廣州市軌道交通工程9號線電力蓄電池工程車牽引性能探討

王新周

（廣州市地下鐵道總公司，廣東廣州 510000）

隨著社會的進(jìn)步及能源危機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展，節(jié)能環(huán)保的要求已經(jīng)深入國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域。在我國城市軌道交通領(lǐng)域，大力發(fā)展節(jié)能環(huán)保的電力蓄電池雙能源工程車以逐步取代現(xiàn)有的內(nèi)燃工程車已成為基本共識。目前全國已開通運(yùn)行城市軌道交通的城市中，已有香港、長沙、昆明、寧波等城市開始陸續(xù)使用電力蓄電池雙能源工程車。廣州市軌道交通首臺電力蓄電池工程車也將于2016年投入9號線的運(yùn)營。

本文依據(jù)廣州市軌道交通9號線的線路條件及實(shí)際運(yùn)營需求，對電力蓄電池雙能源工程車的牽引性能進(jìn)行了探討，針對牽引力、牽引功率及最大電制動力進(jìn)行了理論推算，為9號線電力蓄電池工程車牽引參數(shù)的確定及設(shè)計(jì)審查提供參考

1 線路條件及運(yùn)營需求

廣州市軌道交通工程9號線線路條件中，依據(jù)《牽引計(jì)算規(guī)程規(guī)》在牽引計(jì)算中需加以考慮的主要線路條件如表1所示。

表1 廣州地鐵9號線部分線路條件

廣州地鐵在實(shí)際運(yùn)營過程中對工程車的要求如下：

（1）需滿足單機(jī)牽引160 t的需求；

（2）考慮電力蓄電池工程車的通過能力，要求電力蓄電池工程車在35‰坡道上的恒定速度、起動加速度應(yīng)滿足表2要求。

表2 35‰坡度下的恒定速度和啟動加速度要求

2 列車運(yùn)行阻力計(jì)算

電力蓄電池工程車質(zhì)量：M=56 t；被牽引車輛質(zhì)量：G=160 t。

電力蓄電池工程車運(yùn)行單位基本阻力（N/kN）依據(jù)《牽規(guī)》中中SS8型電力機(jī)車計(jì)算：

式（1）中v為機(jī)車運(yùn)行速度，km/h。

被牽引車輛運(yùn)行單位基本阻力（N/kN）依據(jù)《牽規(guī)》中滾動軸承貨車運(yùn)行單位基本阻力計(jì)算：

單位坡道附加阻力（N/kN）：ωi=i，i為坡道千分?jǐn)?shù)。

單位曲線附加阻力（N/kN）：

式（3）中，R路曲線半徑，m。

列車運(yùn)行基本阻力計(jì)算公式為：

列車運(yùn)行阻力計(jì)算公式為：

考慮廣州市軌道交通工程9號線最惡劣的運(yùn)行工況：電力蓄電池工程車單機(jī)牽引160 t平板在40‰坡道啟動，同時考慮正線最小曲線半徑的附加阻力，依據(jù)式（5）計(jì)算列車啟動阻力為98.7 kN。

3 最大牽引力推算

3.1 工程車所需最大牽引力

依據(jù)列車牽引工況下的運(yùn)動方程式：

式（6）中，C為列車合力，F(xiàn)v為列車牽引力，W為列車阻力，a為列車運(yùn)行加速度。

因此，欲使列車在廣州市軌道交通工程9號線最惡劣的工況下啟動（此時啟動阻力為98.7 kN），并仍具有一定的加速度，可取電力蓄電池工程車最大牽引力為100 kN。

3.2 黏著限制核算

國產(chǎn)各型電力機(jī)車的計(jì)算粘著系數(shù)計(jì)算公式為：

計(jì)算黏著牽引力計(jì)算公式為：

式（8）中，Pμ為機(jī)車黏著重量，t。

取工程車最大運(yùn)行速度80 km/h，依據(jù)式（7）計(jì)算得計(jì)算黏著系數(shù)為0.256；依據(jù)式（8）計(jì)算得黏著牽引力為140.6 kN。

因此，選取電力蓄電池工程車的最大牽引力為100 kN，滿足黏著限制要求。

4 最大牽引功率推算

輪周牽引功率的計(jì)算公式為：

依據(jù)式（5）、（6）、（9）計(jì)算在表2所列兩種工況下所需的輪周牽引力及輪周牽引功率如表3所示：

因此，在接觸網(wǎng)模式，取機(jī)車牽引功率400 kW可滿足運(yùn)行工況要求。在蓄電池模式下，取機(jī)車牽引功率300 kW可滿足運(yùn)行工況要求。

5 最大電制動力推算

考慮工程車的散熱及使用壽命，目前廣州地鐵要求電動工程車投入電制動允許的最低初始速度為5 km/h。

表3 兩種工況下所需輪周牽引力和牽引功率

考慮電動工程車牽引160 t平板在35‰的坡道上以10 km/h的速度下坡行駛，根據(jù)列車在動力制動工況下的運(yùn)動方程式：

式（8）中，λ為電制動利用系數(shù)（取λ=0.9），B為列車電制動力。

依據(jù)公式（4）計(jì)算列車運(yùn)行基本阻力W0=2.140 kN，列車坡道下滑力Wi=74.088 kN

6 結(jié)論

為滿足廣州市軌道交通工程九號線的線路條件及運(yùn)營需求，電力蓄電池工程車牽引性能需滿足以下要求：

（1）在接觸網(wǎng)牽引工況及蓄電池牽引工況下，電力蓄電池工程車啟動牽引力均應(yīng)達(dá)到100 kN；

（2）在接觸網(wǎng)牽引工況下，電力蓄電池工程牽引功率應(yīng)達(dá)到：400 kW；在蓄電池牽引工況下，電力蓄電池工程車牽引功率應(yīng)達(dá)到：300 kW；

（3）電力蓄電池工程車最大電制動力應(yīng)達(dá)80 kN。

［1］TB/T 1407-1998.列車牽引計(jì)算規(guī)程［S］.

［2］楊志華，陳成，毛如香.地鐵工程維護(hù)車的新發(fā)展［J］.電力機(jī)車與城軌車輛，2010（4）：1-2.

［3］陳豐宇，譚本旭.上海軌道交通蓄電池電力工程車牽引性能參數(shù)探討［J］.電力機(jī)車與城軌車，2013（5）：61-63.