基于車體結(jié)構(gòu)造型的現(xiàn)代有軌電車研究

孫帥 楊明

（中車四方車輛有限公司，山東青島266111）

0 引言

車輛車體結(jié)構(gòu)造型決定車輛走行系統(tǒng)的布置方式，從而影響車輛鉸接機構(gòu)型式、車內(nèi)座椅布置、列車車門布置等，進而影響車輛軸重、單個車體受力情況、載客量、車輛外觀。本文從現(xiàn)代有軌電車項目規(guī)劃中車輛選型出發(fā)，反推車體結(jié)構(gòu)造型對車輛選型的影響，為項目規(guī)劃階段車輛選型提供依據(jù)。

1 車體結(jié)構(gòu)形式概述

隨著國內(nèi)100%有軌電車的發(fā)展，國內(nèi)各主機廠現(xiàn)代有軌電車制式呈現(xiàn)百花齊放的態(tài)勢。目前國內(nèi)有軌電車領(lǐng)域單車型、浮車型已得到普遍應(yīng)用，隨著現(xiàn)代有軌電車技術(shù)的進步，鉸接型車體結(jié)構(gòu)也逐漸投入商用（圖1）。

1.1 單車型

單車型車體結(jié)構(gòu)造型，即每個車體中間底部設(shè)置一個走行系統(tǒng)。鑒于每個車體都設(shè)置走行系統(tǒng)，整車重量分配均勻，軸重一般小于10.5 t；車輛編組形式靈活多變；采用單車型結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代有軌電車，客室模塊中部由于走行系統(tǒng)的存在影響整車地板高度設(shè)計，導致整車地板面高度一般在350～430 mm之間。

圖1 車體結(jié)構(gòu)造型示意

1.2 浮車型

浮車型車體結(jié)構(gòu)，車輛兩端和中間車體用走行系統(tǒng)支撐，之間的車體為懸浮車體，利用鉸接裝置將懸浮車體連接在相鄰車體上。采用懸浮型車體設(shè)計，車輛相對軸數(shù)少，車輛軸重較單車型車輛明顯加大，約為12.5 t；另，懸浮模塊處鉸接裝置相對運動極為復雜，致使車輛連接處的鉸接裝置受力大、磨耗嚴重；浮車型結(jié)構(gòu)的中間車體模塊可以做到地板面貫通，帶走行系統(tǒng)的車體模塊與單車型類似；受走行系統(tǒng)的影響，整車地板面高度一般在350～450 mm之間。

1.3 鉸接型

鉸接型車體結(jié)構(gòu)，司機室端使用獨立走行系統(tǒng)，中間相鄰模塊使用鉸接走行系統(tǒng)；走行系統(tǒng)設(shè)置在車體連接處，客室地板高度較低，一般在250～350 mm之間；采用鉸接型車體設(shè)計，車輛相對軸數(shù)多，車輛軸重一般為10.5～12 t。

2 車體結(jié)構(gòu)造型分析

根據(jù)走行系統(tǒng)的不同類型，國內(nèi)現(xiàn)代有軌電車可分為鋼輪鋼軌和膠輪導軌兩種制式，本文重點研究兩種制式車輛的車體結(jié)構(gòu)造型，并以此為現(xiàn)代有軌電車項目車輛制式選型提供經(jīng)驗。

目前，國內(nèi)各大主機廠通過技術(shù)引進或自主研發(fā)的方式都推出了各自的現(xiàn)代有軌電車產(chǎn)品。以株機公司、唐山公司、長客股份公司、鋪鎮(zhèn)公司、大連機車公司、四方股份公司為主的主機廠采用鋼輪鋼軌制式，三種典型車體結(jié)構(gòu)造型在鋼輪鋼軌制式中都有應(yīng)用，且所采用的車體結(jié)構(gòu)形式更趨成熟；以中車四方車輛有限公司（四方有限公司）為主的主機廠采用膠輪導軌制式，車輛出于低地板、軸重小、過彎半徑小、爬坡能力強等方面的考慮采用鉸接型車體結(jié)構(gòu)造型。

2.1 鋼輪鋼軌制式車體結(jié)構(gòu)造型分析

2.1.1 單車型結(jié)構(gòu)造型

以株機公司和唐山公司為代表的主機廠采用單車型結(jié)構(gòu)造型，所有車體模塊長度相等；每節(jié)車體中間下部設(shè)有一個轉(zhuǎn)向架；為適應(yīng)低地板車輛發(fā)展的需要，轉(zhuǎn)向架采用區(qū)別于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向架形式的獨立輪對結(jié)構(gòu)。

采用單車型車體結(jié)構(gòu)形式，受轉(zhuǎn)向架布置在車底中部的影響，車門只能分布于車體兩側(cè)，同時考慮到殘疾車、嬰兒車的存放區(qū)域車門難以設(shè)計成前后對稱樣式，影響車輛整體外觀；另外，轉(zhuǎn)向架布置于車底中部，車廂中部只能設(shè)計成座椅（轉(zhuǎn)向架正上方位置），影響車廂整體通過性。

