| 标题 | 关于城市轨道交通节能线路设计的研究 |
| 范文 | 谢鼎新 摘 要：城市轨道交通当中耗能最为主要的2个部分是牵引能耗和动力能耗，车的外型、车辆启动和制动方式、车辆最高速度以及线路条件都是会对牵引能耗产生影响的因素。在调查数据和对牵引计算进行模拟之后，得出站间距、敷设方式、平曲线半径、节能坡的坡度与坡长、节能坡与站台端部的距离、节能坡组合方式等会对列车牵引能耗产生影响的因素，该文总结得出节能线路设计的一般原则，同时分析了节能的效果。 关键词：城市轨道交通节能线路设计；敷设方式；高架线 中图分类号：U491 文献标志码：A 0 引言 现如今，随着我国基础设施建设力量的发展壮大，轨道交通作为我国自主科技的产业，也得到了飞速发展。随着多条轨道交通的通车运行，如何节能和降低运营成本等迫在眉睫，需要人们解决。凭借着我国建成线路的运营经验，可以说仅20 km的轨道交通线路每年的耗电量就十分庞大，因此要设计并建立节能的城市轨道交通路线是十分重要的，所以在单条轨道交通的线路设计时，应充分地分析站间距、敷设方式、线路平曲线、坡段长度和坡度等线路条件对牵引能耗的影响，并提出相应的方法使设计出的路线更加节能。 1 影响能耗的因素 列车牵引能耗和动力照明能耗是对于城市轨道交通产生耗能的最主要的2个部分。我们将列车在运行过程中消耗的电能称之为列车牵引耗能，例如列车牵引系统、空调及附属系统等； 我们将在运营过程中车站所消耗的电能称之为动力照明能耗，例如空调及通风、照明、给排水、电梯、自动扶梯、屏蔽门和弱电系统等设备能耗。 2 线路条件对牵引能耗的影响 对于牵引还能产生影响较大的因素有轨道交通线路的敷设方式、站间距、平曲线半径、纵断面坡度和。为了能够达到节能的目的，应采取合理的敷设方式和站间距来对线路进行规划；由于在车辆的行驶过程中会受到曲线阻力的影响使其对点的损耗量增加，因此为了减少这种损耗，应最大程度地将平面曲线半径进行优化； 为了使牵引的能耗得到减少，应对线路纵坡采取“高车站低区间”的方式进行设计，使线路的纵坡得到优化，这种线路设计的优点在于实现了上坡和下坡之间势能与动能之间的转化，合理地释放能量；另外，纵坡设计时，要科学地计算节能坡的变坡点与站台端部之间的距离，把握尺度，这种设计方式也能够使能源得到节约。 2.1 站间距 站间距受到城市轨道交通线路的具体情况决定。站间距较小能够使步行到站的乘客更加方便，然而却会使旅行速度降低，使乘客出行的时间增多，同时也增加了运营公司的配车数量；另外，随着车站越来越多，项目的投入量以及运行的成本都会得到一定程度的增加。反之，较大的站间距对于列车的节能有着很大的益处，然而会使乘客步行到车站的路程增加，使乘客感到不方便，与此同时也会使车站的负担加重。对于牵引能耗来说轨道交通线路的站间距大小对其有着直接的影响，尤其是列车启动和制动对牵引能量造成较大的损耗。比较小的站间距，列车就会频繁地进行启动和制动，导致牵引能耗较大； 较大的站间距列车需要长时间供电，因此也会造成对能源的损耗。在停站次数相同的条件下，惰行时间是站间距对列车运行能耗的影响最主要的一项。为了达到到站时间相近，对于在站间距较小的条件下，需要将列车的手柄位相应的推高，在站间距较大的条件下，可以延长在较高速度时的惰行工况时间。在运行距离相同时，频繁制动对动能所造成的损失是站间距对运行能耗的主要影响因素。列车在平直道上牵引时，电气和列车运行的基本阻力会在牵引电能在转化为列车动能的时候产生损耗，即使一部分的动能在列车的制動过程中回馈到牵引网，然而这反馈回来的动能并不能将损耗的那一部分动能弥补回来。 