地鐵列車的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造原理

楊小琳?宋如意

摘要：地鐵列車作為城市軌道交通的重要形式，是集機(jī)電一體化、自動(dòng)化于一身的高科技產(chǎn)品，為了更好的普及地鐵車輛知識(shí)，本文將從更通俗的角度向大家展示地鐵車輛的結(jié)構(gòu)和工作原理。

關(guān)鍵詞：地鐵列車；機(jī)電一體化；車輛結(jié)構(gòu)；工作原理

一、機(jī)械部分

（一）車體

以前，鐵道車輛主要以普通碳鋼為車體材料，為提高車輛性能、服務(wù)檔次，降低運(yùn)營(yíng)及維修費(fèi)用，現(xiàn)國(guó)內(nèi)外很多城市選用不銹鋼車輛。為輕量化不銹鋼車體，整車端除底架采用碳鋼材料外，其余各部位全部采用高強(qiáng)度不銹鋼材料。各零部件間采用點(diǎn)焊連接梁、柱間通過(guò)連接板相連接，各大部件間也是采用點(diǎn)焊連接。在Tc車前端設(shè)計(jì)中有一撞擊能量吸收區(qū)，當(dāng)發(fā)生事故時(shí)車前端的防爬裝置能夠分散碰撞力。列車通過(guò)貫通道連接在一起，貫通道上設(shè)計(jì)有折棚和位于車鉤上的渡板。

（二）車門

從安全可靠性上來(lái)講，移動(dòng)門一般適用于速度低于100km/h的列車上。特別是外掛門，由于外掛門屬于外吊懸掛式結(jié)構(gòu)，下部懸空無(wú)支承。當(dāng)列車在隧道中運(yùn)行，隨著速度的提高，其空氣的阻塞比大大增加，對(duì)外吊的懸掛門產(chǎn)生較大的壓力。如果門的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度不隨速度的提高而改進(jìn)設(shè)計(jì)的話，車門會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)等不穩(wěn)定因數(shù)，影響車門的安全可靠性。

（三）車鉤及緩沖裝置

1.將車輛互相聯(lián)掛，聯(lián)結(jié)成為一組列車；2.傳遞縱向牽引力和沖擊力；3.緩和車輛之間的動(dòng)力作用；4.實(shí)現(xiàn)電路和氣路的連接。車鉤緩沖裝置共分三種類型：自動(dòng)車鉤、半自動(dòng)車鉤、半永久牽引桿。三種車鉤均設(shè)有可復(fù)原能量吸收功能，采用橡膠緩沖器。在自動(dòng)車鉤和半永久牽引桿上還設(shè)有超載保護(hù)裝置，不可復(fù)原的可壓潰變形管。其結(jié)構(gòu)均采用先進(jìn)的密貼式車鉤，它是依靠相鄰車輛鉤頭上的凸錐和凹錐口互相插接，起緊密連接作用。

（四）轉(zhuǎn)向架

轉(zhuǎn)向架是支承車體并擔(dān)負(fù)車輛沿著軌道走行的支承走行裝置。為了便于通過(guò)曲線，在車體和轉(zhuǎn)向架之間設(shè)有心盤或轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)向架可以繞一中心軸相對(duì)車體轉(zhuǎn)動(dòng)。為了改善車輛的運(yùn)行品質(zhì)和滿足運(yùn)行要求，在轉(zhuǎn)向架上設(shè)有彈簧裝置和制動(dòng)裝置。對(duì)于動(dòng)車，轉(zhuǎn)向架上還裝有牽引電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)，以驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)行。轉(zhuǎn)向架主要由以下部分組成：輪對(duì)軸箱裝置、彈性懸掛裝置、構(gòu)架、制動(dòng)裝置、牽引電機(jī)和齒輪變速傳動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)向架支承車體裝置。另外，在拖車轉(zhuǎn)向架上還安裝了ATC的通訊天線。

（五）制動(dòng)裝置

據(jù)成熟地鐵經(jīng)驗(yàn)，摩擦制動(dòng)采用閘瓦制動(dòng)。為了改善摩擦性能和增加耐磨性，大多數(shù)地鐵車輛采用合成閘瓦。但合成閘瓦的導(dǎo)熱性能較差，又選擇了導(dǎo)熱性能良好的產(chǎn)品——粉末冶金閘瓦。既具有較好的摩擦性能，又有良好的耐磨性。在閘瓦制動(dòng)方式中，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能的能力大，但熱能散于大氣的能力相對(duì)較小。當(dāng)要求的制動(dòng)功率較大時(shí)，有可能發(fā)生產(chǎn)生的熱能不能散失到大氣中，而在閘瓦與車輪踏面積聚集，使他們的溫度升高，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致閘瓦熔化或車輪踏面產(chǎn)生裂紋。

