四辆编组与六辆编组地铁列车混跑分析及设计

肖飞

（ 中车南京浦镇车辆有限公司，江苏 南京210031）

目前，国内城市轨道交通正在大力发展市郊、市域线路，这部分线路初期客流量预测基本都不大，但是随着地铁带来的沿线快速发展，远期客流量会逐渐增加。为解决客流量增加问题，可选择初期采用短编组列车，远期将短编组列车扩编或者增购长编组列车。扩编会因车辆设备维护时间不统一而对车辆架大修造成麻烦。目前，诸如此类线路地铁车辆的选择，地铁业主大多选择初期采用短编组列车，远期增购长编组列车。因此，有了长、短编组列车的混跑运营需求，该需求在车辆设计初期就需要考虑。本文以南京机场线与宁溧城际线地铁列车混跑为例展开分析，并对两种车型混跑功能进行设计。

1 不同编组的地铁列车混跑需求

南京地铁机场线采用六辆编组的B 型地铁[1]，最高运营速度为100km/h，早于宁溧城际线开通运营。南京地铁宁溧城际线采用四辆编组的B 型地铁[2]，最高运营速度同样为100km/h。南京地铁提出，南京机场线六辆编组地铁列车需要在宁溧城际线路上与宁溧城际线四辆编组地铁列车混跑运营，宁溧城际正线及车辆段已按照远期六辆编组地铁列车运营的需求进行设计，车辆需要在宁溧城际线车辆设计阶段展开不同编组列车混跑技术分析及机场线列车改造工作。

2 不同编组的地铁列车混跑技术分析及对比

六辆编组与四辆编组地铁列车要实现在正线上混跑运营，两种车型首先要满足相同的车辆限界、相同的车门间距、相同的停车精度、相同的车钩高度及钩头型号；其次救援工况下四辆编组需要满足救援六辆编组的牵引性能；最后两种车型列车联挂后能实现制动电气控制和PIS 通信功能。

2.1 南京机场线和宁溧城际线主要技术参数对比

南京机场线和宁溧城际线均为铝合金鼓形B 型地铁，限界符合CJJ96-2003 标准，车辆主要技术参数对比如表1 所示。

2.2 南京机场线和宁溧城际线主要供应商对比

对有混跑需求的两种车型主要供应商及与混跑相关的技术方案宜一致，在不能一致的情况下，应对有差异的方案进行详细分析。南京机场线和宁溧城际线与混跑功能相关的供应商对比结果如表2 所示。

通过对比可见，两种车型与混跑相关的主要系统供应商大多都不同，对两种车型混跑功能的设计有一定的影响，宁溧城际线车辆技术方案需要尽量按照南京机场线的方案执行，南京机场线也需要根据宁溧城际线车辆的实际情况进行适应性地改造以满足混跑需求。

3 宁溧城际线车辆混跑设计

3.1 停车精度设计

宁溧城际线信号系统技术方案与南京机场线一致，宁溧城际线车载信号设备安装、信号接口控制、牵引和制动系统性能的设计满足信号供应商提出的需求即可。宁溧城际线需要重点解决四辆编组救援六辆编组的问题。

