淺析城市軌道交通車輛電氣牽引技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及前景

陳亞民 尹榮鵬

摘 要：本文將簡(jiǎn)單介紹城市軌道交通車輛電氣牽引技術(shù)發(fā)展情況，從電氣牽引系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、主要元件及電動(dòng)機(jī)交流式牽引等方面研究技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，并從平臺(tái)化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化等方面探究該技術(shù)的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通車輛;電氣牽引技術(shù);發(fā)展

城市軌道交通車輛作為城市公共交通的旅客運(yùn)載工具，不僅要保證車輛運(yùn)行的安全、準(zhǔn)點(diǎn)和快速。還要為乘客提供良好服務(wù)條件，使乘客乘車舒適、方便，同時(shí)還考慮對(duì)城市景觀和環(huán)境的影響。其中電氣牽引技術(shù)作為城市軌道交通車輛運(yùn)行的重要基礎(chǔ)技術(shù)，其應(yīng)用發(fā)展的重要性不言而喻。

一、城市軌道交通車輛電氣牽引技術(shù)發(fā)展概況

軌道交通車輛的誕生基于蒸汽機(jī)技術(shù)革新以及鐵路的正式問世，而其牽引技術(shù)則逐步實(shí)現(xiàn)了從蒸汽機(jī)到內(nèi)燃機(jī)再到電力的過渡與轉(zhuǎn)變，當(dāng)下電力牽引技術(shù)已經(jīng)成為城市軌道交通車輛的核心牽引技術(shù)。而電力牽引技術(shù)的發(fā)展則可以說是逐步從19世紀(jì)八十年代的直流供電到20世紀(jì)初的三相交流電，再到20世紀(jì)五十年代的硅可控整流牽引，之后逐步過渡發(fā)展，發(fā)展歷程基本可以總結(jié)為交直傳動(dòng)牽引、異步牽引和交流傳動(dòng)牽引。當(dāng)下普遍應(yīng)用的交流傳動(dòng)牽引有著電能反饋效率高、牽引控制便捷、轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牽引和制動(dòng)效果好、防控轉(zhuǎn)和防滑性功能完善等優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)在軌道交通發(fā)展方面起步較晚，直到1958年才正式制造出6Y1型電力機(jī)車，而車輛電力牽引技術(shù)發(fā)展歷程則與國(guó)際發(fā)展歷程基本一致。到今天，城市軌道車輛電力牽引技術(shù)的應(yīng)用是以通信技術(shù)、控制技術(shù)和保障技術(shù)為基礎(chǔ)的，全面保障了系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，協(xié)調(diào)城市軌道交通車輛的速度、控制與安全。

二、現(xiàn)代城市軌道交通車輛電氣牽引技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）電氣牽引系統(tǒng)

電氣牽引系統(tǒng)是電氣牽引技術(shù)得以應(yīng)用的基礎(chǔ)。由于城市軌道交通車輛采取的是第三軌供電方式，對(duì)相應(yīng)的電氣牽引系統(tǒng)整體水平要求極高，必須在各個(gè)方面滿足一定規(guī)范。在電氣牽引系統(tǒng)中，電氣牽引的恒定引力必須始終維持在一定范圍內(nèi)，通常其恒定牽引力為346kN，自然牽引力則為230.2kN。同時(shí)軌道交通車輛電氣牽引有著一定的條件限制，基本限制為牽引力應(yīng)當(dāng)受車輛載荷變化而有所變化，從而確保不同載荷狀態(tài)的車輛始終處于額定牽引狀態(tài)，保持軌道交通運(yùn)輸穩(wěn)定可靠，防止不同載客峰谷時(shí)期出現(xiàn)車輛無(wú)法保持額定牽引狀態(tài)的情況。另外為了防止電制動(dòng)力對(duì)軌道車輛運(yùn)行水平造成影響，應(yīng)當(dāng)確保電制動(dòng)性質(zhì)適宜，能夠有效保障制動(dòng)的速度。

（二）控制系統(tǒng)

在電氣牽引技術(shù)的應(yīng)用中，控制是最為關(guān)鍵的部分，可以說是保障整個(gè)城市軌道交通運(yùn)輸穩(wěn)定、安全、可靠、高效的關(guān)鍵。當(dāng)下軌道交通車輛電氣牽引的控制是基于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)在控制中心便能通過信息化控制對(duì)整個(gè)軌道交通系統(tǒng)進(jìn)行整體、局部控制，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)自檢自控，最大限度地保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。在網(wǎng)絡(luò)緊密的軌道交通車輛電氣牽引控制系統(tǒng)支持下，對(duì)車輛進(jìn)行綜合管控，能夠確保城市軌道交通運(yùn)輸情況完全按照預(yù)期和規(guī)劃實(shí)現(xiàn)，并能對(duì)其中有悖于規(guī)劃和計(jì)劃的部分進(jìn)行調(diào)整與改善。

