城市轨道交通设备

1、第三章 城市轨道交通设备,第一节 城轨交通概述 第二节 轨道与结构工程 第三节 城轨交通车站 第四节 城轨交通车辆 第五节 信号与通信系统 第六节 供电、环控与给排水系统,第三章 城市轨道交通设备 重点掌握 城市轨道交通系统的发展历史，基本分类，不同轨道交通系统设备的基本功能特点，设备设计与运营要求。,第一节 城轨交通概述,一、历史与现状 二、城市轨道交通基本形式,一、历史与现状,世界上最早的地铁是1863年元月10日在伦敦开通的一段6km长的线路。列车由蒸汽机车驱动，通风也很成问题；这条线路被人们称为“地沟铁路”。不过它运营几年后就电气化了。 目前，伦敦已经建成了由12条线路组成、总长400

2、余km的现代化城市轨道交通系统。,亚洲最早的地铁是日本东京1927年12月开通的浅草-涩谷线。 目前，日本有11个城市拥有城市轨道交通系统，东京50km圈内的轨道交通系统总长达2355km，其中高架铁路1985km，地铁及线性地铁273km。,一、历史与现状,我国最早的地铁是1969年建设的北京地铁。 天津（1984）、上海（1995）、广州（1997）陆续建设了地铁 香港的第一条地铁建成于1975年。 到2001年底，已有10多个城市建成和正在建设轨道交通系统。,一、历史与现状,近年来，随着社会与经济的发展，人口向城市的集中加快，这种城市化导致了城市内部以及城市与市郊之间的众多交通问题。 现

3、代城市交通的目标包括六个方面： 1使人与货物到商业区、学校、工作地等地点的可达性最大化 即实现客货的位移需要，这也是交通运输最基本的目标。,一、历史与现状,2减少交通事故 事故除了直接损失外，还产生了许多难以估计的外部费用。因此，降低交通事故成为所有发达国家与发展中国家共同关心的重要问题。 3使交通对环境的不利影响最小化 随着人口密度的增加，交通引起的环境问题也越来越尖锐。 4引导城市规划目标的实现 交通对城市发展具有诱导作用，交通规划考虑了城市或地区的长期效益，具有较好的可持续性。,一、历史与现状,5保存稀缺资源，尤其是土地和石油 要考虑人类生存和发展的长期后果，考虑发展的可持续性。 6使公

4、众的代价最小化 它反映了社会优化的观点。,一、历史与现状,研究表明：有轨的、运输能力大的交通系统已经成为现代城市发展的重要基础设施。 日本的研究表明：按人公里计算，轨道交通能耗为1时，公共汽车能耗为1.8，私人汽车能耗为5.9，飞机为4.1。 按人公里排放的CO2计算，当轨道交通排放为1时，公共汽车的排放为2.7，私人汽车的排放则高达8.3。,一、历史与现状,轨道交通技术在以下三个领域内取得了较好发展： 1、技术上较为复杂的高速铁路系统在全世界范围内得到了较好的认可和发展； 2、发生在城市中心到民航机场之间。 3、城市轨道交通系统的建设，这些发展很大程度上缓解了城市范围内的交通拥挤，尤其是在私

5、人轿车上下班线路上的拥挤。,一、历史与现状,城市轨道交通系统的设备包括: 车辆、车站、线路、列车、控制以及通信信号系统等；它们的协同工作是为用户提供满意服务的保证。,一、历史与现状,按能力分为： 市郊铁路(Suburbs Rail) 地铁(Subway) 轻轨(Light Rail Transit) 有轨电车(Trolley Bus),二、城市轨道交通基本形式,按构造分为： 铁路 地铁 单轨 导向轨道交通 磁悬浮,二、城市轨道交通基本形式,北美轨道交通系统则分为： 快速轨道交通（RRT） 轻轨交通（LRT） 通勤铁路（CR） 自动导向系统（AGT）,二、城市轨道交通基本形式,主要服务于城市间客

6、货运输 早期的铁路由蒸气驱动的机车牵引 现代铁路则主要有电力和内燃两种机车牵引形式，电力牵引采用高压交流供电方式。,（一）铁路系统,目前，铁路主要是沟通城市边缘与远郊区的手段。由于服务于人口密度相对稀疏的郊区，站间距比较大，它使得列车的运行速度可以提高许多。 目前城市间高速铁路的商业速度已达到250km/h以上，一般地，市郊铁路线路的最高速度可以达到100km/h以上。 市郊铁路主要为通勤者提供运输服务，故有时也称通勤铁路或地区铁路。,（一）铁路系统,为土地紧张的城市中心区提供的一种交通形式，每小时单向最大运送能力可达5万人次以上。 地铁建设投资大，周期长。 现代地铁的牵引多采用电力驱动的动车

7、组方式，供电方式多为直流。各国地铁系统的建设标准不完全相同。,（二）地铁系统,日本还建设了另一种小断面地铁，即线性地铁。 特点：断面较一般地铁要小，可降低建设成本， 此外，它可以采用较小的曲线半径和较大的坡道，也可高架，维护较易，目前在日本已有几条线路建成投产。 线性地铁能力略低于一般地铁系统。,（二）地铁系统,（三）轻轨系统,目前各国采用较多的是形式比较灵活的城市轻轨运输系统（Light Rail Transit或Light Rapid Transit）。 轻轨系统的雏形是城市有轨电车，后者由于与道路交通间的冲突而被淘汰和改造为与道路交通具有一定程度隔离的轻轨系统。,Metrolink列车在

