現(xiàn)代有軌電車新技術(shù)發(fā)展研究及應(yīng)用

杜雪松

(廣東省東莞實(shí)業(yè)投資控股集團(tuán)有限公司,廣東東莞 523000)

現(xiàn)代有軌電車新技術(shù)發(fā)展研究及應(yīng)用

杜雪松

(廣東省東莞實(shí)業(yè)投資控股集團(tuán)有限公司,廣東東莞 523000)

本文通過詳細(xì)介紹有軌電車的發(fā)展歷程,闡述現(xiàn)代有軌電車的優(yōu)點(diǎn),分析和傳統(tǒng)有軌電車和現(xiàn)代有軌電車的區(qū)別、特征,歸納總結(jié)現(xiàn)代有軌電車新的技術(shù)參數(shù),對我國城市發(fā)展有軌電車交通系統(tǒng)具有一定的借鑒意義。

有軌電車 技術(shù) 交通工具 參數(shù)

1 引言

有軌電車起源于英國,十九世紀(jì)初,英國出現(xiàn)了第一部以馬匹為動力的有軌電車。當(dāng)時(shí)被人們稱為Omnibus。隨后一個世紀(jì)中,有軌電車飛速發(fā)展,風(fēng)靡于世界上許多國家和地區(qū),很快就成為城市交通中的主導(dǎo)交通工具。據(jù)資料顯示,歐洲有一半以上的城市建設(shè)了有軌電車系統(tǒng),整個城市的客運(yùn)量有80%都有有軌電車承擔(dān)[1]。目前很多政府大力發(fā)展公交、地鐵等公共交通體系,而現(xiàn)代有軌電車相對于傳統(tǒng)電車,是介于輕軌和公交之間的新型交通系統(tǒng),不僅外觀設(shè)計(jì)更加出色,整體車輛性能有了極大的提高?，F(xiàn)在越來越多的大城市開始注重有軌電車的建設(shè),我國和世界上一些比較發(fā)達(dá)的城市都在著手開展現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)規(guī)劃和建設(shè)。

2 現(xiàn)代有軌電車主要特征

2.1 乘坐舒適,運(yùn)行安全

對于過去的電車來說,現(xiàn)代有軌電車大力改進(jìn)了車輛的內(nèi)外部設(shè)計(jì),采用許多現(xiàn)代科技,使電車乘坐起來更舒服?，F(xiàn)代有軌電車采用車輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向技術(shù),這種技術(shù)能夠讓電車在轉(zhuǎn)向的時(shí)候更平順[2]。

2.2 運(yùn)行成本低,經(jīng)濟(jì)實(shí)惠

現(xiàn)代有軌電車因?yàn)橥顿Y比較低,維修保養(yǎng)的成本也較低,僅為相同歷程地鐵造價(jià)的1/10,并且工程建設(shè)的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于地鐵工期,從長遠(yuǎn)角度看大大減少了投資成本,回收周期短。不僅大大減輕了城市建設(shè)的壓力,而且對普通市民來說也降低了使用費(fèi)用[3]。

2.3 耗能低,節(jié)能環(huán)保

新型環(huán)保高效的有軌電車一般采用蓄電池供電、空線供電和地軌供電三種方式。用電力作為動力帶來的污染遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)交通工具。電能的利用率高,能源消耗相應(yīng)的也減少。

2.4 營運(yùn)效益良好

現(xiàn)代有軌電車與傳統(tǒng)電車相比,有更靈活的編組,可以根據(jù)不同地方不同客流量做出合理的編組方式。不僅使車輛的運(yùn)行效率得到提高,而且極大減少運(yùn)營成本。和公共汽車、地鐵相比,資金回收周期短[4]。

2.5 現(xiàn)代有軌電車速度快

因?yàn)楝F(xiàn)代有軌電車有專門的運(yùn)行路線和相對專有的軌道,所以不會出現(xiàn)交通堵塞的情況,能夠極大提高人們的出行效率。道路使用權(quán)也可以復(fù)用,但要制定合理的規(guī)則,保證有軌電車優(yōu)先運(yùn)行,防止別的交通工具的干擾。

2.6 車體設(shè)計(jì)根據(jù)人體生理學(xué)原理

新型電車在車體設(shè)計(jì)上充分考慮人們的需求和舒適要求,采用比較流行的低地板車門設(shè)計(jì)方便乘客上下車,對老年人殘疾人孕婦等交通弱勢乘客也有人性化的考慮。車廂寬敞明亮,讓乘客有一個好的心情。車身采用大量的隔音防火材料,減少噪聲對乘客的影響。

