城市轨道交通系统车辆及展望

专业知识分享版使命：加速中国职业化进程摘要介绍城市轨道交通系统各种模式的车辆，涉及轮轨制式地铁系统(包括直线电机系统)、轻轨系统、单轨系统、自动导向系统、磁悬浮系统和无人驾驶系统的车辆。分析我国城市轨道交通的现状，指出国内城市轨道交通领域中的车辆以钢轮为主，并已基本实现国产化。最后对城市轨道交通车辆技术的未来进行展望。关键词城市轨道交通车辆技术特点展望美国的科学家曾对城市居民出行可容忍的时间进行研究，结论是45min。这就是说，一个城市需要有与之规模相适应的、具有最高运行速度的交通工具。目前，世界上居住人口超过1000万的城市约20个，超过100万的城市约300余个，不少城市圈的直径超过50km。因此，最高运行速度为80km/h的交通工具基本可以适应，而目前能承担如此重任的只有城市轨道交通。无论是供给型还是导向型的城市轨道交通，运送出行居民是一致的;无论是什么制式的城市轨道交通，载客的工具都是车辆。自世界上首条地铁线路建成以来，车辆在设计制造技术、性能、功能上都经历了不断发展的过程，出现了不同制式的车辆，以适应不同城市轨道交通模式的需求。1城市轨道交通车辆的制武1．1轮轨制式车辆轮轨制式车辆有钢轮与橡胶轮两种，传统的城轨车辆采用钢轮。橡胶轮车辆在转向架上安装了驱动和导向橡胶轮，驱动橡胶轮运行在混凝土或钢制轨道梁上。橡胶轮具有较高的黏着系数，能发挥较大的启动牵引力和制动力，噪声相对较低，爬坡能力高于常规的钢轮钢轨制式。但是，由于橡胶轮污染环境、使用寿命短，使得技术成熟、适应性强的钢轮钢轨制式仍然在应用上占绝对优势。各种地铁车辆见图1。现代城市轨道交通车辆集机械、电器、计算机、制冷、光学及噪声学等技术于一体，交流异步传动是当前电力牵引的主流模式。国际电工委员会规定的供电电压标准为直流600、750和1500V，我国国标规定为直流750和1500V两种，多数采用A型车的线路和近年来采用B型车的线路都用DC1500V作为供电电压。电气绝缘材料的发展，为地铁车辆采用DC1500V工作电压提供了有利条件。作为轮轨制式特例的直线电机车辆(见图2)于20世纪80年代问世，在技术上采取非黏着驱动，有利于提高车辆的启动加速度和制动减速度，爬坡能力强，电机结构简单;采用径向转向架后，能适应曲线半径为50m的弯道;采用小直径车轮，降低了车辆高度，可用于较小直径的隧道;自重轻，对线路冲击小，车辆运行时噪声相对较小。不过，直线电机车辆受电机功率的限制，车辆较小，载客量少;由于电机气隙较大，损耗也较大，功率因数和效率相对较低。直线电机模式是轮轨制式的特例，只有在特殊的线路条件下应用，才能显示出它的优越性。1．2轻轨系统车辆1879年，在德国西门子公司展示了一列3辆编组的小功率有轨电车后，美国于1888年造出了世界上第一列用于商业运营的有轨电车。在此之后，有轨电车在世界上得到了飞速发展。有轨电车系统是轻轨系统的前身。从20世纪70年代开始，一些国家对城市的旧式有轨电车系统进行技术改造，建成了新型的有轨电车系统(见图3)，将线路建成相对独立或封闭(或半封闭)的形式，将现代科技(包括计算机技术)应用于车辆、通信、信号及供电系统中，提高了系统的安全性、可靠性和舒适性，同时提高了车辆的运行速度。1978年，国际公共交通联合会(UITP)在布鲁塞尔召开会议，将新型有轨电车系统统一命名为LRT(lightrailtransit)，翻译为“轻轨”。目前，世界上已有300多个城市(包括一些大城市)拥有轻轨。轻轨车辆一般采用较小型的车辆，低地板或70%低地板，车站简易，线路设置灵活，最高速度多为60km/h。现代轻轨多采用模块化铰接式多轴车辆，适应城市中转弯半径小的线路和不同客流需求的线路。另外，国际上用于轻轨系统的供电制式多为DC600V和DC750V。1．3单轨系统车辆单轨系统是指车辆在特殊的单轨道梁上运行的城市轨道交通，有跨座式和悬挂式两种类型。轨道梁既承重车辆，又是车辆运行的导向轨道。单轨系统也有百余年的历史:早在1821年，英国人P．H．Palmer开发了单轨线路;1888年，法国人在爱尔兰铺设了约15km的跨座式单轨铁路，采用蒸汽牵引;1893年，德国人EugenLangen研制成悬挂式单轨系统，并在德国的伍珀塔市建成了13km的线路，该系统运营至今，是世界上最古老的单轨模式。1952年，瑞典出生的德国工业家AxellenardWenner-Gren在德国科隆市建成了一条跨座式单轨试验线，采用混凝土轨道和橡胶充气轮胎，获得了最佳效果，并形成了目前通用的ALWEG型跨座式单轨模式。单轨系统采用高架线路，分为跨座式和悬挂式两种，如图4所示。跨座式单轨车辆在轨道上方运行，车辆有3种车轮，走行轮运行在轨道梁上，导向轮在轨道侧面滚动导向，每一转向架另设2个稳定轮，起稳定作用。悬挂式单轨车辆的转向架安装在车厢上方，沿钢轨运行，车轮有钢轮和橡胶轮两种。单轨系统车辆最高速度可达80km/h，列车可有4～6辆编组，其爬坡能力大，易于通过小半径曲线，环境影响小;但是能耗较大，车辆的走行装置结构复杂，价格较高，轮胎寿命短。一般单向运能达1万～2．5万人次/h。1．4自动导向系统车辆为了减少城市的噪声和废气污染等公害，20世纪60年代末，国际上一些国家研制了新型的由导向轨导向的新交通系统，如图5所示。这是一种自动化程度高的轨道快速客运系统，车辆在专用的轨道上定时自动运行，车站上无管理人员，完全由中央控制中心的计算机系统集中控制。一般车辆较小，列车的编组也较短，运输能力也相对较小。自动导向系统的车辆采用全自动无人驾驶，车轮为橡胶轮，在专用的混凝土轨道上运行，导轨系统有中央导向轨和侧向导向两种方式。自动导向系统车辆一般采用低地板，特点是噪声低，爬坡能力大，适应曲线半径小的线路，载客量不大，用得较多的是在机场内部，或在范围不大的区域内接驳乘客换乘其他市区交通。1．5中低速磁浮系统车辆磁