8、车站,轻轨铁路,（三）轻轨系统,一般地，轻轨要求有至少40%的股道与道路完全隔离，以避免拥挤，这也是它区别于有轨电车之处。 轻轨运输系统可以在地面、地下或高架建设，其最大运送能力根据列车编组确定，每列车2节编组时每小时单向能力可达13500人。,（四）特殊形式的轨道交通,1单轨系统 最早的单轨系统一般可以追溯到1821年的英国人Palmer开发单轨所获得的发明专利。 世界上第一条单轨运输线路是1824年在伦敦船坞修建的那条木轨线路，比蒸汽铁路还早，不过它是用马来牵引的。,（四）特殊形式的轨道交通,1888年法国人在爱尔兰铺设的、长约15km的跨座式独轨蒸汽铁路可以被认为是单轨铁路的先驱，它也是

9、有动力单轨铁路走向实用的标志。 1893年，德国人Langen发明了悬挂式单轨车辆 1901年，一条13.3km的悬挂式单轨铁路投入运营，它也是利用街道上空建设单轨铁路的开始。,现代单轨系统有跨座式和悬挂式两种类型。 单轨铁路一般使用道路上部空间，故土地占用较少。 大多数单轨系统采用橡胶轮胎，可以适应急弯及大坡度，对复杂地形有较好的适应性，从而减少拆迁量。 同时，单轨系统建设工期较短，投资也小于地铁系统。 单轨系统每小时单向最大运送能力在8400人至25200人，适用于对速度和运输需求较低的场合。,（四）特殊形式的轨道交通,2自动导向系统（AGT）,自动导向系统（Automatic Guide

10、way Transit）是一种通过非驱动的专用轨道引导列车运行的轨道交通。 在日本，较早的AGT系统是1981年开通的两条线路：一是神户新交通公司开通的三宫-中公园线路，全长6.4公里；二是大阪市住之江公园-中埠头间的6.6公里线路。,自动导向系统,2自动导向系统（AGT）,目前这两条线路均采用无人驾驶的ATO系统，运营速度2227km/h，最大速度达到60km/h；高峰期最小间隔达到了3min左右，能力与单轨系统大致相同。 下图是几类典型的AGT系统。,第二节 轨道与结构工程,一、土质路基的轨道结构 二、隧道内的轨道结构 三、高加桥上的轨道结构 四、结构工程,概述,轨道结构是城市轨道交通系统

11、的重要组成部分，一般由钢轨、轨枕、扣件、道床、道岔及其他附属设备组成。 为保证列车运行的安全，轨道结构应具有足够强度和稳定性、耐久性、绝缘性及适量弹性，且养护维修量小，以确保列车安全运行和乘客舒适。,轨道交通在土质路基上一般宜采用混凝土枕碎石道床，并尽可能敷设无缝线路。,一、土质路基的轨道结构,目前的钢轨形式有三种： 一是槽形钢轨，多用于街道轨道，即路面与钢轨轨面在同一平面的场合，如香港屯门轻铁。 第二种是19世纪应用很广，但目前已经很少采用的双头钢轨，这种钢轨在英国还能见到。 第三种是目前广泛采用的平底钢轨。,（一）钢轨,我国国家铁路的钢轨主要有50kg、60kg与75kg三种类型。 年通过

12、总重在15Mt25Mt时，采用50kg/m钢轨； 在25Mt50Mt时，采用60 kg/m钢轨； 在大于50Mt时，采用60 kg/m或750 kg/m钢轨。,（一）钢轨,从技术性能上分析，60kg/m钢轨重量只增加17.7%，而允许通过的总重量可增加50%。 重型钢轨不仅能增加轨道的稳定性，减少养护维修工作量，而且还能增加回流断面，减少杂散电流。,（一）钢轨,城市轨道交通在经济条件允许下，无论地面线、地下线或高架线，运营正线宜选用重型钢轨。 对车场线来说，由于主要是供空车运行，速度又低，考虑到经济性，选用50kg/m或43kg/m钢轨均是可行的。,（一）钢轨,轨枕是轨道的基础部件，其功能是支

13、撑钢轨，保持轨距及方向，并将钢轨压力传递到道床。 轨枕的种类按构造有横向轨枕、纵向轨枕、短轨枕和宽轨枕四种； 按铺设部位有适用于区间线路的普通轨枕、道岔区的岔枕和无碴桥上的桥枕； 按制造材料可分为木枕、混泥土枕及钢枕三种。,（二）轨枕及扣件,一般情况下，碎石道床的轨枕应尽可能采用常规铁路所使用的预应力混凝土枕。 对采用第三轨受电方式的系统，在安装三轨托架的地方还需使用特殊加长的混凝土枕。,（二）轨枕及扣件,扣件是联结钢轨与轨枕间的中间零件，其作用是将钢轨固定在轨枕上，保持轨距并阻止钢轨的横纵向移动。 有碴轨道的钢轨扣件可采用弹条I型扣件,（二）轨枕及扣件,扣件,道床是指路基之下、轨枕之上的部分

