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【摘 要】地铁列车弓网系统的运行是地铁运营中需要重点关注的事项.受线路周围环境影响,在地面及高架区段的架空柔性悬挂的接触网极易悬挂异物,影响地铁列车的弓网系统正常运行.针对地铁列车在运行过程中升降弓操作的可行性进行研究,并提出地铁列车过异物点的优化方案.
【期刊名称】《现代城市轨道交通》
【年(卷),期】2017(000)004
【总页数】6页(P50-55)
【关键词】地铁列车;降弓;升弓;操作
【作 者】马诚
【作者单位】贵阳市城市轨道交通有限公司,贵州贵阳 550081
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【正文语种】中 文
【中图分类】U292.7
高铁列车可以在运行中降双弓，通过惯性通过接触网故障点或分相点后不停车升双弓恢复正常驾驶。由于高铁列车运行速度高，故客室内的乘客完全感觉不出列车运营过程中遇到的问题。而地铁在日常运营过程中地面和高架区段接触网悬挂异物的现象屡有发生，司机通常使用换弓的方式过异物点，由于地铁行车间隔相对高铁行车间隔更小（北京、上海、广州等地铁部分线路高峰行车间隔普遍已经达到 2 min 甚至以下），地铁列车使用换弓方式通过异物点对后续行车秩序的影响也就更大。针对这种问题，本文围绕地铁列车能否参照高铁列车在运行中升降弓进行分析，并提出一些建议方案。
目前，中国内地各城市绝大多数列车采用的是气动驱动控制单臂式受电弓。本文以贵阳地铁采用的单臂式受电弓为例进行分析，其结构示意图见图 1。该型受电弓具有重量轻、构造简单、维护工作量少、优良的接触特性和较好的工作安全性等特点，其主要技术指标见表1。
钢管自动切割机目前，国内各地铁大多数在《电客车司机操作规程（手册）》中未对列车在运行过程中进行升降弓操作有明确规定，通过对受电弓电气控制电路的分析，理论上在运行中可以对受电弓进行升降弓操作。
地铁列车受电弓控制电路激活升降弓列车线表见表 2。表 2 中：RLPT（Raise local pantograph trainline）表示“升前弓列车线”；LLPT（Lower local pantograph trainline）表示“降前弓列车线”；RRPT（Raise remote pantograph trainline）表示“升后弓列车线”；LRPT （Lower remote pantograph trainline）表示“降后弓列车线”；LPT（Lower pantograph trainline）表示“降弓列车线”；● 表示“列车线被激活”。
贵阳地铁1号线为贵阳市城市轨道交通骨干线，始于下麦西站，止于场坝村站（图2）。线路全长 34.308 km，地下线 29.022 km，高架及地面线 5.286 km（占全线的15.41%）。1 号线平均站间距 1 462 m，最大站间距3 855 m，最小站间距 600 m，线路最大坡度 28‰，全线共设车站 24 座，其中地面、高架站各 2 座。
贵阳市海拔高度在 1 100 m左右，是典型的高原山地城市，处于费德尔环流圈，常年受西风带控制，大风天气较为频繁，相对于其他城市，地面和高架线路接触网悬挂风筝、汽球
或塑料袋等异物的情况发生风险更大。为了防止对弓网配合造成影响，国内地铁目前大多采用换弓的方式通过异物点，如图 3 所示。在接触网发生故障跳闸时，也要求后续无法扣停在站的列车通过降弓惰行的方式进入无电区，以避免通过受电弓将接触网供电带入无电区，造成另一接触网供电分区跳闸。
3.1 现行的换弓过异物点操作流程
国内普遍现行的换弓过异物点操作流程如图4所示。
防辐射内裤通过分析该流程可知，列车使用换弓方式通过异物点需要在区间停车 2 次且耗时约 4 min，在高峰期小间隔行车的情况下，对后续列车正常运营和乘客服务影响较大。要降低列车换弓通过异物点对地铁行车组织的影响，主要可采取以下 2 种行车组织方式。
（1）事发列车司机或车站汇报接触网悬挂异物地点后，后续司机在异物点的后方站利用开关门作业时间平行作业，降下运营方向的前弓后动车，待前弓过异物点后执行换弓操作，减少 1 次区间停车，最大程度降低对乘客服务的影响。
（2）考虑采取运行过程中降双弓过异物点，惰行进前方站，停车后采用升双弓的方式来提
高处置效率，如图 5 所示。
3.2 降弓惰行过异物点可行性分析
3.2.1 降弓位置分析
采用降双弓惰行通过接触网异物点时，首先要保证列车到达故障点时，受电弓已降弓完毕，计算分析过程如下。
基本参数定义：V0为列车降双弓时的初始速度；h0为列车降双弓时列车距异物悬挂处的距离；h 为列车安全降弓距离；T 为列车受电弓下降到位所需时间。
