菲律賓馬尼拉地鐵車輛設(shè)計

孫闖

【摘 要】本文介紹了菲律賓馬尼拉地鐵三號線車輛的結(jié)構(gòu)和特點，包括總體技術(shù)性能，主要系統(tǒng)和主要部件的技術(shù)特點等。

【關(guān)鍵詞】菲律賓；馬尼拉；地鐵車輛；技術(shù)特點

0 前言

菲律賓馬尼拉地鐵三號線車輛是由中車大連機車車輛有限公司自主研發(fā)的地鐵車輛，該車輛采用國際設(shè)計標準，最高運行速度為65km/h，整車設(shè)計壽命為30年。

1 車輛總體介紹

1.1 概述

菲律賓馬尼拉地鐵三號線全長16.9km，其線路最大坡度5%，最小曲線半徑25m，雙軌軌道中心距3400mm，站臺距離軌面高度900mm，站臺長度130m。

國內(nèi)標準地鐵車輛均無法滿足此線路參數(shù)要求，為此，大連機車設(shè)計了一種新型鉸接式地鐵車輛：單節(jié)車輛采用三節(jié)車輛模塊鉸接而成（見圖1，其中：A為帶司機室動力模塊，B為無動力模塊；C為帶調(diào)車控制面板動力模塊），車輛全長31720mm，車寬2500mm，A/B、B/C車輛模塊間均采用鉸接懸臂方式連接（見圖3），再通過鉸接懸臂結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)向架中心銷及搖枕進行連接，實現(xiàn)車體與轉(zhuǎn)向架的鉸接方式連接，以滿足線路最小平面曲線半徑要求。

盡管菲律賓馬尼拉地鐵三號線單節(jié)車輛具備獨立運營能力，正線運營時，為了增加客運量，采用四節(jié)車輛通過頭尾兩端全自動車鉤自動連掛的重聯(lián)方式運營，整列車長度126.88m，連掛后的車輛亦可滿足線路平縱曲線半徑要求。當(dāng)單節(jié)車輛故障時，整列車仍可以正常方式完成一個單程運營，列車返回檢修庫后，僅通過車輛重聯(lián)替換故障的單節(jié)車輛，整列車即恢復(fù)正常運營，大大減小了整列車的故障?？繒r間。

菲律賓馬尼拉環(huán)境溫度高，空氣濕度大，且線路坡度大，為了保證車輛動力學(xué)性能，車輛采用電制動、液壓軸盤制動、磁軌制動、撒砂裝置等多重制動系統(tǒng)相互配合，確保車輛安全。

同時，為了減小車輛振動、噪聲，提高乘客乘坐舒適性，菲律賓馬尼拉地鐵車輛輪對采用彈性車輪，大大降低了車輛振動和車輛內(nèi)外噪聲。

1.2 車輛編組

菲律賓馬尼拉地鐵三號線車輛采用四輛車輛編組重聯(lián)運營，本車輛編組型式非常靈活，除了要求編組兩端為司機室（運行安全的要求），中間的兩列車可以任意組合。如-A+B+C--A+B+C--C+B+A--C+B+A-或-A+B+C--C+B+A--C+B+A--C+B+A-。

1.3 受流方式

車輛供電方式為受電弓受電，額定電壓為DC750V，網(wǎng)線電壓變化范圍：DC500V～900V。

1.4 車輛載客量（見表1）

表1 車輛載客量

乘客質(zhì)量按照65kg/人計算，整備狀態(tài)下的車輛重量、軸重差、輪重差均滿足要求。

1.5 車輛動力學(xué)性能

車輛最高運行速度為65km/h，設(shè)計速度70km/h，反向退行最大速度為15km/h。

對于額定載荷，車輪在半磨耗狀態(tài)，0-40km/h平均加速度≥1.03m/s2，

40-65km/h平均加速度≥0.2m/s2。牽引狀態(tài)沖擊極限1.1m/s3。

對于額定載荷，車輪在半磨耗狀態(tài)，常用制動減速度（65-0km/h）≥1.01m/s2，緊急制動減速度（65-0km/h）≥1.5m/s2。

2 車輛主要系統(tǒng)和部件

2.1 車體鋼結(jié)構(gòu)

車輛車體鋼結(jié)構(gòu)采用薄壁、筒型整體承載的輕量化結(jié)構(gòu)。車體呈下直上鼓形，主體結(jié)構(gòu)由司機室外罩（A、C車有）、底架、側(cè)墻、頂棚組成。除了車體底架枕梁、端底架等部分采用耐候鋼外，其余全部采用高強度不銹鋼。車體外表面不涂裝。

