王麗紅 張?zhí)焱?/p>

(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院車(chē)輛工程學(xué)院，450052，鄭州∥第一作者，講師)

地鐵工程車(chē)作為車(chē)輛段的主要設(shè)備，在段內(nèi)調(diào)車(chē)、牽引運(yùn)輸、線(xiàn)路維護(hù)、救援牽引、設(shè)備集成等方面發(fā)揮著重要作用。目前，國(guó)內(nèi)各地鐵公司主要采用以柴油機(jī)為牽引動(dòng)力的內(nèi)燃工程車(chē)。然而，隨著軌道交通行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，雙能源電力工程車(chē)作為地鐵工程車(chē)系列的一個(gè)新品種，因其低噪聲和零排放等內(nèi)燃工程車(chē)無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，正穩(wěn)步向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，為用戶(hù)提供了新的選擇。

1 雙能源電力工程車(chē)的技術(shù)特性

雙能源電力工程車(chē)是一種軸式為B0-B0，采用直－交傳動(dòng)、異步牽引電機(jī)、微機(jī)控制等技術(shù)的雙電源供電工程車(chē)，既可采用DC 1 500 V接觸網(wǎng)供電，亦可采用DC 800 V蓄電池供電。機(jī)車(chē)的設(shè)計(jì)壽命為30年，具有重聯(lián)功能，最多可4臺(tái)機(jī)車(chē)重聯(lián)運(yùn)行;控制電源為DC 110 V，制動(dòng)機(jī)采用電控空氣制動(dòng)機(jī)，基礎(chǔ)制動(dòng)采用獨(dú)立單側(cè)單缸制動(dòng)器。

1.1 主要技術(shù)性能和參數(shù)

車(chē)體形式:單司機(jī)室，雙側(cè)外走廊;

最高運(yùn)行速度:接觸網(wǎng)(三軌)供電時(shí)為65 km/h，蓄電池供電時(shí)為40 km/h;

最大牽引力:100 kN;

輪周功率:接觸網(wǎng)(三軌)供電時(shí)為400 kW，蓄電池供電時(shí)為300 kW;

傳動(dòng)方式:直－交;

蓄電池容量:400 Ah;

受流方式:接觸網(wǎng)DC 1 500 V，蓄電池DC 800 V;

充電方式:外部或庫(kù)內(nèi);

軌距:1 435 mm;

軸重:12.5 t;

車(chē)鉤類(lèi)型:密接式車(chē)鉤;

車(chē)鉤中心線(xiàn)距離:15 460 mm;車(chē)體寬度:2 780 mm;

車(chē)頂距軌面高:3 587 mm;轉(zhuǎn)向架中心距:8 160 mm;轉(zhuǎn)向架軸距:2 200 mm。

1.2 牽引及制動(dòng)特性

雙能源電力工程車(chē)的牽引特性如圖1所示，電制動(dòng)特性如圖2所示。

1.3 牽引續(xù)航時(shí)間

400 kW、400 Ah雙能源電力工程車(chē)的牽引續(xù)航時(shí)間如圖3、圖4所示。

圖1 電力工程車(chē)牽引特性曲線(xiàn)

圖2 電力工程車(chē)電制動(dòng)特性曲線(xiàn)

圖3 60 t負(fù)載條件下，不同坡度時(shí)的速度－持續(xù)時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)

圖4 220 t(6輛A型車(chē))負(fù)載條件下，不同坡度時(shí)的速度－持續(xù)時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)

2 國(guó)內(nèi)典型的雙能源電力工程車(chē)

2.1 出口新加坡的雙能源電力工程車(chē)

2009年6月，新加坡陸路交通管理局從中國(guó)南車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司(簡(jiǎn)為“株機(jī)公司”)采購(gòu)了14臺(tái)雙能源電力工程車(chē)。到目前為止，該批工程車(chē)性能穩(wěn)定，使用業(yè)績(jī)良好。

2.1.1 基本技術(shù)參數(shù)

最高運(yùn)營(yíng)速度:65 km/h(DC 750 V第三軌供電)，40 km/h(DC 686 V牽引蓄電池供電);

