地鐵車輛段輪對在線檢測設備對出入段能力的影響分析

張建華

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司,西安 710043)

輪對在線檢測技術在地鐵車輛段日常檢修中得到廣泛應用，它改進了檢修手段，提高了檢修效率[1]。在工程設計中，為實現對入段列車的檢測，在線檢測設備多設于車輛段咽喉區，由于設備安裝需占用一定長度，從而影響信號轉換軌和列車出段時間。因此，對檢測設備布置型式進行研究，分析其對信號轉換軌及列車出段時間的影響，是非常值得研究的課題。

1 檢測設備的布置

1.1 設備功能及安裝條件

輪對在線檢測設備主要通過對輪對外形尺寸檢測、車輪擦傷檢測、視頻圖像擦傷檢測，實現在線監測不同踏面形狀車輪各相關部位的尺寸和踏面缺陷，為列車入段后的車輪鏇修和走行部檢查提供數據支持。為實現對入段列車的數據采集，檢測設備應布置在多方向列車進路的咽喉區外側，設備安裝位置的線路應為直線段，列車通過檢測設備的速度為5～15 km/h[2-7]。

1.2 設備布置方案

檢測設備安裝需占用一定的空間，進行設備布置時主要考慮兩部分，一是軌邊探頭安裝占用的空間，長度為20 m；二是設備響應的緩沖區段，其長度與設備響應時間和列車通過速度有關。根據調查，目前市場上主流設備響應時間為10 s左右，由此可知，響應區段合理長度為15～60 m。通過以上分析，檢測設備的布置方式如圖1所示，其布置長度宜為45 m。

圖1 檢測設備布置示意(單位：m)

2 信號轉換軌的設置方式

列車從車輛段向正線行駛時，需在轉換軌上從車輛基地信號模式轉換為正線信號模式，再投入正線運營[8]。

轉換軌的設置有2種方式，一種是靠車輛段設置；另一種是靠正線設置。在工程設計中，多采用第一種設置方式，這樣能夠及時將出段列車從駕駛模式轉換為正線信號模式，列車以正線速度運行，保證列車出段效率[9-11]。轉換軌靠近車輛段的設置方式如圖2所示，信號轉換軌距車輛段咽喉區第一付道岔岔心約75 m，轉換軌位置線路曲線半徑不小于300 m，線路坡度不大于18‰。

圖2 轉換軌布置示意(單位：m)

3 檢測設備與轉換軌的相互影響分析

根據每日行車計劃，列車在退出運營后，以正線行車速度經入段線進入轉換軌，停車進行控制模式轉換，再以不大于20 km/h調車速度入庫停放。由于檢測設備只對入段列車進行檢測，檢測設備需安裝在入段線線上。根據檢測設備與信號轉換軌的相對位置，分兩種方案分別進行分析。

方案1：如圖3所示，信號轉換軌設在檢測設備前面(以列車入段方向為正，下同)。入段列車進入信號轉換軌后，停車進行控制模式轉換，再以調車模式經檢測設備入庫停車。由于檢測設備緊鄰信號轉換軌，列車在重新啟動后通過檢測設備的速度可滿足5～15 km/h的檢測速度要求，實現檢測功能；同時，設備靠近車輛段，可以保證設備安裝在直線段。

方案2：如圖3所示，信號轉換軌設在檢測設備后面。為保證檢測，入段列車經過檢測設備需限速15 km/h以下通過，增加入段時間；同時，由于信號轉換軌占用較長的線路長度，檢測設備安裝位置難以保證直線段。

圖3 檢測設備與信號轉換軌位置示意

綜上分析，方案1的布置方式更為合理，檢測設備宜靠近車輛段，設在信號轉換軌與車輛段第一付道岔之間。在工程設計中，由于受地形條件、站段相對關系等因素影響，出入段線多為曲線和大坡度，對檢測設備和信號轉換軌的布置會產生影響。在這種情況下，需核算列車出入段能力，選擇合理的布置方案。

4 列車出段能力影響分析

4.1 列車出段作業分析

由于列車出段能力與入段能力在研究分析上基本一致，且在設計時更加關注出段能力，本文僅以出段能力為例進行研究分析。

車輛段根據每日出車計劃辦理相應的列車出段進路，基本過程如表1所示。根據車輛段及出段線的信號機布置和聯鎖關系設置，車輛段的列車出段作業有列車進路及總出發進路兩種方式，按列車方式辦理時，出段列車可行駛至轉換軌的正線入口信號機處；按總出發進路辦理時，列車先行駛至總出段信號機，然后根據總出段信號機的顯示行駛至轉換軌的正線入口信號機[12-14]。

