跨坐式單軌車輛組裝后的試驗(yàn)驗(yàn)證體系探討

李輝光 羅 唐

(中車浦鎮(zhèn)龐巴迪運(yùn)輸系統(tǒng)有限公司，241060，蕪湖//第一作者，工程師)

跨坐式單軌是擁有獨(dú)立路權(quán)的中小運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)外具有廣泛的應(yīng)用案例和良好的應(yīng)用前景[1-2]。軌道交通車輛是高度集成的復(fù)雜系統(tǒng)，為驗(yàn)證多個(gè)功能相關(guān)的子系統(tǒng)是否能按照設(shè)計(jì)要求和系統(tǒng)架構(gòu)協(xié)同工作，必須在軌道交通車輛組裝后進(jìn)行一系列的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，用以驗(yàn)證所有功能要求均已得到滿足，并且安全可靠。在結(jié)合已有標(biāo)準(zhǔn)和多年運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，眾多學(xué)者對(duì)地鐵車輛系統(tǒng)及其試驗(yàn)驗(yàn)收進(jìn)行了深入研究[3-6]，但在跨坐式單軌車輛組裝后的檢查與試驗(yàn)方面，目前還沒(méi)有相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。重慶和蕪湖的單軌線路均是在參考國(guó)際電氣協(xié)會(huì)制定的IEC 61133—2016標(biāo)準(zhǔn)后[7]，分別基于日立或龐巴迪單軌車輛的技術(shù)要求和試驗(yàn)大綱開(kāi)展試驗(yàn)驗(yàn)收工作，因而，并未形成跨坐式單軌車輛完整的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)體系和試驗(yàn)驗(yàn)證體系。

建立跨坐式單軌車輛的試驗(yàn)驗(yàn)證體系，規(guī)范車輛組裝后的試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)和試驗(yàn)條件，能夠更加科學(xué)準(zhǔn)確地考核車輛的各項(xiàng)性能，進(jìn)行產(chǎn)品認(rèn)證，以保證車輛安全、可靠地運(yùn)行。

1 跨坐式單軌車輛的主要技術(shù)特點(diǎn)

與鋼輪鋼軌制式的軌道交通車輛不同，跨坐式單軌車輛采用橡膠輪胎跨行于梁軌合一的軌道梁上。軌道梁的寬度窄、梁柱細(xì)、跨度大，對(duì)日照和景觀影響小。

跨坐式單軌車輛轉(zhuǎn)向架除走行輪外，還安裝有導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪，夾行于軌道梁兩側(cè)，用以保證車輛安全平穩(wěn)地運(yùn)行，如圖1所示?？缱絾诬壾囕v具有爬坡能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)彎半徑小、噪聲低、振動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，可最大限度地減少對(duì)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施和周圍建筑的影響，選線設(shè)站也比較容易。

2 跨坐式單軌車輛組裝后的試驗(yàn)驗(yàn)證體系

目前國(guó)際通用的軌道交通列車整車試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為IEC 61133—2016《鐵路設(shè)施—鐵路車輛—車輛組裝后和運(yùn)行前的整車試驗(yàn)》。國(guó)內(nèi)城市軌道交通在車輛組裝后、投入使用前所采用的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 14894—2005《城市軌道交通車輛組裝后的檢查與試驗(yàn)規(guī)則》。但由于上述2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在制定時(shí)更多的是基于鋼輪鋼軌車輛的技術(shù)特點(diǎn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于跨坐式單軌系統(tǒng)并不完全適用。比如：在轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)、輪軌關(guān)系、橡膠輪胎爆胎等方面，不能完全應(yīng)用上述2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)及評(píng)價(jià)。