14、。 一般分为道碴道床（有碴道床）和无碴道床两大类。 常见的道碴道床有碎石道床。,（三）道床,土质路基上一般采用碎石道床。 碎石道床结构简单，容易施工，减振、减噪性能较好，造价低； 不足之处是轨道建筑高度较高，轨道维护工作量大。,（三）道床,（一）扣件 （二）扣件型式,二、隧道内的轨道结构,整体道床整体性能好，坚固稳定、耐久； 轨道建筑高度小，减少隧道净空，节省投资； 轨道维修量小，适宜城市轨道交通运营时间长，维修时间短的特点。,（三）道床,1无枕式整体道床 亦称整体灌注式，无枕式轨道建筑高度较小，主要采用就地连续灌注混凝土基床或纵向承轨台。 国外一些国家修建铁路隧道时常采用这种型式，香港地铁和

15、新建的轻轨交通也采用了这种型式，简称PACT型轨道。 这种型式结构简单，减振性能也较好，但施工时需采用刚度较大的模架，施工较为复杂。,（三）道床,2轨枕式整体道床 这种型式道床可分为短枕式和长枕式两种。 （1）短枕式整体道床 这种道床轨道建筑高度一般为550mm左右，轨枕下道床厚度一般不小于160mm，一般设中心排水沟。 这种道床稳定、耐久、结构比较简单，施工方法简便，进度较快。我国北京地铁一、二期工程大多铺设这种道床，经20多年运营，使用状态良好。天津地铁亦铺设了这种道床。,（三）道床,（2）长枕式整体道床 这种道床设侧向水沟，一般长轨枕预留圆孔，让道床纵筋穿过，加强了与道床的联结。 它适用

16、于软土地基隧道，可采用排轨法施工，施工快。 上海和新加坡地铁铺设了这种轨道，使用状况良好。,（三）道床,轨枕 长枕式整体道床,高架桥上的轨道结构也可分为有碴轨道和无碴轨道两种。 有碴轨道和土质路基轨道结构相同。 无碴轨道与有碴轨道相比，可减少桥梁恒载，降低梁的刚度和造价，同时可大大减少轨道维修工作量。 但由于整体道床轨道调整量有限，所以对桥梁徐变及桥墩的不均匀沉降提出了更高的要求。,三、高架桥上的轨道结构,高架桥上通常采用承轨台式轨道结构，分有碴和无碴两种型式 无碴式承轨台是一种整体灌注式的钢筋混凝土结构 有碴式承轨台是一种沿纵向铺设在钢轨下面的条形钢筋混凝土结构，系二次灌注混凝土结构。,三、

17、高架桥上的轨道结构,四、结构工程,（一）地下结构类型及施工方法 轨道交通地下工程的结构类型及施工方法应根据区间隧道及车站的规模、工程地质及水文地质条件和周围环境条件进行技术经济比较确定。,一般常用的结构类型和施工方法有明挖法和暗挖法两种，特殊情况下还可采用一些其他方法。,（一）地下结构类型及施工方法,1明挖法,地下铁道线路在地下几米深时采用。 明挖法采用敞开口开挖或以工字钢桩、钢板桩、地下连续墙、钻孔桩等护壁施工的明挖隧道或车站，一般为现浇整体式矩形钢筋混凝土框架结构。 根据运营需要可做成单跨、双跨或多跨结构，单层、双层或多层结构。,1明挖法,为减少明挖施工对城市的干扰，必要时可采用桩、梁、板

18、等构件，将施工基槽部分或全部覆盖，或者对以地下连续护壁的明挖隧道，采用逆作法尽快完成结构顶板。,明挖法放坡分配,明挖放坡分配,(2) 暗挖法,暗挖法可分为盾构法和矿山法。,在松软含水地层，或地下线路等设施埋深达到10m或更深时，可以采用盾构法（Shield Method）。 盾构既是一种施工机具，也是一种强有力的临时支撑结构。 盾构外形上看是一个大的钢管机，较隧道部分略大，它是设计用来抵挡外向水压和地层压力的。,（1）盾构法,复合式盾构机,结构工程,它包括三部分：前部的切口环、中部的支撑环以及后部的盾尾。 大多数盾构的形状为圆形，也有椭圆形、半圆形、马蹄形及箱形等其他形式。 盾构方法在日本的最

19、早采用是20世纪40年代，广泛应用则是在60年代。,（1）盾构法,盾构施工方法由以下几个步骤组成： 第一，在置放盾构机的地方打一个垂直井，再用混泥土墙进行加固； 第二，将盾构机安装到井底，并装配相应的千斤顶； 第三，用千斤顶之力驱动井底部的盾构机往水平方向前进，形成隧道； 第四，将开挖好的隧道边墙用事先制作好的混泥土衬砌加固，地压较高时可以采用浇铸的钢制衬砌加固来代替混泥土衬砌。,（1）盾构法,盾构法施工概貌,盾构法具有施工速度快、振动小、噪音低等优点，且对隧道上方地面的副作用很少。 在松软含水地层中及城市地下管线密布，施工条件困难地段采用盾构法施工，其优点尤为明显。 近年来，新开发的泥水加压