表1 车辆主要技术参数对比表

表2 主要供应商对比结果

3.2 四辆编组救援六辆编组的牵引性能计算

计算需求：一列空载的四辆编组列车（宁溧城际线列车）可以牵引一列超载(AW3) 无动力的六辆编组的同类型故障列车（南京机场线列车）能在30‰的坡道上起动。

3.2.1 列车质量M

四辆编组列车质量(AW0)：M0=140 t/列

六辆编组列车质量(AW3)：M3(6)=327.84t/列

3.2.2 列车换算质量Mg

四辆编组列车转动惯量：Mg=14 t

四辆编组列车换算质量(AW0)：M0g=M0+Mg=154 t

六辆编组列车转动惯量：Mg(6)=17.2 t

六辆编组列车换算质量(AW3)：M3g(6)=M3(6)+Mg(6)=345.04 t

3.2.3 列车启动阻力Wq

按49×10-3kN/t 计算：

四辆编组列车启动阻力(AW0)：Wq0=M0×49×10-3=6.86 kN

六辆编组列车启动阻力(AW3)：Wq3(6)=M3(6)×49×10-3=16.06kN

3.2.4 坡道附加阻力Wi

四辆编组列车30‰坡道附加阻力(AW0)：Wi0= M0×30‰×9.81=41.2 kN

六辆编组列车30‰坡道附加阻力(AW3)：Wi3(6)=M3(6)×30‰×9.81=96.48kN

3.2.5 四辆编组救援牵引力

加速度= ([牵引力] -[起动阻力] -[30‰坡道阻力]) / 质量

a=F- Wq0- Wq3(6)- Wi0- Wi3(6)) / (M0g + M3g(6)) ＞0.0833 m/s2

经计算，F＞202.17kN 时，一列空载的四辆编组列车能在30‰的坡道上牵引一列同类型的超载(AW3)无动力的六辆编组列车启动。

宁溧城际线列车采用205kN 高加速牵引力满足四辆编组救援六辆编组的能力，救援粘着系数达到0.199 即可。

4 南京机场线车辆混跑改造设计

4.1 牵引系统

牵引系统需要根据南京机场线和宁溧城际线路条件进行牵引计算仿真，核实牵引电机转子、定子温度以及牵引逆变器是否超温。

4.2 空气制动系统

空气制动系统需要根据南京机场线和宁溧城际线路条件进行制动热容量计算，核实南京机场线列车闸片温度是否满足设计温度，以及在故障工况下列车运营一个往返的限速值是否需要调整。

4.3 信号与TCMS 接口

信号系统需要更新信号与TCMS 接口的站点信息，增加宁溧城际线路站点信息，以实现自动报站功能。

4.4 TCMS 系统

TCMS 需要在南京机场线的DDU 界面增加宁溧城际线站点信息，同时TCMS 与PIS 系统的接口中需要增加相应站点信息。

4.5 PIS 系统

在混跑时，PIS 系统需要实现与报站相关的功能，需要修改软件实现新增宁溧城际线站点后的全自动、半自动广播报站及显示，具体包括修改软件中的线路设置、报站及显示逻辑。此外，还需要修改LED 点阵动态地图的贴膜，增加宁溧城际线站点。

4.6 救援时车辆电气连挂

南京机场线列车和宁溧城际线列车联挂后需要满足如下功能：

a. 担任救援的列车能施加/缓解被救援列车的紧急制动和停放制动，被救援列车常用制动可被缓解；

b.能使两列车驾驶室中的司机实现通信联络，并能使救援列车的司机向被救援列车的乘客广播；

c.当发生无意识脱钩时将有指示灯在司机室显示，并且救援列车自动实施紧急制动，被救援列车自动实施紧急制动（若紧急制动被隔离则自动实施停放制动）。

就以上三个功能，只要两列车停放制动和紧急制动控制方案相同、PIS 系统联挂通信方案一致、联挂电气信号点位相对应即可。但是由于两个项目制动系统供应商和PIS 系统供应商不一致，宁溧城际线无法完全按照南京机场线的方案执行，因此需要南京机场线进行适应性改造，包括停放制动控制电路改造和PIS 联挂通信功能改造。

4.6.1 停放制动控制电路改造

南京机场线停放制动功能采用一个电磁阀PBEMV 控制，电磁阀得电即施加全车的停放制动，失电即缓解全车的停放制动，见图1；而宁溧城际线停放制动功能采用两个电磁阀PBAMV 和PBRMV 控制，控制逻辑如表3 所示。

表3 双电磁阀停放制动控制逻辑

因此，需要在南京机场线的停放制动控制电路中将一个停放制动电磁阀的信号转换为两个信号，两个信号互为反逻辑。在电路中新增互锁接触器PK 及二极管D2 来实现两根列车线控制停放制动的功能，如图1 所示，图左部分为南京机场线改造后的停放制动控制电路，图右部分为宁溧城际线停放制动控制电路。

图1 南京机场线停放制动控制电路改造

4.6.2 PIS 联挂通信改造

由于南京机场线PIS 系统的广播系统是基于MVB 总线系统，通过MVB 网络传输控制逻辑和数字语音信号。而宁溧城际线广播系统采用模拟信号传输控制逻辑和语音信号。因此，需要增加MVB 转模拟的PIS 联挂通信模块，以及增加联挂通信模块到车端联挂连接器的接线，并做到两种车型联挂连接器信号点位一致，以满足联挂后两列车司机室通信及客室广播功能。

5 结论

通过对宁溧城际线车辆混跑功能设计、对南京机场线车辆的改造及混跑相关功能试验验证，在宁溧城际线开通之日即实现了南京机场线列车与宁溧城际线列车混跑运营的目标。无论是四辆编组与六辆编组混跑运营，还是三辆编组与四辆编组混跑运营的车辆设计均可以参考本文分析开展工作。