四輛編組與六輛編組地鐵列車混跑分析及設(shè)計(jì)

肖飛

（ 中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，江蘇 南京210031）

目前，國(guó)內(nèi)城市軌道交通正在大力發(fā)展市郊、市域線路，這部分線路初期客流量預(yù)測(cè)基本都不大，但是隨著地鐵帶來(lái)的沿線快速發(fā)展，遠(yuǎn)期客流量會(huì)逐漸增加。為解決客流量增加問(wèn)題，可選擇初期采用短編組列車，遠(yuǎn)期將短編組列車擴(kuò)編或者增購(gòu)長(zhǎng)編組列車。擴(kuò)編會(huì)因車輛設(shè)備維護(hù)時(shí)間不統(tǒng)一而對(duì)車輛架大修造成麻煩。目前，諸如此類線路地鐵車輛的選擇，地鐵業(yè)主大多選擇初期采用短編組列車，遠(yuǎn)期增購(gòu)長(zhǎng)編組列車。因此，有了長(zhǎng)、短編組列車的混跑運(yùn)營(yíng)需求，該需求在車輛設(shè)計(jì)初期就需要考慮。本文以南京機(jī)場(chǎng)線與寧溧城際線地鐵列車混跑為例展開分析，并對(duì)兩種車型混跑功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 不同編組的地鐵列車混跑需求

南京地鐵機(jī)場(chǎng)線采用六輛編組的B 型地鐵[1]，最高運(yùn)營(yíng)速度為100km/h，早于寧溧城際線開通運(yùn)營(yíng)。南京地鐵寧溧城際線采用四輛編組的B 型地鐵[2]，最高運(yùn)營(yíng)速度同樣為100km/h。南京地鐵提出，南京機(jī)場(chǎng)線六輛編組地鐵列車需要在寧溧城際線路上與寧溧城際線四輛編組地鐵列車混跑運(yùn)營(yíng)，寧溧城際正線及車輛段已按照遠(yuǎn)期六輛編組地鐵列車運(yùn)營(yíng)的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，車輛需要在寧溧城際線車輛設(shè)計(jì)階段展開不同編組列車混跑技術(shù)分析及機(jī)場(chǎng)線列車改造工作。

2 不同編組的地鐵列車混跑技術(shù)分析及對(duì)比

六輛編組與四輛編組地鐵列車要實(shí)現(xiàn)在正線上混跑運(yùn)營(yíng)，兩種車型首先要滿足相同的車輛限界、相同的車門間距、相同的停車精度、相同的車鉤高度及鉤頭型號(hào)；其次救援工況下四輛編組需要滿足救援六輛編組的牽引性能；最后兩種車型列車聯(lián)掛后能實(shí)現(xiàn)制動(dòng)電氣控制和PIS 通信功能。

2.1 南京機(jī)場(chǎng)線和寧溧城際線主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比

南京機(jī)場(chǎng)線和寧溧城際線均為鋁合金鼓形B 型地鐵，限界符合CJJ96-2003 標(biāo)準(zhǔn)，車輛主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比如表1 所示。

2.2 南京機(jī)場(chǎng)線和寧溧城際線主要供應(yīng)商對(duì)比

對(duì)有混跑需求的兩種車型主要供應(yīng)商及與混跑相關(guān)的技術(shù)方案宜一致，在不能一致的情況下，應(yīng)對(duì)有差異的方案進(jìn)行詳細(xì)分析。南京機(jī)場(chǎng)線和寧溧城際線與混跑功能相關(guān)的供應(yīng)商對(duì)比結(jié)果如表2 所示。

通過(guò)對(duì)比可見(jiàn)，兩種車型與混跑相關(guān)的主要系統(tǒng)供應(yīng)商大多都不同，對(duì)兩種車型混跑功能的設(shè)計(jì)有一定的影響，寧溧城際線車輛技術(shù)方案需要盡量按照南京機(jī)場(chǎng)線的方案執(zhí)行，南京機(jī)場(chǎng)線也需要根據(jù)寧溧城際線車輛的實(shí)際情況進(jìn)行適應(yīng)性地改造以滿足混跑需求。

3 寧溧城際線車輛混跑設(shè)計(jì)

3.1 停車精度設(shè)計(jì)