20、盾构和土压式盾构，对进一步克服盾构施工造成地表隆起和沉降量大，致使周围建筑物、地下管线、道路路面变形和裂缝的缺点，有明显成效，提高了盾构法的生命力。,（1）盾构法,盾构法的缺点是对断面尺寸多变的区段适应能力差。 此外，新型盾构购置费昂贵，对施工区段短的工程不太经济。总的费用一般也比盖挖法要高。,（1）盾构法,矿山法分传统矿山法和新矿山法 传统矿山法施工工艺落后，安全性较差，近年来有逐步被新矿山法取代的趋势。 新矿山法又可称为新奥法或浅埋暗挖法。,（2）矿山法,矿山法施工的隧道一般采用拱形结构，其基本断面型式为单拱、双拱和多跨连拱。 隧道衬砌的作用是加固围岩并与围岩一起组成一个有足够安全度的隧道

21、结构体系，共同承受可能出现的各种荷载，防止地表下沉。 衬砌的基本结构类型为复合式衬砌，由初期支护、防水隔水层和二次衬砌所组成。,（2）矿山法,外层为初期支护，其作用为加固围岩，控制围岩变形，是衬砌结构中主要的承载单元，一般应在开挖后立即施作，并应与围岩密贴，所以最适宜采用喷锚支护。 内层为二次衬砌，通常在初期支护变形稳定后施作，主要为安全储备，承受初期支护腐蚀后所引起的后续荷载； 在初期支护和二次衬砌之间应敷设防水隔离层。,（2）矿山法,（二）高架结构,第三节 城轨交通车站,一、线路 二、车站 三、限界,线路是轨道交通系统中重要的组成部分。 轨道交通运营线路包括三部分： (1)区间结构 (2)

22、车站 (3)轨道,一、线路,线路 按其在运营中的作用，也可分正线、辅助线和车场线。 正线 指载客列车运行的线路，包括区间正线、支线、车站正线及站线。 辅助线 指为空载列车进行折返、停放、检查、转线及出入段作业所运行的线路。 是轨道交通系统的重要组成部分，直接关系到系统运营组织的效率。 辅助线包括折返线、临时停车线、渡线、车辆段出入线、联络线等。,一、线路,一、线路,辅助线的种类： 1. 折返线 列车除在两端车站需要进行列车折返外，根据列车运行交路的要求，中间有折返作业的车站也需设置折返线。 区段运行是指列车根据运行交路的要求，在端点站与中间车站或中间站与中间站之间开行折返列车，这些可折返的中间

23、站上需要配置折返线。折返线的形式应能满足折返能力的要求。,折返线,一、线路,辅助线的种类： 2. 临时停车线 运营过程中，在线运营列车可能会发生故障。为不影响后续列车运行，设计上应能使故障列车及时退出运营正线。一般说来，在轨道交通线路沿线每隔3至5个车站的站端应加设车辆停放线。,一、线路,辅助线的种类： 3. 渡线 停车线仅仅提供了故障列车的临时停放。为使这些故障列车返回车辆段，一般还需要设置渡线，以保证故障列车能及时调头返回车辆段。 渡线的作用是使离开车辆段的故障列车能及时调头返回车辆段。,一、线路,辅助线的种类： 4. 车辆段出入线 车辆段出入线是从车辆段到商业运营正线之间的连接线。车辆段

24、出入线可以设计为双线或单线，与城市道路或其他方式的交叉处可采用平交或立交，具体方案要根据远期线路通过能力需要量来确定。,一、线路,辅助线的种类： 5. 联络线 在城市轨道交通网络中，要使同种制式的线路可以实现列车过轨运行。这种过渡一般通过线与线之间的联络线来实现。,二、车站,车站供旅客乘降的场所。一般应设置在客流量大的集散点和与其他线路交会的地方。车站间的距离应根据实际需要确定，在市区宜为1km左右，在郊区不宜大于2km。,二、车站,1）按车站与地面相对位置分： 地下站、地面站、高架站 2）按车站运营性质分： 终点站、一般中间站、中间折返站、换乘站等 3）按车站结构形式和施工方法分： 明挖站、

25、暗挖站等,轨道交通的线路/车站形式,二、车站,4）按车站站台形式分： 岛式站台、侧式站台、一岛一侧、一岛两侧等车站形式 5）按车站服务的对象及功能可以分为： 城市标志站（作为城市的象征或著名建筑物）、与干线或机场等交通连接的换乘枢纽站（完成与机场或其他交通方式的接续运输过程）、市郊地区车站、农村地区车站等,不同型式的站台,轨道交通车站大多是在城市地区。这种城市车站具有一些不同于城市间车站的特点，主要体现在： 1需要处理的行李很少或没有； 2旅客密度高，流量大，进出口的设计需要更快速有效；因此，车辆设计也包含了较多、较宽的自动门，站台设计一般与车厢地板同高； 3列车间隔较短，一般非高峰期间隔为1

26、0min，高峰期间隔90s；从而不需要太多的等待候车空间和设施。,（一）车站的分类,4需要设计或预留自动售、检票设施。 5当设计成高架或地下形式时，需要注意纵向流通径路；使轨道交通与街道交通保持良好的接续。 6城市车站位于高犯罪区时，要有特殊的保安措施；如闭路电视监控系统灯。 7在郊区车站，需要为巴士、私家车提供乘降设施以及相应的停车存放场所。,（一）车站的分类,（二）车站的组成,大型轨道交通系统的车站一般由四部分组成： 一是车站大厅及广场，它通常是乘客、游客和商人聚集的地方； 二是售票大厅，为乘客出售列车客票； 三是站台，直接供乘客乘降车使用； 四是旅客不经常到达的地方，如车站办公室、仓库、

