地铁车辆段轮对在线检测设备对出入段能力的影响分析

张建华

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

轮对在线检测技术在地铁车辆段日常检修中得到广泛应用，它改进了检修手段，提高了检修效率[1]。在工程设计中，为实现对入段列车的检测，在线检测设备多设于车辆段咽喉区，由于设备安装需占用一定长度，从而影响信号转换轨和列车出段时间。因此，对检测设备布置型式进行研究，分析其对信号转换轨及列车出段时间的影响，是非常值得研究的课题。

1 检测设备的布置

1.1 设备功能及安装条件

轮对在线检测设备主要通过对轮对外形尺寸检测、车轮擦伤检测、视频图像擦伤检测，实现在线监测不同踏面形状车轮各相关部位的尺寸和踏面缺陷，为列车入段后的车轮镟修和走行部检查提供数据支持。为实现对入段列车的数据采集，检测设备应布置在多方向列车进路的咽喉区外侧，设备安装位置的线路应为直线段，列车通过检测设备的速度为5～15 km/h[2-7]。

1.2 设备布置方案

检测设备安装需占用一定的空间，进行设备布置时主要考虑两部分，一是轨边探头安装占用的空间，长度为20 m；二是设备响应的缓冲区段，其长度与设备响应时间和列车通过速度有关。根据调查，目前市场上主流设备响应时间为10 s左右，由此可知，响应区段合理长度为15～60 m。通过以上分析，检测设备的布置方式如图1所示，其布置长度宜为45 m。

图1 检测设备布置示意(单位：m)

2 信号转换轨的设置方式

列车从车辆段向正线行驶时，需在转换轨上从车辆基地信号模式转换为正线信号模式，再投入正线运营[8]。

转换轨的设置有2种方式，一种是靠车辆段设置；另一种是靠正线设置。在工程设计中，多采用第一种设置方式，这样能够及时将出段列车从驾驶模式转换为正线信号模式，列车以正线速度运行，保证列车出段效率[9-11]。转换轨靠近车辆段的设置方式如图2所示，信号转换轨距车辆段咽喉区第一付道岔岔心约75 m，转换轨位置线路曲线半径不小于300 m，线路坡度不大于18‰。

图2 转换轨布置示意(单位：m)

3 检测设备与转换轨的相互影响分析

根据每日行车计划，列车在退出运营后，以正线行车速度经入段线进入转换轨，停车进行控制模式转换，再以不大于20 km/h调车速度入库停放。由于检测设备只对入段列车进行检测，检测设备需安装在入段线线上。根据检测设备与信号转换轨的相对位置，分两种方案分别进行分析。

方案1：如图3所示，信号转换轨设在检测设备前面(以列车入段方向为正，下同)。入段列车进入信号转换轨后，停车进行控制模式转换，再以调车模式经检测设备入库停车。由于检测设备紧邻信号转换轨，列车在重新启动后通过检测设备的速度可满足5～15 km/h的检测速度要求，实现检测功能；同时，设备靠近车辆段，可以保证设备安装在直线段。

方案2：如图3所示，信号转换轨设在检测设备后面。为保证检测，入段列车经过检测设备需限速15 km/h以下通过，增加入段时间；同时，由于信号转换轨占用较长的线路长度，检测设备安装位置难以保证直线段。

图3 检测设备与信号转换轨位置示意

综上分析，方案1的布置方式更为合理，检测设备宜靠近车辆段，设在信号转换轨与车辆段第一付道岔之间。在工程设计中，由于受地形条件、站段相对关系等因素影响，出入段线多为曲线和大坡度，对检测设备和信号转换轨的布置会产生影响。在这种情况下，需核算列车出入段能力，选择合理的布置方案。

4 列车出段能力影响分析

4.1 列车出段作业分析

由于列车出段能力与入段能力在研究分析上基本一致，且在设计时更加关注出段能力，本文仅以出段能力为例进行研究分析。

车辆段根据每日出车计划办理相应的列车出段进路，基本过程如表1所示。根据车辆段及出段线的信号机布置和联锁关系设置，车辆段的列车出段作业有列车进路及总出发进路两种方式，按列车方式办理时，出段列车可行驶至转换轨的正线入口信号机处；按总出发进路办理时，列车先行驶至总出段信号机，然后根据总出段信号机的显示行驶至转换轨的正线入口信号机[12-14]。

由表1可知，列车出段时间主要包括列车在库内以及出段线的走行时间、司机操作及反应时间、列车模式转换时间等几部分。车辆段设置检测设备后，会引起段内调车走行距离增加，影响列车出段能力。下面以几种典型的布置方式为例，对出段能力进行分析。

