武漢大漢陽項目牽引仿真計算研究

摘 要：本文主要對武漢大漢陽現代有軌電車的運行性能仿真計算結果中遇到的實際問題及優化后的結果進行仿真比較，通過區間限速、減少區間路口數量、縮短路口等待時間等優化車輛運行方案，為提高車輛運行品質，節約能源等提供理論依據。

關鍵詞：牽引仿真；現代有軌電車；儲能電源

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.231

1 概述

武漢市大漢陽地區現代有軌電車試驗線工程線路全長約19.955km。車輛采用四模塊編組，三動一拖，編組形式：=Mc1+T++M+Mc2=，最高運行速度70km/h。

2 計算輸入條件及基本公式

2.1 計算輸入條件如下

（1）線路參數（由軌道建設方提供）。站臺數量共29座，路口共31個，其中路口起始至終止限速30km/h。

（2）車輛重量。空車重量 54.5t，AW3車輛重量為77t。

（3）車輛的牽引、制動特性。在平直、干燥軌道，車輪半磨耗，AW2載荷條件下：平均啟動加速度（0-40km/h）：≥1.0m/s2，平均加速度（0-70km/h）：≥0.7m/s2，常用制動平均減速度（70km/h-0）：≥1.2m/s2。

（4）車輛的基本阻力特性，即各種工況下的基本阻力計算公式見2.2.1。

（5）儲能電源容量、充電電流等。采用9500F單體電容，儲能電源電壓在DC500V-900V之間為可用能量，計算考慮儲能電源全壽命周期內20%的容量衰減。

（6）車輛交、直流負載功率。根據輔助負載計算結果，儲能電源電壓900-750V時，功率為52.7kW；600-750V時，功率為52kW；500-600V時，功率為51.7kW。

2.2 列車阻力

2.2.1 基本阻力

基本阻力采用常規戴維斯公式：Fw=516*n+ mges*（0，006374 + 0，00032905*v） + A*v2 式中Fw=列車阻力[N]；n=列車編組數；mges=列車重量+負載[kg]；v=速度 [m/s]。

2.2.2 附加阻力

附加阻力由兩部分組成坡道阻力和曲線阻力。坡道阻力=列車總重*坡度；曲線阻力=600/R，折算成坡度。

2.2.3 運行阻力

3 計算結果

（1）全力南路站-硃山湖大道站，線路里程為全長876m ，該區間共的 4個路口及停車等待時間為全力三路-全力南路（60s）、救援中心消防站路口（45s）、東風乘用車1路口（45s）、全力三路-硃山湖大道（130s）。以該區間為例，分別對三種工況計算結果進行對比分析（路口起始位置-終止位置限速30km/h），計算結果見表1。

1）工況1 AW3、空調全載、4個路口均等待一個紅燈周期。

2）工況2 AW3、空調全載、救援中心消防站、東風乘用車1兩路口優先通過，區間限速30km/h。

3）工況3 AW3、空調全載、區間路口不起停、不等待。

仿真計算結果如表1。

由此可得，工況1：區間最低電壓為463V，低于儲能電源的正常工作電壓。車輛起停次數為5次、停車等待時間為280s，牽引能耗占總能量的49.97%，輔助能耗占總能耗的46.74%，回收能量占總能量的63.77%。工況2，區間最低電壓在儲能電源正常工作電壓范圍內，車輛起停次數為3次，停車等待時間為190s，牽引能耗占總能量的32.46%，輔助能耗占總能耗的45.11%，回收能量占總能量的21.55%。

工況3，區間最低電壓在儲能電源正常工作電壓范圍內，車輛起停次數為1次，無停車等待時間，牽引能耗占總能量的42.91%，輔助能耗占總能耗的13.68%，回收能量占總能量的48.53%。

由此可見，區間設置過多的路口，起停次數過多、等待時間過長，相應的牽引、輔助能耗增加，影響車輛性能的發揮；反之，區間路口越少、起停次數越少，將大大降低牽引、輔助能耗，縮短站間運行時間，提高車輛的平均旅行速度，最大限度解決交通壓力，更有利于城市的發展。

（2）楓樹一路站-后官湖大道站，線路里程為全長1281m，該區間共的 2個路口及停車等待時間為后官湖大道-四環路（80s）、后官湖大道-蓮湖路（90s）。以該區間為例，分兩種工況進行對比分析（路口起始位置-終止位置限速30km/h）。

1）工況1：AW3、空調全載、路口等待一個紅燈周期

2）工況2：AW3、空調全載、路口等待一個紅燈周期，限速65km/h。

仿真計算結果如表2。

由此可得，工況1，區間最低電壓在儲能電源正常工作電壓范圍500-900V，最高運行速度70km/h，牽引能耗占總能量的48.78%，輔助能耗占總能耗的41.46%，回收能量占總能量的74.27%。工況2，區間最低電壓在儲能電源正常工作電壓范圍500-900V，最高運行速度65km/h，牽引能耗占總能量的44.61%，輔助能耗占總能耗的41.46%，回收能量占總能量的67.08%。

由此可見，在不影響車輛性能的同時，車輛采取限速措施，能更好的優化車輛的運營方案，節約能源。

4 結語

通過對武漢大漢陽現代有軌電車試驗線項目的仿真計算，對列車的實際線路運行情況作了較為深入、全面的分析和仿真，為武漢大漢陽現代有軌電車項目車輛運營方案提出了優化建議，為提高列車運行品質提供了理論依據，對其他城市的現代有軌電車線路建設具有一定的參考價值。

參考文獻：

[1]中華人民共和國鐵道部.列車牽引計算規程[S].北京：中國鐵道出版社.

作者簡介：徐園（1987-），女，本科，主要從事城軌車輛系統設計工作。