地鐵車(chē)輛干線(xiàn)鐵路運輸方案

摘要：簡(jiǎn)要介紹了地鐵車(chē)輛干線(xiàn)鐵路運輸需要解決的3個(gè)主要技術(shù)問(wèn)題，著(zhù)重介紹了上海明珠線(xiàn)二期地鐵車(chē)輛干線(xiàn)鐵路運輸的解決方案，為今后地鐵車(chē)輛干線(xiàn)鐵路運輸方案的設計提供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵車(chē)輛; 運輸單元; 過(guò)渡車(chē)輛; /P裝置; 車(chē)輛控制單元; 制動(dòng) 1概述 地鐵車(chē)輛鐵路運輸是指地鐵車(chē)輛制造完成后，從制造廠(chǎng)家通過(guò)干線(xiàn)鐵路運輸到用戶(hù)的過(guò)程。由于地鐵車(chē)輛與干線(xiàn)鐵路車(chē)輛的結構以及制動(dòng)控制原理不同，因此，地鐵車(chē)輛的運輸需解決以下3個(gè)主要技術(shù)問(wèn)題: (1)地鐵車(chē)輛與干線(xiàn)鐵路車(chē)輛的車(chē)鉤型式和高度不同，需要解決地鐵車(chē)輛與干線(xiàn)鐵路車(chē)輛的聯(lián)掛問(wèn)題; (2)根據中國《鐵路技術(shù)管理規程》對“關(guān)門(mén)車(chē)”的要求，地鐵車(chē)輛在運輸過(guò)程中需要有制動(dòng)力，由于地鐵車(chē)輛的制動(dòng)系統與干線(xiàn)鐵路車(chē)輛的制動(dòng)系統不同，需要解決地鐵車(chē)輛的制動(dòng)問(wèn)題; (3)地鐵車(chē)輛的構造速度為90km/h，實(shí)際運行最高速度為80km/h，因此地鐵車(chē)輛必須在80km/h以下的速度進(jìn)行運輸。 本文以上海明珠線(xiàn)二期地鐵車(chē)輛干線(xiàn)鐵路運輸為例，著(zhù)重介紹地鐵車(chē)輛干線(xiàn)鐵路運輸的解決方案。 2運輸方案的實(shí)現 為了減少運輸過(guò)程中對地鐵車(chē)輛的沖擊，以及地鐵車(chē)輛與干線(xiàn)列車(chē)的聯(lián)掛，解決地鐵車(chē)輛制動(dòng)系統所需的風(fēng)源和110V直流電源等問(wèn)題，我們在整列地鐵車(chē)輛的兩端各增加一輛過(guò)渡車(chē)輛。 2.1過(guò)渡車(chē)輛的主要配置 過(guò)渡車(chē)輛上主要配置以下設備:2臺柴油發(fā)電機組和油箱、2臺空氣壓縮機組和空氣干燥器、水箱、蓄電池組和充電機以及供押運人員工作和休息的一些必備設施。 由于地鐵車(chē)輛的110V控制電源和制動(dòng)用風(fēng)風(fēng)源全部來(lái)自過(guò)渡車(chē)輛，為了安全起見(jiàn)，過(guò)渡車(chē)輛上的柴油發(fā)電機和空氣壓縮機組都是進(jìn)行冗余設計的，如果一組壓縮機或柴油發(fā)電機出現故障，另外一組能夠及時(shí)投入使用，不需要停車(chē)處理。 過(guò)渡車(chē)輛的Ⅰ位端車(chē)鉤采用干線(xiàn)鐵路客車(chē)通用的15#車(chē)鉤，Ⅱ位端車(chē)鉤采用地鐵車(chē)輛的半自動(dòng)車(chē)鉤(密接式車(chē)鉤)，過(guò)渡車(chē)輛的其他結構和要求基本與干線(xiàn)鐵路客車(chē)相同。 2.2運輸聯(lián)掛的實(shí)現 過(guò)渡車(chē)輛Ⅰ位端的15#車(chē)鉤高度為880mm，能與干線(xiàn)車(chē)輛進(jìn)行聯(lián)掛，Ⅱ位端的半自動(dòng)車(chē)鉤高720mm，能與地鐵車(chē)輛聯(lián)掛。在地鐵車(chē)輛運輸過(guò)程中，兩輛過(guò)渡車(chē)與一列地鐵車(chē)輛或兩列地鐵車(chē)輛組成一個(gè)運輸單元，該運輸單元作為一個(gè)整體不能分開(kāi)，聯(lián)掛在干線(xiàn)列車(chē)的尾部，地鐵運輸單元編組形式如圖1所示。