寧溧城際線信號(hào)系統(tǒng)技術(shù)方案與南京機(jī)場(chǎng)線一致，寧溧城際線車載信號(hào)設(shè)備安裝、信號(hào)接口控制、牽引和制動(dòng)系統(tǒng)性能的設(shè)計(jì)滿足信號(hào)供應(yīng)商提出的需求即可。寧溧城際線需要重點(diǎn)解決四輛編組救援六輛編組的問(wèn)題。

表1 車輛主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比表

表2 主要供應(yīng)商對(duì)比結(jié)果

3.2 四輛編組救援六輛編組的牽引性能計(jì)算

計(jì)算需求：一列空載的四輛編組列車（寧溧城際線列車）可以牽引一列超載(AW3) 無(wú)動(dòng)力的六輛編組的同類型故障列車（南京機(jī)場(chǎng)線列車）能在30‰的坡道上起動(dòng)。

3.2.1 列車質(zhì)量M

四輛編組列車質(zhì)量(AW0)：M0=140 t/列

六輛編組列車質(zhì)量(AW3)：M3(6)=327.84t/列

3.2.2 列車換算質(zhì)量Mg

四輛編組列車轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：Mg=14 t

四輛編組列車換算質(zhì)量(AW0)：M0g=M0+Mg=154 t

六輛編組列車轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：Mg(6)=17.2 t

六輛編組列車換算質(zhì)量(AW3)：M3g(6)=M3(6)+Mg(6)=345.04 t

3.2.3 列車啟動(dòng)阻力Wq

按49×10-3kN/t 計(jì)算：

四輛編組列車啟動(dòng)阻力(AW0)：Wq0=M0×49×10-3=6.86 kN

六輛編組列車啟動(dòng)阻力(AW3)：Wq3(6)=M3(6)×49×10-3=16.06kN

3.2.4 坡道附加阻力Wi

四輛編組列車30‰坡道附加阻力(AW0)：Wi0= M0×30‰×9.81=41.2 kN

六輛編組列車30‰坡道附加阻力(AW3)：Wi3(6)=M3(6)×30‰×9.81=96.48kN

3.2.5 四輛編組救援牽引力

加速度= ([牽引力] -[起動(dòng)阻力] -[30‰坡道阻力]) / 質(zhì)量

a=F- Wq0- Wq3(6)- Wi0- Wi3(6)) / (M0g + M3g(6)) ＞0.0833 m/s2

經(jīng)計(jì)算，F(xiàn)＞202.17kN 時(shí)，一列空載的四輛編組列車能在30‰的坡道上牽引一列同類型的超載(AW3)無(wú)動(dòng)力的六輛編組列車啟動(dòng)。

寧溧城際線列車采用205kN 高加速牽引力滿足四輛編組救援六輛編組的能力，救援粘著系數(shù)達(dá)到0.199 即可。

4 南京機(jī)場(chǎng)線車輛混跑改造設(shè)計(jì)

4.1 牽引系統(tǒng)

牽引系統(tǒng)需要根據(jù)南京機(jī)場(chǎng)線和寧溧城際線路條件進(jìn)行牽引計(jì)算仿真，核實(shí)牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子、定子溫度以及牽引逆變器是否超溫。

4.2 空氣制動(dòng)系統(tǒng)

空氣制動(dòng)系統(tǒng)需要根據(jù)南京機(jī)場(chǎng)線和寧溧城際線路條件進(jìn)行制動(dòng)熱容量計(jì)算，核實(shí)南京機(jī)場(chǎng)線列車閘片溫度是否滿足設(shè)計(jì)溫度，以及在故障工況下列車運(yùn)營(yíng)一個(gè)往返的限速值是否需要調(diào)整。

4.3 信號(hào)與TCMS 接口

信號(hào)系統(tǒng)需要更新信號(hào)與TCMS 接口的站點(diǎn)信息，增加寧溧城際線路站點(diǎn)信息，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)站功能。

4.4 TCMS 系統(tǒng)

TCMS 需要在南京機(jī)場(chǎng)線的DDU 界面增加寧溧城際線站點(diǎn)信息，同時(shí)TCMS 與PIS 系統(tǒng)的接口中需要增加相應(yīng)站點(diǎn)信息。

4.5 PIS 系統(tǒng)

在混跑時(shí)，PIS 系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)與報(bào)站相關(guān)的功能，需要修改軟件實(shí)現(xiàn)新增寧溧城際線站點(diǎn)后的全自動(dòng)、半自動(dòng)廣播報(bào)站及顯示，具體包括修改軟件中的線路設(shè)置、報(bào)站及顯示邏輯。此外，還需要修改LED 點(diǎn)陣動(dòng)態(tài)地圖的貼膜，增加寧溧城際線站點(diǎn)。

