100km/h线路节能坡纵断面设计研究

于潇源

摘 要：本文以最高速度为100km/h的城市轨道交通线路为背景，从列车运行规律出发，研讨了轨道交通线路纵断面节能坡的设计方法。分析表明：在车站两端设置20‰-30‰的加速坡，可以降低列车牵引电能消耗约24%～28%。对于最高运行速度100km/h的列车，采用长度为350 m的加速坡比较合适。

关键词：轨道交通；纵断面；节能坡；牵引电耗

引言

城市轨道交通以电力为能源，是一个城市中的用电大户。一般情况下，一条轨道交通线路列车牵引用电在整个轨道交通电耗中占有很大的比重，达到40%至一半左右。而为了保证位于距市中心30～35km半径边缘的郊区卫星城镇至市中心的出行时间控制在1h以内，一些城市轨道交通线的最高运行速度设计标准提高至100km/h。本文以100km/h的线路为背景，研讨线路纵断面节能坡设计问题。

1、节能坡设计基本思路

所谓节能坡设计指：通过线路区间坡度及坡长的合理设计，使列车出站后，通过区间下坡迅速地将重力势能转化为动能，以尽量少的牵引电能耗费，获得列车运行所需要的加速度和目标速度。

2、节能坡设计

轨道交通的站站区间按行车方向，可以划分三部分：加速坡、连续坡、制动坡。

2.1 加速坡

加速坡使列車出站后尽快增速至目标速度。据以往研究，最高速度80km/h的线路上，加速坡坡道设置为22‰～26‰，坡长设置为250m比较合适。经过牵引计算模拟和工程案例分析，最高速度为100km/h的线路上，加速坡的长度及坡度均应较80km/h线路有所增加，因此，本文在每个区间设计了30‰、25‰、20‰3种加速坡坡度，每组坡度下加速坡的坡长分取为300、350和400m三种。

2.2 连续坡

出站列车经过加速坡达到目标速度后，将转入连续坡道断电惰行。加速坡后第一个连续坡的最佳坡度是使作用在列车上的助推力与列车的运行阻力相平衡，可使列车既不耗电又能保持目标速度运行。然后接续一个反向连续坡，使列车逐渐减速，为列车进站制动创造条件。

2.2.1 工程要求

当区间线路左右线并行共用一个隧道结构时，因左右线要求等高，因此节能坡的设计应综合考虑上下行列车区间内加减速运行等因素，一般两个连续坡的坡长和坡度宜应相同，坡长一般为两车站区间长度减去两端车站坡，再减去节能坡及制动坡的长度后的一半。当左右线分为两个单线隧道时，两线在区间可不等高，上下行区间节能坡可分别设置，连续坡1的长度可适度增长。

2.2.2 坡度取值

连续坡的坡度取值一般与列车性能有关，不同车型的列车牵引受力曲线不同。以6辆编组、最高运行速度100km/h、四动两拖的A型车为例，按照列车阻力曲线，列车速度在100km/h时，其单位运行阻力为4～5 N/kN。

一般曲线半径折算坡度在1‰以下。部分区段采用小曲线半径时，曲线折算坡度超过1‰。因此一般情况下连续坡段坡度宜设为4‰，此时列车基本能维持最高速度运行。如连续坡的下坡道上存在小半径曲线，连续坡的下坡道坡度可适当放大至5‰左右。

2.3 制动坡

制动坡坡度一般略小于加速坡坡度，具体坡度值根据计算确定。

3、不同站间距节能坡组合设计

根据历史研究，采用最高运行速度100km/h的列车时合理站间距离约为2.0～3.5km。因此，本文分为2.0、2.5、3.0、3.5km几种站间距讨论最佳的节能坡组合设计。限于篇幅，现仅将最高速度为100km/h的A型车在3.5km的区段内6种坡段组合的节能坡上运营时牵引能耗列出，如表所示。

通过模拟得出，加速坡的长度和坡度对列车在区间运行时间影响不大。在列车最高运行速度为100km/h的条件下，在区间长度为2-3km时，按照各种组合结果，节能坡坡度设为30‰，坡段长度取为350m，最为节能。在区间长度为3.5km时，在列车最高运行速度为100km/h的条件下，节能坡坡度取为20‰时最为节能，如受条件限制坡度值无法取20‰，可考虑取值尽量与此值接近。

这是由于随着区间的增长，列车在运行至区间后半段时，在连续坡二上的速度不断下降，在后面制动坡坡度比较大的情况下，列车速度下降到过低，不能满足列车运行要求而不得不进行二次牵引加速，从而导致了能耗的突然增加。而制动坡坡度适度减小，使得列车速度下降不会过快，避免了二次牵引。

4、结束语

不同车型，不同的列车目标速度，不同的车辆设计拥挤度，不同的列车动拖比等因素，均对列车节能坡的具体设计有一定的影响，设计时需要综合比选，选择最优方案。

参考文献

[1]梁广深.地铁节能线路纵断面设计研究.都市快轨交通，2009（.8）：37-40

[2]刘海东，毛保华等..城市轨道交通列车节能问题及方案研究.交通运输系统工程与信息，2007（10）：68-73

[3]乐建迪.地铁正线节能坡设计探讨.地铁标准设计，2008（8）：17-19

（作者单位：上海市隧道工程轨道交通设计研究院）