曹增明　周利　彭駒

摘 要：本文在闡述城軌車輛連掛救援工況牽引力及制動(dòng)力控制方案的基礎(chǔ)上，分析了當(dāng)前城軌車輛連掛工況牽引力及制動(dòng)力控制方案存在的主要問題，并重點(diǎn)就城軌車輛連掛工況下的牽引力及制動(dòng)力控制方案優(yōu)化進(jìn)行了分析和研究。

關(guān)鍵詞：城軌車輛;牽引制動(dòng)力;連掛控制

1 城軌車輛連掛控制方案

城軌車輛的連掛功能通常用于重聯(lián)運(yùn)營(yíng)、牽引調(diào)車或在其他緊急救援工況下與共線運(yùn)營(yíng)的其他列車進(jìn)行連掛，列車與列車間的連掛通常通過車鉤來實(shí)現(xiàn)機(jī)械連接和空氣管路連接、通過車鉤或者連接器來實(shí)現(xiàn)電氣連接等，詳見下圖所示：

目前城軌車輛普遍采用的車鉤機(jī)械鉤頭通常采用35型車鉤，其抗壓載荷（屈服強(qiáng)度）約為850kN、抗拉載荷（屈服強(qiáng)度）約為1250kN。

2 城軌車輛連掛救援控制方案分析

2.1 城軌車輛救援工況下的牽引力和制動(dòng)力分析

以上海16號(hào)線項(xiàng)目車輛為例進(jìn)行城軌車輛連掛工況下的牽引力和制動(dòng)力分析：

AW3工況下Tmc車重64.6t，M車重65.243t，三節(jié)編組列車整車重194.443t，六節(jié)重連列車整車重388.886t;

AW3、40‰坡道牽引工況下，按列車最大平均啟動(dòng)加速度值為1.0m/s2計(jì)算，一列六節(jié)編組列車救援一列六節(jié)編組列車上坡所需牽引力約為1171.474kN。

AW3、40‰坡道工況下，按列車最大平均減速度值為13m/s2計(jì)算，一列六節(jié)編組列車救援一列六節(jié)編組列車下坡緊急制動(dòng)所需制動(dòng)力約為1275.19kN。

2.2 城軌車輛救援工況牽引和制動(dòng)力控制方案分析

由以上分析可知：

（1）在AW3、加速度1.0m/s2、40‰坡道工況下，一列六節(jié)編組列車救援一列六節(jié)編組列車上坡所需牽引力約為1171474k>車鉤最大抗壓載荷（屈服強(qiáng)度）850kN，已超出車鉤的可承受范圍;

（2）在AW3、減速度1.3m/s2、40‰坡道工況，一列六節(jié)編組列車救援一列六節(jié)編組列車下坡緊急制動(dòng)所需制動(dòng)力約為1275.19kN（故障車可以施加制動(dòng)）>車鉤最大抗拉載荷（屈服強(qiáng)度）1250kN，已超出車鉤的可承受范圍;

（3）在AW3、加速度1.0m/s2、40‰坡道工況下，一列六節(jié)編組列車救援一列六節(jié)編組列車上坡過程中施加減速度為1.3m/s2的緊急制動(dòng)，車鉤所承受的力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過車鉤的可承受范圍。

3 城軌車輛救援工況牽引力、制動(dòng)力控制方案優(yōu)化

3.1 城軌車輛救援工況牽引力、制動(dòng)力控制方案優(yōu)化分析

為保證車輛行車安全和考慮連掛救援工況下故障車牽引力、制動(dòng)力已切除的實(shí)際應(yīng)用情況，分析城軌車輛連掛救援的極端工況下的牽引力、制動(dòng)力控制方案。

3.1.1 車鉤所能承受的牽引力分析

考慮當(dāng)6節(jié)編組列車救援6節(jié)編組列車，在列車聯(lián)掛好但未進(jìn)入救援模式、列車進(jìn)行牽引后立即施加緊急制動(dòng)的極端惡劣情況，對(duì)車鉤受力螺栓和緩沖器進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下：