T 取值为10 s。地铁列车降弓需要 10 s（注：设计参数，实际时间为 7 s）。V0取值为 80 km/h。目前贵阳地铁1 号线列车设计最大运行速度 80 km/h，此处，采用最大速度计算以确保安全性。
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因列车降双弓后缺少动力，且摩擦力存在，列车速度会越来越低。故列车在降弓的10 s 过程中行进的距离肯定小于列车以初始速度 V0前行10 s 的距离。可确保列车受电弓在到达异物点前就可完全下降到位。
即 h0≥222.2 m
因此，列车安全降弓距离 h 取值大于 222.2 m 在理论上即可保证行车安全，在实际操作中，h 可取值为250 m，即行车调度可以通过要求司机在距异物点250 m时执行降双弓操作，既可确保行车安全，又可有效地提高运营效率。
3.2.2 运行过程中升弓力学分析
在不同状态下升弓，为确保受电弓安全工作可靠性，对受电弓与接触网之间的受力情况进行如下分析。
列车静止状态升弓的受力情况见图 6。列车静止状态受电弓升起时，受到接触网对其施加的垂直向下的接触压力 F0。
列车运行中不停车直接升弓，受电弓受力情况见图 7。列车运行中升弓时，受电弓受接触网对其施加的垂直向下的接触压力 F0以及因接触压力产生的摩擦力 f0= μF0， μ 为摩擦系数，μ <1。受力情况如图 7 所示。
在列车运行中升弓，受电弓受力公式如下：
通过计算，在运行中升弓，接触网与受电弓之间产生的作用力为静止状态升弓时的μ倍。由于 μ 为一个远小于1的系数，μ将接近于 1，F 与 F0之间的差距不会很大，F 在受电弓的可受压力范围内。
3.3 列车惰行能力分析
贵阳地铁1号线列车采用 4 动 2 拖 6 节编组的 B 型车，编组方式为“= Tc - M - M + M - M - Tc =”，其中Tc 为拖车，M 为动车。车辆自重：Tc / M 为 33 t /35 t；车辆载荷（单辆）：额定载荷 AW2 时 Tc / M 为 13.8 t /15 t，超载 AW3 时 Tc / M 为19.62 t / 21.12 t；列车总重：空车AW0 时 M0= 206 t /列，额定载荷 AW2 时 M2= 293.6 t/列，超载 AW3 时 M3=329.72 t /列；最大设计速度 90 km/h，最大运营速度 80 km/h。计算分析如下。
列车基本阻力的公式为[1]：
公式（2）中：Wv为列车基本阻力，kN；Mm为动车重量，t；Mt为拖车重量，t；N 为车辆数；V 为列车速度，km/h。
列车惰行状态运行距离的计算公式为：
公式（3）中：S 为惰行距离，m；V0为惰行开始时的速度，m/s；V1为惰行到某点的速度，m/s；α 为列车惰行减速度，α = Wv/ M（m/s2），M 为不同载荷下列车的总重量，t。
根据以上公式，在不同速度等级（地铁运营常规速度）和不同车辆载荷下进行计算，可得各载荷情况不同速度下列车的基本阻力与惰行减速度指标如表 3～表 5 所示。
根据表 3～表 5 计算结果可知，在相同速度等级下，AW0 载荷列车的惰行减速度更大，同等情况下，列车的惰行距离更短。因此，本文在最不利的 AW0 载荷情况下计算列车惰行距离，来探讨列车惰行距离是否满足列车完全通过异物点和确保安全降弓距离的要求，若满足，则 AW2、AW3 等其他载荷情况均满足。
根据列车运营常规速度等级，将 60 km/h 到20 km/h这段总的速度间隔按每 10 km/h 取值划分为 60～50、50 ～40、40～30、30～20 共 4 个运行间隔单元，并假设在每个速度间隔单元内的列车运行阻力是常数，且等于该速度间隔平均速度下的数值，列车惰行距离 S 的计算结果如表 6。
由表 6 可得，列车速度由 60 km/h 降至 20 km/h：惰行距离大约为 5 129.388 m（S =1 48
3.705 +1 388.214 +1 239.23 +1 018.239 = 5 129.388）；列车速度由 50 km/h 降至20 km/h：惰行距离大约为 3 645.683 m（S = 1 388.214 + 1 239.23 + 1 018.239 = 3 645.683）。
在地铁日常运营中，平直线路条件下，列车在区间的运营速度基本能维持在 50 km/h 以上，因此，在最不利的 AW0 载荷下，不考虑线路坡道、曲线情况等其他因素的影响，列车惰行距离能保证达到在 3 645 m 以上，惰行距离完全满足列车通过区间异物点（个别长大区间发生的特殊情况除外）和确保安全降弓距离的要求。
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