機(jī)車(chē)功率(小時(shí)制):400 kW(DC 750 V第三軌供電)，320 kW(DC 686 V牽引蓄電池供電);

軸式:B0-B0;軸重:12.5 t;機(jī)車(chē)電制動(dòng)方式:再生電阻制動(dòng)。

2.1.2 牽引性能

該批雙能源電力工程車(chē)的牽引性能如表1所示。

表1 株機(jī)公司出口新加坡的雙能源電力工程車(chē)牽引性能

2.2 深圳地鐵2號(hào)線(xiàn)雙能源電力工程維護(hù)車(chē)

株機(jī)公司為深圳地鐵2號(hào)線(xiàn)(蛇口線(xiàn))首期工程提供的新型雙能源電力工程維護(hù)車(chē)屬?lài)?guó)內(nèi)首創(chuàng)，適用范圍廣，可用作調(diào)車(chē)、工程施工運(yùn)輸、救援牽引，還可用于集成軌道檢測(cè)、限界檢測(cè)，以及接觸網(wǎng)、接觸軌檢測(cè)等。其基本技術(shù)參數(shù)為:

最高運(yùn)營(yíng)速度:80 km/h(DC 1 500 V接觸網(wǎng)供電)，40 km/h(DC 750 V牽引蓄電池供電);

機(jī)車(chē)功率(小時(shí)制):300 kW(DC 1 500 V接觸網(wǎng)供電)，240 kW(DC 750 V牽引蓄電池供電);

起動(dòng)牽引力:62 kN;

電制動(dòng)力:40 kN;

軸式:B0-B0;

機(jī)車(chē)電制動(dòng)方式:再生電阻制動(dòng)。

3 地鐵雙能源電力工程車(chē)的優(yōu)勢(shì)

從牽引動(dòng)力來(lái)講，現(xiàn)階段的工程車(chē)主要有內(nèi)燃型和電力型兩類(lèi)。本文從環(huán)保及噪聲、控制精度、能耗、牽引能力、經(jīng)濟(jì)成本等方面進(jìn)行對(duì)比分析。

3.1 環(huán)保及噪聲

內(nèi)燃工程車(chē)采用柴油機(jī)為牽引動(dòng)力，二氧化碳排放量大，產(chǎn)生的煙塵對(duì)隧道造成污染，也會(huì)影響到隧道內(nèi)電氣設(shè)備的性能。雙能源電力工程車(chē)采用環(huán)保清潔的電力能源，作業(yè)時(shí)不產(chǎn)生廢氣，能避免煙塵和廢氣對(duì)城市空氣的污染，從而改善員工的工作環(huán)境及城市居民的生活環(huán)境。據(jù)專(zhuān)家分析，將內(nèi)燃型工程車(chē)改為雙能源型，每臺(tái)使用30年可直接減少二氧化碳排放2 000余t。我國(guó)地鐵工程維護(hù)車(chē)既有容量達(dá)數(shù)百臺(tái)，如果將其全部改成雙能源型，1年可直接減少二氧化碳排放數(shù)萬(wàn)噸。

雙能源電力工程車(chē)由于采用交流電傳動(dòng)技術(shù)，噪聲低。兩種類(lèi)型工程車(chē)噪聲對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 雙能源電力工程車(chē)與內(nèi)燃工程車(chē)的噪聲對(duì)比dB

3.2 控制精度

雙能源電力工程車(chē)具有低恒速控制功能，可以達(dá)到1.5 km/h的低恒速，且控制精度高;內(nèi)燃工程車(chē)的低恒速控制則是5 km/h。相比內(nèi)燃工程車(chē)，電力工程車(chē)速度低而恒定的牽引性能能較好地滿(mǎn)足施工工藝和安全要求。

3.3 能耗

能源利用率是反映能耗的一個(gè)重要參數(shù)。內(nèi)燃工程車(chē)的能源利用率為35%。雙能源電力工程車(chē)采用電力直接變換，能源利用率可達(dá)85%;且相對(duì)于日益增長(zhǎng)的柴油價(jià)格，電能的來(lái)源多樣且廉價(jià)。雙能源電力工程車(chē)與內(nèi)燃工程車(chē)的能耗對(duì)比見(jiàn)圖5。

