)可撓型道岔。

重慶市跨座式單軌交通2號(hào)線試車線采用了關(guān)節(jié)型道岔，3號(hào)線童家院子車輛段試車線采用了平移式道岔。

對(duì)關(guān)節(jié)型道岔和平移式道岔，道岔處于直線狀態(tài)時(shí)列車可不限速，當(dāng)?shù)啦硖幱谇€或折線狀態(tài)時(shí)，列車在AW0(空載)狀態(tài)下通過道岔的限制速度為15 km/h。試車線設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證線路通過道岔時(shí)處于直線狀態(tài)[8]。

5 跨座式單軌列車試車線的長(zhǎng)度計(jì)算

試車線應(yīng)有足夠的長(zhǎng)度，才能滿足車輛高速試車的要求，對(duì)跨座式單軌交通車輛，試車線長(zhǎng)度應(yīng)滿足列車最大設(shè)計(jì)8輛編組試驗(yàn)的要求，可按以下方法計(jì)算。

5.1 理論計(jì)算

5.1.1車輛相關(guān)參數(shù)[8]

(1)列車長(zhǎng)度(車鉤連接面之間長(zhǎng)度)：4編組列車長(zhǎng)60.2 m，6輛編組列車長(zhǎng)89.4 m；8輛編組列車長(zhǎng)118.6 m。

(2)最高運(yùn)行速度Vmax：75 km/h(20.83 m/s)

(3)起動(dòng)平均加速度a1：不小于0.833 m/s2(列車速度從0 km/h達(dá)到30 km/h)

(4)常用制動(dòng)平均減速度a3：1.1 m/s2

(5)緊急制動(dòng)減速度：1.25 m/s2

(6)試驗(yàn)惰行時(shí)間：5 s

(7)試驗(yàn)安全距離：120 m

5.1.2平均加速度法計(jì)算試車線長(zhǎng)度[9]

根據(jù)車輛調(diào)試大綱的規(guī)定，列車動(dòng)車試驗(yàn)過程基本方式為：以低速(v≤7 km/h速度)巡線一周，檢查試驗(yàn)線上的路況(注意線路上應(yīng)無(wú)鐵屑等易損壞車輪的異物)，一切正常后方可進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)過程為列車加速、惰行、減速，停車，其計(jì)算公式可為[10]

S=S1+S2+S3+S4+S5

其中，S為試車線長(zhǎng)度，m；S1為啟動(dòng)距離，m；S2為惰行距離，m；S3為制動(dòng)距離，m；S4為車身距離，m；S5為安全距離，m。

(1)列車按最高運(yùn)行速度試車時(shí)試車線長(zhǎng)度計(jì)算

①啟動(dòng)距離

m

②運(yùn)行(惰行)距離(按5 s 計(jì))

S2=Vmaxt=20.83×5=104.15 m

注：綜合考慮惰行延遲和制動(dòng)響應(yīng)等時(shí)間2 s。

③安全距離S5取值為130 m

8輛編組列車試車線長(zhǎng)度S=118.6+763.65+104.15+238.88+130≈1 355.28 m

(2)列車按50 km/h左右運(yùn)行速度試車時(shí)試車線長(zhǎng)度計(jì)算

②運(yùn)行(惰行)距離(按5 s計(jì))

S2=V50t≈13.89×5≈69.45 m

注：綜合考慮惰行延遲和制動(dòng)響應(yīng)等時(shí)間2 s。

③安全距離S5取值為130 m

8輛編組列車試車線長(zhǎng)度S=118.6+154.09+69.45+115.48+130≈587.62 m

5.2 牽引計(jì)算

根據(jù)車輛特性曲線，采用牽引計(jì)算方法可以比較準(zhǔn)確計(jì)算試車線長(zhǎng)度?？紤]到新車需按AW2(滿載)工況試驗(yàn)，應(yīng)按AW2工況條件進(jìn)行牽引計(jì)算。牽引、制動(dòng)特性曲線如圖1所示。

圖1 單軌車輛牽引、制動(dòng)特性曲線

AW2工況下速度為75 km/h時(shí)，牽引計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

圖2 AW2工況下速度為75 km/h時(shí)的牽引計(jì)算簡(jiǎn)圖

從牽引計(jì)算結(jié)果可知，0～75 km/h啟動(dòng)距離997 m，而用平均加速度法計(jì)算的啟動(dòng)距離為763.65 m，相差233.35 m。牽引計(jì)算的制動(dòng)距離343 m，平均加速度法計(jì)算制動(dòng)距離為238.88 m，相差104.12 m。牽引計(jì)算的8輛編組AW2工況試車線長(zhǎng)度為1 778.6 m。

