低地板有軌電車車輛類型及研究實踐

低地板有軌電車車輛類型及研究實踐

0有軌電車在城市軌道交通中的應(yīng)用有軌電車是一種低運輸能力的客運和地鐵系統(tǒng)。線路、道路、車站和設(shè)備的要求遠低于地鐵。道路可以與汽車共享，搬遷量少，對其他城市建筑的影響小。因此,有軌電車以其靈活方便、適應(yīng)性強、建設(shè)周期短、單位綜合造價和運營成本較低等優(yōu)勢受到歡迎,在國外各類城市得到廣泛應(yīng)用近年來,中國有相當多的城市在籌備建設(shè)有軌電車系統(tǒng),有的在規(guī)劃、有的已開工建設(shè)。在大城市,有軌電車可作為地鐵骨干網(wǎng)絡(luò)的補充、加密線路;而在中小城市,有軌電車可作為骨干公共交通系統(tǒng)和旅游觀光特色線路1dl6w系列隨著科學技術(shù)的發(fā)展,有軌電車車輛出現(xiàn)多種類型,呈現(xiàn)多樣性發(fā)展趨勢。按照地板高度劃分,有70%和100%低地板車輛;按照車輪型式劃分,有鋼輪鋼軌和膠輪導軌;按照車輛長度劃分,有單節(jié)車和鉸接車,鉸接車有四軸、六軸和八軸之分;如采用模塊化車輛,則有2模塊和多模塊之分,最多可達8模塊。采用何種型式的車輛,可根據(jù)城市的具體要求、線路條件、車輛技術(shù)要求以及車輛國產(chǎn)化要求綜合確定。2000年,中國北車集團大連機車研究所有限公司和大連現(xiàn)代軌道交通有限公司電車工廠共同開發(fā)研制了DL6W系列70%低地板車輛,是中國首臺低地板有軌電車車輛,地板面高度400mm,應(yīng)用于大連有軌電車系統(tǒng)2006—2011年,長春市2條輕軌線路先后通車運營,選用70%低地板車輛2010年,在科技部“十一五”支撐項目支持下,中國北車長春軌道客車股份有限公司研發(fā)100%低地板車輛,并在長春市輕軌線路進行試驗。車輛采用鋁合金車體、獨立輪轉(zhuǎn)向架,地板面高度380mm。2013年,中國北車集團唐山軌道客車有限責任公司、中國北車長春軌道客車股份有限公司研發(fā)的100%低地板車輛陸續(xù)下線,地板面高度均為350mm。目前,株州、四方、浦鎮(zhèn)和大連等軌道車輛企業(yè)也在積極研發(fā)低地板車輛?？梢钥闯?中國軌道車輛企業(yè)已基本完成有軌電車低地板車輛的研發(fā)工作,可以提供70%和100%兩種低地板車輛。70%低地板車輛地板面有一定坡度或臺階過渡,乘客在車內(nèi)移動需注意安全,但車門及其附近地板面高度可達到350mm,上下車較方便,特別是由于其價格較低,適用于中國城市。100%低地板車輛國產(chǎn)化率水平高低不一,有的可達到70%,有的僅為50%,表明有些關(guān)鍵設(shè)備和核心技術(shù)還需要從國外購買,必然會增加投資。因此,研發(fā)反映城市特色和線路特點、技術(shù)水平適合國情、設(shè)計制造價格適中、整車性能良好、具有高國產(chǎn)化率的100%低地板車輛任務(wù)艱巨。2低地板車輛的技術(shù)特點2.1模塊化有軌電車新型有軌電車系統(tǒng)車輛采用模塊化設(shè)計理念,尤其是運用在100%低地板車輛上,受到普遍歡迎。模塊化設(shè)計理念是將車輛劃分為若干各自獨立而又相互聯(lián)系的模塊。模塊可以是車輛的一個組成部分、也可以是車輛的一個或幾個部件或設(shè)備的組合,例如帶駕駛室和不帶駕駛室端部模塊、中間模塊、鉸接模塊、轉(zhuǎn)向架模塊等。每個模塊可以獨立生產(chǎn)和組裝,因此,模塊化設(shè)計使得車輛不再采用貫通式縱梁,結(jié)構(gòu)簡化,生產(chǎn)制造也簡單方便;更容易保證質(zhì)量、縮短工時;互換性增強、有利于維修保養(yǎng);一旦出現(xiàn)故障,只處理或更換該模塊即可,不需進行整車作業(yè),可大大節(jié)約工時、人力和費用。車輛被劃分為若干模塊后,利用增減中間模塊和鉸接模塊,可以組成不同編組的列車;增加列車在道路上運營的靈活性,減少車輛在曲線上的內(nèi)外偏移量,也不易與相鄰列車發(fā)生碰觸;可以滿足不同城市、不同地區(qū)、不同線路、不同建設(shè)階段的客流需求,可單向或雙向運行。