地鐵列車(chē)緊急牽引模式下喪失一半動(dòng)力后動(dòng)車(chē)可行性分析及優(yōu)化

陳名華 何文樂(lè) 黃婷女

摘 要：介紹了地鐵列車(chē)緊急牽引模式下的動(dòng)車(chē)條件，并對(duì)列車(chē)在喪失一半動(dòng)力后正常動(dòng)車(chē)的可行性進(jìn)行分析，同時(shí)提出了無(wú)法動(dòng)車(chē)的車(chē)型的優(yōu)化方向。

關(guān)鍵詞：地鐵列車(chē);緊急牽引;喪失一半動(dòng)力;優(yōu)化

0? ? 引言

列車(chē)緊急牽引模式是目前地鐵列車(chē)在車(chē)載設(shè)備故障或通信故障等問(wèn)題導(dǎo)致?tīng)恳怄i情況下最為有效的保底措施[1]。但列車(chē)在緊急牽引模式下喪失一半動(dòng)力后正常動(dòng)車(chē)的可行性，卻往往在列車(chē)設(shè)計(jì)及不能動(dòng)車(chē)邏輯梳理階段被忽略，最終導(dǎo)致列車(chē)在故障工況下無(wú)法有效地通過(guò)緊急牽引模式動(dòng)車(chē)運(yùn)行，進(jìn)而造成較為嚴(yán)重的客運(yùn)阻塞。

鑒于此，本文將對(duì)廣州地鐵各車(chē)型在緊急牽引模式下，列車(chē)喪失一半動(dòng)力后動(dòng)車(chē)可行性進(jìn)行分析，并對(duì)無(wú)法動(dòng)車(chē)的車(chē)型提出優(yōu)化建議。

1? ? 緊急牽引模式下列車(chē)動(dòng)車(chē)的條件

緊急牽引模式是指網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，在滿足列車(chē)安全條件下，司機(jī)選擇緊急牽引模式按鈕后即可進(jìn)入的備用模式[2]。緊急牽引模式與正常網(wǎng)絡(luò)模式不同，如表1所示，牽引系統(tǒng)不受列車(chē)網(wǎng)絡(luò)牽引封鎖的限制，可以憑借牽引硬線指令，按照固定級(jí)位輸出牽引力，當(dāng)制動(dòng)系統(tǒng)達(dá)到緩解條件緩解后，列車(chē)即可正常動(dòng)車(chē)。

因此，在緊急牽引模式下，牽引硬線指令、牽引系統(tǒng)自身動(dòng)力及制動(dòng)力緩解情況是影響列車(chē)是否可以動(dòng)車(chē)的重要條件。

2? ? 緊急牽引模式下喪失一半動(dòng)力列車(chē)動(dòng)車(chē)可行性分析

通過(guò)對(duì)緊急牽引模式下動(dòng)車(chē)條件的分析可知，牽引動(dòng)力是否正常將直接影響列車(chē)在緊急牽引模式下是否可以正常動(dòng)車(chē)。當(dāng)列車(chē)喪失一半以上動(dòng)力時(shí)，列車(chē)將可能因牽引力無(wú)法克服保壓制動(dòng)力及列車(chē)阻力，最終無(wú)法動(dòng)車(chē)。

考慮到在不同工況下列車(chē)阻力不同，因此在緊急牽引模式下喪失一半動(dòng)力列車(chē)動(dòng)車(chē)可行性，需在正常坡道及最大坡道兩種工況條件下進(jìn)行分析。

2.1? ? 正常坡道下列車(chē)動(dòng)車(chē)可行性

在正常坡道的情況下，列車(chē)在進(jìn)入緊急牽引模式后僅需要克服保壓制動(dòng)動(dòng)車(chē)。目前廣州地鐵各車(chē)型使用的制動(dòng)系統(tǒng)主要為克諾爾及鐵科生產(chǎn)，各車(chē)型在緊急牽引模式下保壓制動(dòng)緩解邏輯如表2所示。

從各車(chē)型保壓制動(dòng)緩解邏輯來(lái)看，主要分為兩種：

（1）列車(chē)有牽引指令且速度/加速度達(dá)到某一限值后保壓制動(dòng)自動(dòng)緩解;

（2）列車(chē)收到牽引指令后自動(dòng)緩解。

對(duì)于第一種邏輯，列車(chē)需克服保壓制動(dòng)產(chǎn)生速度或加速度才可以正常動(dòng)車(chē)。當(dāng)列車(chē)喪失一半動(dòng)力后，產(chǎn)生的牽引力同樣必須超過(guò)保壓制動(dòng)才可以正常動(dòng)車(chē)。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看，滿足此種邏輯的車(chē)型部分存在喪失一半動(dòng)力后牽引力不足的問(wèn)題。以廣州地鐵九號(hào)線B6型車(chē)為例：

