城市轨道交通既有线与延长线的蓄电池工程车适应性研究

覃才

（广州地铁设计研究院股份有限公司，广东广州 510010）

0 引言

由于城市轨道交通既有线与延长线在线路条件上存在差异，因此蓄电池工程车的作业范围应以实际线路条件为基础进行考虑。现实中，蓄电池的续航能力有限导致其作业范围受限。工程车通常于段场内整备存放，作业完成后需返回段场，由于段场选址取决于上位规划，不可轻易调整，因此需对工程车的作业能力进行核算，对工程车的应用策略进行调整，以确保其作业范围实现全线覆盖。同时，既有的蓄电池续航能力研究中，对于计算输入的线路参数，多采用固定理想化取值，且未考虑平面曲线因素。文章基于线路不同区段的实际参数（坡度、竖曲线、平面曲线等）进行研究，为蓄电池工程车作业范围的计算、作业模式及策略的制订提供借鉴[1]。

1 蓄电池工程车适应性分析

1.1 影响适应性的主要因素

工程车的使用场景决定了其运用于不同线路的适应性。其主要使用场景如表1 所示。

表1 蓄电池工程车主要使用场景

根据工程车的使用场景，在段内作业时，既有线与延长线的段内线路条件一致，均为同一半径且无坡度，对于同一线路，所采用的电客车、平板车在负载上基本无差别。因此，在段内调车时，其适用性契合；正线作业时，主要受线路参数的影响[2]。

研究其适应性，需根据既有线与延长线的线路参数，核算既有线工程车的续航能力，得出续航能力对应的可覆盖作业范围，在此基础上考虑延长线工程车的能力需求及应用策略[3]。

1.2 工程车作业可覆盖范围

以广州市已运营的18&22 号线及其在建延长线为例。其线路分布如图1 所示。

图1 18&22 号线及其在建延长线分布图

续航能力计算如下：

设轨道车重量为M（单位：t）；负载重量为Q（单位：t）；蓄电池工程车运行速度为v（单位：m/s）；蓄电池额定电压为V、放电容量系数为η；线路坡度为i；线路平面半径为R。

根据线路不同的坡度、半径，将其划分为若干个区段，每个区段的长度为Sj，线路总长度S=∑Sj（j=1～n），n 为线路划分的总区段数。根据《列车牵引计算规程》（TB/T 1407—1998），列车阻力由车辆在平直道上的阻力、坡道阻力和曲线附加阻力三部分组成。

第一，车辆在平直道上的阻力为F0：

式（1）中：F0′为车辆基本运行阻力；F0″为车辆单位基本阻力。

第二，车辆的坡道阻力为Fi：

第三，曲线附加单位阻力为FR：

由式（1）～（3）可知，车辆在平直道上的阻力仅与行驶速度相关；结合式（4）～（5），可计算得出该区段的列车阻力（即所需牵引力）Fj=F0+Fi+FR（kN），则该区段的轮周功率Pj=Fj×v/3.6（kW），该区段所消耗的电池容量Cj=Pj/（V×η）。

设蓄电池总容量为Ct，根据目前市场调研情况，蓄电池剩余电量小于总容量的20% 则不建议继续使用。

若在第a（1≤a＜n）个区段，Ct×（1-20%）≥∑Cj（j=1～a）且同时Ct×（1-20%）＜∑Cj（j=1～a+1）时，仅蓄电池供电的情况下，推导出可行驶最大单程距离为Smd=∑Sj（j=1～a）+[Ct×（1-20%）-∑Cj（j=1～a）]×Sa+1/Ca+1。

若在第b（1≤b＜n）个区段，Ct×（1-20%）≥2∑Cj（j=1～b）且同时Ct×（1-20%）＜2∑Cj（j=1～b+1）时，仅蓄电池供电的情况下，推导出可行驶最大折返距离为Smd=∑Sj（j=1～b）+[Ct×（1-20%）-2∑Cj（j=1～b）]×Sb+1/2Cb+1。

若Ct×（1-20%）＞∑Cj（j=1～n），则蓄电池续航能力大于对应线路单程的全线作业需求；若Ct×（1-20%）＞2∑Cj（j=1～n），则蓄电池续航能力大于对应线路折返的全线作业需求。

根据上述推导，结合广州市18&22 号线既有线及延长线的线路平纵断面图及相关数据资料，通过编程计算，以各段场为工程车出发点，得出蓄电池工程车单程及折返最大行驶距离，进而得出工程车作业可覆盖范围。其中，出于维护检修便利性考虑，计算延长线的工程车可覆盖范围时优先考虑与既有线采用同一型号，其基本参数一致[4]。

结合广州地区工程车作业的规定及运营习惯，计算工况如下。

第一，正线常规作业：双机牵引平板车，前往作业点及返回段场的过程中均考虑平板车牵引负载。

第二，正线救援作业（少数情况下考虑蓄电池工程车救援）：双机牵引，由段场赶往作业点不带负载，返回段场时考虑电客车牵引负载。

蓄电池工程车运行路径如图2 所示，蓄电池工程车可覆盖范围计算结果如表2 所示。

图2 蓄电池工程车运行路径示意图

表2 蓄电池工程车可覆盖范围

由表2 可知：

第一，采用单程作业模式时，对于常规作业及救援作业，路径3～12 的单程可覆盖距离均大于实际路径距离，且路径1、路径2 对应的端点站进行折返作业时，两端可覆盖距离之和大于实际路径距离。因此，18&22 号线既有线及延长线在采用“本段场—正线—下一段场”的运作模式时，蓄电池工程车的能力范围可覆盖全线。

第二，若采用折返作业模式，对于常规正线作业，路径4、路径8 无法单独从某一段场覆盖整个路径，需以两个相邻的段场为端点，根据可覆盖范围，结合实际运营条件，在对应的连接路径上划分各自负责的作业范围，通过两个段场各负责该路径的一部分正线作业，完成对路径作业的全覆盖。对于正线救援作业，路径3～6、路径8～9 和路径11 也需采用此策略方能达到全覆盖。

2 结语

文章基于实际线路条件参数研究了工程车作业能力及覆盖范围，不同的线路条件对工程车作业的可覆盖范围影响较大，其计算必须以线路条件为基础才能更符合实际情况。相关结论对后续在设计阶段充分考虑既有线与延长线之间、线路与线路之间以及线网层面的工程车作业模式及作业策略有一定的参考价值和借鉴意义。