這樣，地鐵車(chē)輛運輸單元兩端都為15#車(chē)鉤，可以在任意一端與干線(xiàn)車(chē)輛進(jìn)行聯(lián)掛。同時(shí)，運輸結束后，兩輛過(guò)渡車(chē)的半自動(dòng)車(chē)鉤聯(lián)掛在一起，組成一個(gè)回送單元，便于將過(guò)渡車(chē)輛回送到地鐵制造廠(chǎng)家。 由于過(guò)渡車(chē)輛與地鐵車(chē)輛是通過(guò)密接式車(chē)鉤連接的，在運輸過(guò)程中能有效減輕對地鐵車(chē)輛的沖擊，起到保護地鐵車(chē)輛的作用。 2.3地鐵車(chē)輛運輸過(guò)程中制動(dòng)和緩解的實(shí)現 2.3.1地鐵車(chē)輛風(fēng)源和110V供電 過(guò)渡車(chē)輛上的空氣壓縮機為地鐵車(chē)輛提供總風(fēng)和制動(dòng)用風(fēng)風(fēng)源?？傦L(fēng)是通過(guò)地鐵車(chē)輛和過(guò)渡車(chē)輛之間的總風(fēng)軟管提供的，總風(fēng)壓力控制范圍是750~900kPa，與地鐵車(chē)輛正常工作時(shí)總風(fēng)壓力相同。 過(guò)渡車(chē)上的110V充電機和蓄電池能夠向地鐵車(chē)輛的控制和監控系統提供所需的110V直流電源。該電源通過(guò)車(chē)端連接器直接接到地鐵車(chē)輛的低壓箱，通過(guò)地鐵車(chē)輛的內部連線(xiàn)將電源供給其控制和監控系統，這樣就無(wú)須額外增加和改造地鐵車(chē)輛的布線(xiàn)。 2.3.2地鐵運輸裝置(E/P裝置) 地鐵車(chē)輛上加裝有列車(chē)管(連接到運輸裝置)，貫通整個(gè)地鐵車(chē)輛。加裝的列車(chē)管通過(guò)車(chē)端列車(chē)軟管與干線(xiàn)車(chē)輛(過(guò)渡車(chē))的列車(chē)管相連，列車(chē)管的定壓為500kPa。地鐵車(chē)輛的每個(gè)司機室內各安裝一個(gè)運輸裝置(E/P裝置)，這樣的冗余設計，防止在運輸過(guò)程中某個(gè)運輸裝置故障后地鐵車(chē)輛的制動(dòng)功能喪失，確保了運輸過(guò)程的安全。 地鐵運輸裝置是將干線(xiàn)列車(chē)的列車(chē)管壓力轉換成電信號的裝置。該裝置將電信號傳送給地鐵車(chē)輛的車(chē)輛控制單元(VCU)，VCU根據列車(chē)管的壓力變化產(chǎn)生相應的制動(dòng)或緩解指令。該指令被地鐵車(chē)輛的制動(dòng)系統識別，從而使地鐵車(chē)輛產(chǎn)生與干線(xiàn)列車(chē)相應的制動(dòng)或緩解動(dòng)作。地鐵運輸裝置管路原理見(jiàn)圖2，電氣原理見(jiàn)圖3。

考慮到中國鐵路制動(dòng)機的穩定性、安定性和靈敏度的要求，結合地鐵車(chē)輛的制動(dòng)控制要求，圖5給出了運輸過(guò)程中地鐵車(chē)輛VCU軟件定義的制動(dòng)穩定性和安定性的取值[1]。

