長(zhǎng)春輕軌三期工程車輛特點(diǎn)

楊 謀 李文波 閆雪燕

(北京城建設(shè)計(jì)研究總院有限責(zé)任公司 北京 100037)

長(zhǎng)春市的軌道交通建設(shè)經(jīng)歷了有軌電車項(xiàng)目、輕軌(現(xiàn)代有軌電車)項(xiàng)目、地鐵項(xiàng)目等幾個(gè)階段，在循序漸進(jìn)的發(fā)展過(guò)程中積累了豐富的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)。輕軌工程憑借“快捷、高效、舒適、環(huán)保”的特點(diǎn)，被廣大市民所接受，在城市生活中發(fā)揮著重要作用。

長(zhǎng)春輕軌三期工程屬于現(xiàn)代有軌電車范疇，在開通運(yùn)營(yíng)之際，筆者通過(guò)對(duì)由我國(guó)自行研發(fā)和生產(chǎn)的輕軌三期工程車輛的基本技術(shù)條件和系統(tǒng)組成進(jìn)行闡述，以求拋磚引玉、引起同行的共鳴。

1 車輛概況

長(zhǎng)春輕軌三期工程項(xiàng)目是采用70%低地板現(xiàn)代有軌電車運(yùn)營(yíng)的一條線路。其列車由我國(guó)長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司研制，技術(shù)先進(jìn)、外形美觀，它采用鋁合金車體、液壓制動(dòng)等多項(xiàng)新技術(shù)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，為我國(guó)軌道交通車輛的自主創(chuàng)新與集成創(chuàng)新樹立了典范。

列車初、近、遠(yuǎn)期均采用6個(gè)模塊2個(gè)單元編組(見圖1)，每個(gè)單元由3個(gè)模塊組成，每3個(gè)模塊為1個(gè)單元，其中2個(gè)模塊裝有動(dòng)車轉(zhuǎn)向架，1個(gè)模塊裝有拖車轉(zhuǎn)向架。列車總長(zhǎng)度約為54.95 m，列車最高運(yùn)行速度為70 km/h。

圖1 列車編組

2 車輛特點(diǎn)

1)客室地板低、方便乘客。該車輛客室地板為70%低地板，低地板區(qū)及門口部位的地板面距軌面380 mm，方便乘客上下車，同時(shí)降低了站臺(tái)板的高度，可降低工程造價(jià)。

2)綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)節(jié)能。該車輛采用彈性車輪，能大大降低運(yùn)行過(guò)程中車輛的噪聲污染。同時(shí)與其他軌道交通車輛相比，軸重約為12 t，能有效降低對(duì)軌面的載荷，降低工程造價(jià)，同時(shí)降低牽引能耗。

3)制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)。采用液壓制動(dòng)系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的空氣制動(dòng)系統(tǒng)相比，液壓制動(dòng)系統(tǒng)裝置具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、工作平穩(wěn)、慣性小、反應(yīng)快、易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)和頻繁轉(zhuǎn)換方向等優(yōu)點(diǎn)。此外，車輛還采用了盤式制動(dòng)、磁軌制動(dòng)單元以及撒沙裝置，進(jìn)一步提高了安全性能。

4)牽引和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)先進(jìn)。車輛的牽引系統(tǒng)采用VVVF技術(shù)，整個(gè)系統(tǒng)可以做到變頻變壓無(wú)級(jí)調(diào)速。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)采用總線網(wǎng)絡(luò)控制，增加了車輛運(yùn)行的安全性、可靠性，其操作高智能化。

5)輕量化設(shè)計(jì)。車體材料為鋁合金，具有輕量化、耐腐蝕性強(qiáng)、便于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，能夠保證車輛具有良好的密封性能和外觀平整度，使車輛更加舒適、美觀。

6)自主創(chuàng)新與集成創(chuàng)新。長(zhǎng)客股份公司自主設(shè)計(jì)研發(fā)和集成車輛的各零部件和系統(tǒng)，達(dá)到了最佳匹配，體現(xiàn)了其系統(tǒng)集成水平的先進(jìn)性。同時(shí)使車輛的國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到70%以上，滿足國(guó)家政策要求。

3 列車編組、定員及基本參數(shù)

3.1 列車編組、定員

1)列車編組。列車初、近、遠(yuǎn)期均采用2個(gè)單元編組，每個(gè)單元由3個(gè)模塊編組，其中2個(gè)模塊裝有動(dòng)車轉(zhuǎn)向架，1個(gè)模塊裝有拖車轉(zhuǎn)向架。

