广州市轨道交通工程9号线电力蓄电池工程车牵引性能探讨.pdf

DOI ： 1 0 3 9 6 9 ， j i s s n 1 0 0 9 - 9 4 9 2 2 0 1 5 0 5 0 3 7 广州市轨道交通工程9 号线电力蓄电池工程车牵引 性能探讨 王新周 ( 广州市地下铁道总公司， 广东广州 5 1 0 0 0 0 ) 摘要：电力蓄电池工程车作为节能环保的新一代工程车正在逐渐得到普及 ， 工程车的牵引性能需满足线路条件及实际运营的要 求。通过牵引计算，核算电力蓄电池工程车的牵引力，牵引功率，电制动力，可为工程车的选型及设计审查提供参考。 关键词：城市轨道交通；工程车；牵引性能 中图分类号：U 2 6 0 1 3 1 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 9 9 4 9 2 ( 2 0 1 5 )0 5 0 1 4 1 一 O 3 Tr a c t i o n Pe r f o r ma n c e Di s c u s s i o n o f El e c t r i c - Ba t t e r y En g i n e e r i n g Ve h i c l e Ba s e d o n Gu a n g z h o u Tr a c k Tr a ffi c En g i n e e r i n g Li n e 9 W ANG Xi n -z h o u ( G u a n g z h o u Me t r o C o r p o r a t i o n ，G u a n g z h o u 5 1 0 0 0 0 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： El e c t ric - b a t t e r y e n g i n e e rin g v e h i c l e a s a e n e r g y s a v i n g a n d e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n n e w g e n e r a t i o n v e h i c l e i s g r a d u a l l y p o p u l a r i z e d， e n g i n e e rin g v e h i c l e t r a c t i o n p e rfo r ma n c e s ho u l d me e t t h e a c t u a l o p e r a t i o n c o n d i t i o n s a n d r e q u i r e me n t s o f t he l i n e T h r o u g h t h e c alc u l a t i o n o f t r a c t i o n f o r c e， t r a c t i o n p o we r ，El e c t r i c b r a k i n g f o r c e ，p r o v i d e r e f e r e n c e for s e l e c t i o n a n d de s i g n r e v i e w o f E l e c t ri c b a t t e r y e n gin e e r i n g v e h i c l e Ke y wo r ：c i t y t r a c k t r a n s i t ； e n g i ne e rin g v e h i c l e； t r a c t i o n p e r f o rm a n c e 随着社会 的进步及 能源危机 的进一 步发 展 ， 节能环保的要求已经深入国民经济的各个领域。 在我国城市轨道交通领域 ，大力发展节能环保的 电力蓄电池双能源工程车以逐步取代现有的内燃 工程车已成为基本共识。目前全国已开通运行城 市轨道交 通的城市 中，已有香港 、长沙 、昆明 、 宁波等城市开始陆续使用电力蓄电池双能源工程 车。广州市轨道交通首台电力蓄电池工程车也将 于 2 0 1 6 年投入 9 号线的运营。 