27、维修设施及铁路股道等。,对城市铁路来说，车站一般包括主体、出入口及通道、通风道及风亭（地下）和其它附属建筑物组成。 车站主体是列车的停车点，它不仅要供乘客上下车、集散、候车，一般也是办理运营业务和运营设备设置的地方。,（二）车站的组成,车站主体根据功能的不同，可分为以下两大部分。 1乘客使用空间 它又可分为非付费区和付费区。 2车站用房 包括运营管理用房、设备用房和辅助用房三部分。 城市中心区的轨道交通车站一般采用地下形式，车站相应地建设于地下。 在市中心区以外的地点，轨道交通车站可以考虑采用地面或高架形式。,（二）车站的组成,（三）车站规模,轨道交通系统车站规模主要根据车站设计客流量（容量）

28、确定。一般可以参照日均乘降客流量和高峰小时客流乘降量来综合确定。 车站规模一般可以分为小型站、中型站、大型站和特大型站。 根据欧洲的经验，车站设计要考虑“高峰中的高峰”，例如，设计中一般要考虑15min最大流量，它是按高峰小时流率的30%计算（正常为25%）。类似地，5min最大流率按15min的40%计算。,地铁车站规模主要根据车站远期预测客流及所处位置确定，一般可分为三级： A级：客流量大、地处大型客流集散点以及地理位置十分重要的车站 B级：客流量较大、地处市中心或较大的居住区的车站 C级：客流量较小、地处郊区的各站,（三）车站规模,轻轨车站规模分级： 小 型 站：5万人次/日以下，高峰小

29、时乘降量0.5万人次/h以下 中 型 站：5-20万人次/日，高峰小时乘降量0.5-2.0万人次/h 大 型 站： 20-100万人次/日，高峰小时乘降量2.0-10.0万人次/h 特大型站： 100万人次/日以上，高峰小时乘降量10.0万人次/h以上 注：特大型站的日均乘降客流量为多条线路合计量。,（三）车站规模,轻轨车站的站间距一般在1km左右。在郊区站间距可以略大一些，在市中心区则可以更短一些。,（三）车站规模,三、限界,限界(Load Gauge )是指列车沿固定的轨道运行时所需要的空间尺寸。 限界越大，安全度越高，但工程量及工程投资也随之增加。,（一） 限界的种类,根据轨道交通系统的

30、构成和设备运营要求，限界可以分为车辆限界、设备限界、建筑接近限界和接触轨或接触网限界。 限界的确定需要根据车辆外轮廓尺寸及技术参数、轨道特性、各种误差及变形，并考虑列车在运动中的状态等因素，经过科学的分析计算后确定。,（一） 限界的种类,1、车辆限界 坐标系 车辆轮廓限界 车辆限界,（一） 限界的种类,2、设备限界 设备限界是为保证轨道交通系统的列车等移动设备在运营过程中的安全所需要的限界。设备限界要在车辆限界的基础上，考虑轨道出现状态不良而引起的车辆偏移和倾斜；此外，还要考虑适当的安全预留量。,（一） 限界的种类,3、建筑接近限界 建筑接近限界是指在行车隧道和高架桥等结构物的最小横断面所形成

31、的有效内轮廓线基础上，再考虑其施工误差、测量误差、结构变形等因素，为满足固定设备和管线安装的需要而必须的限界。,（二）区间直线地段的限界,1、隧道建筑限界：在既定的车辆类型、受电方式、施工方法及结构型式等基础上确定的隧道的建筑限界。 它分为矩形隧道建筑限界、圆形隧道建筑限界、马蹄型隧道建筑限界三种类型。 2、高架桥建筑限界,（三）曲线地段及道岔区建筑限界,对曲线或道岔地段而言，运行中的车辆在平面和立面上都产生一定的偏移量，故其建筑限界应进行加宽和加高。 曲线加宽应分内侧加宽和外侧加宽，加宽量可根据科学计算来确定。,（四）车站限界,一般站台边缘与车厢外侧之间的空隙设置100mm为宜，站台面的高度

32、应低于车厢地板面50mm100mm较为合适。这个数值与车辆质量及运营水平有关，也与线路和车站工程的施工质量有关。 （五）国外限界,第四节 城轨交通车辆,一、车辆的构成 二、车辆的主要技术参数 三、我国车辆标准 四、车辆段,一、车辆的构成,城市轨道车辆应具有先进性、可靠性和实用性，满足容量大、安全、快速、舒适、美观和节能的要求。 车辆一般可按有无动力分为动车和拖车两类 车辆也可按有无驾驶室分为带司机室车和不带司机室车两类,一、车辆的构成,能独立运行的一组车辆一般称为动车组。最早的多单元动车系统是1897年Sprague在芝加哥南部高架上发明的。这种系统中，每辆车均有电机，但全部由第一辆车的驾驶员