（三）主要元器件

在電氣牽引技術(shù)的應(yīng)用中，有三大元器件至關(guān)重要。其一為受電器。在滑觸線上電流通過受電器傳導(dǎo)至軌道交通車輛，故而受電器是電氣牽引技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)和介質(zhì)，其被安裝在受電支架上，受電支架則安裝在軌道交通車輛之上。隨著車輛的運(yùn)用，受電器上的碳刷在滑觸線內(nèi)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)不間斷供電，促使車輛穩(wěn)定運(yùn)行。受電器容量必須與導(dǎo)線容量相匹配，而且受電器往往有一定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，這就意味著當(dāng)用一個(gè)受電器容量不足時(shí)，可以通過并接兩個(gè)受電器的方式增加容量。受電器碳刷是由含銅碳基壓而制成，具有堅(jiān)韌耐壓、導(dǎo)電性和潤(rùn)滑性良好的特性，能夠滿足城市軌道交通車輛牽引要求，不過在使用并磨損至一定程度后需要及時(shí)進(jìn)行更換。其二為斷路器。斷路器在軌道交通車輛電氣牽引控制中主要起緊急阻斷作用。斷路器可以降低制動(dòng)分段的時(shí)間，在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)，從而有效保障軌道交通運(yùn)輸安全，尤其在一些緊急情況中有著巨大應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。其三為接口電器。接口電器的優(yōu)勢(shì)在于匹配自由，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)軌道交通車輛電氣牽引系統(tǒng)各部分的有效連接，不過在使用過程中一定要確保匹配到位，同時(shí)電器質(zhì)量足夠好。

（四）交流式牽引電動(dòng)機(jī)

交流牽引電動(dòng)機(jī)在軌道交通車輛電氣牽引控制中的作用毋庸置疑。隨著現(xiàn)代城市軌道交通運(yùn)輸規(guī)模擴(kuò)大，運(yùn)行要求提高，相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)牽引壓力有所增大，必須不斷優(yōu)化和改善電動(dòng)機(jī)，提升電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定性。當(dāng)下軌道交通車輛牽引控制中的交流時(shí)牽引電機(jī)基本上都是以IGBT逆變實(shí)現(xiàn)供電，這將有效取代原有電動(dòng)機(jī)中的發(fā)熱程序，能夠滿足電氣牽引控制要求。

三、城市軌道交通車輛電氣牽引發(fā)展前景

（一）平臺(tái)化、網(wǎng)絡(luò)化

隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)各行各業(yè)產(chǎn)生了巨大影響，其中軌道交通行業(yè)也大受影響，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與車輛牽引控制的結(jié)合已然是必然趨勢(shì)。實(shí)際上就當(dāng)前的情況來看，已經(jīng)有不少?gòu)S商敏銳地嗅到了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重要性，并在城市軌道交通車輛牽引控制中紛紛結(jié)合該技術(shù)，從而開發(fā)出具備網(wǎng)絡(luò)功能的牽引控制系統(tǒng)，推動(dòng)牽引控制的平臺(tái)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。其中平臺(tái)化指以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，準(zhǔn)確把握市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)，了解主要用戶需求，從而利用平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，針對(duì)性地打造更能為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的高效化牽引控制系統(tǒng)平臺(tái)，進(jìn)一步優(yōu)化軌道交通車輛的牽引控制。

（二）信息化、智能化

城市軌道交通系統(tǒng)在近年來得以快速發(fā)展，對(duì)應(yīng)的列車編組方式更為豐富多變，這使得軌道交通管理難度陡然增大。因?yàn)樵谖磥淼某鞘熊壍澜煌ㄜ囕v牽引控制中，不能再局限于速度、控制、安全等傳統(tǒng)需求，而是要更多地考慮牽引控制的整體管理需求，必須構(gòu)建高度自動(dòng)化、智能化的牽引控制系統(tǒng)，合理規(guī)劃城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)，基于信息監(jiān)測(cè)、管理實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的合理牽引控制，智能化調(diào)整牽引速度。由此可見，未來軌道交通車輛的電氣牽引技術(shù)必然會(huì)與信息技術(shù)、人工智能技術(shù)等相結(jié)合，從而基于重聯(lián)控制信息、狀態(tài)監(jiān)視信息、狀態(tài)診斷信息、邏輯控制信息等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化牽引。

（三）模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化

不管是出于需求多樣化考慮，還是出于平臺(tái)化考慮，城市軌道交通車輛牽引控制必然將向模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。將電氣牽引技術(shù)融入標(biāo)準(zhǔn)化模塊中，能過大幅提升電氣牽引系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性與可靠性，同時(shí)能夠有效控制成本。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上可知，城市軌道交通運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展必然是以車輛電氣牽引控制為重心，從而兼顧車輛運(yùn)行的速度、安全、穩(wěn)定與可靠。在信息化時(shí)代下，積極探索軌道交通車輛電氣牽引技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深度結(jié)合路徑，是推動(dòng)前者不斷創(chuàng)新和完善的重要路徑，同時(shí)也是不斷提高城市軌道交通運(yùn)輸水平的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)：

[1]李瀟雅.關(guān)于城市軌道交通車輛電氣牽引技術(shù)發(fā)展[J].中國(guó)新通信，2016，18（10）.

[2]仵曉聰.軌道交通車輛電氣牽引技術(shù)探析[J].科技與創(chuàng)新，2017（21）：51-52.

[3]潘宣伊.論現(xiàn)代軌道交通車輛電氣牽引技術(shù)[J].科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)，2017（11）：30-31.

[4]劉浩源.軌道交通車輛牽引技術(shù)研究[J].冶金叢刊，2019（5）：196-197.