城市軌道交通系統(tǒng)車輛及展望

專業(yè)知識分享版使命：加速中國職業(yè)化進(jìn)程摘要介紹城市軌道交通系統(tǒng)各種模式的車輛，涉及輪軌制式地鐵系統(tǒng)(包括直線電機(jī)系統(tǒng))、輕軌系統(tǒng)、單軌系統(tǒng)、自動導(dǎo)向系統(tǒng)、磁懸浮系統(tǒng)和無人駕駛系統(tǒng)的車輛。分析我國城市軌道交通的現(xiàn)狀，指出國內(nèi)城市軌道交通領(lǐng)域中的車輛以鋼輪為主，并已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化。最后對城市軌道交通車輛技術(shù)的未來進(jìn)行展望。關(guān)鍵詞城市軌道交通車輛技術(shù)特點展望美國的科學(xué)家曾對城市居民出行可容忍的時間進(jìn)行研究，結(jié)論是45min。這就是說，一個城市需要有與之規(guī)模相適應(yīng)的、具有最高運(yùn)行速度的交通工具。目前，世界上居住人口超過1000萬的城市約20個，超過100萬的城市約300余個，不少城市圈的直徑超過50km。因此，最高運(yùn)行速度為80km/h的交通工具基本可以適應(yīng)，而目前能承擔(dān)如此重任的只有城市軌道交通。無論是供給型還是導(dǎo)向型的城市軌道交通，運(yùn)送出行居民是一致的;無論是什么制式的城市軌道交通，載客的工具都是車輛。自世界上首條地鐵線路建成以來，車輛在設(shè)計制造技術(shù)、性能、功能上都經(jīng)歷了不斷發(fā)展的過程，出現(xiàn)了不同制式的車輛，以適應(yīng)不同城市軌道交通模式的需求。1城市軌道交通車輛的制武1．1輪軌制式車輛輪軌制式車輛有鋼輪與橡膠輪兩種，傳統(tǒng)的城軌車輛采用鋼輪。橡膠輪車輛在轉(zhuǎn)向架上安裝了驅(qū)動和導(dǎo)向橡膠輪，驅(qū)動橡膠輪運(yùn)行在混凝土或鋼制軌道梁上。橡膠輪具有較高的黏著系數(shù)，能發(fā)揮較大的啟動牽引力和制動力，噪聲相對較低，爬坡能力高于常規(guī)的鋼輪鋼軌制式。但是，由于橡膠輪污染環(huán)境、使用壽命短，使得技術(shù)成熟、適應(yīng)性強(qiáng)的鋼輪鋼軌制式仍然在應(yīng)用上占絕對優(yōu)勢。各種地鐵車輛見圖1?，F(xiàn)代城市軌道交通車輛集機(jī)械、電器、計算機(jī)、制冷、光學(xué)及噪聲學(xué)等技術(shù)于一體，交流異步傳動是當(dāng)前電力牽引的主流模式。國際電工委員會規(guī)定的供電電壓標(biāo)準(zhǔn)為直流600、750和1500V，我國國標(biāo)規(guī)定為直流750和1500V兩種，多數(shù)采用A型車的線路和近年來采用B型車的線路都用DC1500V作為供電電壓。電氣絕緣材料的發(fā)展，為地鐵車輛采用DC1500V工作電壓提供了有利條件。作為輪軌制式特例的直線電機(jī)車輛(見圖2)于20世紀(jì)80年代問世，在技術(shù)上采取非黏著驅(qū)動，有利于提高車輛的啟動加速度和制動減速度，爬坡能力強(qiáng)，電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單;采用徑向轉(zhuǎn)向架后，能適應(yīng)曲線半徑為50m的彎道;采用小直徑車輪，降低了車輛高度，可用于較小直徑的隧道;自重輕，對線路沖擊小，車輛運(yùn)行時噪聲相對較小。不過，直線電機(jī)車輛受電機(jī)功率的限制，車輛較小，載客量少;由于電機(jī)氣隙較大，損耗也較大，功率因數(shù)和效率相對較低。直線電機(jī)模式是輪軌制式的特例，只有在特殊的線路條件下應(yīng)用，才能顯示出它的優(yōu)越性。1．2輕軌系統(tǒng)車輛1879年，在德國西門子公司展示了一列3輛編組的小功率有軌電車后，美國于1888年造出了世界上第一列用于商業(yè)運(yùn)營的有軌電車。在此之后，有軌電車在世界上得到了飛速發(fā)展。