2.3.4制動(dòng)目標曲線(xiàn) 考慮到地鐵車(chē)輛運輸時(shí)，運輸單元是掛在貨物列車(chē)的尾部，因此軟件設定列車(chē)管的定壓為500kPa。為了保證運輸過(guò)程中地鐵車(chē)輛與貨物列車(chē)的制動(dòng)力匹配，減少制動(dòng)時(shí)的沖動(dòng)，地鐵車(chē)輛的最大常用制動(dòng)減速度取值為0.6m/s2，該減速度值對應列車(chē)管的最大有效減壓量為140kPa。制動(dòng)目標曲線(xiàn)見(jiàn)圖6。

2.3.5緊急制動(dòng) 由于地鐵車(chē)輛本身的緊急制動(dòng)減速度為1.3m/s2(通過(guò)緊急電磁閥失電實(shí)現)，在運輸過(guò)程中，為了避免緊急制動(dòng)時(shí)減速度過(guò)大，產(chǎn)生劇烈的沖動(dòng)，地鐵車(chē)輛的緊急制動(dòng)減速度分兩階段施加(見(jiàn)圖7)。

當列車(chē)管的減壓速率達到如圖5中所示的緊急制動(dòng)的減壓速率時(shí)，地鐵車(chē)輛首先將按照0.75m/s2減速度施加緊急制動(dòng);然后，在經(jīng)過(guò)運輸裝置中的延時(shí)風(fēng)缸(見(jiàn)圖2)延時(shí)6～8s后，地鐵車(chē)輛的緊急制動(dòng)減速度最終達到1.3m/s2，直至列車(chē)停下。 地鐵車(chē)輛施加緊急制動(dòng)時(shí)有兩種情況: (1)E/P裝置檢測到列車(chē)管的減壓速率在70～80kPa/s(見(jiàn)圖5，該值可調)，此時(shí)前面的貨物列車(chē)施加緊急制動(dòng)，同時(shí)地鐵車(chē)輛也會(huì )施加緊急制動(dòng); (2)當緊急情況出現時(shí)(如地鐵車(chē)輛在運輸過(guò)程中發(fā)生火災或產(chǎn)生重大破壞時(shí))，押運人員按壓司機室內的緊急按鈕，導致列車(chē)管快速排風(fēng)(見(jiàn)圖2和3)，地鐵車(chē)輛施加緊急制動(dòng)，同時(shí)前面的貨物列車(chē)也會(huì )施加緊急制動(dòng)。該種情況下操作緊急制動(dòng)是十分必要的。 2.4制動(dòng)強迫緩解 運輸過(guò)程中地鐵制動(dòng)系統的機械或電器設備可能發(fā)生故障，為了確保運輸過(guò)程中地鐵車(chē)輛的制動(dòng)能夠得到快速緩解，不至于“帶閘”運行，運輸裝置中設有一個(gè)強迫緩解按鈕。當故障發(fā)生時(shí)，地鐵車(chē)輛司機室內的押運人員將通過(guò)操作強迫緩解按鈕，使地鐵制動(dòng)得到強迫緩解，直到下一站停車(chē)時(shí)再進(jìn)行故障處理。 3運輸速度限制 考慮到地鐵車(chē)輛的結構特點(diǎn)，地鐵車(chē)輛在干線(xiàn)鐵路上的最高限速為80km/h，因此，在地鐵車(chē)輛的承運單上要注明限速80km/h。 當超速(≥88km/h)時(shí)，地鐵車(chē)輛的VCU將會(huì )導致運輸裝置中的緊急放風(fēng)閥急劇排放列車(chē)管的風(fēng)，此時(shí)地鐵車(chē)輛和貨物列車(chē)同時(shí)產(chǎn)生緊急制動(dòng)，以保護地鐵車(chē)輛的運行安全。 4空氣彈簧狀態(tài) 為了保證地鐵車(chē)輛的運輸安全和提高運輸速度，在運輸過(guò)程中，地鐵車(chē)輛的空氣彈簧處于正常充氣工作狀態(tài)?？諝鈴椈傻臓顟B(tài)能夠被地鐵車(chē)輛的制動(dòng)系統監控和司機室顯示屏顯示。 