本文依据广州市轨道交通9 号线的线路条件 及实际运营需求 ，对电力蓄电池双能源工程车的 牵引性 能进行 了探讨 ，针对牵 引力 、牵引功率及 最大电制动力进行了理论推算 ，为9 号线电力蓄 电池工程车牵引参数的确定及设计审查提供参考 1 线路条件及运营需求 广州市轨道交通工程9 号线线路条件中，依 收稿 日期 ：2 0 1 5 0 32 6 据 牵引计算规程规在牵引计算中需加以考虑 的主要线路条件如表 1 所示。 表 1 广州地铁9号线部分线路条件 线路条件 相应数据 正线最小平面曲线半径 辅助线路最小平面曲线半径 车场线 最小平 面曲线半径 正线最大坡度 车站线路最 大坡度 辅助线 、车场线最 大坡度 广州地铁在实际运营过程中对工程车的要求 如下 ： ( 1 )需满足单机牵引 1 6 0 t 的需求； 匮噩 亘 国 H ， O O O 经 验交流 ( 2 )考虑 电力蓄电池工程车的通过能力 ，要 求 电力蓄 电池工程车在 3 5 。 坡道上的恒 定速度 、 起动加速度应满足表2 要求。 表 2 3 5 0 坡度下的恒定速度和启动加速度要求 接触网模式 蓄电池模式 恒定 速度 起动加速度 恒定速度 起动加 速度 ( k m h ) ( m s ) ( k m h ) ( m s ) 2列车运行阻力计算 电力蓄电池工程车质量 ：M= 5 6 t ；被牵引车 辆质量 ：G = 1 6 0 t 。 电力 蓄 电池 工程 车运 行单 位基 本 阻力 ( N k N )依据 牵规中中s s 。 型电力机车计算： O J o =1 0 2 +0 0 0 3 5 v +0 0 0 0 4 2 6 v ( 1 ) 式 ( 1 )中V 为机车运行速度 ，k m h 。 被牵 引车辆 运行 单位 基本 阻力( N k N)依 据 牵规中滚动轴承货车运行单位基本阻力 计算 ： O J o =0 9 2+ 0 0 0 4 8 v +0 0 0 0 1 2 5 v ( 2 ) 启 动时 ，电力 蓄 电池工程 车单位 基本 阻力 0 9 =5 N k N ；被牵引车辆 ：O J o =3 5 N k N 。 单位坡道附加阻力 ( N k N ) ： = ，i 为坡 道千分数 。 单位曲线附加阻力 ( N k N ) ： = 式 ( 3 )中，R路曲线半径 ，m。 列车运行基本阻力计算公式为： W o = ( + ) g X 1 0 列车运行阻力计算公式为 ： = I M o 9 + ) g 1 0 + +G) ( + ) gX 1 0 考虑广州市轨道交通工程 9 号线 最恶劣的运行工况 ：电力 蓄电池工程车单机牵引 1 6 0 t 平 板在4 0 。 坡道启动 ，同时考虑 正线最小 曲线半径的附加阻力 ， 依据式 ( 5 )计算列车启动阻力 为9 8 7 k N。 ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) 3 最大牵引力推算 3 1 工程车所需最大牵引力 依据列车牵引工况下的运动方程式： C=F ， 一W=( M+G ( 6 ) 式( 6 ) 中 ，C为列车 合力 ， 为列 车牵 引 力 ， 为列车阻力 ，a 为列车运行加速度 。 因此 ，欲 使列 车 在广 州 市 轨道 交 通 工程 9 号线 最 恶 劣 的工 况 下 启 动( 此 时 启 动 阻 力 为 9 8 7 k N) ，并仍具有一定的加速度 ，可取电力蓄 电池工程车最大牵引力为 1 0 0 k N 。 3 2 黏着限制核算 国产各型电力机车的计算粘着系数计算公式 为 ： 0 2 4 + I L ( 7 ) 计算黏着牵引力计算公式为 ： F =P g f ( 8 ) 式 ( 8 )中，P 为机车黏着重量 ，t 。 取 工 程 车 最 大运 行 速 度 8 0 k m h ，依 据 式 ( 7 )计算得计算黏着系数为 0 2 5 6 ；依据式 ( 8 ) 计算得黏着牵引力为 1 4 0 6 k N 。 因此 ，选取 电力蓄电池工程车的最大牵引力 为 1 0 0 k N，满足黏着限制要求。 4 最大牵引功率推算 轮周牵引功率的计算公式为： P= F v v 3 6 ( 9 ) 依据式 ( 5 ) 、( 6 ) 、( 9 )计算在表2 所列两种 工况下所需 的轮周牵引力及轮周牵引功率如表 3 所示 ： 因此 ，在接触 网模 式 ，取机车牵 引功率 4 0 0 k W可满足运行工况要求 。