33、操纵。 与铁路列车不同，城市轨道交通系统的动车组是一个整体，其发动机、控制系统等是在生产过程中定制的，一般不能在运营过程中任意拆装组合。 多单元列车的重要性体现在可以在不减少列车牵引力的条件下增加列车编成，因为每组车均有动力。牵引力是重量与驱动轮数量的函数，在多单元系统，整个列车（而不是机车）的重量都施加于驱动轮对，故对每辆车来说，它可以有更大的加速度，从而可以增加列车平均速度，减少运营费用。,一、车辆的构成,地铁车辆有动车和拖车、带司机室车和不带司机室车 A型带司机室拖车 B型无司机室带受电弓的动车 C型无司机室不带受电弓的动车 我国推荐的轻轨电动车辆有3种型式：4轴动车、6轴单铰接式和8轴

34、双铰接式车。,一、车辆的构成,城市轨道交通车辆由车体、转向架、牵引缓冲装置、制动装置、受流装置、车辆内部设备、车辆电气系统7大部分组成。,车体是容纳乘客和司机（如有司机室时）的地方，多采用整体承载的钢结构、轻金属结构或复合材料结构。车体本身又包括底架、端墙、侧墙及车顶等部分。 特点： 1）一般为电动车组，有单节、双节和3节式等，有头车（即带司机室车辆）和中间车，以及动车与拖车之分； 2）座位少，车门多且开度大，内部服务于乘客的设备较简单； 3）重量的限制较严格，特别是高架轻轨车和独轨车，要求轴重小，以降低线路的工程投资；,（一）车体,4）为使车体轻量化，车体承载结构和其他辅助设施尽量采用轻型化

35、材料； 5）对车体的防火要求严格，在车体的结构及选材上采用防火设计和阻燃处理； 6）对车辆的隔音和减噪有严格要求； 7）由于用于市内交通，对车辆的外观造型和色彩都有美化和与城市景观相协调的要求。,（一）车体,车门结构,城市轨道交通车辆的车门一般采用压缩空气为动力的风动门，也有采用电气驱动的车门。 由于车辆运载客流量大，乘客上下车频繁，一般车体每侧车门开度较大，数量也较多，例如，上海地铁车每侧设有5扇内藏嵌入式对开拉门1900mm1300mm（高宽）。 在带司机室车（A型）的前端中央还设有应急安全疏散门，在紧急情况下，做成可伸缩的套节式踏级板可向前放下到路基上，列车内的乘客可通过此踏级板疏散到路

36、基上。,（二）转向架,转向架装设于车辆与轨道之间，是车辆的走行部分。 分动力转向架和非动力转向架 动力转向架装设有牵引电机、减速箱以及集电器（受电靴）装置等。,（三）牵引缓冲装置,车辆的连接是通过车钩实现的，车钩后部一般需要装设缓冲装置，以缓和列车运动中的冲击力。,（四）制动装置,制动装置是保证列车运行安全的装置。无论动车或拖车均需设摩擦制动装置。 城市轨道车辆的制动装置除常规的空气制动装置外，还有再生制动、电阻制动以及磁轨制动（轻轨车辆上常用的方式）。,制动方法,（1）摩擦制动：包括闸瓦制动和盘式制动 （2）电气制动：包括电阻制动和再生制动 （3）电磁制动：包括磁轨制动和涡流制动 磁轨制动是

37、将电磁铁落在钢轨上，并接通激磁电流将电磁铁吸附在钢轨上，通过磨耗板与轨面摩擦产生制动力。 涡流制动是将电磁铁落至距轨面710mm处，电磁铁与钢轨间的相对运动引起电涡流作用形成制动力。 电磁制动的最大优点是所产生的制动力不受轮轨间的粘着条件限制。,城市轨道交通车辆一般均采用再生制动与电阻制动相结合的电制动优先、空电联合制动方式，保证在制动系统允许的条件下得到尽可能大的制动减速度。,（四）制动装置,（五）受流装置,从接触导线（接触网）或导电轨（第三轨）将电流引入动车的装置。也称为受流器。 一般有： 杆形受流器（多用于城市无轨电车） 弓形受流器（多用于城市有轨电车） 侧面受流器（多用于矿山货车） 轨

38、道式受流器（第三轨受流） 受电弓受流器（适用于高速干线）,（六）车辆内部设备,服务于乘客的车体内部固定附属装置（如车灯、广播、空调、座椅等） 服务于车辆运行的设备装置（如蓄电池箱、继电器箱、主控制箱、风缸、电源变压器等）,（七）车辆电气设备,各种电气设备及其控制电路 包括：主电路系统、辅助电路系统、电子控制电路系统 城市轨道交通车辆的电气部分主要是按功能和系统以屏、柜及箱体的形式安装在车厢内及悬挂固定在车体底部车架上。为了使车厢用于载客部分的空间尽量多，电气箱柜绝大部分安装在车体底下的空间。,二、车辆的技术参数,1车辆自重、载重与容积 2车辆构造速度 按安全及结构强度所允许的车辆最高行驶速度。

39、 3轴重 指车辆在某运行速度范围内一根轴允许负担的包括轮对自身重量在内的最大总质量。 4通过最小曲线半径 与转向架类型及设计有关。 5最大起动加速度 包括平均起动加速度和最大制动减速度。,6制动形式 有摩擦制动、再生制动、电阻制动和磁轨制动等形式。 7轴配置或轴列数 如四轴动车一般设两台动力转向架，六轴单铰轻轨车一般两端为动力转向架，中间为非动力转向架。 8供电电压、最大网电流、牵引电机功率。 9座席数及每平方米地板面积站立人数 它与车辆大小尺寸有关，也与设计的服务水平有关。,二、车辆的技术参数,设计车辆时，要考虑的主要尺寸有： 1车辆最大宽度与最大高度 涉及车辆限界。 2车体长度、高度、宽度