在緊急牽引模式且喪失一半動(dòng)力的情況下，列車(chē)可產(chǎn)生的牽引力為：

81（B6型車(chē)單節(jié)車(chē)牽引力）×2×70%=113.4 kN

B6型車(chē)列車(chē)保壓制動(dòng)為：

383（B6型車(chē)最大常用制動(dòng)力）×0.45=172.35 kN

此時(shí)列車(chē)牽引力113.4 kN小于保壓制動(dòng)172.35 kN，因此B6型列車(chē)在緊急牽引模式且喪失一半動(dòng)力的情況下，無(wú)法克服保壓制動(dòng)動(dòng)車(chē)。

對(duì)于第二種邏輯，當(dāng)列車(chē)收到牽引指令后保壓制動(dòng)自動(dòng)緩解，可在正常坡道下正常動(dòng)車(chē)。

2.2? ? 最大坡道下列車(chē)動(dòng)車(chē)可行性

在存在坡道的情況下，列車(chē)動(dòng)車(chē)除克服保壓制動(dòng)外，還需要克服坡道阻力，因此列車(chē)在緊急牽引模式且喪失一半動(dòng)力的情況下動(dòng)車(chē)可行性仍需進(jìn)一步分析。

對(duì)于保壓制動(dòng)緩解第二種邏輯，列車(chē)雖無(wú)須克服保壓制動(dòng)，但部分列車(chē)仍可能無(wú)法克服附加阻力及坡道阻力，而導(dǎo)致無(wú)法動(dòng)車(chē)。目前城市軌道設(shè)計(jì)中，最大坡道不允許超過(guò)35‰。在35‰的極端工況下，以廣州地鐵九號(hào)線B6型車(chē)為例：

在緊急牽引模式且喪失一半動(dòng)力的情況下，列車(chē)可產(chǎn)生的牽引力為：

81（B6型車(chē)單節(jié)車(chē)牽引力）×2×70%=113.4 kN

最大坡道情況下，啟動(dòng)附加阻力為：

328（B6型車(chē)AW3工況重量）×49×10-3≈16.07 kN

坡道阻力為：

328（B6型車(chē)AW3工況重量）×35‰×9.81≈112.62 kN

列車(chē)所需要克服的阻力合計(jì)：

16.07+112.62=128.69 kN

此時(shí)列車(chē)牽引力113.4 kN小于附加阻力及坡道阻力和128.69 kN，因此此型列車(chē)在緊急牽引模式且喪失一半動(dòng)力的情況下，即使列車(chē)保壓自動(dòng)緩解，仍無(wú)法克服附加阻力及坡道阻力動(dòng)車(chē)。

3? ? 優(yōu)化方向

3.1? ? 優(yōu)化保壓制動(dòng)緩解邏輯

通過(guò)對(duì)緊急牽引模式下喪失一半動(dòng)力動(dòng)車(chē)可行性分析，在正常坡道下，列車(chē)需克服保壓制動(dòng)才可以正常動(dòng)車(chē)，因此對(duì)于喪失一半動(dòng)力后牽引力不足的車(chē)型，可以通過(guò)修改保壓制動(dòng)緩解條件，將當(dāng)列車(chē)收到牽引指令后自動(dòng)緩解保壓制動(dòng)作為列車(chē)動(dòng)車(chē)的條件。

但當(dāng)列車(chē)處于最大坡道時(shí)，僅通過(guò)修改保壓制動(dòng)緩解條件，列車(chē)仍無(wú)法克服附加阻力及坡道阻力動(dòng)車(chē)，因此此優(yōu)化方案僅適用于正常坡道工況下列車(chē)啟動(dòng)，無(wú)法滿足所有工況。

3.2? ? 提高緊急牽引力

對(duì)于緊急牽引力無(wú)法克服附加阻力及坡道阻力的車(chē)型，在緊急牽引模式下喪失一半動(dòng)力動(dòng)車(chē)時(shí)，若列車(chē)處于最大坡道，需通過(guò)提高緊急牽引力來(lái)克服附加阻力及坡道阻力。

