地铁列车紧急牵引模式下丧失一半动力后动车可行性分析及优化

陈名华 何文乐 黄婷女

摘 要：介绍了地铁列车紧急牵引模式下的动车条件，并对列车在丧失一半动力后正常动车的可行性进行分析，同时提出了无法动车的车型的优化方向。

关键词：地铁列车;紧急牵引;丧失一半动力;优化

0    引言

列车紧急牵引模式是目前地铁列车在车载设备故障或通信故障等问题导致牵引封锁情况下最为有效的保底措施[1]。但列车在紧急牵引模式下丧失一半动力后正常动车的可行性，却往往在列车设计及不能动车逻辑梳理阶段被忽略，最终导致列车在故障工况下无法有效地通过紧急牵引模式动车运行，进而造成较为严重的客运阻塞。

鉴于此，本文将对广州地铁各车型在紧急牵引模式下，列车丧失一半动力后动车可行性进行分析，并对无法动车的车型提出优化建议。

1    紧急牵引模式下列车动车的条件

紧急牵引模式是指网络故障时，在满足列车安全条件下，司机选择紧急牵引模式按钮后即可进入的备用模式[2]。紧急牵引模式与正常网络模式不同，如表1所示，牵引系统不受列车网络牵引封锁的限制，可以凭借牵引硬线指令，按照固定级位输出牵引力，当制动系统达到缓解条件缓解后，列车即可正常动车。

因此，在紧急牵引模式下，牵引硬线指令、牵引系统自身动力及制动力缓解情况是影响列车是否可以动车的重要条件。

2    紧急牵引模式下丧失一半动力列车动车可行性分析

通过对紧急牵引模式下动车条件的分析可知，牵引动力是否正常将直接影响列车在紧急牵引模式下是否可以正常动车。当列车丧失一半以上动力时，列车将可能因牵引力无法克服保压制动力及列车阻力，最终无法动车。

考虑到在不同工况下列车阻力不同，因此在紧急牵引模式下丧失一半动力列车动车可行性，需在正常坡道及最大坡道两种工况条件下进行分析。

2.1    正常坡道下列车动车可行性

在正常坡道的情况下，列车在进入紧急牵引模式后仅需要克服保压制动动车。目前广州地铁各车型使用的制动系统主要为克诺尔及铁科生产，各车型在紧急牵引模式下保压制动缓解逻辑如表2所示。

从各车型保压制动缓解逻辑来看，主要分为两种：

（1）列车有牵引指令且速度/加速度達到某一限值后保压制动自动缓解;

（2）列车收到牵引指令后自动缓解。

对于第一种逻辑，列车需克服保压制动产生速度或加速度才可以正常动车。当列车丧失一半动力后，产生的牵引力同样必须超过保压制动才可以正常动车。从统计结果来看，满足此种逻辑的车型部分存在丧失一半动力后牵引力不足的问题。以广州地铁九号线B6型车为例：

在紧急牵引模式且丧失一半动力的情况下，列车可产生的牵引力为：

81（B6型车单节车牵引力）×2×70%=113.4 kN

B6型车列车保压制动为：

383（B6型车最大常用制动力）×0.45=172.35 kN

此时列车牵引力113.4 kN小于保压制动172.35 kN，因此B6型列车在紧急牵引模式且丧失一半动力的情况下，无法克服保压制动动车。

对于第二种逻辑，当列车收到牵引指令后保压制动自动缓解，可在正常坡道下正常动车。

2.2    最大坡道下列车动车可行性

在存在坡道的情况下，列车动车除克服保压制动外，还需要克服坡道阻力，因此列车在紧急牵引模式且丧失一半动力的情况下动车可行性仍需进一步分析。

对于保压制动缓解第二种逻辑，列车虽无须克服保压制动，但部分列车仍可能无法克服附加阻力及坡道阻力，而导致无法动车。目前城市轨道设计中，最大坡道不允许超过35‰。在35‰的极端工况下，以广州地铁九号线B6型车为例：

