1、城市轨道交通车辆最高运行速度的选择摘要:研究目的:通过对影响列车最高运行速度的几大要素进行分析,寻找轨道交通车辆选型时确定列车最高运行速度等级的一般规律,从而达到节约能源、减少车底数的目的。研究结论:确定城市轨道交通车辆最高运行速度等级时一般以平均车站间距作为首要依据,车站间距约为 3.4km 时,推荐选择列车最高运行速度120km/h;当车站站间距约为 2.3km 时,推荐选择列车最高运行速度100km/h;当车站站间距约为 1.5km 时,推荐选择列车最高运行速度80km/h。关键词:城市轨道交通;车辆选型;最高运行速度对于城市轨道交通车辆选型来说,当交通制式确定以后,列车速度是一个重要参
2、数。列车最高运行速度的选择要考虑到多种因素:平均旅行速度,列车周转时间,站间距,节约能耗,线路条件等等。这里以城市地铁为例来讨论影响列车速度选择的几大因素和当前确定列车速度的实际经验。1 影响城市轨道交通车辆最高速度选择的几个因素1.1 考虑平均旅行速度与列车周转时间的要求一般来说,地方政府在规划城市轨道交通网络时,每条线路都是以某个商业核心区或者客流集散地(如机场、车站)为中心考虑的。规划时,通常对各条线路的端点站到商业核心区或客流集散地有一个旅行时间要求,规定不超过多少分钟。这个时间就作为我们设计时的目标值。当旅行时间确定以后,随着线路专业确定了线路长度,列车平均旅行速度也就确定了。列车平
3、均速度对列车最高速度的选择有决定性影响。1.2 考虑站间距的影响第二个对列车最高速度的选择有影响的因素是站间距。列车最高速度的大小必须结合站间距的大小来考虑。现代地铁车辆采用动力分散式布置后,平均加速度一般都在 0.50.6m/s2,最大常用制动减速度在1.01.2m/s2。如果列车最高速度配置偏大,站间距偏小,则可能在列车还没有运行到最高速度或在最高速度时运行极短时间就开始减速,这不符合经济运行要求。如果列车最高运行速度配置偏小,站间距偏大,则列车的加速时间短,平均速度低,延长了旅行时间,同样也不合理。所以列车最高速度应与站间距相匹配,达到经济运行又满足预定要求的结果。1.3 考虑线路条件的
4、影响线路条件主要包括坡道、平面曲线半径、竖曲线半径、外轨超高、隧道线路及地面或高架线路等。根据国标 GB501572003地铁设计规范的规定,地铁线路正线的最大坡度不宜大于 30,困难地段可采用 35。线路平面曲线半径的要求如表 1。式中 h超高值(mm);VC列车通过速度(km/h);R曲线半径(m)。曲线的最大超高宜为 120mm,当设置的超高值不足时,一般可允许有不大于 61mm 的欠超高。当线路条件确定以后,为了保证列车运行的安全性和旅客乘车的舒适性,从而限制了列车的最高通过速度。当然,为了提高通过速度可以改善局部线路条件,如增大平面曲线半径、增大竖曲线半径、增大外轨超高等,但是要增加
5、工程成本。隧道内线路对列车最高速度的影响是因为随着列车速度的增大,活塞风的阻力会随着速度的平方值增大,一般来说,隧道内线路的最高速度值不宜超过 80km/h。高架线路或地面线路不存在这种情况,速度可以更高一点。1.4 考虑节约列车运营能耗的要求从列车的行驶阻力公式(以深圳地铁 3 号线日本日立公司的计算公式为例),地上 R=(1.65+0.0247v)Wm+(0.78+0.0028v)Wt+0.028+0.0078(n-1)v29.8,地下 R=(2.089+0.0394V+0.000675V2)9.8。式中 V速度(km/h);Wmm 车质量;WtT 车质量;n编挂辆数。可以看出,随着列车速
6、度的增大,列车的运行阻力随着速度的平方值增大,则列车的能耗也随着速度的平方值增大。所以,从节能的角度考虑,列车的最高运营速度越小越好。1.5 考虑节省车辆购置费的要求城市轨道交通的特点就是大运量、高密度。特别是客流高峰期,为了满足乘客出行的需要,列车运行间隔很小。这就需要很多车底。但是当高峰期过了以后,客流量又大幅下降。如果为了高峰期配置过多车底,就会造成车辆浪费。这就要求提高列车的运行速度,减小列车周转时间,从而减少车底的数量,节约车辆购置费,节省投资。2 国内部分轨道交通实例详见表 3。3 实际经验总结根据目前国内的各城市地铁交通实际来看,城市规划时要求的旅行时间目标值不是太苛刻,平均旅行
7、速度没有成为确定列车最高运行速度的制约因素。反而车站间距成为确定列车最高运行速度时考虑的首要因素。旅行时间目标值也会随着车站分布作适当调整。目前国内地铁车辆的最高运行速度大多数为 80km/h,大连轻轨为 100km/h,广州地铁 3 号线为120km/h。根据牵引计算,最高运行速度 120km/h 的地铁车辆经济合理运行站间距离约为 3.4km,最高运行速度 100km/h 的地铁车辆经济合理运行站间距离约为 2.3km,最高运行速度 80km/h 的地铁车辆经济合理运行站间距离约为 1.5km。据前所述,我们知道地铁车辆的平均加速度一般都在 0.50.6m/s2,最大常用制动减速度在 1.
8、01.2m/s2。这里按平均加速度 0.5m/s2、最大常用制动减速度 1.0m/s2 计算,若采用最高速度 80km/h,则加速和制动距离合计为 740m;若采用最高速度 100km/h,则加速和制动距离为 1157m;若采用最高速度 120km/h,则加速和制动距离为 1667m。从实际运用来看,比较经济合理的方案是巡航及惰行距离占平均车站间距一半来考虑。因为如果巡航和惰性距离过大,则势必最高速度偏小,加速距离短,平均速度低;如果巡航和惰行距离过小,则势必最高速度偏大, 加、减速距离长,能耗大,不经济。4 结论城市轨道交通工程是一个系统工程,确定列车最高运行速度时各个因素相互影响,彼此牵连
9、。所以在选择列车最高运行速度时要综合考虑各种因素的影响,既要考虑提高旅行速度,减少旅行时间,也要考虑节约能耗和降低投资。所以当车站站间距约为 3.4km 时,推荐选择列车最高运行速度120km/h;当车站站间距约为 2.3km 时,推荐选择列车最高运行速度100km/h;当车站站间距约为 1.5km 时,推荐选择列车最高运行速度80km/h。参考文献:1GB501572003,地铁设计规范S.2GB/T79282003,地铁车辆通用技术条件S.3汪松滋,等.城市轨道交通运营组织M.北京:中国建筑工业出版社,2003.4铁道第二勘察设计院,深圳市地铁三号线车辆用户需求书Z.成都:铁道第二勘察设计院,2006.5铁道第二勘察设计院,长沙市轨道交通 1 号线可行性研究设计文件Z.成都:铁道第二勘察设计院,2006.