在基于車鉤仿真計(jì)算，各種工況下車鉤所能接受的牽引力如下（不考慮有效質(zhì)量，控制車鉤受力在800kN以下）：

3.1.2城軌車輛救援工況牽引力、制動(dòng)力控制方案優(yōu)化分析

3.1.2.1 牽引力控制優(yōu)化分析

根據(jù)以上計(jì)算和車鉤可受力情況，考慮滿足上海16號(hào)線實(shí)際運(yùn)營(yíng)線路最大坡道30‰車輛可啟動(dòng)、6節(jié)重連救援車可發(fā)揮的最大牽引力為400kN、最大緊急制動(dòng)力為566kN，故障車無(wú)牽引力和制動(dòng)力的情況的實(shí)際情況，最大可達(dá)到的牽引加速度計(jì)算結(jié)果如下：

上坡：無(wú)需限制;

〖JP4〗下坡：加速度=（120+228.8971-38.1106）/828.168=03753m/s2;

平直道：加速度=（160-38.1106）/828.168=0.1471 m/s2。

從以上救援方案優(yōu)化的計(jì)算條件和分析來看，為保證車鉤受力在800kN以下，在救援模式的各種工況下：當(dāng)列車在平直軌道運(yùn)行時(shí)，加速度需維持在0.1471 m/s2～0.2542m/s2范圍內(nèi)，而當(dāng)列車在30‰軌道運(yùn)行時(shí)，加速度需維持在0.3753m/s2～0.5271m/s2范圍內(nèi)，從而導(dǎo)致救援工況下的列車常用制動(dòng)和快速制動(dòng)距離增長(zhǎng)。

3.1.2.2 制動(dòng)力控制優(yōu)化分析

基于安全考慮，任何情況下車輛的緊急制動(dòng)功能都需滿足，因此制動(dòng)力控制的優(yōu)化建議保留車輛的緊急制動(dòng)能力，其他制動(dòng)模式的制動(dòng)力不大于緊急制動(dòng)力。

3.2 城軌車輛救援工況牽引力、制動(dòng)力控制方案優(yōu)化建議

由于連掛救援工況為極端惡劣的情況，在考慮列車有效質(zhì)量和車輛僅在列車起動(dòng)瞬間存在列車起動(dòng)阻力等因素后，建議優(yōu)化后的列車連掛救援方案如下：

（1）救援工況下的牽引加速度限制方案如下：

①優(yōu)化方案適用AW0、AW2、AW3載荷下的3節(jié)編組列車救援3節(jié)編組列車、6節(jié)編組列車救援3節(jié)編組列車及6節(jié)編組列車救援6節(jié)編組列車在平直道、坡道上的各種救援工況。

②考慮列車坡道起動(dòng)，救援牽引工況下的全列車重量按救援車重量+故障車重量之和計(jì)算;加速度根據(jù)載荷變化在0.2 m/s2～0.3 m/s2范圍內(nèi)實(shí)時(shí)調(diào)整，救援工況下的列車加速度實(shí)時(shí)調(diào)整方法如下：

（2）救援工況下的列車制動(dòng)力限制方案如下：

①適用AW0、AW2、AW3載荷下的3節(jié)編組列車救援3節(jié)編組列車、6節(jié)編組列車救援3節(jié)編組列車及6節(jié)編組列車救援6節(jié)編組列車在平直道、坡道上的各種救援工況。

②救援制動(dòng)工況下的全列車重量按僅按救援車重量計(jì)算。

③救援工況下，列車的常用制動(dòng)力、快速制動(dòng)力不超過緊急制動(dòng)力。

4 結(jié)語(yǔ)

本文分析了城軌車輛連掛控制方案及救援工況下牽引力、制動(dòng)力控制方案存在的問題，給出了救援工況下城軌車輛牽引力、制動(dòng)力控制的優(yōu)化建議，并在上海軌道交通16號(hào)線工程車輛的3節(jié)編組和6節(jié)編組正線混跑及救援中得到了驗(yàn)證，為在線自動(dòng)聯(lián)掛、混合編組救援技術(shù)在我國(guó)城軌車輛項(xiàng)目上提供了參考和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

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