其中 Mc——安裝動(dòng)車轉(zhuǎn)向架和司機(jī)室的模塊;

M——安裝動(dòng)車轉(zhuǎn)向架的模塊;

Tp——安裝受電弓和拖車轉(zhuǎn)向架的模塊;

+——風(fēng)擋鉸接結(jié)構(gòu);

=——半自動(dòng)車鉤;

－——事故車鉤。

2)列車定員為530人，列車超員為640人。

3.2 車輛基本技術(shù)參數(shù)

1)車輛供電標(biāo)準(zhǔn)、主要尺寸及參數(shù)見表1。

表1 車輛供電標(biāo)準(zhǔn)、主要尺寸及參數(shù)

2)列車動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。

最高運(yùn)行速度為70 km/h，構(gòu)造速度為80 km/h。

在超員情況下，列車速度為0～32 km/h時(shí)，平均加速度不小于1.0 m/s2;列車速度為0～70 km/h時(shí)，平均加速度不小于0.5 m/s2。

在平直線上、車輪半磨耗、額定載荷下，平均制動(dòng)減速度(70 km/h～0)為1.1 m/s2，緊急制動(dòng)減速度為1.8 m/s2。平穩(wěn)性指標(biāo)≤2.75。

4 列車配置及系統(tǒng)

4.1 車體結(jié)構(gòu)

4.1.1 車體材料

為了降低車體重量，提高車體剛性，車體全部采用高強(qiáng)度鋁合金焊接結(jié)構(gòu)，該車是國(guó)內(nèi)首次采用鋁合金車體的低地板輕軌車，鋁合金車體具有輕量化、耐腐蝕性強(qiáng)、便于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。

4.1.2 司機(jī)室

司機(jī)座椅采用人體工程學(xué)原理，為司機(jī)創(chuàng)造舒適的環(huán)境。擋風(fēng)玻璃和側(cè)面車窗間的盲角盡可能減小，應(yīng)可看見以正前方為中心線在目視平面內(nèi)左右各60°角范圍和以目視水平面為中心線上下各45°角范圍。

4.2 轉(zhuǎn)向架

列車采用2個(gè)單元編組，每個(gè)單元由3個(gè)模塊組成，其中2個(gè)模塊裝有動(dòng)車轉(zhuǎn)向架，1個(gè)模塊裝有拖車轉(zhuǎn)向架，即每列車安裝4個(gè)動(dòng)車轉(zhuǎn)向架、2個(gè)拖車轉(zhuǎn)向架，共6個(gè)轉(zhuǎn)向架。

動(dòng)車轉(zhuǎn)向架(見圖2)車輪為彈性輪，構(gòu)架為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，一系懸掛采用橡膠彈簧，二系懸掛為鋼彈簧、油壓減振器，牽引裝置采用心盤承載式的有搖枕結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)裝置為斜齒輪傳動(dòng)。動(dòng)車轉(zhuǎn)向架為雙動(dòng)力形式，即每個(gè)車軸上安裝1個(gè)牽引電動(dòng)機(jī)，與車軸呈平行布置。牽引電動(dòng)機(jī)通過(guò)螺栓直接連接到轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上，通過(guò)簡(jiǎn)易聯(lián)軸節(jié)與齒輪傳動(dòng)單元相連接，齒輪傳動(dòng)單元再通過(guò)“空心軸”和彈性聯(lián)軸節(jié)將扭矩傳遞到車軸上。

圖2 動(dòng)車轉(zhuǎn)向架

拖車轉(zhuǎn)向架(見圖3)車輪為彈性輪，構(gòu)架為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，一系懸掛采用橡膠彈簧，二系懸掛為鋼彈簧、油壓減振器，牽引裝置采用旁承承載式的無(wú)搖枕結(jié)構(gòu)。

4.3 客室車門系統(tǒng)

列車的每側(cè)設(shè)有8對(duì)雙開車門。除車門出現(xiàn)故障和緊急情況外，這些車門完全由駕駛員在駕駛室操作。車門采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的塞拉門形式(見圖4～圖5)。

4.4 牽引和電制動(dòng)系統(tǒng)

牽引系統(tǒng)為變壓變頻(VVVF)逆變器調(diào)速，鼠籠式三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流傳動(dòng)系統(tǒng)，其逆變器元器件采用IGBT(insulated gate bipolar transistor，絕緣柵雙極型晶體管)。主回路采用1C2M的架控方式，每個(gè)逆變器向同一轉(zhuǎn)向架上的2個(gè)電機(jī)供電。VVVF逆變器系統(tǒng)采用微機(jī)控制技術(shù)，并有診斷和故障存儲(chǔ)功能。每節(jié)動(dòng)車設(shè)1臺(tái)VVVF逆變器，控制2臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)，2臺(tái)電動(dòng)機(jī)永久性并聯(lián)連接。