表1 列车出段过程分析

4.2 列车出段时间影响分析

4.2.1 不受检测设备影响的车辆段出段时间分析

以30列位B型车6辆编组的车辆段为例，在车辆段咽喉区不设检测设备的情况下，信号转换轨紧靠车辆段设置。如图4所示，停放于9AG的6B列车自库内启动，以低于5 km/h的速度运行至库门停车，走行距离为10 m，则走行时间为[11]

(1)

式中v——列车最高运行速度，库内取5 km/h;

a牵引——列车牵引加速度，取1.0 m/s2；

a制动——列车制动减速度，取1.0 m/s2。

由式(1)计算可得t1=8.6 s。

图4 列车出段示意(单位：m)

根据表1 列车出段过程，由式(1)计算各部分走行时间，结果见表2所示。

由表2可知，第一列车出段时间为222.3 s。在采用追踪方式出段时，当前车出清总出段信号机Szcd后，后续列车即可办理出段进路。此时，列车的最大追踪时间为193 s，如表3所示。

表2 车辆段单车出段时间

注：表中分项序号与表1对应(下同)

表3 追踪方式下列车出段时间

4.2.2 受检测设备影响的列车出段时间分析

为便于计算，分别选取西安市轨道交通车辆段设计的几种典型检测设备布置实例，对列车出段时间进行计算。

实例1：西安轨道交通5号线一期工程阿房宫车辆段检测设备布置型式如图5所示，出入段线路条件较好，咽喉区外侧线路为较长的直线段，紧邻第一付道岔顺次设检测设备和信号转换轨。该布置方式下，总出段信号机距离咽喉区第一付道岔岔心距离为100 m，段内调车距离增加29 m，按表3计算，列车最大追踪时间为199 s。

图5 阿房宫车辆段检测设备布置方案示意(单位：m)

实例2：西安轨道交通4号线航天城车辆段检测设备布置型式如图6所示，出入段线采用R=200 m小半径曲线接入车辆段，咽喉区外侧直线段较短，受出入段线路条件限制，检测设备及信号转换轨顺次设置在线路小曲线外侧。该布置方式下，总出段信号机距离咽喉区第一付道岔岔心距离为143 m，段内调车距离增加72 m，按表3计算，列车最大追踪时间为209 s。

图6 航天城车辆段检测设备布置方案示意(单位：m)

实例3：西安轨道交通3号线港务区车辆段检测设备布置型式如图7所示，出入段线以R=200 m小曲线接入车辆段，咽喉区外侧约有130 m长直线段，为避免信号转换轨设于曲线段，检测设备改设在车辆段咽喉区第一付道岔以内。该布置方式下，信号转换轨设置不受检测设备影响，车辆段咽喉区因设置检测设备，导致咽喉区总长度增加，停车列检库距总出段信号机距离为598 m，段内调车距离增加217 m，按表3计算，列车最大追踪时间为239 s。

图7 港务区车辆段检测设备布置方案示意(单位：m)

4.2.3 不同布置方案对出段能力的影响分析

进入信号转换轨之前，列车在段内的走行距离对出段时间影响较大。当车辆段设置有检测设备时，均在不同程度上增加了列车在段内的走行距离，从而影响列车的出段时间。从计算结果可以看出，当检测设备设在车辆段咽喉区第一付道岔以内时，列车出段时间会增加20%左右，对列车出段能力影响最大；当检测设备设在转换轨与车辆段第一付道岔之间时，对列车出段能力影响较小；当线路为直线时，能有效降低各种影响。

5 结语

车辆段出入段能力对正线列车的运营有着重要的影响，当车辆段需设置在线检测设备时，应考虑其对列车出段能力的影响。在工程设计时，应结合线路条件、车辆段咽喉区布置型式、出入段能力影响等因素综合考虑后选择合理的布置方式。在同等条件下，布置检测设备时应优先考虑设在咽喉区第一付道岔外侧，避免设在车辆段咽喉区第一付道岔内的岔线区；检测设备应设在信号转换轨与车辆段第一付道岔之间，不宜靠近正线设于信号转换轨外侧。

本文仅对检测设备设于咽喉区的情形进行了分析，在工程设计中也有将检测设备设于段内某条检修线路上的情形，虽然这种方式对列车出入段能力没有直接的影响，但这种方式不能完全实现入段列车检测，在使用功能上存在不足，本文不再进行研究。