覃才
(廣州地鐵設計研究院股份有限公司,廣東廣州 510010)
由于城市軌道交通既有線與延長線在線路條件上存在差異,因此蓄電池工程車的作業(yè)范圍應以實際線路條件為基礎進行考慮。現(xiàn)實中,蓄電池的續(xù)航能力有限導致其作業(yè)范圍受限。工程車通常于段場內(nèi)整備存放,作業(yè)完成后需返回段場,由于段場選址取決于上位規(guī)劃,不可輕易調(diào)整,因此需對工程車的作業(yè)能力進行核算,對工程車的應用策略進行調(diào)整,以確保其作業(yè)范圍實現(xiàn)全線覆蓋。同時,既有的蓄電池續(xù)航能力研究中,對于計算輸入的線路參數(shù),多采用固定理想化取值,且未考慮平面曲線因素。文章基于線路不同區(qū)段的實際參數(shù)(坡度、豎曲線、平面曲線等)進行研究,為蓄電池工程車作業(yè)范圍的計算、作業(yè)模式及策略的制訂提供借鑒[1]。
工程車的使用場景決定了其運用于不同線路的適應性。其主要使用場景如表1 所示。
表1 蓄電池工程車主要使用場景
根據(jù)工程車的使用場景,在段內(nèi)作業(yè)時,既有線與延長線的段內(nèi)線路條件一致,均為同一半徑且無坡度,對于同一線路,所采用的電客車、平板車在負載上基本無差別。因此,在段內(nèi)調(diào)車時,其適用性契合;正線作業(yè)時,主要受線路參數(shù)的影響[2]。
研究其適應性,需根據(jù)既有線與延長線的線路參數(shù),核算既有線工程車的續(xù)航能力,得出續(xù)航能力對應的可覆蓋作業(yè)范圍,在此基礎上考慮延長線工程車的能力需求及應用策略[3]。
以廣州市已運營的18&22 號線及其在建延長線為例。其線路分布如圖1 所示。
圖1 18&22 號線及其在建延長線分布圖
續(xù)航能力計算如下:
設軌道車重量為M(單位:t);負載重量為Q(單位:t);蓄電池工程車運行速度為v(單位:m/s);蓄電池額定電壓為V、放電容量系數(shù)為η;線路坡度為i;線路平面半徑為R。
根據(jù)線路不同的坡度、半徑,將其劃分為若干個區(qū)段,每個區(qū)段的長度為Sj,線路總長度S=∑Sj(j=1~n),n 為線路劃分的總區(qū)段數(shù)。根據(jù)《列車牽引計算規(guī)程》(TB/T 1407—1998),列車阻力由車輛在平直道上的阻力、坡道阻力和曲線附加阻力三部分組成。
第一,車輛在平直道上的阻力為F0:
式(1)中:F0′為車輛基本運行阻力;F0″為車輛單位基本阻力。
第二,車輛的坡道阻力為Fi:
第三,曲線附加單位阻力為FR:
由式(1)~(3)可知,車輛在平直道上的阻力僅與行駛速度相關;結合式(4)~(5),可計算得出該區(qū)段的列車阻力(即所需牽引力)Fj=F0+Fi+FR(kN),則該區(qū)段的輪周功率Pj=Fj×v/3.6(kW),該區(qū)段所消耗的電池容量Cj=Pj/(V×η)。
設蓄電池總?cè)萘繛镃t,根據(jù)目前市場調(diào)研情況,蓄電池剩余電量小于總?cè)萘康?0% 則不建議繼續(xù)使用。
若在第a(1≤a<n)個區(qū)段,Ct×(1-20%)≥∑Cj(j=1~a)且同時Ct×(1-20%)<∑Cj(j=1~a+1)時,僅蓄電池供電的情況下,推導出可行駛最大單程距離為Smd=∑Sj(j=1~a)+[Ct×(1-20%)-∑Cj(j=1~a)]×Sa+1/Ca+1。
若在第b(1≤b<n)個區(qū)段,Ct×(1-20%)≥2∑Cj(j=1~b)且同時Ct×(1-20%)<2∑Cj(j=1~b+1)時,僅蓄電池供電的情況下,推導出可行駛最大折返距離為Smd=∑Sj(j=1~b)+[Ct×(1-20%)-2∑Cj(j=1~b)]×Sb+1/2Cb+1。
若Ct×(1-20%)>∑Cj(j=1~n),則蓄電池續(xù)航能力大于對應線路單程的全線作業(yè)需求;若Ct×(1-20%)>2∑Cj(j=1~n),則蓄電池續(xù)航能力大于對應線路折返的全線作業(yè)需求。
根據(jù)上述推導,結合廣州市18&22 號線既有線及延長線的線路平縱斷面圖及相關數(shù)據(jù)資料,通過編程計算,以各段場為工程車出發(fā)點,得出蓄電池工程車單程及折返最大行駛距離,進而得出工程車作業(yè)可覆蓋范圍。其中,出于維護檢修便利性考慮,計算延長線的工程車可覆蓋范圍時優(yōu)先考慮與既有線采用同一型號,其基本參數(shù)一致[4]。
結合廣州地區(qū)工程車作業(yè)的規(guī)定及運營習慣,計算工況如下。
第一,正線常規(guī)作業(yè):雙機牽引平板車,前往作業(yè)點及返回段場的過程中均考慮平板車牽引負載。
第二,正線救援作業(yè)(少數(shù)情況下考慮蓄電池工程車救援):雙機牽引,由段場趕往作業(yè)點不帶負載,返回段場時考慮電客車牽引負載。
蓄電池工程車運行路徑如圖2 所示,蓄電池工程車可覆蓋范圍計算結果如表2 所示。
圖2 蓄電池工程車運行路徑示意圖
表2 蓄電池工程車可覆蓋范圍
由表2 可知:
第一,采用單程作業(yè)模式時,對于常規(guī)作業(yè)及救援作業(yè),路徑3~12 的單程可覆蓋距離均大于實際路徑距離,且路徑1、路徑2 對應的端點站進行折返作業(yè)時,兩端可覆蓋距離之和大于實際路徑距離。因此,18&22 號線既有線及延長線在采用“本段場—正線—下一段場”的運作模式時,蓄電池工程車的能力范圍可覆蓋全線。
第二,若采用折返作業(yè)模式,對于常規(guī)正線作業(yè),路徑4、路徑8 無法單獨從某一段場覆蓋整個路徑,需以兩個相鄰的段場為端點,根據(jù)可覆蓋范圍,結合實際運營條件,在對應的連接路徑上劃分各自負責的作業(yè)范圍,通過兩個段場各負責該路徑的一部分正線作業(yè),完成對路徑作業(yè)的全覆蓋。對于正線救援作業(yè),路徑3~6、路徑8~9 和路徑11 也需采用此策略方能達到全覆蓋。
文章基于實際線路條件參數(shù)研究了工程車作業(yè)能力及覆蓋范圍,不同的線路條件對工程車作業(yè)的可覆蓋范圍影響較大,其計算必須以線路條件為基礎才能更符合實際情況。相關結論對后續(xù)在設計階段充分考慮既有線與延長線之間、線路與線路之間以及線網(wǎng)層面的工程車作業(yè)模式及作業(yè)策略有一定的參考價值和借鑒意義。