由表1可知，列車出段時間主要包括列車在庫內以及出段線的走行時間、司機操作及反應時間、列車模式轉換時間等幾部分。車輛段設置檢測設備后，會引起段內調車走行距離增加，影響列車出段能力。下面以幾種典型的布置方式為例，對出段能力進行分析。

表1 列車出段過程分析

4.2 列車出段時間影響分析

4.2.1 不受檢測設備影響的車輛段出段時間分析

以30列位B型車6輛編組的車輛段為例，在車輛段咽喉區不設檢測設備的情況下，信號轉換軌緊靠車輛段設置。如圖4所示，停放于9AG的6B列車自庫內啟動，以低于5 km/h的速度運行至庫門停車，走行距離為10 m，則走行時間為[11]

(1)

式中v——列車最高運行速度，庫內取5 km/h;

a牽引——列車牽引加速度，取1.0 m/s2；

a制動——列車制動減速度，取1.0 m/s2。

由式(1)計算可得t1=8.6 s。

圖4 列車出段示意(單位：m)

根據表1 列車出段過程，由式(1)計算各部分走行時間，結果見表2所示。

由表2可知，第一列車出段時間為222.3 s。在采用追蹤方式出段時，當前車出清總出段信號機Szcd后，后續列車即可辦理出段進路。此時，列車的最大追蹤時間為193 s，如表3所示。

表2 車輛段單車出段時間

注：表中分項序號與表1對應(下同)

表3 追蹤方式下列車出段時間

4.2.2 受檢測設備影響的列車出段時間分析

為便于計算，分別選取西安市軌道交通車輛段設計的幾種典型檢測設備布置實例，對列車出段時間進行計算。

實例1：西安軌道交通5號線一期工程阿房宮車輛段檢測設備布置型式如圖5所示，出入段線路條件較好，咽喉區外側線路為較長的直線段，緊鄰第一付道岔順次設檢測設備和信號轉換軌。該布置方式下，總出段信號機距離咽喉區第一付道岔岔心距離為100 m，段內調車距離增加29 m，按表3計算，列車最大追蹤時間為199 s。

圖5 阿房宮車輛段檢測設備布置方案示意(單位：m)

實例2：西安軌道交通4號線航天城車輛段檢測設備布置型式如圖6所示，出入段線采用R=200 m小半徑曲線接入車輛段，咽喉區外側直線段較短，受出入段線路條件限制，檢測設備及信號轉換軌順次設置在線路小曲線外側。該布置方式下，總出段信號機距離咽喉區第一付道岔岔心距離為143 m，段內調車距離增加72 m，按表3計算，列車最大追蹤時間為209 s。

圖6 航天城車輛段檢測設備布置方案示意(單位：m)

實例3：西安軌道交通3號線港務區車輛段檢測設備布置型式如圖7所示，出入段線以R=200 m小曲線接入車輛段，咽喉區外側約有130 m長直線段，為避免信號轉換軌設于曲線段，檢測設備改設在車輛段咽喉區第一付道岔以內。該布置方式下，信號轉換軌設置不受檢測設備影響，車輛段咽喉區因設置檢測設備，導致咽喉區總長度增加，停車列檢庫距總出段信號機距離為598 m，段內調車距離增加217 m，按表3計算，列車最大追蹤時間為239 s。

圖7 港務區車輛段檢測設備布置方案示意(單位：m)

4.2.3 不同布置方案對出段能力的影響分析

進入信號轉換軌之前，列車在段內的走行距離對出段時間影響較大。當車輛段設置有檢測設備時，均在不同程度上增加了列車在段內的走行距離，從而影響列車的出段時間。從計算結果可以看出，當檢測設備設在車輛段咽喉區第一付道岔以內時，列車出段時間會增加20%左右，對列車出段能力影響最大；當檢測設備設在轉換軌與車輛段第一付道岔之間時，對列車出段能力影響較小；當線路為直線時，能有效降低各種影響。

5 結語

車輛段出入段能力對正線列車的運營有著重要的影響，當車輛段需設置在線檢測設備時，應考慮其對列車出段能力的影響。在工程設計時，應結合線路條件、車輛段咽喉區布置型式、出入段能力影響等因素綜合考慮后選擇合理的布置方式。在同等條件下，布置檢測設備時應優先考慮設在咽喉區第一付道岔外側，避免設在車輛段咽喉區第一付道岔內的岔線區；檢測設備應設在信號轉換軌與車輛段第一付道岔之間，不宜靠近正線設于信號轉換軌外側。

本文僅對檢測設備設于咽喉區的情形進行了分析，在工程設計中也有將檢測設備設于段內某條檢修線路上的情形，雖然這種方式對列車出入段能力沒有直接的影響，但這種方式不能完全實現入段列車檢測，在使用功能上存在不足，本文不再進行研究。