跨座式单轨铁路的特点及其应用前景

跨座式单轨铁路的特点以及其应用前景摘要:跨座式单轨交通系统由线路、车辆系统、机电设备、车辆段及综合维修基地等部分构成,其单轨铁路轨道梁既是承重的桥梁构造,又是支承和导向的轨道;车辆采取橡胶轮胎,通过安装在转向架两侧的导向轮和稳定轮来导向和稳定车体。构造上的特点使得其走行机理、轮轨关系都与惯例地铁、轻轨有很大差异不同。技术上的特点重要具体表现出在车辆的转向架、轨道梁和线路道岔三方面,走行机理完全不同于钢轮———钢轨系统,轨道梁蒙受较大的扭转荷载。就性能而言,跨座式单轨铁路具有占用空间少,适应地形好,舒坦环保等特点。本文关键词语:单轨铁路;跨座式;构造;性能;综述1概况跨座式单轨铁路(straddletyperailway)就是只通过单根轨道来支承、稳定和导向,车体骑跨在轨道梁上运行的铁路。上第一条跨座式单轨铁路线诞生于1888年,是由法国人charlelarligue设计,在爱尔兰铺设的,线路长约15km,由蒸汽机车牵引,最高速度h43km·-1游览速度29km·h-1,这条线路一直运行到1924,年10月[1]。在第二次世界大战以后,随着科学技术的进步,跨座式单轨铁路技术才遭到各方看重,逐步完善和成熟起来。1952年,德国工业家axellenardwenner2gren在德国科隆附近的菲林根建造了一条单轨线进行实验研究。经过反复试验,于1958年得出这样的结论:采取跨座式、混凝土轨道和橡胶充气轮胎能到达最好的效果。这就是当前所称的alweg型跨座式独轨铁路。后来美国、日本和意大利等很多国家都修建了这种形式的独轨。其中尤以日本建成的线路最多。60年代初期,日本的工程师将改进后的al2weg型跨座式单轨铁路用作游乐园、动物园的游览车。1964年,东京修建的从市中心到羽田机场的单轨线,开始把跨座式单轨铁路作为城市公共交通的运输工具[4]。羽田线成为旅客出入羽田国际机场的主要通道,在东京城市交通中发挥侧重要作用。之后,日本的大阪、北九州等城市也相继修建了跨座式单轨铁路。至1993年,各国运营中的跨座式单轨线路共有13条[1](如表1所列);至2000年3月,日本有4条跨座式单轨线处于建设中[2](如表2所列)。表1各国运营中的跨座式单轨铁路表2日本建设中跨座式单轨铁路(2000年3月)2构造特点与惯例铁路相类似,跨座式单轨交通系统也是由线路、车辆系统、机电设备、车辆段及综合维修基地等部分构成,同时,作为一种技术先进的城市轨道交通,单轨铁路某些部分的构造又有其独特之处,其构造的特殊性重要在于线路和车辆系统(如此图1所示)。图1跨座式单轨轨道梁与车辆断面图/mm2.1线路跨座式单轨铁路通常采取全封闭的高架系统,它的线路部分包含轨道梁、支柱、高架车站及单轨道岔。其中轨道梁和线路道岔具有非常独特的构造型式。(1)轨道梁跨座式单轨的轨道梁有预制混凝土轨道梁和钢制轨道梁两种。大多数跨座式单轨铁路都采取标准预制混凝土轨道梁,跨度为20m～22m,断面一般采取工字型中空截面,高度为1.5m,宽度为0.85m[3,5]。轨道梁采取预应力混凝土(pc),全部由专用模板制成,具有较高的精度。当跨度大于22m或轨道梁建筑高度很高时,原则上采取钢制轨道梁。钢制轨道梁断面一般采取箱型截面。(2)单轨道岔跨座式单轨道岔是有一定长度的道岔梁,一端能够移动,每片道岔梁均固定在一个支承台车上,由台车上的电动机驱动,操作安全、可靠。跨座式单轨道岔能够分为两种类型:一类是柔性铰接型,可使道岔连续弯成曲线;另一类为简易铰接型,转辙时道岔梁在转辙点前方坚持一定间隔的直线,用于车库内部或低速区段[6]。根据连接线路的数量和形式,跨座式单轨道岔又可分为单开道岔、穿插道岔和三开道岔。