3 現(xiàn)代有軌電車的新技術(shù)應(yīng)用及主要技術(shù)參數(shù)

3.1 現(xiàn)代有軌電車相比傳統(tǒng)電車運(yùn)輸能力有較大提高

傳統(tǒng)電車車長一般不會超過20m,按5人每平方米的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算,一般載客量不會超過100人。現(xiàn)在很多地方使用的現(xiàn)代有軌電車車廂長度一般在25米到50米之間,載客量大為提高,每列車載客量不低于200人,雙向客運(yùn)能力能夠達(dá)到2～2．4萬人/h[5]。

3.2 供電模式有了較大變化

現(xiàn)代有軌電車除了采用過去常見的空線供電方式外,在部分空間條件不夠的地方或者部分路段可以采用蓄電池供電。因?yàn)榭站€供電需要假設(shè)電線網(wǎng),為了城市美觀還可以采用地面供電,即采用第三軌供電的模式[6]。這種供電方式不僅可以減少電車所占空間,而且可以提高效率,減少對線路的磨損,具有較好的環(huán)境效益和安全性。

3.3 運(yùn)行模式

每個交通系統(tǒng)都有自己的運(yùn)行模式,現(xiàn)代有軌電車主要有導(dǎo)軌膠輪和鋼軌鋼輪兩種運(yùn)行模式。導(dǎo)軌膠輪模式類似于專門的汽車行駛在專門的道路上,但又不同于普通的汽車,車輛運(yùn)行必須在導(dǎo)軌的引導(dǎo)和限制下。鋼軌鋼輪模式類似于城市輕軌,或者小型電力火車, 一般情況下鋼軌頂面與城市道路路面平齊。

3.4 電車型號

目前世界上使用現(xiàn)代有軌電車的地區(qū)和城市主要采用以下幾種電車：法國的阿爾斯通公司研制的Citadis系列電車;加拿大的龐巴迪公司研制的Flexity系列電車。法國生產(chǎn)的新型有軌電車容量大,安全性高,便于保養(yǎng)維修,隔音效果好。加拿大生產(chǎn)的新型有軌電車在德國城市廣受歡迎,該電車的運(yùn)行平穩(wěn)性能好,磨損度小[7]。內(nèi)部設(shè)置人性化,方便小孩和殘疾人的乘坐,另外車內(nèi)還安裝了視頻監(jiān)控和空調(diào)系統(tǒng),為顧客提供了更好的服務(wù)。DL1001是我國獨(dú)立研制的第一部有軌電車,到了上世紀(jì)八十年代初,大連電車制造廠又相繼研制出四軸式電車DL7000和六軸式電車DL621。近年來,我國除了自行研制有軌電車外,開始和世界上先進(jìn)的技術(shù)相結(jié)合,例如中國北車旗下大連機(jī)車有限公司與意大利安薩爾多百瑞達(dá)有限公司合作引進(jìn)有軌電車及地面供電系統(tǒng)技術(shù),并在珠海興建有軌電車和地面供電系統(tǒng)生產(chǎn)基地;蘇州市高新區(qū)有軌電車1號線采用了南京浦鎮(zhèn)城軌車輛有限公司通過引進(jìn)龐巴迪的先進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)制造的有軌電車。

3.5 轉(zhuǎn)向架

隨著有軌電車的發(fā)展,其逐漸發(fā)展為單電機(jī)驅(qū)動的2軸轉(zhuǎn)向架共同構(gòu)成,轉(zhuǎn)向架能夠以軸箱導(dǎo)框定位,并且在心盤集中承載的位置采用二系彈簧懸掛,其中分別是軸箱的螺旋圓簧和搖枕的鋼板彈簧,基礎(chǔ)的制動裝置包括兩種,分別是有杠桿傳動的單側(cè)閘瓦制動器和盤形制動器,牽引電機(jī)抱軸懸掛,并且采用1級減速齒輪傳動。

3.6 IGBT直流輔助電源

IGBT直流輔助電源是絕緣柵型雙極晶體管的簡稱,其作為電壓驅(qū)動型的元件,具有功率型場效應(yīng)管和大功率雙極晶體管兩者的優(yōu)點(diǎn),具有抗干擾能力強(qiáng),開關(guān)頻率高、損耗小和工作可靠性大的優(yōu)點(diǎn),并且采用脈沖調(diào)制控制和半橋式轉(zhuǎn)換電路技術(shù),能夠?qū)⑤斎氲?00V直流電調(diào)制為24V的直流電,以便能夠有效的為蓄電池組和車輛低壓負(fù)載供電使用。該電源的性能參數(shù)包括以下幾個方面：輸入電壓為DC600±120V,工作頻率為24kHz,電流為40A,輸出電壓為DC25V,輸出功率為1kW,并且電源具有較低維護(hù)、工作可靠、具有一定的過載能力和延長蓄電池使用壽命的特點(diǎn)。

