城轨车辆救援工况下的牵引力及制动力控制分析与研究

曹增明　周利　彭驹

摘 要：本文在阐述城轨车辆连挂救援工况牵引力及制动力控制方案的基础上，分析了当前城轨车辆连挂工况牵引力及制动力控制方案存在的主要问题，并重点就城轨车辆连挂工况下的牵引力及制动力控制方案优化进行了分析和研究。

关键词：城轨车辆;牵引制动力;连挂控制

1 城轨车辆连挂控制方案

城轨车辆的连挂功能通常用于重联运营、牵引调车或在其他紧急救援工况下与共线运营的其他列车进行连挂，列车与列车间的连挂通常通过车钩来实现机械连接和空气管路连接、通過车钩或者连接器来实现电气连接等，详见下图所示：

目前城轨车辆普遍采用的车钩机械钩头通常采用35型车钩，其抗压载荷（屈服强度）约为850kN、抗拉载荷（屈服强度）约为1250kN。

2 城轨车辆连挂救援控制方案分析

2.1 城轨车辆救援工况下的牵引力和制动力分析

以上海16号线项目车辆为例进行城轨车辆连挂工况下的牵引力和制动力分析：

AW3工况下Tmc车重64.6t，M车重65.243t，三节编组列车整车重194.443t，六节重连列车整车重388.886t;

AW3、40‰坡道牵引工况下，按列车最大平均启动加速度值为1.0m/s2计算，一列六节编组列车救援一列六节编组列车上坡所需牵引力约为1171.474kN。

AW3、40‰坡道工况下，按列车最大平均减速度值为13m/s2计算，一列六节编组列车救援一列六节编组列车下坡紧急制动所需制动力约为1275.19kN。

2.2 城轨车辆救援工况牵引和制动力控制方案分析

由以上分析可知：

（1）在AW3、加速度1.0m/s2、40‰坡道工况下，一列六节编组列车救援一列六节编组列车上坡所需牵引力约为1171474k>车钩最大抗压载荷（屈服强度）850kN，已超出车钩的可承受范围;

（2）在AW3、减速度1.3m/s2、40‰坡道工况，一列六节编组列车救援一列六节编组列车下坡紧急制动所需制动力约为1275.19kN（故障车可以施加制动）>车钩最大抗拉载荷（屈服强度）1250kN，已超出车钩的可承受范围;

（3）在AW3、加速度1.0m/s2、40‰坡道工况下，一列六节编组列车救援一列六节编组列车上坡过程中施加减速度为1.3m/s2的紧急制动，车钩所承受的力将远远超过车钩的可承受范围。

3 城轨车辆救援工况牵引力、制动力控制方案优化

3.1 城轨车辆救援工况牵引力、制动力控制方案优化分析

为保证车辆行车安全和考虑连挂救援工况下故障车牵引力、制动力已切除的实际应用情况，分析城轨车辆连挂救援的极端工况下的牵引力、制动力控制方案。

3.1.1 车钩所能承受的牵引力分析

考虑当6节编组列车救援6节编组列车，在列车联挂好但未进入救援模式、列车进行牵引后立即施加紧急制动的极端恶劣情况，对车钩受力螺栓和缓冲器进行测试，测试结果如下：

在基于车钩仿真计算，各种工况下车钩所能接受的牵引力如下（不考虑有效质量，控制车钩受力在800kN以下）：

3.1.2城轨车辆救援工况牵引力、制动力控制方案优化分析

3.1.2.1 牵引力控制优化分析

根据以上计算和车钩可受力情况，考虑满足上海16号线实际运营线路最大坡道30‰车辆可启动、6节重连救援车可发挥的最大牵引力为400kN、最大紧急制动力为566kN，故障车无牵引力和制动力的情况的实际情况，最大可达到的牵引加速度计算结果如下：

上坡：无需限制;

〖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。

从以上救援方案优化的计算条件和分析来看，为保证车钩受力在800kN以下，在救援模式的各种工况下：当列车在平直轨道运行时，加速度需维持在0.1471 m/s2～0.2542m/s2范围内，而当列车在30‰轨道运行时，加速度需维持在0.3753m/s2～0.5271m/s2范围内，从而导致救援工况下的列车常用制动和快速制动距离增长。

3.1.2.2 制动力控制优化分析

基于安全考虑，任何情况下车辆的紧急制动功能都需满足，因此制动力控制的优化建议保留车辆的紧急制动能力，其他制动模式的制动力不大于紧急制动力。

3.2 城轨车辆救援工况牵引力、制动力控制方案优化建议

由于连挂救援工况为极端恶劣的情况，在考虑列车有效质量和车辆仅在列车起动瞬间存在列车起动阻力等因素后，建议优化后的列车连挂救援方案如下：

（1）救援工况下的牵引加速度限制方案如下：

①优化方案适用AW0、AW2、AW3载荷下的3节编组列车救援3节编组列车、6节编组列车救援3节编组列车及6节编组列车救援6节编组列车在平直道、坡道上的各种救援工况。

②考虑列车坡道起动，救援牵引工况下的全列车重量按救援车重量+故障车重量之和计算;加速度根据载荷变化在0.2 m/s2～0.3 m/s2范围内实时调整，救援工况下的列车加速度实时调整方法如下：

（2）救援工况下的列车制动力限制方案如下：

①适用AW0、AW2、AW3载荷下的3节编组列车救援3节编组列车、6节编组列车救援3节编组列车及6节编组列车救援6节编组列车在平直道、坡道上的各种救援工况。

②救援制动工况下的全列车重量按仅按救援车重量计算。

③救援工况下，列车的常用制动力、快速制动力不超过紧急制动力。

4 结语

本文分析了城轨车辆连挂控制方案及救援工况下牵引力、制动力控制方案存在的问题，给出了救援工况下城轨车辆牵引力、制动力控制的优化建议，并在上海轨道交通16号线工程车辆的3节编组和6节编组正线混跑及救援中得到了验证，为在线自动联挂、混合编组救援技术在我国城轨车辆项目上提供了参考和实践经验。

参考文献：

[1]南车株机公司.上海轨道交通11号线南段工程车辆技术规格书[G].株洲南车株机公司，2010.

[2]柳晓峰.上海轨道交通16号线地铁多种受流牵引方式集成设计[G].电力机车与城轨车辆，2014（1）.

[3]曹增明.上海轨道交通16号线列车重联技术研究与应用[J].电力机车与城轨车辆，2015（4）.