圖5 雙能源電力工程車(chē)與內(nèi)燃工程車(chē)的能耗對(duì)比

3.4 牽引能力

400 kW雙能源電力工程車(chē)與447 kW(600 hp)內(nèi)燃工程車(chē)在不同速度、不同坡度時(shí)的牽引噸位比較如表3所示?？梢钥闯?，在實(shí)際應(yīng)用工況下，雙能源電力工程車(chē)的牽引能力優(yōu)于內(nèi)燃工程車(chē)。

3.5 經(jīng)濟(jì)成本

(1)采購(gòu)成本。傳統(tǒng)的內(nèi)燃工程車(chē)工藝和部件相對(duì)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，因而采購(gòu)成本低。雙能源電力工程車(chē)的構(gòu)成與地鐵車(chē)輛動(dòng)車(chē)基本相同，購(gòu)置成本較高。例如，447 kW(600 hp)內(nèi)燃調(diào)機(jī)一般在350萬(wàn)左右，336 kW(450 hp)內(nèi)燃軌道車(chē)一般在240萬(wàn)左右，若采用雙能源電力工程車(chē)，400 kW 調(diào)機(jī)與300 kW軌道車(chē)的采購(gòu)成本大約在700萬(wàn)元與600萬(wàn)元，在購(gòu)置成本上高出內(nèi)燃調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)1倍左右。然而，雙能源電力工程車(chē)的設(shè)計(jì)壽命為30年，內(nèi)燃工程車(chē)的設(shè)計(jì)壽命為15年，因此，在30年全壽命周期內(nèi)，選用內(nèi)燃工程車(chē)與雙能源電力工程車(chē)的購(gòu)置費(fèi)用相當(dāng)。

(2)能源成本。地鐵工程車(chē)的使用頻率大約為每年200 d，每天約4 h。內(nèi)燃工程車(chē)以柴油為能源，柴油價(jià)格按6.5元/kg計(jì)算。一臺(tái)功率為447 kW的內(nèi)燃工程車(chē)，耗油量為0.21 kg/(kW·h)，滿(mǎn)功率工況每年消耗的能源費(fèi)用為48.8萬(wàn)元。除此之外，內(nèi)燃工程車(chē)需要加油，需建設(shè)油庫(kù)或采購(gòu)加油車(chē)，或委托加油站為其加油，因此都要考慮燃料補(bǔ)給帶來(lái)的附加成本。雙能源電力工程車(chē)以電力為能源，電費(fèi)以0.8元/(kW·h)計(jì)算。一臺(tái)400 kW的雙能源電力工程車(chē)滿(mǎn)功率工況每年消耗的能源費(fèi)用為25.6萬(wàn)元。因此，雙能源電力工程車(chē)每年可比內(nèi)燃工程車(chē)節(jié)約能源費(fèi)用23.2萬(wàn)元，30年累計(jì)節(jié)省能源費(fèi)用696萬(wàn)元。

(3)維護(hù)成本。雙能源電力工程車(chē)與地鐵車(chē)輛屬同一技術(shù)體系，其絕大部分部件如牽引逆變器、轉(zhuǎn)向架等與地鐵車(chē)輛相同或類(lèi)似，因此，雙能源電力工程車(chē)的維護(hù)工藝檢修技術(shù)平臺(tái)、維護(hù)工人、操作司機(jī)及備件儲(chǔ)備等都與地鐵車(chē)輛相同，大大降低了工程車(chē)的維保成本和難度。而內(nèi)燃工程車(chē)以柴油機(jī)為動(dòng)力，與城市軌道交通系統(tǒng)中的其它車(chē)輛存在較大的差異，需另行配置檢修設(shè)備與人員，且車(chē)輛段無(wú)架修及大修能力，需委外維修。