4 現(xiàn)代有軌電車新技術(shù)發(fā)展趨勢

4.1 車體結(jié)構(gòu)模塊化

根據(jù)不同城市的實(shí)際情況和需求生產(chǎn)的車輛大多存在差異,具有多樣性,跟電車生產(chǎn)制造公司統(tǒng)一化生產(chǎn)帶來了困難。采用車輛結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)有助于實(shí)現(xiàn)車輛的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和設(shè)計(jì),方便交通部門根據(jù)不同需求調(diào)整電車組合。再投入運(yùn)行初期,當(dāng)客流量較小時(shí)采用基礎(chǔ)模塊組合?？土髁吭龃蠛?可以根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整車輛的模塊,增加編組。

4.2 低地板有軌電車

低地板有軌電車一般指的是有軌電車的地版面距離軌道垂直距離在35cm以下的電車。這種電車使乘客上下車更為方便,特別適合老年人、兒童和殘疾人乘坐。減少了乘客上下車時(shí)間和停站時(shí)間,提供了電車的運(yùn)行速度。此外建設(shè)現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)時(shí),如果站臺太高影響城市交通和城市景觀,同時(shí)還會提高建設(shè)難度,加重建設(shè)成本和建設(shè)工期。實(shí)現(xiàn)電車低地板可以采用車輪獨(dú)立轉(zhuǎn)向架的方式,這在國際上也較為普遍。

4.3 交流轉(zhuǎn)動電車

采用轉(zhuǎn)動交流裝置的優(yōu)點(diǎn)如下：異步交流電機(jī)重量輕、體積小、故障少、維護(hù)簡單;牽引設(shè)備微型化,能夠使城市現(xiàn)代有軌電車適應(yīng)相對緊湊的空間布局;便于電車制動,減少能源消耗,改善電車黏著性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,微機(jī)控制和變頻交流技術(shù)不斷取得突破,國外在大功率電子電力設(shè)備方面的發(fā)展,極大地推動了傳動交流的突飛猛進(jìn)。我國非常重視這種技術(shù)的研究,目前和國際技術(shù)水平正在逐步減小。

5 結(jié)語

城市交通的電氣化和高速化已成為世界運(yùn)輸發(fā)展的趨勢。當(dāng)前,我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,城市建設(shè)日新月異,新型公共交通工具的出現(xiàn)是適應(yīng)現(xiàn)代城市發(fā)展的需要。而現(xiàn)代有軌電車非常適合城市的空間布局,是未來比較有潛力的交通工具中較好的選擇。現(xiàn)代有軌電車不僅可以使用于大城市,還能適應(yīng)周邊城鎮(zhèn)的公共交通系統(tǒng)的建設(shè)。合理利用現(xiàn)代有軌電車,可以與其他的交通方式組成運(yùn)輸能力更強(qiáng)的綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng),必定會給城市交通帶來新的革命,產(chǎn)生極大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]梁旭.關(guān)于現(xiàn)代有軌電車在國內(nèi)發(fā)展的研究[J].價(jià)值工程,2011,30(9):210-210.

[2]周翊民.現(xiàn)代有軌電車的快速發(fā)展是社會發(fā)展的必然需要[J].城市軌道交通研究,2013,16(8):1-4.

[3]張磊,覃 矞.深圳市現(xiàn)代有軌電車發(fā)展策略研究[J].山西建筑,2013,39(25):1-3.

[4]吳其剛.現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)發(fā)展的重難點(diǎn)及對策研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2013(12):89-92.

[5]李元坤,苗彥英.國外現(xiàn)代有軌電車建設(shè)發(fā)展的啟示[J].城市軌道交通研究,2013,16(6):29-32.

[6]曾超,劉唐志,劉小連,等.現(xiàn)代有軌電車在重慶兩江新區(qū)的適用性分析[J].城市軌道交通研究,2013,16(3):12-16.

[7]張棟,張力楠,史宇恒,等.基于MNL模型的有軌電車出行選擇行為研究[J].交通信息與安全,2011,29(4):75-79.