在紧急牵引模式且丧失一半动力的情况下，列车可产生的牵引力为：

81（B6型车单节车牵引力）×2×70%=113.4 kN

最大坡道情况下，启动附加阻力为：

328（B6型车AW3工况重量）×49×10-3≈16.07 kN

坡道阻力为：

328（B6型车AW3工况重量）×35‰×9.81≈112.62 kN

列车所需要克服的阻力合计：

16.07+112.62=128.69 kN

此时列车牵引力113.4 kN小于附加阻力及坡道阻力和128.69 kN，因此此型列车在紧急牵引模式且丧失一半动力的情况下，即使列车保压自动缓解，仍无法克服附加阻力及坡道阻力动车。

3    优化方向

3.1    优化保压制动缓解逻辑

通过对紧急牵引模式下丧失一半动力动车可行性分析，在正常坡道下，列车需克服保压制动才可以正常动车，因此对于丧失一半动力后牵引力不足的车型，可以通过修改保压制动缓解条件，将当列车收到牵引指令后自动缓解保压制动作为列车动车的条件。

但当列车处于最大坡道时，仅通过修改保压制动缓解条件，列车仍无法克服附加阻力及坡道阻力动车，因此此优化方案仅适用于正常坡道工况下列车启动，无法满足所有工况。

3.2    提高紧急牵引力

对于紧急牵引力无法克服附加阻力及坡道阻力的车型，在紧急牵引模式下丧失一半动力动车时，若列车处于最大坡道，需通过提高紧急牵引力来克服附加阻力及坡道阻力。

以广州地铁九号线B6型车为例：

将紧急牵引力提高至100%后，列车可产生的牵引力为：

81（B6型车单节车牵引力）×2×100%=162 kN

最大坡道情况下，启动附加阻力为：

328（B6型车AW3工况重量）×49×10-3≈16.07 kN

坡道阻力为：

328（B6型车AW3工况重量）×35‰×9.81≈112.62 kN

列车所需要克服的阻力合计：

16.07+112.62=128.69 kN

此时列车牵引力162 kN大于附加阻力及坡道阻力和128.69 kN，因此列车可以克服附加阻力及坡道阻力动车。

但根据列车牵引特性，列车最大牵引力的建立需一定时间，因此在保压制动缓解时牵引力不足，将导致列车后溜。同时列车在紧急牵引模式下将持续按照固定级位动车，若固定级位为最大级位，则此时列车将全速牵引，司机较难掌控列车速度。因此，提高列车紧急牵引力仍存在安全风险。

3.3    增加提高紧急牵引力条件及保压制动自动缓解延时

通过对上述两个优化方案的缺陷分析可知，解决方案可从增加提高紧急牵引力条件及保压制动自动缓解延时两个方面进行优化。

3.3.1    增加提高紧急牵引力条件

对于列车提高紧急牵引力后牵引力过大问题，可通过增加速度条件，在不同速度条件下设定不同的紧急牵引力。

根据广州地铁使用经验，列车在提速至5 km/h后，制动系统保压制动将完全缓解，列车已顺利启动。此时牵引力可调整至原来的固定级位，降低列车加速度。

3.3.2    增加保压制动自动缓解延时

对于列车最大牵引力建立时间问题，保压制动缓解时间可结合各车型的牵引特性进行优化。

以广州地铁九号线B6型车为例，建立最大牵引力时间约为1.5 s，如图1所示。因此，为保障列车牵引力发挥充分，可将保压制动自动缓解时间设置为2 s。存在相同问题的车型，可根据列车牵引实际特性来制订保压制动缓解时间。

4    结语

地铁列车紧急牵引模式下丧失一半动力后，在不同牵引系统及制动系统的配合下，表现出的动车性能存在较大区别。对于存在无法动车可能的车型，建议通过提高紧急牵引力，并修改制动系统保压自动缓解条件，来实现列车动车。同时，通过增加提高緊急牵引力条件及保压制动自动缓解延时来规避列车动车的安全风险。在后续项目中，建议相关人员参考此方案解决列车不能动车的隐患。

[参考文献]

[1] 樊嘉峰，谢竹伟，何红成.自主化120 km/h地铁列车紧急牵引功能解析[J].机车电传动，2015（5）：69-71.

[2] 伍星，文跃.紧急运行模式下制动不缓解控制逻辑的改进[J].城市轨道交通研究，2017，20（1）：117-119.

收稿日期：2021-03-22

作者简介：陈名华（1993—），男，广东汕头人，助理工程师，研究方向：城市轨道机车车辆。