1概述
地铁车辆铁路运输是指地铁车辆制造完成后,从制造厂家通过干线铁路运输到用户的过程。由于地铁车辆与干线铁路车辆的结构以及制动控制原理不同,因此,地铁车辆的运输需解决以下3个主要技术问题:
(1)地铁车辆与干线铁路车辆的车钩型式和高度不同,需要解决地铁车辆与干线铁路车辆的联挂问题;
(2)根据中国《铁路技术管理规程》对“关门车”的要求,地铁车辆在运输过程中需要有制动力,由于地铁车辆的制动系统与干线铁路车辆的制动系统不同,需要解决地铁车辆的制动问题;
(3)地铁车辆的构造速度为90km/h,实际运行最高速度为80km/h,因此地铁车辆必须在80km/h以下的速度进行运输。
本文以上海明珠线二期地铁车辆干线铁路运输为例,着重介绍地铁车辆干线铁路运输的解决方案。
2运输方案的实现
为了减少运输过程中对地铁车辆的冲击,以及地铁车辆与干线列车的联挂,解决地铁车辆制动系统所需的风源和110V直流电源等问题,我们在整列地铁车辆的两端各增加一辆过渡车辆。
2.1过渡车辆的主要配置
过渡车辆上主要配置以下设备:2台柴油发电机组和油箱、2台空气压缩机组和空气干燥器、水箱、蓄电池组和充电机以及供押运人员工作和休息的一些必备设施。
由于地铁车辆的110V控制电源和制动用风风源全部来自过渡车辆,为了安全起见,过渡车辆上的柴油发电机和空气压缩机组都是进行冗余设计的,如果一组压缩机或柴油发电机出现故障,另外一组能够及时投入使用,不需要停车处理。
过渡车辆的Ⅰ位端车钩采用干线铁路客车通用的15#车钩,Ⅱ位端车钩采用地铁车辆的半自动车钩(密接式车钩),过渡车辆的其他结构和要求基本与干线铁路客车相同。
2.2运输联挂的实现
过渡车辆Ⅰ位端的15#车钩高度为880mm,能与干线车辆进行联挂,Ⅱ位端的半自动车钩高720mm,能与地铁车辆联挂。在地铁车辆运输过程中,两辆过渡车与一列地铁车辆或两列地铁车辆组成一个运输单元,该运输单元作为一个整体不能分开,联挂在干线列车的尾部,地铁运输单元编组形式如图1所示。
这样,地铁车辆运输单元两端都为15#车钩,可以在任意一端与干线车辆进行联挂。同时,运输结束后,两辆过渡车的半自动车钩联挂在一起,组成一个回送单元,便于将过渡车辆回送到地铁制造厂家。
由于过渡车辆与地铁车辆是通过密接式车钩连接的,在运输过程中能有效减轻对地铁车辆的冲击,起到保护地铁车辆的作用。
2.3地铁车辆运输过程中制动和缓解的实现
2.3.1地铁车辆风源和110V供电
过渡车辆上的空气压缩机为地铁车辆提供总风和制动用风风源。总风是通过地铁车辆和过渡车辆之间的总风软管提供的,总风压力控制范围是750~900kPa,与地铁车辆正常工作时总风压力相同。
过渡车上的110V充电机和蓄电池能够向地铁车辆的控制和监控系统提供所需的110V直流电源。该电源通过车端连接器直接接到地铁车辆的低压箱,通过地铁车辆的内部连线将电源供给其控制和监控系统,这样就无须额外增加和改造地铁车辆的布线。
2.3.2地铁运输装置(E/P装置)
地铁车辆上加装有列车管(连接到运输装置),贯通整个地铁车辆。加装的列车管通过车端列车软管与干线车辆(过渡车)的列车管相连,列车管的定压为500kPa。地铁车辆的每个司机室内各安装一个运输装置(E/P装置),这样的冗余设计,防止在运输过程中某个运输装置故障后地铁车辆的制动功能丧失,确保了运输过程的安全。
地铁运输装置是将干线列车的列车管压力转换成电信号的装置。该装置将电信号传送给地铁车辆的车辆控制单元(VCU),VCU根据列车管的压力变化产生相应的制动或缓解指令。该指令被地铁车辆的制动系统识别,从而使地铁车辆产生与干线列车相应的制动或缓解动作。地铁运输装置管路原理见图2,电气原理见图3。
2.3.3制动和缓解指令
地铁车辆的制动和缓解指令实际上是通过地铁车辆上的车辆控制单元产生的。
在运输过程中,E/P装置检测列车管(即货物列车的列车管)的压力,并将该压力转换为模拟电信号,传给地铁车辆的VCU,VCU将该值(瞬时值Pins)作为列车管参考压力Pref。只要列车管压力的下降速率不超过制动稳定性规定的速率,该参考压力值Pref始终与列车管的瞬时压力值Pins相同;当列车管的减压速率超过制动稳定性规定的速率时,该时间的列车管参考压力值Pref将被存储。
如果列车管以高于制动稳定性规定的速率减压,且减压量的大小超过列车管的最小有效减压量(定义为40～50kPa),当列车管停止减压后,此时的列车管压力Pins与参考压力Pref之差即为列车管的有效减压量,该减压量直接正比于所需制动力的大小。
如果列车管压力以一定的速率开始上升,并超过20～30kPa后,VCU将会发出制动缓解指令。此时列车管瞬时压力值Pins也将作为列车管的参考压力值被存储,作为下阶段的列车管减压量计算的参考压力。图4为地铁车辆运输单元制动缓解与列车管压力变化的曲线。