經(jīng)過30多年發(fā)展變化,西門子公司Combino型、阿爾斯通公司Citadis型、龐巴迪公司Flexity型等有軌電車成為知名的100%低地板車輛,并已形成標準化、系列化產(chǎn)品。表1為西門子公司Combino型有軌電車不同模塊組合系列及其定員,車輛寬度2.3m。中國唐山、長春生產(chǎn)的100%低地板車輛均采用模塊化設(shè)計,并達到系列化水平。按6人·m2.2低地板車輛現(xiàn)有信息由于采用模塊化設(shè)計理念,車輛設(shè)計采用低地板形式,車門多而寬、模塊間聯(lián)系為寬大的貫通道,乘客上下車便捷、快速,在車內(nèi)移動也很方便安全。低地板車輛座椅和門窗等內(nèi)部設(shè)備按人機工學進行設(shè)計,車內(nèi)寬敞明亮,乘坐較為舒適。低地板車輛通常采用簡易車站,如利用人行道作為站臺,與道路融為一體,易于識別,不易迷失方向,有安全感;在受到城市居民歡迎的同時,特別受到外來乘客的好評。但低地板車輛地板高度為300~350mm,利用人行道作為站臺,乘客需踏步上下車,不太方便,特別是乘輪椅乘客上下車不方便。為了能為老年人、婦女及兒童、身體障礙者和乘輪椅的乘客提供乘車方便性,體現(xiàn)以人為本的理念,可適當提高站臺高度,使站臺高度與車輛地板高度平齊,并使站臺與車輛地板間隙盡量小,乘客可跨步上下車。因此,站臺需要開展無障礙化設(shè)計,確保乘輪椅乘客上下車方便、安全。2.3車輛噪聲控制有軌電車主要運行在城市道路上,車輛振動噪聲對周圍環(huán)境影響較大,其振動對路面破壞也很嚴重,車輛振動噪聲是舊式有軌電車被淘汰的主要原因之一。為此,新型有軌電車車輛采用輕量化結(jié)構(gòu)、彈性車輪、二系彈簧、密閉式門窗和鉸接結(jié)構(gòu)、電機電氣設(shè)備減振、加裝隔聲裙板等措施,有效控制簧下重量,減少車輛振動、輪軌摩擦噪聲、電氣設(shè)備噪聲以及噪聲的傳遞,車內(nèi)外噪聲均得到適當控制,例如唐山100%低地板車輛輔助設(shè)備正常工作時車內(nèi)外噪聲(見表2)均處于噪聲級別A級。特別是當帶有大型玻璃側(cè)窗的流線型車輛運行在鋪設(shè)草坪軌道線路時,不但噪聲對車輛內(nèi)外環(huán)境的影響很小,而且有良好的景觀效果。車輛行駛于路面、美觀大方的外觀造型,給乘客以親切、舒適的感覺。2.4適應(yīng)其他城市和地區(qū)有軌電車的軌道主要鋪設(shè)在城市道路路面上,低地板車輛與其他地面交通方式混行,運行情況復雜。受道路和曲線半徑限制,車輛外形尺寸均小于地鐵車輛,車寬通常為2.65m、車長不宜太長。低地板車輛采用模塊化設(shè)計理念,車體由較短的多個模塊鉸接組成,轉(zhuǎn)向架軸距較短,提高了車輛通過道路的靈活性,降低車輛通過曲線的內(nèi)外偏移量,可以通過較小的曲線半徑,減少輪緣磨耗,降低線路造價。因此,有軌電車系統(tǒng)適應(yīng)性得以提高,可更充分有效利用道路資源。從使用角度分析,有軌電車可應(yīng)用于各類規(guī)模城市和地區(qū),例如中心城區(qū)、郊區(qū)與旅游區(qū);適用于客流中等或客流較小的線路。從線路布設(shè)角度分析,有軌電車因曲線通過能力、爬坡能力較強,可以運用于轉(zhuǎn)彎半徑小或地形起伏比較大的城市和地區(qū),運用范圍更廣。例如,唐山100%低地板車輛可通過最小平曲線半徑19m、最大坡度70‰的線路,已超過低地板有軌電車車輛通用技術(shù)條件標準2.5車輛的結(jié)構(gòu)與輪緣磨耗為降低車輛地板面高度,新型有軌電車將車下電氣設(shè)備全部轉(zhuǎn)移至車輛頂部,同時采用獨立輪轉(zhuǎn)向架。獨立輪轉(zhuǎn)向架不能使用常規(guī)車軸和輪對,車軸要使用U型軸,左右兩車輪解耦,運行時車軸不轉(zhuǎn)動,車輪分別獨立自由旋轉(zhuǎn)運行,轉(zhuǎn)速可以不同。獨立輪轉(zhuǎn)向架的優(yōu)點是克服了傳統(tǒng)輪對在直線運行時產(chǎn)生的蛇行運動,能消除輪軌間縱向糯滑,可以獲得較高的速度;通過曲線時沒有滑動和摩擦,且減少輪軌間的磨損和噪聲;同時,橫向穩(wěn)定性好,易于實現(xiàn)低地板。