在蓄 电池模 式下 ， 取机车牵引功率3 0 0 k w可满足运行工况要求。 5 最大电制动力推算 考虑工程车的散热及使用寿命 ，目前广州地 表 3 两种工况 下所需轮周牵 引力和牵 引功率 匿 丑 王 新周：广州市轨道交通工程9 号线电力蓄电池工程车牵引性能探讨 经验 铁要求电动工程车投入电制动允许的最低初始速 度为 5 k m h 。 考虑电动工程车牵引 1 6 0 t 平板在 3 5 。 的坡道 上以 1 0 k m h的速度下坡行驶 ，根据列车在动力制 动工况下的运动方程式 ： C=一 WA =一 Wo A B + ( 8 ) 式( 8 ) 中 ， A为 电 制 动 利 用 系 数( 取 A= 0 9) ， 为列车 电制动力。 依据公式 ( 4 )计算列车运行基本阻力 W o = 2 1 4 0 k N，列车坡道下滑力 = 7 4 0 8 8 k N c = o n ，电制动力 B： ：7 9 9k N 。因 A 此可取电力蓄电池工程车最大电制动力 8 0 k N。 6结论 为满足广州市轨道交通工程九号线 的线路条 件及运营需求 ，电力蓄电池工程车牵引性能需满 足 以下要求 ： ( 1 )在 接触 网牵 引工况 及 蓄 电池 牵 引工况 下 ，电力蓄 电池工程 车启动牵引力均应达到 1 0 0 k N ； ( 2 )在接触网牵 引工况下 ，电力蓄 电池工程 牵 引功率 应达 到 ：4 0 0 k W；在 蓄 电池牵 引工况 下，电力蓄电池工程车牵引功率应达到：3 0 0 k w； ( 3 )电力 蓄 电池工 程 车最 大 电制 动力应 达 8 0 kN。 参考文献： I T B 厂 I 1 4 0 7 1 9 9 8 列车牵引计算规程 S 2 杨志华 ，陈成 ，毛如香 地铁工程维护车的新发展 J 电力机车与城轨车辆 。2 0 1 0( 4 ) ：1 - 2 3 陈丰 宇，谭本旭 上海轨道交通蓄 电池电力工程 车 牵 引性 能 参数 探 讨 J 电力 机 车 与城 轨 车 ， 2 0 1 3 ( 5 ) ：6 1 6 3 作者简介：王新周 ，男 ，1 9 8 9 年生，福建宁德人，大学本 科 ，助理工程师。研究领域 ：城市轨道交通机车车辆。 ( 编辑 ： 王智圣) ( 上接 第 1 2 3页) 表 1 硬度检验结果 硬度值 实 验 室 编 号 硬 度 种 类 I 2 3 l 4 5 I 6 l 7 S 一 1 78 20 14 H B W 2 5187 5 199 J 186 l 25 2 f 2 52 l 23 9 I 22 8 f 25 0 ( 2 )对在用 的万向联轴器进行无损检测 ，以 确定是否存在裂纹。 ( 3 )将万向联轴器的花键轴安装在冲击载荷 相对较低的减 速机端 ，降低振动载荷对花键轴的 影响。 ( 4 )选取质量可靠的厂家，提高万向联轴器 备件质量的可靠性。 5结论 ( 1 )通过以上验算和分析，设计的万向联轴 器强度满足实际工作要求。 ( 2 )使用中的花键齿加工质量低劣 ，会造成 振动载荷。花键轴变形或在系统中不对中，造成 偏磨 ，同时不能均匀承载载荷。 ( 3 )补焊层组织为定 向凝 固的柱状晶 ，热影 响区出现马 氏体 ，说 明焊前没有预热 ，焊后又没 热处理 ，因此 产 生焊接裂 纹 。如果焊 条没有 烘 烤 ，会加剧焊道下产生冷裂纹的倾 向。焊接裂纹 在使用中扩展 ，最终造成花键轴断裂 。 ( 4 )通过按照改进措施实施后 ，提高 了设备 安全可靠性，保证了设备的安全运行，避免了万 向联轴器高空坠落事故发生。 参考文献 ： 1 徐灏 机械设计手册 M 北京：机械工业 出版社 ， 2 0 00 2 张质 文 ，虞和谦 ，王金 诺 ，等 起重机 设计手 册 M 北京：中国铁道出版社 ，1 9 9 8 3 张栋 ，钟培道，陶春虎，等 失效分析 M 北京 ： 国防 工 业 出版 社 2 0 0 4 4 陈国民 齿轮材料和热处理 z 郑州机械研究所 ， 2 0 04 5 韩德伟 金属硬度检测技术手册 M 长沙：中南大 学 出版社 ，2 0 0 3 作者简介：虞强 ，男 ，1 9 7 6 年生 ，四川 自贡人 ，大学 本科 ，工程师。研究领域 ：起重机设备。已发表论文 6 篇 。 ( 编辑 ： 王智 圣)