AW0工況(空載)下速度為75 km/h時(shí)，牽引計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖3 AW0工況下速度為75 km/h時(shí)的牽引計(jì)算簡(jiǎn)圖

從圖3中可知，0～75 km/h啟動(dòng)距離584 m，制動(dòng)距離275 m。與平均加速度法計(jì)算值比較，啟動(dòng)距離誤差179.65 m，制動(dòng)距離誤差36.12 m。牽引計(jì)算試車線長(zhǎng)度為1 218.6 m，與平均加速度法計(jì)算的試車線長(zhǎng)度相差136.68 m。

比較可知，用平均加速度法計(jì)算的試車線長(zhǎng)度比較接近于AW0工況牽引計(jì)算結(jié)果。由于列車檢修后都是在AW0條件下上試車線試驗(yàn)，所以按AW0計(jì)算的試車線長(zhǎng)度能滿足一般檢修試車。AW2工況下，試車線要求的長(zhǎng)度要長(zhǎng)很多，一般車輛段都達(dá)不到要求，只能在正線試驗(yàn)。

計(jì)算AW0和AW2兩種工況條件下，8輛編組列車以75 km/h和50 km/h試車線計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 75 km/h和50 km/h試車線計(jì)算結(jié)果

從計(jì)算結(jié)果可知，中速試車時(shí)，平均加速度法的計(jì)算結(jié)果接近于牽引計(jì)算結(jié)果。試車速度越高，其誤差越大。

從以上的計(jì)算可以得出結(jié)論，對(duì)單軌列車而言，試車線長(zhǎng)度應(yīng)達(dá)到1 300 m以上，才能滿足檢修試車需要。更高速度的試車則需要上正線進(jìn)行。如受到地形限制，只能中速試車時(shí)，試車線的長(zhǎng)度至少應(yīng)為700 m。

6 重慶跨座式單軌線路試車線

重慶市軌道交通3號(hào)線童家院子車輛段設(shè)置了長(zhǎng)度為1 400 m的試車線1條。由于受基地總平面布置及場(chǎng)地的影響，試車線中部設(shè)置半徑為400 m的曲線一段，當(dāng)曲線不設(shè)超高時(shí)，可滿足檢修后的列車和新購(gòu)車進(jìn)行空載工況高速動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。試車線縱斷面設(shè)計(jì)試車線全長(zhǎng)范圍均設(shè)計(jì)為平坡。車輛最大運(yùn)行速度為75 km/h，試驗(yàn)線由于長(zhǎng)度條件限制和安全限制最大運(yùn)行速度不可以超過65 km/h。高速牽引制動(dòng)性能試驗(yàn)，在正線選擇平直區(qū)段進(jìn)行[11]。

2號(hào)線試車線設(shè)置在大堰村車輛段，也是重慶首條試車線，最小曲線半徑300 m，設(shè)計(jì)為平坡。受地形限制，車輛段內(nèi)設(shè)長(zhǎng)度700 m的試車線1條，平坡，有300 m半徑的曲線2處。當(dāng)曲線不設(shè)超高時(shí)，其長(zhǎng)度滿足45 km/h速度的試車要求；當(dāng)曲線設(shè)2%超高時(shí)，其長(zhǎng)度滿足50 km/h速度的試車要求。此外，修竣車和新購(gòu)車的高速牽引制動(dòng)性能試驗(yàn)，考慮在正線的濱江路段CK1+450～CK3+700區(qū)段進(jìn)行。該區(qū)段全長(zhǎng)約2.25 km，最小曲線半徑為300 m，最大坡度為4.5‰，可滿足列車進(jìn)行75～80 km/h的高速試驗(yàn)[12]。

重慶目前正在建設(shè)的3號(hào)線南延伸道角車輛段設(shè)有長(zhǎng)度627.6 m試車線，也只能滿足中速試車要求。2號(hào)線延伸線白居寺車輛段試車線長(zhǎng)度為585.98 m，尚不能滿足中速試車要求的長(zhǎng)度，只能滿足2號(hào)線目前4輛編組列車中速試車，6輛編組列車低速試驗(yàn)。

重慶長(zhǎng)客車輛公司設(shè)計(jì)的廠內(nèi)動(dòng)調(diào)線，因廠區(qū)條件很有限，其長(zhǎng)度只有400 m左右，只能用作低速試車。

