黃義桐

(中鐵二院交規(guī)院,四川成都 610031)

城軌磁懸浮交通線路最大坡度研究

黃義桐

(中鐵二院交規(guī)院,四川成都 610031)

文章分析了城軌磁懸浮列車(chē)的牽引制動(dòng)特性以及附加阻力的影響,并通過(guò)計(jì)算確定了其最大坡度。

城市軌道交通; 城軌磁浮列車(chē); 最大坡度

城市軌道交通正線的最大坡度是線路的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一,合理地確定線路最大坡度具有很重要的意義。對(duì)于城軌車(chē)輛來(lái)說(shuō),必須使其性能適應(yīng)線路的最大坡度。

1 牽引制動(dòng)特性所確定的最大坡度

列車(chē)通過(guò)最大坡道的速度不應(yīng)過(guò)低,以免影響線路的運(yùn)送能力,列車(chē)通過(guò)最大坡道的速度不應(yīng)低于 36～40 km/h。另一個(gè)要求是車(chē)輛在最大坡道上停車(chē)后,應(yīng)能隨時(shí)起動(dòng)加速(此時(shí)的起動(dòng)加速度比在平道上起動(dòng)時(shí)低得多)。

城軌磁懸浮列車(chē)在正常運(yùn)行時(shí)主要采用反向推力制動(dòng),并裝備有應(yīng)急機(jī)械制動(dòng)裝置,當(dāng)列車(chē)遇到需緊急制動(dòng)的情況時(shí),可以采取緊急機(jī)械制動(dòng)方式處理。所以,列車(chē)在最大坡度上下坡時(shí)不需要考慮反向推力的制動(dòng)能力。

由于目前我國(guó)的城軌磁浮系統(tǒng)尚處于試驗(yàn)階段,還沒(méi)有相關(guān)的牽引特性曲線資料。參考采用直線感應(yīng)電機(jī)提供動(dòng)力的地鐵車(chē)輛牽引特性曲線,可以得到大致的城軌磁浮車(chē)輛牽引特性曲線。其中,速度從 0到 36 km/h為恒轉(zhuǎn)矩加速,從36 km/h到100 km/h為恒功率加速。根據(jù)牽引特性曲線,在速度v=0～36 km/h時(shí),單節(jié)車(chē)輛的推力F=21 kN。

根據(jù)相關(guān)研究,若單節(jié)磁浮車(chē)輛的總質(zhì)量為M(t),運(yùn)行速度為v(m/s),當(dāng)v>0時(shí),受流器所受的阻力Wc= 41.68 N。單節(jié)車(chē)輛的電磁阻力:v<5.56m/s時(shí),

綜合以上分析可得,當(dāng)列車(chē)通過(guò)最大坡道的速度取規(guī)定的下限即v=36 km/h時(shí),此時(shí)列車(chē)的牽引力最大,列車(chē)的基本阻力取得極小值。

考慮惡劣情況下(如其中一輛動(dòng)車(chē)發(fā)生故障),此時(shí),兩輛動(dòng)車(chē)?yán)瓌?dòng)列車(chē)在最大坡道上以 36 km/h的速度運(yùn)行,此時(shí)可以求出最大坡度值imax。

式中:F為直線電機(jī)的額定推力(kN);P為單節(jié)車(chē)輛總重(t);imax為最大坡度(‰)。

根據(jù)西南交大磁浮所提供的資料可以得到,中低速磁浮列車(chē)的起動(dòng)阻力非常小,可以忽略不計(jì)。車(chē)輛在最大坡道上起動(dòng)時(shí),起動(dòng)加速度為aq。對(duì)最大坡度imax=62.3‰進(jìn)行起動(dòng)檢驗(yàn)。

計(jì)算結(jié)果說(shuō)明城軌磁浮列車(chē)在牽引動(dòng)力損失 1/3的情況下,列車(chē)仍然可以在62.3‰的坡道上起動(dòng)并能以36 km/h的速度正常運(yùn)行;因此,最大坡度取 62.3‰能夠滿足要求,取整后得到城軌磁浮交通線路正線的最大坡度為 60‰(不考慮坡度折減)。

2 附加阻力對(duì)最大坡度的影響

輪軌系統(tǒng)引起曲線附加阻力減緩的原因:當(dāng)機(jī)車(chē)車(chē)輛駛?cè)雸A曲線后,由于動(dòng)輪踏面發(fā)生橫向滑動(dòng),且曲線外軌較內(nèi)軌長(zhǎng),使車(chē)輪產(chǎn)生縱向滑動(dòng)等原因而引起機(jī)車(chē)粘著系數(shù)降低。曲線半徑愈小,這種現(xiàn)象愈顯著。

城軌磁浮列車(chē)在平面直線上運(yùn)動(dòng)時(shí),當(dāng)車(chē)體上安裝的直線電機(jī)定子接通三相電流后,定子與其正下方的軌道上敷設(shè)的反應(yīng)板產(chǎn)生一個(gè)移動(dòng)磁場(chǎng),該磁場(chǎng)在感應(yīng)板上感應(yīng)出電流和感生磁場(chǎng),由于磁場(chǎng)的作用,產(chǎn)生推力牽引列車(chē)前進(jìn)或后退。列車(chē)在平面曲線上運(yùn)動(dòng)時(shí),車(chē)輛上的直線電機(jī)定子與反應(yīng)板不再正對(duì),而是產(chǎn)生一定的橫向偏離,就會(huì)削弱感生磁場(chǎng),從而影響產(chǎn)生的推力。由于車(chē)輛的懸浮導(dǎo)向電磁鐵只允許與其平衡位置極其微小的動(dòng)態(tài)波動(dòng), 所以直線電機(jī)定子與反應(yīng)板的橫向偏離也很小,對(duì)推力和電磁阻力的影響就很小,列車(chē)阻力的變化也就很小,故中低速磁浮列車(chē)的曲線附加阻力可以忽略。

隧道里的縱坡考慮隧道附加阻力需減緩縱坡,尚無(wú)正式的試驗(yàn)公式。考慮到城軌車(chē)輛速度較低,其隧道附加阻力與坡道阻力相比要小很多,故忽略不計(jì)。

3 結(jié) 論

綜合以上分析,建議城軌磁浮交通線路正線的最大坡度不宜大于 60‰(考慮附加阻力的影響)。需要注意的是當(dāng)采用較陡的坡度時(shí),其坡道長(zhǎng)度不宜太長(zhǎng),以免過(guò)分影響全線的平均運(yùn)行速度,防止列車(chē)的牽引電機(jī)發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象。

[1] 易思蓉.鐵路選線設(shè)計(jì)(第二版)[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,2005

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[3] 李璐,張紅梅,吳峻.中低速磁懸浮列車(chē)牽引供電仿真軟件的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)仿真,2006,23(9)

[4] 姚金斌,劉萬(wàn)明.中低速磁浮交通線路參數(shù)研究[J].世界軌道交通,2007(3)

U212.34

B

2010-03-21

黃義桐,男,碩士,助理工程師。