以廣州地鐵九號(hào)線B6型車(chē)為例：

將緊急牽引力提高至100%后，列車(chē)可產(chǎn)生的牽引力為：

81（B6型車(chē)單節(jié)車(chē)牽引力）×2×100%=162 kN

最大坡道情況下，啟動(dòng)附加阻力為：

328（B6型車(chē)AW3工況重量）×49×10-3≈16.07 kN

坡道阻力為：

328（B6型車(chē)AW3工況重量）×35‰×9.81≈112.62 kN

列車(chē)所需要克服的阻力合計(jì)：

16.07+112.62=128.69 kN

此時(shí)列車(chē)牽引力162 kN大于附加阻力及坡道阻力和128.69 kN，因此列車(chē)可以克服附加阻力及坡道阻力動(dòng)車(chē)。

但根據(jù)列車(chē)牽引特性，列車(chē)最大牽引力的建立需一定時(shí)間，因此在保壓制動(dòng)緩解時(shí)牽引力不足，將導(dǎo)致列車(chē)后溜。同時(shí)列車(chē)在緊急牽引模式下將持續(xù)按照固定級(jí)位動(dòng)車(chē)，若固定級(jí)位為最大級(jí)位，則此時(shí)列車(chē)將全速牽引，司機(jī)較難掌控列車(chē)速度。因此，提高列車(chē)緊急牽引力仍存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.3? ? 增加提高緊急牽引力條件及保壓制動(dòng)自動(dòng)緩解延時(shí)

通過(guò)對(duì)上述兩個(gè)優(yōu)化方案的缺陷分析可知，解決方案可從增加提高緊急牽引力條件及保壓制動(dòng)自動(dòng)緩解延時(shí)兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。

3.3.1? ? 增加提高緊急牽引力條件

對(duì)于列車(chē)提高緊急牽引力后牽引力過(guò)大問(wèn)題，可通過(guò)增加速度條件，在不同速度條件下設(shè)定不同的緊急牽引力。

根據(jù)廣州地鐵使用經(jīng)驗(yàn)，列車(chē)在提速至5 km/h后，制動(dòng)系統(tǒng)保壓制動(dòng)將完全緩解，列車(chē)已順利啟動(dòng)。此時(shí)牽引力可調(diào)整至原來(lái)的固定級(jí)位，降低列車(chē)加速度。

3.3.2? ? 增加保壓制動(dòng)自動(dòng)緩解延時(shí)

對(duì)于列車(chē)最大牽引力建立時(shí)間問(wèn)題，保壓制動(dòng)緩解時(shí)間可結(jié)合各車(chē)型的牽引特性進(jìn)行優(yōu)化。

以廣州地鐵九號(hào)線B6型車(chē)為例，建立最大牽引力時(shí)間約為1.5 s，如圖1所示。因此，為保障列車(chē)牽引力發(fā)揮充分，可將保壓制動(dòng)自動(dòng)緩解時(shí)間設(shè)置為2 s。存在相同問(wèn)題的車(chē)型，可根據(jù)列車(chē)牽引實(shí)際特性來(lái)制訂保壓制動(dòng)緩解時(shí)間。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

地鐵列車(chē)緊急牽引模式下喪失一半動(dòng)力后，在不同牽引系統(tǒng)及制動(dòng)系統(tǒng)的配合下，表現(xiàn)出的動(dòng)車(chē)性能存在較大區(qū)別。對(duì)于存在無(wú)法動(dòng)車(chē)可能的車(chē)型，建議通過(guò)提高緊急牽引力，并修改制動(dòng)系統(tǒng)保壓自動(dòng)緩解條件，來(lái)實(shí)現(xiàn)列車(chē)動(dòng)車(chē)。同時(shí)，通過(guò)增加提高緊急牽引力條件及保壓制動(dòng)自動(dòng)緩解延時(shí)來(lái)規(guī)避列車(chē)動(dòng)車(chē)的安全風(fēng)險(xiǎn)。在后續(xù)項(xiàng)目中，建議相關(guān)人員參考此方案解決列車(chē)不能動(dòng)車(chē)的隱患。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 樊嘉峰，謝竹偉，何紅成.自主化120 km/h地鐵列車(chē)緊急牽引功能解析[J].機(jī)車(chē)電傳動(dòng)，2015（5）：69-71.

[2] 伍星，文躍.緊急運(yùn)行模式下制動(dòng)不緩解控制邏輯的改進(jìn)[J].城市軌道交通研究，2017，20（1）：117-119.

收稿日期：2021-03-22

作者簡(jiǎn)介：陳名華（1993—），男，廣東汕頭人，助理工程師，研究方向：城市軌道機(jī)車(chē)車(chē)輛。