株機公司有軌電車鉸接裝置由固定鉸、旋轉(zhuǎn)鉸和縱向拉桿組成；整車由四輛車組成，兩輛車為一組，共兩組。單組車采用單鉸鏈連接，兩輛車間允許相對轉(zhuǎn)動，固定鉸位于下部，旋轉(zhuǎn)鉸位于上部；組與組之間采用縱向拉桿傳遞縱向力。

2.1.2 浮車型結(jié)構(gòu)造型

以長客股份公司、鋪鎮(zhèn)公司、大連機車公司為代表的主機廠采用浮車型結(jié)構(gòu)造型，中間懸浮模塊利用鉸接裝置與相鄰車體連接，不設(shè)轉(zhuǎn)向架；轉(zhuǎn)向架采用傳統(tǒng)輪對結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向架的成本相對較小。

采用浮車型車體結(jié)構(gòu)形式的車輛以五編組車輛為主，亦可實現(xiàn)三編組或七編組形式，車輛編組模塊化形式較差；浮車模塊無轉(zhuǎn)向架影響，車門及車廂內(nèi)座椅布置形式靈活；受轉(zhuǎn)向架的影響，中間轉(zhuǎn)向架模塊車體客室座椅布置以橫置為主；兩端司機室模塊車體，考慮到轉(zhuǎn)向架影響車門設(shè)計以單開門為主，外觀設(shè)計局限性較大。

浮車型車輛鉸接裝置由固定鉸、旋轉(zhuǎn)鉸、自由鉸和車頂緩沖器組成。車輛采用鉸接裝置，能夠滿足小半徑曲線和豎曲線的通過能力，同時能夠有效提高乘客乘坐舒適性。

2.1.3 鉸接型結(jié)構(gòu)造型

以四方股份公司為代表的主機廠采用鉸接型結(jié)構(gòu)造型，相鄰車體間采用鉸接轉(zhuǎn)向架連接，能夠?qū)崿F(xiàn)每個車體兩端都有轉(zhuǎn)向架支撐，兩個相鄰車體之間的轉(zhuǎn)向架為雙轉(zhuǎn)盤形式，能夠?qū)崿F(xiàn)車輛靈活通過小曲線半徑。

采用鉸接型車體結(jié)構(gòu)形式，能夠輕松實現(xiàn)車輛編組模塊化，滿足業(yè)主不同運量需求，保證運營效率；采用鉸接結(jié)構(gòu)車體車廂內(nèi)貫通，便于車門和客室座椅布置，布置方案可靈活設(shè)計；車輛無懸浮車體，兩個車體模塊共用一個轉(zhuǎn)向架，車體間無鉸接裝置，車輛整體動力學性能好。

2.2 膠輪導軌制式車體結(jié)構(gòu)造型分析

膠輪導軌制式的現(xiàn)代有軌電車以四方有限公司的導軌電車為代表，導軌電車采用“鋼輪導向，膠輪驅(qū)動”的模式，利用膠輪驅(qū)動具有更大的爬坡能力（13%）和制動能力；導軌電車車輛采用鉸接型車體結(jié)構(gòu)造型，在司機室模塊下方設(shè)動力走行部，在客室之間的貫通道模塊下設(shè)非動力走行部，客室地板高度最低可達250 mm。

導軌電車鉸接裝置由固定鉸、彈性鉸、自由鉸組成，其中固定鉸、彈性鉸、自由鉸各兩個。固定鉸位于貫通道底部，能夠傳遞垂向力以及大部分的縱向力和橫向力；彈性鉸和自由鉸位于貫通道的頂部，與底部固定鉸配合使用；彈性鉸和固定鉸聯(lián)合使用，限制相鄰車體間的沉浮運動和側(cè)滾運動，使相鄰車體在水平面內(nèi)相互旋轉(zhuǎn)，彈性鉸承受加減速、制動、列車連接時引起的沖擊；自由鉸限制橫向的平動，從而保持相連接兩車體間相對位置的穩(wěn)定性。導軌電車采用鉸接型車體結(jié)構(gòu)造型，配合鉸接裝置設(shè)計，可實現(xiàn)最小15 m轉(zhuǎn)彎半徑。

導軌電車客室下無走行部影響，車廂內(nèi)貫通，便于座椅靈活布置，車門設(shè)計也更加靈活，車輛整體外觀可設(shè)計性強；車輛貫通道位置采用外飾板防護，既能保證公共交通安全，又能提高車輛整體美觀性。

3 結(jié)語

本文通過對車輛車體結(jié)構(gòu)形式的分析，研究了車體結(jié)構(gòu)形式對車門布置、車廂內(nèi)座椅布置的影響；重點研究了車輛模塊化設(shè)計、地板高度、車輛曲線通過能力和車輛軸重等技術(shù)性能，可從車輛通過能力、乘客舒適度、運營載客量等方面為現(xiàn)代有軌電車車輛選型提供理論借鑒。

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