4.6 救援時(shí)車輛電氣連掛

南京機(jī)場(chǎng)線列車和寧溧城際線列車聯(lián)掛后需要滿足如下功能：

a. 擔(dān)任救援的列車能施加/緩解被救援列車的緊急制動(dòng)和停放制動(dòng)，被救援列車常用制動(dòng)可被緩解；

b.能使兩列車駕駛室中的司機(jī)實(shí)現(xiàn)通信聯(lián)絡(luò)，并能使救援列車的司機(jī)向被救援列車的乘客廣播；

c.當(dāng)發(fā)生無(wú)意識(shí)脫鉤時(shí)將有指示燈在司機(jī)室顯示，并且救援列車自動(dòng)實(shí)施緊急制動(dòng)，被救援列車自動(dòng)實(shí)施緊急制動(dòng)（若緊急制動(dòng)被隔離則自動(dòng)實(shí)施停放制動(dòng)）。

就以上三個(gè)功能，只要兩列車停放制動(dòng)和緊急制動(dòng)控制方案相同、PIS 系統(tǒng)聯(lián)掛通信方案一致、聯(lián)掛電氣信號(hào)點(diǎn)位相對(duì)應(yīng)即可。但是由于兩個(gè)項(xiàng)目制動(dòng)系統(tǒng)供應(yīng)商和PIS 系統(tǒng)供應(yīng)商不一致，寧溧城際線無(wú)法完全按照南京機(jī)場(chǎng)線的方案執(zhí)行，因此需要南京機(jī)場(chǎng)線進(jìn)行適應(yīng)性改造，包括停放制動(dòng)控制電路改造和PIS 聯(lián)掛通信功能改造。

4.6.1 停放制動(dòng)控制電路改造

南京機(jī)場(chǎng)線停放制動(dòng)功能采用一個(gè)電磁閥PBEMV 控制，電磁閥得電即施加全車的停放制動(dòng)，失電即緩解全車的停放制動(dòng)，見(jiàn)圖1；而寧溧城際線停放制動(dòng)功能采用兩個(gè)電磁閥PBAMV 和PBRMV 控制，控制邏輯如表3 所示。

表3 雙電磁閥停放制動(dòng)控制邏輯

因此，需要在南京機(jī)場(chǎng)線的停放制動(dòng)控制電路中將一個(gè)停放制動(dòng)電磁閥的信號(hào)轉(zhuǎn)換為兩個(gè)信號(hào)，兩個(gè)信號(hào)互為反邏輯。在電路中新增互鎖接觸器PK 及二極管D2 來(lái)實(shí)現(xiàn)兩根列車線控制停放制動(dòng)的功能，如圖1 所示，圖左部分為南京機(jī)場(chǎng)線改造后的停放制動(dòng)控制電路，圖右部分為寧溧城際線停放制動(dòng)控制電路。

圖1 南京機(jī)場(chǎng)線停放制動(dòng)控制電路改造

4.6.2 PIS 聯(lián)掛通信改造

由于南京機(jī)場(chǎng)線PIS 系統(tǒng)的廣播系統(tǒng)是基于MVB 總線系統(tǒng)，通過(guò)MVB 網(wǎng)絡(luò)傳輸控制邏輯和數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)。而寧溧城際線廣播系統(tǒng)采用模擬信號(hào)傳輸控制邏輯和語(yǔ)音信號(hào)。因此，需要增加MVB 轉(zhuǎn)模擬的PIS 聯(lián)掛通信模塊，以及增加聯(lián)掛通信模塊到車端聯(lián)掛連接器的接線，并做到兩種車型聯(lián)掛連接器信號(hào)點(diǎn)位一致，以滿足聯(lián)掛后兩列車司機(jī)室通信及客室廣播功能。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)寧溧城際線車輛混跑功能設(shè)計(jì)、對(duì)南京機(jī)場(chǎng)線車輛的改造及混跑相關(guān)功能試驗(yàn)驗(yàn)證，在寧溧城際線開通之日即實(shí)現(xiàn)了南京機(jī)場(chǎng)線列車與寧溧城際線列車混跑運(yùn)營(yíng)的目標(biāo)。無(wú)論是四輛編組與六輛編組混跑運(yùn)營(yíng)，還是三輛編組與四輛編組混跑運(yùn)營(yíng)的車輛設(shè)計(jì)均可以參考本文分析開展工作。