武漢大漢陽項目牽引仿真計算研究

摘 要：本文主要對武漢大漢陽現(xiàn)代有軌電車的運行性能仿真計算結(jié)果中遇到的實際問題及優(yōu)化后的結(jié)果進行仿真比較，通過區(qū)間限速、減少區(qū)間路口數(shù)量、縮短路口等待時間等優(yōu)化車輛運行方案，為提高車輛運行品質(zhì)，節(jié)約能源等提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：牽引仿真；現(xiàn)代有軌電車；儲能電源

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.231

1 概述

武漢市大漢陽地區(qū)現(xiàn)代有軌電車試驗線工程線路全長約19.955km。車輛采用四模塊編組，三動一拖，編組形式：=Mc1+T++M+Mc2=，最高運行速度70km/h。

2 計算輸入條件及基本公式

2.1 計算輸入條件如下

（1）線路參數(shù)（由軌道建設(shè)方提供）。站臺數(shù)量共29座，路口共31個，其中路口起始至終止限速30km/h。

（2）車輛重量。空車重量 54.5t，AW3車輛重量為77t。

（3）車輛的牽引、制動特性。在平直、干燥軌道，車輪半磨耗，AW2載荷條件下：平均啟動加速度（0-40km/h）：≥1.0m/s2，平均加速度（0-70km/h）：≥0.7m/s2，常用制動平均減速度（70km/h-0）：≥1.2m/s2。

（4）車輛的基本阻力特性，即各種工況下的基本阻力計算公式見2.2.1。

（5）儲能電源容量、充電電流等。采用9500F單體電容，儲能電源電壓在DC500V-900V之間為可用能量，計算考慮儲能電源全壽命周期內(nèi)20%的容量衰減。

（6）車輛交、直流負載功率。根據(jù)輔助負載計算結(jié)果，儲能電源電壓900-750V時，功率為52.7kW；600-750V時，功率為52kW；500-600V時，功率為51.7kW。

2.2 列車阻力

2.2.1 基本阻力

基本阻力采用常規(guī)戴維斯公式：Fw=516*n+ mges*（0，006374 + 0，00032905*v） + A*v2 式中Fw=列車阻力[N]；n=列車編組數(shù)；mges=列車重量+負載[kg]；v=速度 [m/s]。

2.2.2 附加阻力

附加阻力由兩部分組成坡道阻力和曲線阻力。坡道阻力=列車總重*坡度；曲線阻力=600/R，折算成坡度。

2.2.3 運行阻力

3 計算結(jié)果

（1）全力南路站-硃山湖大道站，線路里程為全長876m ，該區(qū)間共的 4個路口及停車等待時間為全力三路-全力南路（60s）、救援中心消防站路口（45s）、東風乘用車1路口（45s）、全力三路-硃山湖大道（130s）。以該區(qū)間為例，分別對三種工況計算結(jié)果進行對比分析（路口起始位置-終止位置限速30km/h），計算結(jié)果見表1。

1）工況1 AW3、空調(diào)全載、4個路口均等待一個紅燈周期。

2）工況2 AW3、空調(diào)全載、救援中心消防站、東風乘用車1兩路口優(yōu)先通過，區(qū)間限速30km/h。

3）工況3 AW3、空調(diào)全載、區(qū)間路口不起停、不等待。

仿真計算結(jié)果如表1。

由此可得，工況1：區(qū)間最低電壓為463V，低于儲能電源的正常工作電壓。車輛起停次數(shù)為5次、停車等待時間為280s，牽引能耗占總能量的49.97%，輔助能耗占總能耗的46.74%，回收能量占總能量的63.77%。工況2，區(qū)間最低電壓在儲能電源正常工作電壓范圍內(nèi)，車輛起停次數(shù)為3次，停車等待時間為190s，牽引能耗占總能量的32.46%，輔助能耗占總能耗的45.11%，回收能量占總能量的21.55%。

工況3，區(qū)間最低電壓在儲能電源正常工作電壓范圍內(nèi)，車輛起停次數(shù)為1次，無停車等待時間，牽引能耗占總能量的42.91%，輔助能耗占總能耗的13.68%，回收能量占總能量的48.53%。

由此可見，區(qū)間設(shè)置過多的路口，起停次數(shù)過多、等待時間過長，相應(yīng)的牽引、輔助能耗增加，影響車輛性能的發(fā)揮；反之，區(qū)間路口越少、起停次數(shù)越少，將大大降低牽引、輔助能耗，縮短站間運行時間，提高車輛的平均旅行速度，最大限度解決交通壓力，更有利于城市的發(fā)展。

（2）楓樹一路站-后官湖大道站，線路里程為全長1281m，該區(qū)間共的 2個路口及停車等待時間為后官湖大道-四環(huán)路（80s）、后官湖大道-蓮湖路（90s）。以該區(qū)間為例，分兩種工況進行對比分析（路口起始位置-終止位置限速30km/h）。

1）工況1：AW3、空調(diào)全載、路口等待一個紅燈周期

2）工況2：AW3、空調(diào)全載、路口等待一個紅燈周期，限速65km/h。

仿真計算結(jié)果如表2。

由此可得，工況1，區(qū)間最低電壓在儲能電源正常工作電壓范圍500-900V，最高運行速度70km/h，牽引能耗占總能量的48.78%，輔助能耗占總能耗的41.46%，回收能量占總能量的74.27%。工況2，區(qū)間最低電壓在儲能電源正常工作電壓范圍500-900V，最高運行速度65km/h，牽引能耗占總能量的44.61%，輔助能耗占總能耗的41.46%，回收能量占總能量的67.08%。

由此可見，在不影響車輛性能的同時，車輛采取限速措施，能更好的優(yōu)化車輛的運營方案，節(jié)約能源。

4 結(jié)語

通過對武漢大漢陽現(xiàn)代有軌電車試驗線項目的仿真計算，對列車的實際線路運行情況作了較為深入、全面的分析和仿真，為武漢大漢陽現(xiàn)代有軌電車項目車輛運營方案提出了優(yōu)化建議，為提高列車運行品質(zhì)提供了理論依據(jù)，對其他城市的現(xiàn)代有軌電車線路建設(shè)具有一定的參考價值。

參考文獻：

[1]中華人民共和國鐵道部.列車牽引計算規(guī)程[S].北京：中國鐵道出版社.

作者簡介：徐園（1987-），女，本科，主要從事城軌車輛系統(tǒng)設(shè)計工作。