有軌電車系統(tǒng)是輕軌系統(tǒng)的前身。從20世紀(jì)70年代開始，一些國家對城市的舊式有軌電車系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，建成了新型的有軌電車系統(tǒng)(見圖3)，將線路建成相對獨(dú)立或封閉(或半封閉)的形式，將現(xiàn)代科技(包括計算機(jī)技術(shù))應(yīng)用于車輛、通信、信號及供電系統(tǒng)中，提高了系統(tǒng)的安全性、可靠性和舒適性，同時提高了車輛的運(yùn)行速度。1978年，國際公共交通聯(lián)合會(UITP)在布魯塞爾召開會議，將新型有軌電車系統(tǒng)統(tǒng)一命名為LRT(lightrailtransit)，翻譯為“輕軌”。目前，世界上已有300多個城市(包括一些大城市)擁有輕軌。輕軌車輛一般采用較小型的車輛，低地板或70%低地板，車站簡易，線路設(shè)置靈活，最高速度多為60km/h。現(xiàn)代輕軌多采用模塊化鉸接式多軸車輛，適應(yīng)城市中轉(zhuǎn)彎半徑小的線路和不同客流需求的線路。另外，國際上用于輕軌系統(tǒng)的供電制式多為DC600V和DC750V。1．3單軌系統(tǒng)車輛單軌系統(tǒng)是指車輛在特殊的單軌道梁上運(yùn)行的城市軌道交通，有跨座式和懸掛式兩種類型。軌道梁既承重車輛，又是車輛運(yùn)行的導(dǎo)向軌道。單軌系統(tǒng)也有百余年的歷史:早在1821年，英國人P．H．Palmer開發(fā)了單軌線路;1888年，法國人在愛爾蘭鋪設(shè)了約15km的跨座式單軌鐵路，采用蒸汽牽引;1893年，德國人EugenLangen研制成懸掛式單軌系統(tǒng)，并在德國的伍珀塔市建成了13km的線路，該系統(tǒng)運(yùn)營至今，是世界上最古老的單軌模式。1952年，瑞典出生的德國工業(yè)家AxellenardWenner-Gren在德國科隆市建成了一條跨座式單軌試驗線，采用混凝土軌道和橡膠充氣輪胎，獲得了最佳效果，并形成了目前通用的ALWEG型跨座式單軌模式。單軌系統(tǒng)采用高架線路，分為跨座式和懸掛式兩種，如圖4所示?？缱絾诬壾囕v在軌道上方運(yùn)行，車輛有3種車輪，走行輪運(yùn)行在軌道梁上，導(dǎo)向輪在軌道側(cè)面滾動導(dǎo)向，每一轉(zhuǎn)向架另設(shè)2個穩(wěn)定輪，起穩(wěn)定作用。懸掛式單軌車輛的轉(zhuǎn)向架安裝在車廂上方，沿鋼軌運(yùn)行，車輪有鋼輪和橡膠輪兩種。單軌系統(tǒng)車輛最高速度可達(dá)80km/h，列車可有4～6輛編組，其爬坡能力大，易于通過小半徑曲線，環(huán)境影響小;但是能耗較大，車輛的走行裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較高，輪胎壽命短。一般單向運(yùn)能達(dá)1萬～2．5萬人次/h。1．4自動導(dǎo)向系統(tǒng)車輛為了減少城市的噪聲和廢氣污染等公害，20世紀(jì)60年代末，國際上一些國家研制了新型的由導(dǎo)向軌導(dǎo)向的新交通系統(tǒng)，如圖5所示。這是一種自動化程度高的軌道快速客運(yùn)系統(tǒng)，車輛在專用的軌道上定時自動運(yùn)行，車站上無管理人員，完全由中央控制中心的計算機(jī)系統(tǒng)集中控制。一般車輛較小，列車的編組也較短，運(yùn)輸能力也相對較小。自動導(dǎo)向系統(tǒng)的車輛采用全自動無人駕駛，車輪為橡膠輪，在專用的混凝土軌道上運(yùn)行，導(dǎo)軌系統(tǒng)有中央導(dǎo)向軌和側(cè)向?qū)騼煞N方式。自動導(dǎo)向系統(tǒng)車輛一般采用低地板，特點是噪聲低，爬坡能力大，適應(yīng)曲線半徑小的線路，載客量不大，用得較多的是在機(jī)場內(nèi)部，或在范圍不大的區(qū)域內(nèi)接駁乘客換乘其他市區(qū)交通。1．5中低速磁浮系統(tǒng)車輛磁