7 試車線附屬設(shè)備

跨座式單軌試車線因其軌面距地面約有2.2 m，需設(shè)置小站臺(tái)登車，列車前進(jìn)方向線路末端需設(shè)置特制的車擋。試車房屋一般設(shè)在信號(hào)樓內(nèi)，試車線路沿線設(shè)置信號(hào)地面設(shè)備。

8 結(jié)論

(1)為滿足新車調(diào)試和運(yùn)營(yíng)檢修的試驗(yàn)要求，車輛段有條件時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)滿足車輛高速試車長(zhǎng)度要求的試車線，至少也應(yīng)滿足中速試車要求，當(dāng)試車線長(zhǎng)度不足時(shí)，應(yīng)在正線選擇適合高速試車的區(qū)段。

(2)試車線長(zhǎng)度計(jì)算中，根據(jù)平均加速度法和牽引計(jì)算結(jié)果，優(yōu)選牽引計(jì)算確定的試車線長(zhǎng)度。

(3)車輛動(dòng)態(tài)調(diào)試前應(yīng)經(jīng)靜調(diào)合格，安全性驗(yàn)證通過以后，按編制好的調(diào)試大綱進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試。

(4)試車線長(zhǎng)度應(yīng)達(dá)到1 300 m以上，至少應(yīng)為700 m。

[1] 北京城建設(shè)計(jì)研究總院有限責(zé)任公司.建標(biāo)104—2008 城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2008．

[2] 長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司.重慶跨座式軌道交通3號(hào)線試驗(yàn)大綱[Z].長(zhǎng)春：長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司，2010.

[3] 鐵科院北京工程咨詢有限公司，北京地下鐵道運(yùn)營(yíng)有限公司，長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司.GB/T14894—2005 城市軌道交通車輛組裝后的檢查和試驗(yàn)規(guī)則[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005．

[4] 重慶市軌道交通總公司，重慶市軌道交通設(shè)計(jì)研究院.CJ/T 287—2008跨座式單軌交通車輛通用技術(shù)條件[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008．

[5] 重慶市軌道交通(集團(tuán))有限公司.單軌列車檢修規(guī)程[S].重慶：重慶市軌道交通(集團(tuán))有限公司，2007．

[6] 張雄，李劍虹.論地鐵車輛段試車線的功能及設(shè)計(jì)要求[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2008(6)：101-105，111.

[7] 滕一陛.上海地鐵1l號(hào)線高速試車方案研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010(3)：134-137．

[8] 重慶市軌道交通總公司.GB50458—2008 跨座式單軌交通設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008．

[9] 薄海青.地鐵車輛段試車線長(zhǎng)度精確計(jì)算[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012(12)：116-120．

[10] 楊金虎.深圳地鐵機(jī)場(chǎng)快線試車線長(zhǎng)度計(jì)算[J].現(xiàn)代物業(yè)·新建設(shè)，2013，12(4)：118-120．

[11] 北京城建設(shè)計(jì)研究總院.重慶市軌道交通三號(hào)線一期工程初步設(shè)計(jì)[Z].北京：北京城建設(shè)計(jì)研究總院，2006.

[12] 鐵道部第二勘測(cè)設(shè)計(jì)院.重慶輕軌較新一期工程初步設(shè)計(jì)[Z].鐵道部第二勘測(cè)設(shè)計(jì)院.成都，2000．

Research on Length Calculation of Test Track in Straddle Type Monorail Transit Depot

Hu Ende， Ju Bangsheng， Li Bo

(Chongqing Rail Transit Design & Research Institute， Chongqing 401122， China)

In order to test the quality of assembled new vehicles and the maintenance quality of repaired vehicles， the straddle type monorail vehicles require dynamic debugging in the test track after assembly or maintenance. The technical conditions of vehicles are inspected and system debugging and performance test are conducted. It is very important to design a test track when a depot is design， especially the defining of the length of the test track. In this paper， the average acceleration method and traction calculation method are employed to calculate the length of the test track; the calculation results of the two kinds of test conditions in high speed test and middle test are analyzed and compared; the design of test track length should give priority to traction calculation method to obtain data， and test track is so designed according to the site conditions. When the test track length in depot can not meet the requirements of high speed test， an appropriate section of the main line shall be selected for high-speed test．

Straddle type monorail transit; Test track; Length calculation; Design

2014-01-14；

：2014-03-10

胡恩德(1965—)，男，高級(jí)工程師，1986年畢業(yè)于重慶大學(xué)，工學(xué)學(xué)士，E-mail:549831675@qq.com。

1004-2954(2014)11-0147-05

U232

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.11.034