四輛編組與六輛編組地鐵列車混跑分析及設計

肖飛

（ 中車南京浦鎮車輛有限公司，江蘇 南京210031）

目前，國內城市軌道交通正在大力發展市郊、市域線路，這部分線路初期客流量預測基本都不大，但是隨著地鐵帶來的沿線快速發展，遠期客流量會逐漸增加。為解決客流量增加問題，可選擇初期采用短編組列車，遠期將短編組列車擴編或者增購長編組列車。擴編會因車輛設備維護時間不統一而對車輛架大修造成麻煩。目前，諸如此類線路地鐵車輛的選擇，地鐵業主大多選擇初期采用短編組列車，遠期增購長編組列車。因此，有了長、短編組列車的混跑運營需求，該需求在車輛設計初期就需要考慮。本文以南京機場線與寧溧城際線地鐵列車混跑為例展開分析，并對兩種車型混跑功能進行設計。

1 不同編組的地鐵列車混跑需求

南京地鐵機場線采用六輛編組的B 型地鐵[1]，最高運營速度為100km/h，早于寧溧城際線開通運營。南京地鐵寧溧城際線采用四輛編組的B 型地鐵[2]，最高運營速度同樣為100km/h。南京地鐵提出，南京機場線六輛編組地鐵列車需要在寧溧城際線路上與寧溧城際線四輛編組地鐵列車混跑運營，寧溧城際正線及車輛段已按照遠期六輛編組地鐵列車運營的需求進行設計，車輛需要在寧溧城際線車輛設計階段展開不同編組列車混跑技術分析及機場線列車改造工作。

2 不同編組的地鐵列車混跑技術分析及對比

六輛編組與四輛編組地鐵列車要實現在正線上混跑運營，兩種車型首先要滿足相同的車輛限界、相同的車門間距、相同的停車精度、相同的車鉤高度及鉤頭型號；其次救援工況下四輛編組需要滿足救援六輛編組的牽引性能；最后兩種車型列車聯掛后能實現制動電氣控制和PIS 通信功能。

2.1 南京機場線和寧溧城際線主要技術參數對比

南京機場線和寧溧城際線均為鋁合金鼓形B 型地鐵，限界符合CJJ96-2003 標準，車輛主要技術參數對比如表1 所示。

2.2 南京機場線和寧溧城際線主要供應商對比

對有混跑需求的兩種車型主要供應商及與混跑相關的技術方案宜一致，在不能一致的情況下，應對有差異的方案進行詳細分析。南京機場線和寧溧城際線與混跑功能相關的供應商對比結果如表2 所示。

通過對比可見，兩種車型與混跑相關的主要系統供應商大多都不同，對兩種車型混跑功能的設計有一定的影響，寧溧城際線車輛技術方案需要盡量按照南京機場線的方案執行，南京機場線也需要根據寧溧城際線車輛的實際情況進行適應性地改造以滿足混跑需求。

3 寧溧城際線車輛混跑設計

3.1 停車精度設計

寧溧城際線信號系統技術方案與南京機場線一致，寧溧城際線車載信號設備安裝、信號接口控制、牽引和制動系統性能的設計滿足信號供應商提出的需求即可。寧溧城際線需要重點解決四輛編組救援六輛編組的問題。