綜上所述，盡管雙能源電力工程車(chē)的初始采購(gòu)成本較高，但在30年全壽命周期內(nèi)，選用內(nèi)燃工程車(chē)與雙能源電力工程車(chē)的購(gòu)置費(fèi)用相當(dāng)。綜合起來(lái)看，雙能源電力工程車(chē)在改善作業(yè)環(huán)境、能耗、牽引能力、后期維護(hù)成本以及其它綜合社會(huì)效益等方面明顯占優(yōu)。

4 結(jié)語(yǔ)

不論是從現(xiàn)實(shí)的綜合效益，還是從對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)今后發(fā)展的推動(dòng)作用來(lái)看，雙能源電力工程車(chē)都是一種很有前途的理想的牽引裝備，具有很大的市場(chǎng)潛力。目前，國(guó)內(nèi)地鐵仍普遍采用高耗能、高污染的內(nèi)燃型工程車(chē)，這與我國(guó)先進(jìn)的城市軌道交通車(chē)輛裝備技術(shù)形成巨大反差。因此，如何逐步推動(dòng)綠色、低碳、節(jié)能的雙能源電力工程車(chē)深度融入城市軌道交通系統(tǒng)，成為當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。

從技術(shù)角度講，雙能源電力工程車(chē)與地鐵車(chē)輛的技術(shù)是相通的，地鐵車(chē)輛的快速發(fā)展為雙能源電力工程車(chē)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，再借鑒深圳地鐵等現(xiàn)有電力工程車(chē)的成功運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建我國(guó)雙能源電力工程車(chē)技術(shù)體系的條件已經(jīng)具備。當(dāng)然，雙能源電力工程車(chē)與城市軌道交通系統(tǒng)中其它車(chē)輛和設(shè)備的整合需要一個(gè)過(guò)程，其在城市軌道交通領(lǐng)域內(nèi)取代內(nèi)燃工程車(chē)將是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程。對(duì)于初次接觸該產(chǎn)品的城市軌道交通用戶(hù)，建議采用電力和內(nèi)燃型工程車(chē)搭配使用的模式，待雙能源電力工程車(chē)運(yùn)用成熟并對(duì)其充分了解后，再逐步在以后的項(xiàng)目中淘汰內(nèi)燃工程車(chē)。就目前而言，在功能定位及配置數(shù)量上，暫以替代內(nèi)燃調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)或軌道車(chē)為益。

目前，國(guó)內(nèi)雙能源電力工程車(chē)還處于市場(chǎng)培育期，單個(gè)項(xiàng)目采購(gòu)的數(shù)量偏少，且用戶(hù)相對(duì)分散;但隨著其關(guān)鍵部件配套水平的提升及成本的進(jìn)一步降低，雙能源電力工程車(chē)在國(guó)內(nèi)勢(shì)必具有廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景。這也將有效拉動(dòng)我國(guó)該領(lǐng)域高能蓄電池、牽引傳動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)控制的同步發(fā)展，推動(dòng)我國(guó)軌道交通裝備的科技進(jìn)步。

［1］楊志華，陳成，毛如香.地鐵工程維護(hù)車(chē)的新發(fā)展［J］.電力機(jī)車(chē)與城軌車(chē)輛，2010(4):1.

［2］胡鵬，楊海通，曾其威.城市軌道交通工程車(chē)選型分析［J］.電力機(jī)車(chē)與城軌車(chē)輛，2012(2):75.

［3］樊運(yùn)新，葉彪.國(guó)產(chǎn)DWA型地鐵工程維護(hù)車(chē)［J］.電力機(jī)車(chē)與城軌車(chē)輛，2000(4):32.

［4］王偉.地鐵工程機(jī)車(chē)選型應(yīng)考慮的若干問(wèn)題［J］.內(nèi)燃機(jī)車(chē)，2001(11):14.

［5］王灝.城市軌道交通可持續(xù)發(fā)展思考［J］.宏觀(guān)經(jīng)濟(jì)研究，2009(3):36.

［6］付蓉，吳偉巍.地鐵維護(hù)工作安全風(fēng)險(xiǎn)研究現(xiàn)狀及發(fā)展［J］.都市快軌交通，2009(6):18.