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）

隨著社會的進步及能源危機的進一步發展，節能環保的要求已經深入國民經濟的各個領域。在我國城市軌道交通領域，大力發展節能環保的電力蓄電池雙能源工程車以逐步取代現有的內燃工程車已成為基本共識。目前全國已開通運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號線的運營。

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

1 線路條件及運營需求

廣州市軌道交通工程9號線線路條件中，依據《牽引計算規程規》在牽引計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

廣州地鐵在實際運營過程中對工程車的要求如下：

（1）需滿足單機牽引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 列車運行阻力計算

電力蓄電池工程車質量：M=56 t；被牽引車輛質量：G=160 t。

電力蓄電池工程車運行單位基本阻力（N/kN）依據《牽規》中中SS8型電力機車計算：

式（1）中v為機車運行速度，km/h。

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

單位坡道附加阻力（N/kN）：ωi=i，i為坡道千分數。

單位曲線附加阻力（N/kN）：

式（3）中，R路曲線半徑，m。

列車運行基本阻力計算公式為：

列車運行阻力計算公式為：

考慮廣州市軌道交通工程9號線最惡劣的運行工況：電力蓄電池工程車單機牽引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，依據式（5）計算列車啟動阻力為98.7 kN。

3 最大牽引力推算

3.1 工程車所需最大牽引力

依據列車牽引工況下的運動方程式：

式（6）中，C為列車合力，Fv為列車牽引力，W為列車阻力，a為列車運行加速度。

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

國產各型電力機車的計算粘著系數計算公式為：

計算黏著牽引力計算公式為：

式（8）中，Pμ為機車黏著重量，t。

取工程車最大運行速度80 km/h，依據式（7）計算得計算黏著系數為0.256；依據式（8）計算得黏著牽引力為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

輪周牽引功率的計算公式為：

依據式（5）、（6）、（9）計算在表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，在接觸網模式，取機車牽引功率400 kW可滿足運行工況要求。在蓄電池模式下，取機車牽引功率300 kW可滿足運行工況要求。

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，根據列車在動力制動工況下的運動方程式：

式（8）中，λ為電制動利用系數（取λ=0.9），B為列車電制動力。

依據公式（4）計算列車運行基本阻力W0=2.140 kN，列車坡道下滑力Wi=74.088 kN

6 結論

為滿足廣州市軌道交通工程九號線的線路條件及運營需求，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達到100 kN；

（2）在接觸網牽引工況下，電力蓄電池工程牽引功率應達到：400 kW；在蓄電池牽引工況下，電力蓄電池工程車牽引功率應達到：300 kW；

（3）電力蓄電池工程車最大電制動力應達80 kN。

［1］TB/T 1407-1998.列車牽引計算規程［S］.

［2］楊志華，陳成，毛如香.地鐵工程維護車的新發展［J］.電力機車與城軌車輛，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探討［J］.電力機車與城軌車，2013（5）：61-63.