但其在直線上的自動對中能力和曲線上的自導向能力均較差,只能依靠輪緣進行導向,因此,輪緣磨耗嚴重,易造成脫軌事故。西門子公司開發(fā)的Avenio系列有軌電車,采用鉸接形式和獨立車輪,同時運用一種徑向抗扭轉(zhuǎn)裝置,來調(diào)整單鉸接兩端模塊與轉(zhuǎn)向架擺角的方式,降低車輛通過曲線的輪軌作用力和橫向加速度,進一步減輕輪緣磨耗,并降低車輛脫軌的風險。經(jīng)過多年發(fā)展,有軌電車轉(zhuǎn)向架也有多種形式。早期曾采用輪轂電機驅(qū)動,這種方式雖然體積小、結(jié)構(gòu)緊湊,但由于簧下重量大、輪軌作用力大、結(jié)構(gòu)復雜而未能推廣。目前國內(nèi)外低地板轉(zhuǎn)向架有的采用獨立輪轉(zhuǎn)向架,也有采用小車輪剛性軸轉(zhuǎn)向架。2.6板車輛制動系統(tǒng)有軌電車系統(tǒng)站間距較小、速度較高,并采用人工駕駛,機動車和行人有可能進入,因此,從運行安全角度考慮,不但要求車輛起動加速度和制動減速度均要大(起動加速度為1~1.3m·s通常低地板車輛制動系統(tǒng)設(shè)有電制動、摩擦制動和磁軌制動等制動方式。每臺轉(zhuǎn)向架配有獨立的制動控制裝置,該裝置接收來自列車控制裝置和司機手柄的制動指令,控制對應(yīng)轉(zhuǎn)向架的制動力。常用制動方式以電制動為主,車速降低到一定大小時,由體積小性能好的電液制動取代。電制動不能滿足要求時,由非動力轉(zhuǎn)向架電液制動補充。動力轉(zhuǎn)向架的電液制動通常作為停放制動,只有故障時才能作為常用制動使用。緊急制動時,電制動、電液制動、磁軌制動一起投入,通常在非常狀態(tài)下才使用,由于制動減速度大,沖擊也很大。安全制動是在其他制動方式無效時采用的制動模式,轉(zhuǎn)向架的電液制動和磁軌制動同時起作用。2.7地面管理信息系統(tǒng)有軌電車牽引供電方式使用最多的是架空接觸網(wǎng)供電。這是一種比較成熟的供電技術(shù),在國內(nèi)外大量使用,具有安全可靠、保養(yǎng)維修容易、造價較低的特點,這種技術(shù)中國已完全掌握。但是,線網(wǎng)、線立柱等對城市景觀有一定影響。另一種供電方式是地面供電系統(tǒng),在線路中間地下鋪設(shè)玻璃纖維材料制作的工字形導電軌?？刂蒲b置通常安裝在軌旁,間隔22m。探測回路處于導電軌內(nèi)部,接收來自圍繞在車輛中心下方集電靴周圍的天線信號,以激活供電系統(tǒng)。當列車經(jīng)過時,電力控制裝置發(fā)射相應(yīng)信號以激活帶電段。另外,每一輛車頂部都配備11節(jié)電池組塊,一旦地面供電發(fā)生故障,電池組塊可以提供電源,車輛能在低速條件下運行1km。2003年6月,法國波爾多市有軌電車部分線路安裝地面供電系統(tǒng),其余線路使用架空接觸網(wǎng)供電,兩種供電系統(tǒng)電壓均為DC750V。兩種供電模式可以在車輛行走時進行轉(zhuǎn)換,當架空接觸網(wǎng)供電時,集電靴被抬起;也可在車輛停站時,由駕駛?cè)诉M行轉(zhuǎn)換。地面供電系統(tǒng)的不足之處是造價較高,接觸板條易受雨水臟物影響。中國尚未應(yīng)用這一技術(shù),需進一步開發(fā)研究。此外還有電池供電、電容供電和混合動力供電等方式,均可實現(xiàn)無接觸網(wǎng)運行。2013年4月,唐山完成了中國首列混合動力電源技術(shù)的100%低地板車輛,可實現(xiàn)無接觸網(wǎng)運行。2.8防構(gòu)建的安全裝置有軌電車通常采用人工駕駛方式,運行在城市道路上。為防止與其他有軌電車車輛或機動車發(fā)生碰撞,每列車兩端均設(shè)有一個救援用折疊車鉤。車頭部設(shè)有功能先進的防爬吸能結(jié)構(gòu)裝置,有效吸收車輛正向、側(cè)向撞擊的能量,可以保證駕駛?cè)撕统丝桶踩?。緊急情況下,即使與行人發(fā)生碰撞,獨特的頭部結(jié)構(gòu),可有效避免行人被卷入車底。車內(nèi)設(shè)置緊急報警及乘客緊急制動裝置、逃生窗、安全錘等必備設(shè)施,為駕駛?cè)?、乘客提供安全保障。?/p>