2.2车辆系统跨座式单轨列车采取专用的跨座式单轨电动车组,由四节、六节或八节车辆编组[7];列车两端的车辆带有司机室;每节车辆由车体和两台转向架共同构成。跨座式单轨车辆的车体、车内设备、车门等的构造都与普通城市轻轨车辆相类似。车体采取轻合金焊接构造,重量轻,具有很好的耐火性能。转向架是车辆的核心部件,也是最能够具体表现出跨座式单轨系统运行特点的部分。跨座式单轨车辆的转向架为二轴转向架,车轴为单悬臂固定在转向架上,每根轴上装有两个走行轮,直径为1006mm,是充入氮气的橡胶轮胎。转向架两侧上方各设两个导向轮,下方各设一个稳定轮,它们都是充入空气的橡胶轮胎,直径为730mm[8]。为防止轮胎放炮,三种车轮都装有钢制备用轮,并设有轮胎检测装配。转向架构架是钢板焊接构造,不设置摇枕,车体直接支承在空气弹簧上,既保证舒坦性又能到达轻量化的目的。3技术特点构造的特殊性决定技术的特殊性,跨座式单轨铁路的供电、通信、信号、环控通风、给排水、防灾报警、自动检售票等机电设备与惯例轨道交通基本一样,车辆段及综合维修基地也没有太大差异不同,因此其技术上的特点重要具体表现出在车辆的转向架、轨道梁和线路道岔三个方面。车辆的转向架采取骑跨在轨道梁上的构造,采取走行轮传动,通过设在转向架两侧的水平轮胎导向和稳定车体,这一点不同于惯例铁路采取的钢轮-钢轨系统,走行轮对同时兼有传动和导向的功能。除此之外,橡胶轮胎与轨道梁接触的变形和受力机理都不同于钢制轮轨。因此转向架的技术比较独特,需要进行深切进入系统的研究。跨座式单轨铁路的轨道梁不仅仅是承重的桥梁构造,同时也是支承和约束车辆行驶的轨道,除此之外轨道梁还是牵引电网的载体,因此,它是集多种功能于一体的建筑构造,既要有足够的强度,又必需具有足够的精度。线路道岔也是集导向和承重于一体的构造,因此较高的承载能力和搬动时的轻便灵敏对于道岔构造同等主要。道岔的性能直接影响线路的安全性、平稳性和运营效率,因此,单轨铁路的道岔技术非常主要。4走行特点在轨道梁上行驶的城市单轨车辆转向架上装有三种轮胎:走行轮、导向轮和稳定轮(如此图2所示),它的走行机理与钢轮-钢轨系统完全不同。在列车运行经过中,走行轮始终与轨道梁顶面接触,轮胎的弹性重要缓冲车辆竖向振动;导向轮和稳定轮则起到缓冲车辆横向振动的作用。假如转向架在平衡位置没有位移,导向轮和稳定轮将以有效半径向前滚动;当转向架发生横向位移(横移、侧滚、摇头)时,导向轮和稳定轮随之产生偏移,这时单侧或双侧的水平轮胎会遭到轨道梁侧面的径向压力,这种压力将迫使转向架回到平衡位置。图2单轨车辆的走行系统钢制轮轨的导向是由钢轨约束轮对的横向和竖向位移,再通过一系悬挂、二系悬挂将这种约束依次传递给转向架和车体。而单轨系统则是导向轮和稳定轮重要蒙受轨道梁的横向约束,走行轮重要蒙受竖向约束。横向约束通过导向轮和稳定轮传递给转向架;竖向约束由走行轮传递给转向架,再传递给车体。跨座式单轨车辆的走行特点,将使轨道梁蒙受较大的扭转荷载。5性能特点将跨座式单轨系统的车辆技术参数、线路技术参数以及运营组织形式等与普通高架轻轨系统进行比较(如表3所示),能够看出单轨铁路在性能方面具有下面特点:(1)单轨铁路与惯例轻轨同属于中等运量的轨道交通,工程投资和运营费用相近。表3跨座式单轨铁路与高架轻轨的性能比较[9]噪音较低较高其环境问题日照较小较大它城市美观较小较大方面搭车舒坦性好较好工程施工期短较短注:11括号中数字为带有司机室车辆的参数。21轻轨车辆的参数为4轴车辆的相应数据。(2)跨座式单轨铁路具有如下优点:①能有效利用城市空间轨道梁的梁宽很小,支柱构造细长,占地面积很小,能够建在道路的分隔带和较狭窄街道上;走行轮的摩擦系数较大,列车爬坡能力强,车辆轴距小,能通过较小的曲线半径,因此适应地形能力强,能够在建筑物密集和地形起伏大、坡陡弯急的地方建造。