列車單元優(yōu)先采用再生制動(dòng)。在電網(wǎng)具有全吸收功能時(shí)，列車具有全再生制動(dòng);如果發(fā)生再生制動(dòng)力不足或失效時(shí)，將補(bǔ)入電阻制動(dòng)。正常運(yùn)營(yíng)時(shí)，摩擦制動(dòng)僅在速度小于1 km/h時(shí)使用。制動(dòng)電阻器安裝在Mc、M車的車頂。

牽引電機(jī)的額定功率為120 kW，額定電壓為510 V，額定電流為163 A。采用構(gòu)架安裝方式，每個(gè)轉(zhuǎn)向架安裝2臺(tái)電機(jī)，電機(jī)質(zhì)量約380 kg。

4.5 制動(dòng)系統(tǒng)

列車采用微機(jī)控制的模擬式電液制動(dòng)系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由液壓系統(tǒng)、制動(dòng)控制系統(tǒng)、基礎(chǔ)制動(dòng)單元、磁軌制動(dòng)單元、防滑系統(tǒng)及其他附屬設(shè)備組成，具有常用制動(dòng)、緊急制動(dòng)功能。

列車采用模擬式制動(dòng)控制單元，通過(guò)司機(jī)操作可實(shí)現(xiàn)各種制動(dòng)作用。控制邏輯硬件采用微處理、電液制動(dòng)閥(模擬轉(zhuǎn)換器)，集成安裝在制動(dòng)控制單元上。在動(dòng)車轉(zhuǎn)向架的每個(gè)電機(jī)主軸上均裝有一套盤式制動(dòng)單元(見圖6)，在拖車轉(zhuǎn)向架的每個(gè)輪對(duì)上均裝有一套盤式制動(dòng)單元及速度傳感器。每個(gè)動(dòng)車轉(zhuǎn)向架均設(shè)2套磁軌制動(dòng)單元(見圖7)。在頭車轉(zhuǎn)向架的前一個(gè)軸的兩個(gè)輪上均安裝有撒砂裝置，增加阻尼系數(shù)。系統(tǒng)最大工作壓力為160 MPa。

4.6 采暖空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)

每列車裝備4臺(tái)單元式空調(diào)機(jī)組。列車空調(diào)機(jī)組系統(tǒng)具備制冷、通風(fēng)、制暖模式，為客室和駕駛室提供過(guò)濾、冷卻或予加熱后的空氣。司機(jī)室不單獨(dú)設(shè)空調(diào)機(jī)組，冷風(fēng)由風(fēng)道經(jīng)司機(jī)室頂部送風(fēng)口送入司機(jī)室。每列車的客室采暖裝置采用電熱器，布置在座椅下。

每臺(tái)空調(diào)機(jī)組制冷狀態(tài)時(shí)設(shè)計(jì)新風(fēng)流量約為1200 m3/h，每列車為4800 m3/h;每臺(tái)空調(diào)機(jī)組的總風(fēng)量為3500 m3/h，每列車為14000 m3/h。送風(fēng)溫度不高于15℃。

4.7 廣播及信息系統(tǒng)

廣播及信息顯示系統(tǒng)包括:駕駛員對(duì)乘客的廣播功能、數(shù)字化語(yǔ)音到站廣播功能、駕駛室和駕駛室之間的內(nèi)部通話功能、駕駛員對(duì)車站上候車的乘客或沿線人員的廣播功能、到達(dá)站點(diǎn)的動(dòng)態(tài)地圖顯示功能、與無(wú)線電臺(tái)的通信功能。

另外，車內(nèi)的信息顯示屏可以顯示廣告、問(wèn)候語(yǔ)，并能與語(yǔ)音廣播同步顯示下一站信息。車端的終點(diǎn)站顯示器可以顯示車輛運(yùn)行的終點(diǎn)站，也可以顯示調(diào)試車或回庫(kù)車等。動(dòng)態(tài)地圖(見圖8)顯示器可以動(dòng)態(tài)地顯示到達(dá)站點(diǎn)的信息。

圖8 客室動(dòng)態(tài)地圖

4.8 列車監(jiān)控系統(tǒng)

列車控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)列車牽引、制動(dòng)及其他各種控制功能。列車控制和診斷系統(tǒng)(TCMS)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將列車牽引、制動(dòng)及各種設(shè)備的運(yùn)行及故障信息傳輸?shù)剿緳C(jī)控制臺(tái)的MMI顯示屏上。