2.2 敷设方式 高架、地面和地下线是城市轨道交通敷设的方式，从轨道交通的附加阻力方面来看，以地下线的坡道附加阻力、曲线附加阻力、隧道附加阻力为最大，其次是地面线与高架线，另外，对地面或高架线进行充分的利用，能够有效地减少通风设备、排水设备、车站和隧道照明等设备所造成的电能损耗。综上所述，线路的敷设方式的选择，将会对牵引能耗的大小产生直接影响。通过对部分城市轨道交通线路的敷设方式与牵引能耗进行分析，可以得知地面和高架线在曲线和坡度的设计条件上与地下线相比要具有一定的优势，车体内在照明时所需要的电量比较小，且地面和高架线的耗电要比地下线小，比如在北方，由于冬季十分寒冷，所以车内需要采取用取暖设备，这种设备对电量的损耗比较大，因此地面和高架在敷设方面就不再具备很大的优势，在重庆，由于其在单轨采用的是橡胶轮胎，其会产生较大的摩阻力，因此会使牵引能耗增加，还有一些由于采用了地面或高架敷设的方式使坡度起伏较大，导致列车在行驶时需要频繁地爬坡和制动，所以地面线和高架线的敷设方式与纯地下线敷设方式相比，其在减少牵引电耗上并不具备很大的优势。 2.3 线路平曲线 平面曲线是线路条件的组成部分，其半径大小与线路等级定位、车的性能、以及时速、环境等条件息息相关。列车行驶于曲线之中，产生物理作用的离心力，将影响到旅客的乘坐感受。那么，必须要以另外的力量来控制好离心力，这时就会外轨超高，而产生向心力，二者相抗，互相平衡。在曲线半径一定时，速度越快，设置的超高也就越大，随之时速也会越快。曲线半径在以下2个方面，影响着牵引能耗：一是以平面曲线的原因，行驶过程中将出现曲线单位附加阻力，使牵引能耗递增。曲线半径、行驶时速、曲线外轨超高以及轨距加宽、列车车辆的轴距等许多因素均会对曲线附加阻力产生一定的影响，因此，不建议以理论的方式推导其解法，而建议用公式推导。二是曲线半径与列车通过的速度有关，通过曲线的速度以公式计算后，得到的结论是曲线半径越小，限速也会随之降低。此外，列车限速小，行驶速度必然降低，导致行驶时间加长。时速的降低，随之也会使单位时间牵引能耗得到减少。 2.4 线路纵断面 牵引力、基本运行阻力、曲线阻力、风阻力和坡度阻力等因素，都会对列车有一定的阻碍作用，它们产生的各类阻力均与行驶相背，坡度阻力的方向是变化的。行驶在上坡路段中，由于受到上坡阻力的影响，使行驶速度自然的降低； 在列车下坡时会受到预期运行方向相同的坡道阻力，会使列车运行的速度加快。为了了减少能量的损耗，在设计轨道交通线路纵断面时，在凸形坡段上设置车站位置，这能够使列车进站上坡所产生的动能转化为势能，使列车出站时下坡所产生的势能转化为动能，从而使能量得到节约。这种设计被称之为节能坡设计，为了使节能坡的设计达到节能的效果，对节能坡的设计有一些要求，其需要对节能坡的坡度、坡长、位置进行精确地计算以及合理地选择，另外，也应科学地设计好缓坡连接方案，最大程度地实现有效节能的目的。 3 结语 我国经济的快速发展推动了我国交通事业不断的进步和发展，与此同时我国对环境保护方面的重视程度也在不断地提高，并提倡减少能源消耗、减少能源污染，因此对于城市交通轨道来说如何节约能源并减少污染是非常重要的，所以在建立城市轨道交通时应充分考虑对能源的节省问题，同时是也要提高在交通建立上的技术水平，促使能源的利用率得到提高。 参考文献 [1]王鸣.城市轨道交通节能评估探讨——以成都轨道交通11号线工程为例[J].低碳世界，2018（3）：296-297. [2]刘小玲，薛亮.城市轨道交通节能问题研究[J].资源节约与环保，2017（1）：45-46. [3]戴华明，李照星，宋杰.北京市城市轨道交通能耗现状及节能措施建议[J].铁路技术创新，2016（4）：77-80. |
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