②乘坐舒坦转向架采取充气的橡胶轮胎和空气弹簧,因此车体振动很小。车厢配有冷暖空调装配和机械通风装配,窗户宽大、视野开阔,具有很好的舒坦感。③运行安全、正点车辆运行速度快、加减速性能好,三种轮胎都配有钢制备用轮胎,充足保障了系统的运营安全。系统的运行采取全封闭形式,与其它交通形式不互相干扰,因而单轨列车运行稳定、安全、正点。④对环境影响小车辆采取橡胶轮胎,降低了噪音;列车采取电力牵引,无废气产生;而且由于是直流电源供电,不产生电磁波,所以对沿线的环境和居民生活影响很小。除此之外由于轨道梁宽度很小,对地面的遮光很小;同时车辆的供电装配设在轨道梁上,没有架空接触网,给行人的压抑感也小。⑤施工简便,工期短标准轨道梁能够在工厂预制,现场拼装,进而缩短建设工期;牵引电网接触导线刚性布置在轨道梁的侧壁,也比架空接触网和第三轨受电方式施工简便,工期短。(3)跨座式单轨铁路的缺点有:①道岔构造复杂由于线路道岔构造复杂,搬动比较费时,因此限制了列车运行间隔不能低于215min。②能耗较大由于走行轮胎和轨道梁之间的摩擦系数较大,因此能源消耗较大。6适用范围跨座式单轨铁路是城市综合交通体系的一个有机构成部分,能够与其它交通方式配合使用。对整个交通系统进行规划时必需考虑:不出现交通壅塞和拥挤,交通事故发生率低,对环境影响小;搭车方便,等车和搭车时间短;有足够的运输能力;经济性能好,造价和运营费用低;乘坐舒坦;随着城市的发展,能灵敏地知足对交通运输的需要。跨座式单轨铁路能知足上述6个条件中的大部分,因此,它是利用范围很广泛的交通工具。一般地,跨座式单轨铁路用于下述情况:(1)建成市区内的环状路线,用做公务交通;(2)作为市中心与第二中心之间的连接线;(3)作为居与商业区、游览景点之间的运输线;(4)用作大城市的通勤干线或地方城市沿城市轴线的干线;(5)连接卫星城和城市中心区的线路;(6)作为城市综合交通系统的有机构成部分,与机场、火车站或其它城市对外枢纽站相连接。7应用前景7.1跨座式单轨铁路是改善中国城市交通状态的有效途径之一我们国家城市的现有的交通系统存在众多问题,比较突出的有三个方面:高峰时段堵塞和拥挤严重;交通构造单一;对环境的影响较大[11]。导致交通不畅的根本原因在于现有的城市交通构造过于单一,大、中运量的轨道交通在城市交通中的比重太小。市区的旅客运输重要由公共汽车、无轨电车等惯例公交工具和自行车承当。迄今为止,全国只要北京、上海和广州三个城市有地铁和轻轨运营线,而且运营里程都不长(分别为北京94.7km;上海95.2km;广州27.3km),仍然不能知足日益增加的交通需求。要从根本上解决我们国家城市交通存在的问题,就必需调整现有的交通构造,建立综合交通系统。规划和建设综合交通系统的首要任务是合理规划和发展各种轨道交通。作为中等运量的轨道交通,跨座式单轨铁路是符合我们国家城市需求的交通形式。跨座式单轨铁路具有比地铁成本低、工期短,比轻轨高架线占地少、污染小、能有效利用道路隔离带,适于建筑物密度大的狭窄街区的优点,除此之外,单轨交通的车辆和轨道容易检查和维涵养护,轨道使用寿命长。相对于上述优点而言,单轨的缺点影响不是很大,不足以阻碍其使用。因此,它不失为大城市客流中等的交通线路和中等城市重要交通线路的较好选择。十分是在地形条件复杂,利用其他交通工具比较困难的情况下,更能具体表现出其优越性。能够以为,建设和发展单轨铁路是改善我们国家城市交通状态的一个有效途径。7.2中国修建跨座式单轨系统的技术可行性日本、美国及澳大利亚等国家都