控制功能:TCMS計(jì)算機(jī)能完成各種手動(dòng)和自動(dòng)操作的車輛控制功能。在一定的條件下，TCMS計(jì)算機(jī)能通過(guò)列車控制總線將測(cè)量信號(hào)傳輸給智能子系統(tǒng)，子系統(tǒng)響應(yīng)本地的控制信號(hào)并完成各種特殊任務(wù)。

報(bào)警功能:系統(tǒng)故障被接收并產(chǎn)生報(bào)警信息，報(bào)警信息以文字形式傳輸至司機(jī)室的MMI計(jì)算機(jī)屏幕上。

監(jiān)控功能:TCMS從子系統(tǒng)得到信息，并在司機(jī)室的MMI計(jì)算機(jī)屏幕上顯示并提示。

診斷系統(tǒng):診斷系統(tǒng)能夠判斷故障信息是否存在，如果功能存在就傳輸給TCMS，并將每個(gè)故障信息顯示在MMI計(jì)算機(jī)屏幕上，并顯示故障原因。

5 車輛的技術(shù)發(fā)展

長(zhǎng)春輕軌三期工程采用的70%低地板車又稱為現(xiàn)代有軌電車，其運(yùn)量介于公交車與地鐵的運(yùn)量之間，填補(bǔ)了公交和地鐵之外的空白，特別適用于單向高峰1萬(wàn)～3萬(wàn)人次/h的線路，可作為城市干線交通和大城市支線交通的首選。從目前國(guó)內(nèi)外有軌電車的技術(shù)發(fā)展來(lái)看，我國(guó)有軌電車的技術(shù)水平有待于提高，主要體現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)化水平、低地板車輛、牽引供電制式上。

1)國(guó)產(chǎn)化。基于目前國(guó)內(nèi)低地板車應(yīng)用較少的特殊情況，車輛的牽引系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等仍依賴進(jìn)口。但是，面對(duì)國(guó)內(nèi)外潛在的、龐大的消費(fèi)市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)化程度將直接影響著工程造價(jià)和與車輛相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展水平。

2)低地板車輛。低地板車輛的優(yōu)點(diǎn)在于避免建設(shè)高站臺(tái)，方便乘客的乘降，對(duì)殘疾人、兒童和老年人尤為方便。

3)牽引供電制式。牽引供電制式在技術(shù)層面涉及供電電壓等級(jí)、供電形式、車輛牽引系統(tǒng)等幾個(gè)方面，在運(yùn)營(yíng)管理方面涉及運(yùn)營(yíng)安全、維修資源共享、環(huán)境評(píng)估等幾個(gè)方面。目前，國(guó)內(nèi)外有軌電車的電壓等級(jí)為DC 750 V，相應(yīng)的各系統(tǒng)均按照這個(gè)電壓等級(jí)來(lái)發(fā)展相關(guān)產(chǎn)業(yè)。但是對(duì)于更高電壓情況下的運(yùn)營(yíng)安全、電磁輻射對(duì)環(huán)境的影響等均沒(méi)有更多的研究和經(jīng)驗(yàn)，需要相關(guān)專業(yè)人士在以后的工程中逐步深入研究。

6 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)春輕軌三期的開通和運(yùn)營(yíng)為我國(guó)輕軌項(xiàng)目的發(fā)展做出了典范，樹立了標(biāo)桿。隨著2011年5月在長(zhǎng)春“第二屆中國(guó)(長(zhǎng)春)國(guó)際軌道交通論壇”上“輕軌交通產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟”的形成，現(xiàn)代有軌電車的車輛制造技術(shù)、控制技術(shù)、集成技術(shù)將會(huì)跨上新的高度，為我國(guó)輕軌項(xiàng)目建設(shè)提供了較好的技術(shù)平臺(tái)，促使行業(yè)趨于良性發(fā)展。

［1］長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司.長(zhǎng)春輕軌三期車輛技術(shù)規(guī)格書［G］.長(zhǎng)春，2007.

［2］GB 50157—2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2003:205-224.

［3］JB 104—2008城市軌道交通工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2008:8-10.

［4］楊中平.日本直線電機(jī)地鐵車輛技術(shù)［J］.都市快軌交通，2006，19(2):63-67.

［5］丁榮軍.地鐵車輛用交流傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.機(jī)車電傳動(dòng)，2001(5):35-40.

［6］羅世輝.輕軌車輛技術(shù)特點(diǎn)分析［J］.城市軌道交通研究，1999，2(1):41-44.