40、 有内外部之分。 3车钩中心线距轨面高度 简称车钩高度。目前，城市轨道车辆的车钩高度还没有统一标准。例如，北京地铁车钩高度为670mm，上海地铁为720mm。我国城市间铁路车辆的车钩高度则规定为880mm。 4地板面高度 指新造或空车高度。北京地铁为1053mm，上海为1130mm。 5车辆定距 指车辆两相邻转向架之间的距离。,二、车辆的技术参数,城市轨道交通车辆 有轨电车的车辆： 有轨电车其行驶线路曲线半径小，旧式有轨电车车辆长度一般在12m，宽度一般在2-2.4m。一般编组1-2节。 70年代以后的有轨电车采用新技术，故现代有轨电车与轻轨车辆已无多大差别。,三、我国车辆标准,轻轨系统车辆

41、四轴车车辆长度不超过20米，每侧不少于3个车门；六轴车不超过25米，每侧至少4个车门；八轴车不超过30米，每侧至少5个车门。 轻轨车辆的优点是因地制宜，如供电方式有600、750、1500V，车辆宽度在2.4-2.65米。长度也有较大差异。,三、我国车辆标准,基本要求 每列车载客量：1000人(座席+6人/m站席) 列车编组： 最多3辆 列车长度： 最长100米 列车宽度： 最大2.65米 速度： 最大80km/h 轨距： 1435mm 单向能力： 一般3000-31000人 车辆： 高地板车： 0.9-1.0m 低地板车：0.3-0.35m 车体设计寿命： 30年以上 大修周期： 8年/50

42、000km。 车门开度 1300-1350*1950mm,三、我国车辆标准,广州地铁车辆 车辆：21列126节 列车编组6辆 A(T)+B(M)+C(M)+C+B+A 车辆宽度3米 高度3.8米 电压1500VDC 初始加速度1.0m/s 最大减速度1.3m/s 最大速度80km/h,车辆自重 33T(A),36T(B,C) 每节车每侧设内插式车门5对 净开宽度 1.4米 额定载客： 6人/米-310人/节 9人/米-432人/节 6节列车总长度：140米 电机额定功率： 190千瓦 常用制动： 再生制动 紧急制动： 电阻制动 生产厂家： 德国Adtranz公司 平均价格： 180万美元,三、

43、我国车辆标准,上海地铁车辆 车钩连接面间长度 24140mm(拖车) 22800mm(动车)； 最大宽度： 3000mm 轨顶面到车顶高度：3800mm 车钩水平中心线到轨顶面高度：720mm 轴距： 2500 mm 轨距： 1435mm 轮径： 840mm； 自重： 32t(拖) 38t(动) 坐席数： 62 最大载客数：410人,最高速度： 80km/h 起动平均加速度： 0.9m/s2,(六节编组) 1.0m/s2 (八节编组) 常用制动平均减速度：1.0m/s 紧急制动平均减速度：1.3m/s 轴重： 14t 电网电压：1500VDC +20% -30% 产地： 德国 平均价格：127

44、万美元 全部车辆： 96辆。,三、我国车辆标准,上海ALSTON公司轨道交通车辆 DC1500V， 列车总长77.86m， 车辆长度19.49m(Tc)，19.44(Mp)， 车辆宽度2.6m， 高度3.8m。 地板高度1140mm，每侧车门4； 车门开度1.3m， 列车座位172， 载客能力 836人(6人/米)， 1170人(9人/米)。 转向架轴距 2000mm， 车辆定距 12000mm， 车轮直径 840mm。,最大速度：80km/h。 平均起动加速度(0-30km/h)：0.8m/s 平均常用减速度(80-0km/h)：1.0m/s 平均紧急减速度(80-0km/h)：1.3m/s

45、 过坡能力：3% 曲线： 正线140米 站场线80米,三、我国车辆标准,国产地铁出口客车参数 地铁客车 双层客车 硬座定员： 46/190 172 软座定员： 40/180 n.a. 车体长度： 19000 25500 宽度： 2600 3105 高度： 3705 4750 构造速度： 80 140 轮径： 860 915 首台年代： 1998 1998,四、车辆段,车辆段是城市轨道交通系统中对车辆进行运用管理、停放及维修保养的场所。 一般地，一条线路可设一个车辆段；线路长度超过20km时，可以考虑设一个车辆段、一个停车场。 车辆段主要承担的任务有列车的运用及定期检修作业。 车辆修程可根据车辆

46、的质量及管理水平确定，目前国内各城市的地铁采用的修程基本上分四种，厂修、架修、定修、月修，但各城市所采用的检修周期不同。如北京地铁车辆达到90万公里进行厂修，而上海地铁车辆需达到100万公里进行厂修。,四、车辆段,车辆段的线路布置 车辆段的设计原则： (1)收发车顺畅 (2)停车检修分区合理 (3)用地布置紧凑,车辆段一般可布置成贯通式或尽头式 贯通式车辆段可以两端分别收发车，能力较高，停车列检库一股道可以停3列车； 尽端式车辆段停车列检库一股道可以停2列车。,四、车辆段,贯通式车辆段布置图,车辆段根据其布局还可分为多层式与平面式两种。多层式用地节省，但技术复杂，工程费用比较大。欧洲不少城市有