（六）車輛內(nèi)部設(shè)備

車輛內(nèi)設(shè)包括服務(wù)于乘客的車體內(nèi)的固定裝置如車電、取暖、空調(diào)、座椅、拉手等，服務(wù)于車輛運(yùn)行的設(shè)備裝置大多吊掛于車底架，如蓄電池箱、繼電器箱、主控制箱、電動(dòng)空氣壓縮機(jī)組、總風(fēng)缸、電源變壓器、各種電器開(kāi)關(guān)和接觸器箱等。故障率較高的空調(diào)需要經(jīng)常清洗，大多采用車頂修和拆卸修。此設(shè)備中，控制器的故障率較高，主要是影響客室環(huán)境，不對(duì)行車造成影響，需要使用大量的備件進(jìn)行替換。

二、電氣部分

（一）牽引及電制動(dòng)系統(tǒng)

牽引及電制動(dòng)系統(tǒng)是列車運(yùn)行的核心裝置，包括高速斷路器、牽引逆變器及其控制單元、牽引電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸節(jié)、齒輪箱、制動(dòng)電阻，其作用是將從電網(wǎng)輸入的電能經(jīng)轉(zhuǎn)化后控制牽引電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，牽引電機(jī)輸出的功率傳給輪對(duì)驅(qū)動(dòng)列車運(yùn)行，列車制動(dòng)時(shí)將列車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能反饋回電網(wǎng)或送到制動(dòng)電阻上變能為熱散發(fā)出去。

電制動(dòng)一般有再生反饋制動(dòng)和電阻制動(dòng)兩種形式。再生制動(dòng)的能量傳送路徑與牽引的正好相反，電阻制動(dòng)則是電能從逆變器出來(lái)后進(jìn)入制動(dòng)電阻消耗掉?，F(xiàn)在的電制動(dòng)系統(tǒng)由于逆變器功率元件的能力不足，在某些情況下如滿載、高速等，還不能滿足列車制動(dòng)的全部需求，往往需要?dú)庵苿?dòng)來(lái)補(bǔ)充。

（二）輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)包括輔助電源、蓄電池充電器、輔助逆變器。輔助電源系統(tǒng)指三相交流380V電源和低壓直流電源，其中低壓直流電源包括110V直流電和24V直流電，僅以沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線車輛為例，380V交流電的負(fù)載有：空氣壓縮機(jī)、空調(diào)系統(tǒng)、各類風(fēng)機(jī)、220V插座等；110V直流電的負(fù)載有：有觸點(diǎn)控制電路、各系統(tǒng)的電子控制電路、照明電路、指示燈、車門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、乘客信息顯示系統(tǒng)、緊急通風(fēng)電源等。

（三）空氣制動(dòng)及供風(fēng)系統(tǒng)

在目前城軌車輛所采用的制動(dòng)方式中，制動(dòng)力的源動(dòng)力主要為壓縮空氣的壓力。以壓縮空氣為源動(dòng)力的制動(dòng)方式稱為空氣制動(dòng)；以電磁力為源動(dòng)力的制動(dòng)方式稱為電制動(dòng)；還有機(jī)械制動(dòng)、液壓制動(dòng)等方式?，F(xiàn)代動(dòng)車組因列車控制技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了在車組內(nèi)制動(dòng)力預(yù)定的、可調(diào)節(jié)的分配，充分利用輪軌粘著，最大程度地使用再生制動(dòng)，節(jié)省牽引能耗。比如：電制動(dòng)時(shí)可只由動(dòng)車承擔(dān)全部制動(dòng)力，如不足再按預(yù)定模式由拖車氣制動(dòng)補(bǔ)充；一個(gè)轉(zhuǎn)向架因故障失去制動(dòng)能力時(shí)可按預(yù)定模式由其它轉(zhuǎn)向架相應(yīng)提高制動(dòng)力補(bǔ)充。

（四）列車控制系統(tǒng)

列車控制系統(tǒng)就是列車的微機(jī)控制單元通過(guò)列車/車輛總線與各節(jié)車的各子系統(tǒng)/設(shè)備的微機(jī)控制單元（對(duì)有接點(diǎn)電路經(jīng)過(guò)I/O轉(zhuǎn)換端口）連接在一起，以通信協(xié)議方式建立實(shí)時(shí)的通信聯(lián)系，進(jìn)行指令、狀態(tài)信息的傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車狀態(tài)的控制、監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、故障診斷、顯示以及人機(jī)界面交流。列車微機(jī)控制單元通常在列車的兩端對(duì)稱設(shè)置，功能相同，工作時(shí)一個(gè)為主機(jī)，另一個(gè)為從機(jī)。

參考文獻(xiàn)：

[1]喬輝.地鐵列車的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造原理[J].科技信息，2012，04：337-338.