考虑到中国铁路制动机的稳定性、安定性和灵敏度的要求,结合地铁车辆的制动控制要求,图5给出了运输过程中地铁车辆VCU软件定义的制动稳定性和安定性的取值[1]。
2.3.4制动目标曲线
考虑到地铁车辆运输时,运输单元是挂在货物列车的尾部,因此软件设定列车管的定压为500kPa。为了保证运输过程中地铁车辆与货物列车的制动力匹配,减少制动时的冲动,地铁车辆的最大常用制动减速度取值为0.6m/s2,该减速度值对应列车管的最大有效减压量为140kPa。制动目标曲线见图6。
2.3.5紧急制动
由于地铁车辆本身的紧急制动减速度为1.3m/s2(通过紧急电磁阀失电实现),在运输过程中,为了避免紧急制动时减速度过大,产生剧烈的冲动,地铁车辆的紧急制动减速度分两阶段施加(见图7)。
当列车管的减压速率达到如图5中所示的紧急制动的减压速率时,地铁车辆首先将按照0.75m/s2减速度施加紧急制动;然后,在经过运输装置中的延时风缸(见图2)延时6～8s后,地铁车辆的紧急制动减速度最终达到1.3m/s2,直至列车停下。
地铁车辆施加紧急制动时有两种情况:
(1)E/P装置检测到列车管的减压速率在70～80kPa/s(见图5,该值可调),此时前面的货物列车施加紧急制动,同时地铁车辆也会施加紧急制动;
(2)当紧急情况出现时(如地铁车辆在运输过程中发生火灾或产生重大破坏时),押运人员按压司机室内的紧急按钮,导致列车管快速排风(见图2和3),地铁车辆施加紧急制动,同时前面的货物列车也会施加紧急制动。该种情况下操作紧急制动是十分必要的。
2.4制动强迫缓解
运输过程中地铁制动系统的机械或电器设备可能发生故障,为了确保运输过程中地铁车辆的制动能够得到快速缓解,不至于“带闸”运行,运输装置中设有一个强迫缓解按钮。当故障发生时,地铁车辆司机室内的押运人员将通过操作强迫缓解按钮,使地铁制动得到强迫缓解,直到下一站停车时再进行故障处理。
3运输速度限制
考虑到地铁车辆的结构特点,地铁车辆在干线铁路上的最高限速为80km/h,因此,在地铁车辆的承运单上要注明限速80km/h。
当超速(≥88km/h)时,地铁车辆的VCU将会导致运输装置中的紧急放风阀急剧排放列车管的风,此时地铁车辆和货物列车同时产生紧急制动,以保护地铁车辆的运行安全。
4空气弹簧状态
为了保证地铁车辆的运输安全和提高运输速度,在运输过程中,地铁车辆的空气弹簧处于正常充气工作状态。空气弹簧的状态能够被地铁车辆的制动系统监控和司机室显示屏显示。
5运输试验
地铁车辆在出厂前,需要按照相关的运输出厂试验规程进行地铁车辆出厂运输试验。试验分静止试验和运行试验。
5.1试验前的准备
静止试验前,地铁车辆与过渡车辆需要编组成一个完整的运输单元,过渡车辆上的总风管和列车管要与地铁车辆上的总风管及额外加上的列车管联接好,过渡车上的110V直流电源通过车端电连接器与地铁车辆上的低压箱连接好。
为了达到《铁路技术管理规程》要求,地铁运输单元静止试验前还需进行140m的弯道模拟试验。考虑到地铁车辆比干线车辆的限界小,地铁车辆出厂前仅需进行地铁车辆的限界试验即可,无需再进行干线车辆的限界试验。
5.2静止试验
静止试验的试验机车采用干线机车,通过试验机车进行列车管减压,对运输单元施加制动和缓解,同时在地铁车辆上测量制动缸压力及制动压力上升和缓解的时间。
对于地铁车辆的制动力大小(根据列车管减压量大小决定)、制动缸压力上升和缓解时间等参数可通过地铁车辆VCU中的运输软件进行调整,最终满足运输试验规程的要求。
运输软件作为VCU的独立子程序固化在VCU控制软件中的,该软件不会影响地铁车辆到达用户后的正常运营。在运输过程中,只有通过激活运输模式(检测到E/P装置的列车管压力信号),VCU才能调用运输软件。当地铁车辆被交付给用户后正常运行时,不需要重新对VCU软件进行更新和修改。
5.3运行试验[2]
在静止试验满足试验规程的要求后,需要进行运行试验。运行试验在制造厂家的试验线上进行。试验机车为干线机车,运行速度分别为30,60,80km/h。试验项目为常用制动和紧急制动,测量各速度段的紧急制动距离是否满足《铁路技术管理规程》的要求,同时检查地铁车辆和过渡车辆的车钩和缓冲器行程,是否满足车钩的技术规范。
首次运行试验时,在试验机车和运输单元之间还额外加挂了5节干线铁路货物车辆,完全模拟在干线铁路上运行的实际工况进行试验。运行试验结果完全满足试验规程的要求和线路运输所应达到的标准。
6结论
上海明珠线二期地铁车辆干线铁路运输方案经过了厂内的静止和运行试验,且运行试验的结果得到了驻厂验收室和运输部门人员的同意和认可,该运输方案完全满足上线运输的要求。
到目前为止,运用该运输方案和运输装置已经成功地运输了7列地铁车辆到达上海,运输状况良好;而且该种运输方式经济、快捷、方便,可以为今后的地铁车辆运输提供很好的借鉴。