車體結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算按照EN12663標準的P-IV型。利用有限元分析軟件建立A、B、C車體的有限元模型，分別對A、B車進行吊車工況、縱向壓縮工況、縱向拉伸工況、三點支撐。對-A+B+C-車輛單元進行壓縮、拉伸、垂向、吊車、救援等接近20種工況下的靜強度計算，同時進行碰撞、疲勞強度和模態(tài)分析等相關(guān)模擬分析計算，均滿足要求。車體的計算模型和網(wǎng)格見圖2。

在每節(jié)車的底架端部，通過懸臂結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)向架中心銷及搖枕進行連接，實現(xiàn)車體與轉(zhuǎn)向架的鉸接方式連接，見圖3。

2.2 轉(zhuǎn)向架

車輛轉(zhuǎn)向架是適合于新型電動軌道鉸接車輛的轉(zhuǎn)向架，分為動力轉(zhuǎn)向架和無動力轉(zhuǎn)向架兩種，兩種轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)相似，動力轉(zhuǎn)向架置于車輛端部，無動力轉(zhuǎn)向架置于車輛鉸接部分。動力轉(zhuǎn)向架、無動力轉(zhuǎn)向架均設(shè)有一系懸掛的橡膠彈簧和二系懸掛的鋼彈簧及鉸接搖枕結(jié)構(gòu)，構(gòu)架采用箱型低合金鋼板焊接結(jié)構(gòu)，H型構(gòu)架；軸箱采用人字橡膠彈簧定位，圓錐滾子整體密封軸承，迷宮式防塵軸箱；基礎(chǔ)制動采用輪盤制動，無動力轉(zhuǎn)向架每軸兩臺制動夾鉗，動力轉(zhuǎn)向架每軸一臺制動夾鉗；車輪采用橡膠彈性車輪。

車輛垂直載荷由兩系懸掛裝置承載，水平縱向載荷由搖枕裝置傳遞，水平橫向載荷由橡膠彈性止擋傳遞。該轉(zhuǎn)向架具有良好的運行性能，具有低噪音、輕量化、性能可靠、檢修方便、易于分解和組裝等特點。

2.3 牽引系統(tǒng)

2.3.1 受電弓

每輛車配置一套受電弓（A車）。受電弓采用電動弓，當(dāng)車輛重聯(lián)運營時，四輛車受電弓互為冗余。

受電弓配備ADD裝置：ADD由安裝在車頂上的ADD控制箱及安裝在碳滑條內(nèi)的電阻式感應(yīng)器組成；當(dāng)受電弓弓頭與接觸網(wǎng)系統(tǒng)的剛性部件發(fā)生碰撞而碳滑板被損壞時，感應(yīng)器觸發(fā)ADD控制系統(tǒng)，受電弓可進行自動降弓。目前，國內(nèi)地鐵項目使用的電動弓均無ADD保護功能。

2.3.2 牽引逆變器

每輛車配置兩套牽引逆變器（A車、C車）。牽引逆變器采用了IGBT模塊、信號處理技術(shù)、磁場導(dǎo)向控制等最新技術(shù)，集成了可靠運行所需的部件，如功率堆棧、制動斬波器、控制電子元件、主接觸器、充電接觸器、濾波扼流圈、冷卻風(fēng)扇和防護裝置等，牽引逆變器的額定視在功率為350kVA，最大輸出電流為700A。

牽引控制單元TCU位于牽引逆變器內(nèi)部，采用微機控制的矢量控制方式，是帶有強大的數(shù)字信號處理功能、靈活微控制器（軟核處理器）和FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）的電子控制裝置，它具有控制、監(jiān)視和保護牽引傳動系統(tǒng)所需的全部功能，如IGBT的控制、根據(jù)實際粘著條件自動降低扭矩、防止驅(qū)動裝置在輸出處出現(xiàn)過電流，在直流鏈路處出現(xiàn)過電壓，防止逆變器溫度過高，防止電機溫度過高等保護。

2.4 輔助系統(tǒng)

每輛車配置一套輔助電源系統(tǒng)APS（B車），APS通過受電弓從接觸網(wǎng)取電，然后經(jīng)過熔斷器的保護，進入到APS的輸入回路，為車輛提供440V，60Hz三相交流電輸出；220V，60Hz交流電輸出；DC110V輸出；DC24V輸出。正常操作模式下，APS單元可以獨立于車輛控制系統(tǒng)單獨操作。