5運輸試驗 地鐵車(chē)輛在出廠(chǎng)前，需要按照相關(guān)的運輸出廠(chǎng)試驗規程進(jìn)行地鐵車(chē)輛出廠(chǎng)運輸試驗。試驗分靜止試驗和運行試驗。 5.1試驗前的準備 靜止試驗前，地鐵車(chē)輛與過(guò)渡車(chē)輛需要編組成一個(gè)完整的運輸單元，過(guò)渡車(chē)輛上的總風(fēng)管和列車(chē)管要與地鐵車(chē)輛上的總風(fēng)管及額外加上的列車(chē)管聯(lián)接好，過(guò)渡車(chē)上的110V直流電源通過(guò)車(chē)端電連接器與地鐵車(chē)輛上的低壓箱連接好。 為了達到《鐵路技術(shù)管理規程》要求，地鐵運輸單元靜止試驗前還需進(jìn)行140m的彎道模擬試驗?？紤]到地鐵車(chē)輛比干線(xiàn)車(chē)輛的限界小，地鐵車(chē)輛出廠(chǎng)前僅需進(jìn)行地鐵車(chē)輛的限界試驗即可，無(wú)需再進(jìn)行干線(xiàn)車(chē)輛的限界試驗。 5.2靜止試驗 靜止試驗的試驗機車(chē)采用干線(xiàn)機車(chē)，通過(guò)試驗機車(chē)進(jìn)行列車(chē)管減壓，對運輸單元施加制動(dòng)和緩解，同時(shí)在地鐵車(chē)輛上測量制動(dòng)缸壓力及制動(dòng)壓力上升和緩解的時(shí)間。 對于地鐵車(chē)輛的制動(dòng)力大小(根據列車(chē)管減壓量大小決定)、制動(dòng)缸壓力上升和緩解時(shí)間等參數可通過(guò)地鐵車(chē)輛VCU中的運輸軟件進(jìn)行調整，最終滿(mǎn)足運輸試驗規程的要求。 運輸軟件作為VCU的獨立子程序固化在VCU控制軟件中的，該軟件不會(huì )影響地鐵車(chē)輛到達用戶(hù)后的正常運營(yíng)。在運輸過(guò)程中，只有通過(guò)激活運輸模式(檢測到E/P裝置的列車(chē)管壓力信號)，VCU才能調用運輸軟件。當地鐵車(chē)輛被交付給用戶(hù)后正常運行時(shí)，不需要重新對VCU軟件進(jìn)行更新和修改。 5.3運行試驗[2] 在靜止試驗滿(mǎn)足試驗規程的要求后，需要進(jìn)行運行試驗。運行試驗在制造廠(chǎng)家的試驗線(xiàn)上進(jìn)行。試驗機車(chē)為干線(xiàn)機車(chē)，運行速度分別為30，60，80km/h。試驗項目為常用制動(dòng)和緊急制動(dòng)，測量各速度段的緊急制動(dòng)距離是否滿(mǎn)足《鐵路技術(shù)管理規程》的要求，同時(shí)檢查地鐵車(chē)輛和過(guò)渡車(chē)輛的車(chē)鉤和緩沖器行程，是否滿(mǎn)足車(chē)鉤的技術(shù)規范。 首次運行試驗時(shí)，在試驗機車(chē)和運輸單元之間還額外加掛了5節干線(xiàn)鐵路貨物車(chē)輛，完全模擬在干線(xiàn)鐵路上運行的實(shí)際工況進(jìn)行試驗。運行試驗結果完全滿(mǎn)足試驗規程的要求和線(xiàn)路運輸所應達到的標準。 6結論 上海明珠線(xiàn)二期地鐵車(chē)輛干線(xiàn)鐵路運輸方案經(jīng)過(guò)了廠(chǎng)內的靜止和運行試驗，且運行試驗的結果得到了駐廠(chǎng)驗收室和運輸部門(mén)人員的同意和認可，該運輸方案完全滿(mǎn)足上線(xiàn)運輸的要求。 到目前為止，運用該運輸方案和運輸裝置已經(jīng)成功地運輸了7列地鐵車(chē)輛到達上海，運輸狀況良好;而且該種運輸方式經(jīng)濟、快捷、方便，可以為今后的地鐵車(chē)輛運輸提供很好的借鑒。