城軌磁懸浮交通線路最大坡度研究

黃義桐

(中鐵二院交規院,四川成都 610031)

城軌磁懸浮交通線路最大坡度研究

黃義桐

(中鐵二院交規院,四川成都 610031)

文章分析了城軌磁懸浮列車的牽引制動特性以及附加阻力的影響,并通過計算確定了其最大坡度。

城市軌道交通; 城軌磁浮列車; 最大坡度

城市軌道交通正線的最大坡度是線路的主要技術標準之一,合理地確定線路最大坡度具有很重要的意義。對于城軌車輛來說,必須使其性能適應線路的最大坡度。

1 牽引制動特性所確定的最大坡度

列車通過最大坡道的速度不應過低,以免影響線路的運送能力,列車通過最大坡道的速度不應低于 36～40 km/h。另一個要求是車輛在最大坡道上停車后,應能隨時起動加速(此時的起動加速度比在平道上起動時低得多)。

城軌磁懸浮列車在正常運行時主要采用反向推力制動,并裝備有應急機械制動裝置,當列車遇到需緊急制動的情況時,可以采取緊急機械制動方式處理。所以,列車在最大坡度上下坡時不需要考慮反向推力的制動能力。

由于目前我國的城軌磁浮系統尚處于試驗階段,還沒有相關的牽引特性曲線資料。參考采用直線感應電機提供動力的地鐵車輛牽引特性曲線,可以得到大致的城軌磁浮車輛牽引特性曲線。其中,速度從 0到 36 km/h為恒轉矩加速,從36 km/h到100 km/h為恒功率加速。根據牽引特性曲線,在速度v=0～36 km/h時,單節車輛的推力F=21 kN。

根據相關研究,若單節磁浮車輛的總質量為M(t),運行速度為v(m/s),當v>0時,受流器所受的阻力Wc= 41.68 N。單節車輛的電磁阻力:v<5.56m/s時,

綜合以上分析可得,當列車通過最大坡道的速度取規定的下限即v=36 km/h時,此時列車的牽引力最大,列車的基本阻力取得極小值。

考慮惡劣情況下(如其中一輛動車發生故障),此時,兩輛動車拉動列車在最大坡道上以 36 km/h的速度運行,此時可以求出最大坡度值imax。

式中:F為直線電機的額定推力(kN);P為單節車輛總重(t);imax為最大坡度(‰)。

根據西南交大磁浮所提供的資料可以得到,中低速磁浮列車的起動阻力非常小,可以忽略不計。車輛在最大坡道上起動時,起動加速度為aq。對最大坡度imax=62.3‰進行起動檢驗。

計算結果說明城軌磁浮列車在牽引動力損失 1/3的情況下,列車仍然可以在62.3‰的坡道上起動并能以36 km/h的速度正常運行;因此,最大坡度取 62.3‰能夠滿足要求,取整后得到城軌磁浮交通線路正線的最大坡度為 60‰(不考慮坡度折減)。

2 附加阻力對最大坡度的影響

輪軌系統引起曲線附加阻力減緩的原因:當機車車輛駛入圓曲線后,由于動輪踏面發生橫向滑動,且曲線外軌較內軌長,使車輪產生縱向滑動等原因而引起機車粘著系數降低。曲線半徑愈小,這種現象愈顯著。

城軌磁浮列車在平面直線上運動時,當車體上安裝的直線電機定子接通三相電流后,定子與其正下方的軌道上敷設的反應板產生一個移動磁場,該磁場在感應板上感應出電流和感生磁場,由于磁場的作用,產生推力牽引列車前進或后退。列車在平面曲線上運動時,車輛上的直線電機定子與反應板不再正對,而是產生一定的橫向偏離,就會削弱感生磁場,從而影響產生的推力。由于車輛的懸浮導向電磁鐵只允許與其平衡位置極其微小的動態波動, 所以直線電機定子與反應板的橫向偏離也很小,對推力和電磁阻力的影響就很小,列車阻力的變化也就很小,故中低速磁浮列車的曲線附加阻力可以忽略。

隧道里的縱坡考慮隧道附加阻力需減緩縱坡,尚無正式的試驗公式。考慮到城軌車輛速度較低,其隧道附加阻力與坡道阻力相比要小很多,故忽略不計。

3 結 論

綜合以上分析,建議城軌磁浮交通線路正線的最大坡度不宜大于 60‰(考慮附加阻力的影響)。需要注意的是當采用較陡的坡度時,其坡道長度不宜太長,以免過分影響全線的平均運行速度,防止列車的牽引電機發生過熱現象。

[1] 易思蓉.鐵路選線設計(第二版)[M].成都:西南交通大學出版社,2005

[2] GB 50157-2003地鐵設計規范[S]

[3] 李璐,張紅梅,吳峻.中低速磁懸浮列車牽引供電仿真軟件的設計[J].計算機仿真,2006,23(9)

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U212.34

B

2010-03-21

黃義桐,男,碩士,助理工程師。