2.5 車輛管理系統(tǒng)（TMS）

車輛管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由三級總線組成，分別為列車總線、車輛總線和設(shè)備級總線。列車總線用于車輛的重聯(lián)，采用符合UIC556規(guī)范的CAN Powerline總線；車輛總線是管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的主體，采用符合IEC61375-3-3標準的CANopen網(wǎng)絡(luò)；設(shè)備總線采用RS485總線。車輛管理系統(tǒng)系統(tǒng)用于監(jiān)視車載牽引系統(tǒng)、制動系統(tǒng)和列車內(nèi)各主要設(shè)備的狀態(tài)，實現(xiàn)車輛的控制、監(jiān)視和診斷功能。同時TMS具有重聯(lián)控制功能，可以實現(xiàn)4列車的自動編組。車輛控制網(wǎng)絡(luò)拓撲圖見圖4。

2.6 制動系統(tǒng)

車輛采用KBGM-H液壓制動系統(tǒng)。車輛制動系統(tǒng)具有常用制動、保持制動、緊急制動、安全制動等功能，車輛制動時，優(yōu)先使用電力再生制動，當(dāng)電網(wǎng)不能吸收再生能量時轉(zhuǎn)為電阻制動。當(dāng)電制動力不足或失效時，由液壓制動補足或替代。

液壓制動系統(tǒng)主要由電子制動控制裝置（BCU）、儲能器、液壓控制單元（EHU）、輔助緩解單元（EDHL）、基礎(chǔ)制動裝置、磁軌制動裝置、載荷傳感器、撒砂裝置等組成。該系統(tǒng)與空氣制動相比，具有響應(yīng)迅速、重量輕、設(shè)備體積小、實現(xiàn)更高的減速度等優(yōu)點。

2.7 廣播系統(tǒng)

廣播系統(tǒng)采用集中控制，在司機室操縱臺內(nèi)安裝有一套相互冗余的電源系統(tǒng)，控制主機采用3U機柜，各控制模塊集中于機柜中，采用可插拔式的嵌入結(jié)構(gòu)。廣播系統(tǒng)拓撲圖見圖5。

2.8 空調(diào)系統(tǒng)

空調(diào)機組采用微機控制方式和司機手動控制。兩種控制方式中，司機手動控制優(yōu)先級最高。空調(diào)微機控制方式設(shè)有4種工況：手動、自動、通風(fēng)和停止，并可通過本車空調(diào)控制柜對空調(diào)進行控制，也可通過TMS系統(tǒng)進行控制和溫度設(shè)定。在手動工況時，空調(diào)機組根據(jù)各自的溫度控制器所設(shè)定的溫度進行客室內(nèi)溫度控制；在自動工況時，空調(diào)機組根據(jù)外界環(huán)境溫度和客室溫度自動調(diào)節(jié)制冷量。

2.9 車門系統(tǒng)

車輛采用雙扇電動塞拉門，在每節(jié)車廂內(nèi)的每個車門驅(qū)動裝置均配備一獨立門控器，實現(xiàn)對每一車門的單獨控制；在整個車廂內(nèi)，門控器通過CANopen總線和本車廂的所有門控器通訊，并通過CANopen總線與該車廂的中央控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)相連接，實現(xiàn)整列車門的集中控制和車門狀態(tài)及故障的監(jiān)控和顯示。

2.10 照明

車輛設(shè)有外部照明和內(nèi)部照明。車輛外部照明有前照燈、制動燈和標志燈三種。前照燈能提供“亮”和“暗”兩種照度，在“亮”照度工況下，晴天、黑夜工作時，列車前端緊急制動距離處的照度不小于2lx（無其他光源）。制動燈和標志燈均設(shè)在列車兩端部?？褪覂?nèi)部照明設(shè)有正常照明和緊急照明。照明方式采用熒光燈燈帶方式，客室照明能保證在離地板面高800mm處測得的照明強度等于或大于400lx。

3 結(jié)束語

菲律賓馬尼拉地鐵三號線車輛技術(shù)先進，具有通過線路小曲線和大坡道的能力、列車靈活多編組的能力；具有先進的受電弓ADD裝置和多重制動系統(tǒng)；具備低振動、低噪聲、高載客量、高冗余等優(yōu)點，整體性能安全、可靠。

目前，車輛已順利通過試驗并交車，預(yù)計將于今年進行運營。

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[責(zé)任編輯：王楠]