本文基于跨坐式單軌車輛的特點(diǎn)，參照IEC 61133—2016和GB 14894—2005，建立了跨坐式單軌車輛組裝后的試驗(yàn)驗(yàn)證體系，如表1和表2所示。表中，針對(duì)靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的各個(gè)項(xiàng)點(diǎn)明確了試驗(yàn)類型、載荷工況、試驗(yàn)地點(diǎn)，并列出了與之相對(duì)應(yīng)的參考標(biāo)準(zhǔn)條款。

3 若干典型試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)探討

從上述試驗(yàn)驗(yàn)證體系可以看出，雖然大部分試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)與GB/T 14894—2005和IEC 61133—2016標(biāo)準(zhǔn)相同，但由于跨坐式單軌膠輪車輛的特點(diǎn)，表2中增加了胎壓監(jiān)測(cè)和爆胎運(yùn)行試驗(yàn)。此外，根據(jù)跨坐式單軌車輛的特點(diǎn)和配置不同，在列車故障運(yùn)行、列車運(yùn)行安全性等試驗(yàn)的內(nèi)容和要求上也需要進(jìn)行修改。

表1 跨坐式單軌車輛靜態(tài)試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)

表2 跨坐式單軌車輛動(dòng)態(tài)試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)

3. 1 列車故障運(yùn)行能力試驗(yàn)

1) 試驗(yàn)?zāi)康?。?yàn)證跨坐式單軌列車喪失部分牽引動(dòng)力后的故障運(yùn)行能力。

2) 試驗(yàn)要求。地鐵國(guó)標(biāo)和地鐵車輛用戶需求書(shū)中通常要求列車在超員載荷和在喪失1/2動(dòng)力的情況下，應(yīng)具有在正線最大坡度上啟動(dòng)和運(yùn)行至最近車站的能力。此條款主要考慮單點(diǎn)故障造成一列車喪失1/2動(dòng)力后無(wú)法繼續(xù)前行的情況，避免列車發(fā)生單點(diǎn)故障時(shí)影響軌道交通線路的運(yùn)行秩序。對(duì)于采用獨(dú)立動(dòng)力控制的全動(dòng)力跨坐式單軌列車，在編組數(shù)不少于3輛時(shí)，同時(shí)發(fā)生2個(gè)及以上動(dòng)力單元故障的概率極小。跨坐式單軌線路坡度大，若選用過(guò)大的電機(jī)則性價(jià)比降低，建議可以不按上面喪失1/2動(dòng)力的條款做硬性要求，但仍應(yīng)滿足列車在超員載荷和最惡劣單點(diǎn)故障的情況下，能在最大坡度上啟動(dòng)并運(yùn)行到最近車站，且在清客后可維持運(yùn)行到終點(diǎn)這一要求，并根據(jù)線路條件對(duì)允許喪失動(dòng)力的最大比例進(jìn)行分析和試驗(yàn)。

3. 2 列車運(yùn)行安全性試驗(yàn)

1) 試驗(yàn)?zāi)康?。檢查跨坐式單軌列車以線路允許的最高速度通過(guò)時(shí)，其傾覆系數(shù)是否滿足運(yùn)行安全性要求。

2) 試驗(yàn)要求。與常規(guī)的軌道交通車輛相比，跨坐式單軌車輛轉(zhuǎn)向架多了導(dǎo)向輪與穩(wěn)定輪，分別起到導(dǎo)向和穩(wěn)定車輛的作用。因而，跨坐式單軌車輛具有高穩(wěn)定性。即使走行輪一側(cè)受力為0，只要穩(wěn)定輪的受力不為0，車輛仍可穩(wěn)定運(yùn)行。因此，單軌車輛的傾覆穩(wěn)定性不能僅僅通過(guò)走行輪一側(cè)受力為0就判斷其失穩(wěn)。

基于走行輪徑向載荷變化得到傾覆系數(shù)D1為：

D1=(Fz,l-Fj,l)/(Fz,l+Fj,l)

(1)

式中:

