城轨磁悬浮交通线路最大坡度研究.doc

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【摘　要】文章分析了城轨磁悬浮列车的牵引制动特性以及附加阻力的影响,并通过计算确定了其最大坡度。
【关键词】城市轨道交通;　城轨磁浮列车;　最大坡度
城市轨道交通正线的最大坡度是线路的主要技术标准之一,合理地确定线路最大坡度具有很重要的意义。对于城轨车辆来说,必须使其性能适应线路的最大坡度。

1．牵引制动特性所确定的最大坡度
列车通过最大坡道的速度不应过低,以免影响线路的运送能力,列车通过最大坡道的速度不应低于36~40 km /h。另一个要求是车辆在最大坡道上停车后,应能随时起动加速(此时的起动加速度比在平道上起动时低得多)。
城轨磁悬浮列车在正常运行时主要采用反向推力制动,并装备有应急机械制动装置,当列车遇到需紧急制动的情况时,可以采取紧急机械制动方式处理。所以,列车在最大坡度上下坡时不需要考虑反向推力的制动能力。
由于目前我国的城轨磁浮系统尚处于试验阶段,还没有相关的牵引特性曲线资料。参考采用直线感应电机提供动力的地铁车辆牵引特性曲线,可以得到大致的城轨磁浮车辆牵引特性曲线。其中,速度从0到36 km /h为恒转矩加速,从36 km /h到100 km /h为恒功率加速。根据牵引特性曲线,在速度v=0~36 km /h时,单节车辆的推力F=21 kN。根据相关研究,若单节磁浮车辆的总质量为M (t),运行速度为v(m /s),当v>0时,受流器所受的阻力Wc=41.68 N。单节车辆的电磁阻力:v<5.56 m /s时,

综合以上分析可得,当列车通过最大坡道的速度取规定的下限即v=36 km /h时,此时列车的牵引力最大,列车的基本阻力取得极小值。
考虑恶劣情况下(如其中一辆动车发生故障),此时,两辆动车拉动列车在最大坡道上以36 km /h的速度运行,此时可以求出最大坡度值imax。

式中:F为直线电机的额定推力(kN);P为单节车辆总重(t);imax为最大坡度(‰)。
将F=3500 N,P=22 t,WJ2z=1710.77 N,g=9.8 m /s2代入式(6),得到

根据西南交大磁浮所提供的资料可以得到,中低速磁浮列车的起动阻力非常小,可以忽略不计。车辆在最大坡道上起动时,起动加速度为aq。对最大坡度imax=62.3‰进行起动检验。

计算结果说明城轨磁浮列车在牵引动力损失1/3的情况下,列车仍然可以在62.3‰的坡道上起动并能以36 km /h的速度正常运行;因此,最大坡度取62.3‰能够满足要求,取整后得到城轨磁浮交通线路正线的最大坡度为60‰(不考虑坡度折减)。
2.附加阻力对最大坡度的影响
轮轨系统引起曲线附加阻力减缓的原因:当机车车辆驶入圆曲线后,由于动轮踏面发生横向滑动,且曲线外轨较内轨长,使车轮产生纵向滑动等原因而引起机车粘着系数降低。曲线半径愈小,这种现象愈显著。
城轨磁浮列车在平面直线上运动时,当车体上安装的直线电机定子接通三相电流后,定子与其正下方的轨道上敷设的反应板产生一个移动磁场,该磁场在感应板上感应出电流和感生磁场,由于磁场的作用,产生推力牵引列车前进或后退。列车在平面曲线上运动时,车辆上的直线电机定子与反应板不再正对,而是产生一定的横向偏离,就会削弱感生磁场,从而影响产生的推力。由于车辆的悬浮导向电磁铁只允许与其平衡位置极其微小的动态波动, 所以直线电机定子与反应板的横向偏离也很小,对推力和电磁阻力的影响就很小,列车阻力的变化也就很小,故中低速磁浮列车的曲线附加阻力可以忽略。
隧道里的纵坡考虑隧道附加阻力需减缓纵坡,尚无正式的试验公式。考虑到城轨车辆速度较低,其隧道附加阻力与坡道阻力相比要小很多,故忽略不计。
3.结论
综合以上分析,建议城轨磁浮交通线路正线的最大坡度不宜大于60‰(考虑附加阻力的影响)。需要注意的是当采用较陡的坡度时,其坡道长度不宜太长,以免过分影响全线的平均运行速度,防止列车的牵引电机发生过热现象。

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