表1 車輛主要技術參數對比表

表2 主要供應商對比結果

3.2 四輛編組救援六輛編組的牽引性能計算

計算需求：一列空載的四輛編組列車（寧溧城際線列車）可以牽引一列超載(AW3) 無動力的六輛編組的同類型故障列車（南京機場線列車）能在30‰的坡道上起動。

3.2.1 列車質量M

四輛編組列車質量(AW0)：M0=140 t/列

六輛編組列車質量(AW3)：M3(6)=327.84t/列

3.2.2 列車換算質量Mg

四輛編組列車轉動慣量：Mg=14 t

四輛編組列車換算質量(AW0)：M0g=M0+Mg=154 t

六輛編組列車轉動慣量：Mg(6)=17.2 t

六輛編組列車換算質量(AW3)：M3g(6)=M3(6)+Mg(6)=345.04 t

3.2.3 列車啟動阻力Wq

按49×10-3kN/t 計算：

四輛編組列車啟動阻力(AW0)：Wq0=M0×49×10-3=6.86 kN

六輛編組列車啟動阻力(AW3)：Wq3(6)=M3(6)×49×10-3=16.06kN

3.2.4 坡道附加阻力Wi

四輛編組列車30‰坡道附加阻力(AW0)：Wi0= M0×30‰×9.81=41.2 kN

六輛編組列車30‰坡道附加阻力(AW3)：Wi3(6)=M3(6)×30‰×9.81=96.48kN

3.2.5 四輛編組救援牽引力

加速度= ([牽引力] -[起動阻力] -[30‰坡道阻力]) / 質量

a=F- Wq0- Wq3(6)- Wi0- Wi3(6)) / (M0g + M3g(6)) ＞0.0833 m/s2

經計算，F＞202.17kN 時，一列空載的四輛編組列車能在30‰的坡道上牽引一列同類型的超載(AW3)無動力的六輛編組列車啟動。

寧溧城際線列車采用205kN 高加速牽引力滿足四輛編組救援六輛編組的能力，救援粘著系數達到0.199 即可。

4 南京機場線車輛混跑改造設計

4.1 牽引系統

牽引系統需要根據南京機場線和寧溧城際線路條件進行牽引計算仿真，核實牽引電機轉子、定子溫度以及牽引逆變器是否超溫。

4.2 空氣制動系統

空氣制動系統需要根據南京機場線和寧溧城際線路條件進行制動熱容量計算，核實南京機場線列車閘片溫度是否滿足設計溫度，以及在故障工況下列車運營一個往返的限速值是否需要調整。

4.3 信號與TCMS 接口

信號系統需要更新信號與TCMS 接口的站點信息，增加寧溧城際線路站點信息，以實現自動報站功能。

4.4 TCMS 系統

TCMS 需要在南京機場線的DDU 界面增加寧溧城際線站點信息，同時TCMS 與PIS 系統的接口中需要增加相應站點信息。

4.5 PIS 系統

在混跑時，PIS 系統需要實現與報站相關的功能，需要修改軟件實現新增寧溧城際線站點后的全自動、半自動廣播報站及顯示，具體包括修改軟件中的線路設置、報站及顯示邏輯。此外，還需要修改LED 點陣動態地圖的貼膜，增加寧溧城際線站點。

4.6 救援時車輛電氣連掛

南京機場線列車和寧溧城際線列車聯掛后需要滿足如下功能：

a. 擔任救援的列車能施加/緩解被救援列車的緊急制動和停放制動，被救援列車常用制動可被緩解；

b.能使兩列車駕駛室中的司機實現通信聯絡，并能使救援列車的司機向被救援列車的乘客廣播；

c.當發生無意識脫鉤時將有指示燈在司機室顯示，并且救援列車自動實施緊急制動，被救援列車自動實施緊急制動（若緊急制動被隔離則自動實施停放制動）。

就以上三個功能，只要兩列車停放制動和緊急制動控制方案相同、PIS 系統聯掛通信方案一致、聯掛電氣信號點位相對應即可。但是由于兩個項目制動系統供應商和PIS 系統供應商不一致，寧溧城際線無法完全按照南京機場線的方案執行，因此需要南京機場線進行適應性改造，包括停放制動控制電路改造和PIS 聯掛通信功能改造。

4.6.1 停放制動控制電路改造

南京機場線停放制動功能采用一個電磁閥PBEMV 控制，電磁閥得電即施加全車的停放制動，失電即緩解全車的停放制動，見圖1；而寧溧城際線停放制動功能采用兩個電磁閥PBAMV 和PBRMV 控制，控制邏輯如表3 所示。

表3 雙電磁閥停放制動控制邏輯

因此，需要在南京機場線的停放制動控制電路中將一個停放制動電磁閥的信號轉換為兩個信號，兩個信號互為反邏輯。在電路中新增互鎖接觸器PK 及二極管D2 來實現兩根列車線控制停放制動的功能，如圖1 所示，圖左部分為南京機場線改造后的停放制動控制電路，圖右部分為寧溧城際線停放制動控制電路。

圖1 南京機場線停放制動控制電路改造

4.6.2 PIS 聯掛通信改造

由于南京機場線PIS 系統的廣播系統是基于MVB 總線系統，通過MVB 網絡傳輸控制邏輯和數字語音信號。而寧溧城際線廣播系統采用模擬信號傳輸控制邏輯和語音信號。因此，需要增加MVB 轉模擬的PIS 聯掛通信模塊，以及增加聯掛通信模塊到車端聯掛連接器的接線，并做到兩種車型聯掛連接器信號點位一致，以滿足聯掛后兩列車司機室通信及客室廣播功能。

5 結論

通過對寧溧城際線車輛混跑功能設計、對南京機場線車輛的改造及混跑相關功能試驗驗證，在寧溧城際線開通之日即實現了南京機場線列車與寧溧城際線列車混跑運營的目標。無論是四輛編組與六輛編組混跑運營，還是三輛編組與四輛編組混跑運營的車輛設計均可以參考本文分析開展工作。