Fz,l——增載側(cè)走行輪徑向力；

Fj,l——減載側(cè)走行輪徑向力。

基于穩(wěn)定輪徑向載荷變化得到傾覆系數(shù)D2為：

D2=(Fz,s-Fj,s)/(Fz,s+Fj,s)

(2)

式中：

Fz,s——增載側(cè)穩(wěn)定輪徑向力；

Fj,s——減載側(cè)穩(wěn)定輪徑向力。

定義修訂傾覆系數(shù)Dm=max(D1,D2)。當(dāng)Dm<1時(shí)，車輛具有抗傾覆穩(wěn)定性。為了提高穩(wěn)定性和安全等級(jí)，這里規(guī)定Dm<0.8[8]。

3. 3 胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試驗(yàn)

1) 試驗(yàn)?zāi)康摹ｒ?yàn)證系統(tǒng)能夠檢測(cè)到單軌車輛輪胎的壓力、溫度等關(guān)鍵參數(shù)，并且可把狀態(tài)數(shù)據(jù)和報(bào)警信息上傳至列車管理系統(tǒng)。

2) 試驗(yàn)要求。胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由胎壓傳感器、接收器、系統(tǒng)主機(jī)3個(gè)主要部分組成?？缱絾诬壾囕v的每個(gè)走行輪和導(dǎo)向輪輪胎上均安裝了一個(gè)胎壓傳感器。傳感器實(shí)時(shí)采集輪胎內(nèi)的壓力、溫度等信息，利用無(wú)線高頻傳送方式發(fā)送給接收器。每輛車設(shè)置胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)，實(shí)時(shí)接收接收器上傳的狀態(tài)信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和上傳，并將判定的報(bào)警數(shù)據(jù)上傳給列車管理系統(tǒng)。

跨坐式單軌車輛走行部緊湊，無(wú)線胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所處的電磁環(huán)境復(fù)雜，且周邊有較多金屬物遮擋，應(yīng)結(jié)合線路條件在不同速度下進(jìn)行性能測(cè)試，以驗(yàn)證胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3. 4 爆胎運(yùn)行試驗(yàn)

1) 試驗(yàn)?zāi)康?。確?？缱絾诬壛熊囋谪?fù)載輪胎漏氣情況下仍可安全運(yùn)行。

2) 試驗(yàn)要求。將任意車輛的某一負(fù)載輪胎排氣后，在最大乘客載荷(AW3)下加速列車至80 km/h，保持該速度5 s，然后全制動(dòng)降速至15 km/h后列車可運(yùn)行距離應(yīng)大于線路的最大站間距(不小于2.5 km)；將列車上的試驗(yàn)載荷(AW3)卸載，將列車狀態(tài)恢復(fù)至空載載荷狀態(tài)(AW0)，加速列車至25 km/h后可以該速度勻速運(yùn)行到車輛段。試驗(yàn)過(guò)程中不得產(chǎn)生濃煙或輪胎脫落，不得超過(guò)車輛動(dòng)態(tài)包絡(luò)線。試驗(yàn)后應(yīng)進(jìn)行目測(cè)檢查，輪胎和防爆支撐體允許出現(xiàn)局部擦傷，但輪輞不得存在永久性殘余變形。

4 結(jié)語(yǔ)

跨坐式單軌造價(jià)低、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、建設(shè)周期短，具有良好的應(yīng)用前景。本文基于跨坐式單軌車輛的特點(diǎn)，在參考IEC 61133—2016和GB/T 14894—2005的基礎(chǔ)上，建立了跨坐式單軌車輛組裝后的試驗(yàn)驗(yàn)證體系，明確試驗(yàn)項(xiàng)點(diǎn)、試驗(yàn)類型、試驗(yàn)載荷、試驗(yàn)地點(diǎn)等要求，能夠規(guī)范跨坐式單軌車輛的驗(yàn)收，指導(dǎo)車輛的試驗(yàn)，也可為完善或制定相關(guān)規(guī)范提供參考。