47、采用这种方式的车辆段。我国北京的古城、八王坟和上海的新龙华均采用平面式。 车辆段内需要设置的设备有列车运用车间、运转值班室、信号楼等。为进行车辆作业，需要设置列车牵出线。车辆段的另一重要设备是列检库，列检库库线一般应按运用列车数的30%设置。,四、车辆段,第五节 信号与通信系统,一、信号系统 二、通信系统,概述,轨道交通的通信系统是指挥列车运行、组织运输生产及进行公务联络的重要手段。 轨道交通的通信系统包括光纤数字传输系统、电话交换系统、闭路电视监控系统、无线通信系统及车站广播系统等部分。 信号系统的作用是确保行车安全，提高运输效率、改善行车有关人员的劳动条件。,信号系统与行车密度有着密切关系

48、，不同的行车密度应选择不同的信号系统，以保证工程设计技术经济合理，满足运营要求。 目前，轨道交通系统的信号设备可分为两大类：传统信号系统和现代信号系统。,一、信号系统,（一）传统信号系统,传统信号系统是由信号、联锁、闭塞、机车信号与自动停车、调度集中等设备组成的。,信号机有进出站信号机，道岔防护信号机、通过信号机、进出段信号机、调车信号机等。 在采用了列车自动防护系统ATP的区段，可不设通过信号机，在采用列车自动控制系统ATC的情况下，车站可不设进出站信号机。,1信号装置,信号机应设在列车运行方向的右侧，特殊情况也可设于左侧。 城市轨道交通采用色灯信号机，红色表示停车；黄色表示限速或注意运行；

49、绿色表示按规定速度运行；月白色表示允许调车。,1信号装置,目前联锁设备有继电联锁和微机联锁。联锁设备的功能是排列进路、开放信号，保证道岔、信号和轨道区段间的联锁，监视列车运行和信号设备状态。,2联锁,关于某特定股道上有无列车占用的最简单、有效的方法是采用轨道电路，轨道电路也是目前所有信号技术的基础。,3轨道电路,轨道电路技术的选择与发展主要有三个目标： （1）信号频率的选择要能够避免牵引电流的干扰。 （2）为实现列车的平稳行驶，减少维修工作量和事故发生率，要尽量消除分隔轨道电路的绝缘节；目前可采用音频选频方式以实现无绝缘节轨道电路。 （3）要尽量增加轨道上的信号电流的信息含量。,3轨道电路,闭

50、塞是指轨道交通系统为保证列车按空间间隔安全运行的一种技术方法。 城市铁路系统大多采用自动闭塞。自动闭塞的基本功能是检测区间占用和关闭状态，实现列车间隔控制，提供机车信号信息。 自动闭塞是将线路用轨道电路或其他的列车占用检测装置划分为若干闭塞分区，保证列车按照空间间隔制运行的一种技术方法。 自动闭塞可分为固定自动闭塞、移动自动闭塞、双向自动闭塞和单向自动闭塞。,4自动闭塞,基于地面信号的固定闭塞条件下，列车的位置信息可以通过色灯信号颜色的显示来判定。 在快速轨道、地铁与轻铁系统中，列车速度较低，制动率大，制动距离较短，两相位信号很常见。驾驶员一般可以在规定时间内辨别信号，在困难情况下，也可以设置

51、复述信号。 当列车速度更高、间隔更小时，可以采用三相位信号。它使得列车间隔更小，从而更有效地将行进信号与其前方的预告信号结合起来。 四显示系统使列车可以从更高的速度开始减速，从而列车间隔可以更短。,4自动闭塞,传统信号技术中的最新技术是移动闭塞，即两列车间的空间允许距离根据线路条件、列车运行速度、控制性能等因素动态决定。这种方式可以显著地缩短列车间的运行间隔，更有利于发挥线路的通过能力。,4自动闭塞,现代信号系统有以下6个基本目标： 1以安全的方式控制列车有条件地前进； 2使本列车与前行车或股道尽头保持安全距离； 3防止出现列车冲突进路； 4使列车能够按要求的时间间隔运行； 5使列车能够按时刻

52、表速度运行，以最大程度地避免危及安全的各种干扰； 6保证关键点锁闭在正确位置。,（二）现代信号系统,列车自动控制ATC系统的基本原理是对列车自动进行控制，使其速度不超过由地面信号设定的限制速度。 （1）ATP列车自动防护系统 (Automatic Train Protection） （2）ATS列车自动监督系统(Automatic Train Supervision) （3）ATO列车自动操纵系统(Automatic Train Opration),（二）现代信号系统,列车自动防护（ATP, Automatic Train Protection）主要用于对列车驾驶进行防护，对与安全有关的设备或

53、系统实行监控，实现列车间隔保护、超速防护等功能。 ATP的工作原理是：将信息（包括来自联锁设备和操作层面上的信息、地形信息、前方目标点信息和容许速度信息等）不断从地面传至车上，从而得到列车当前容许的安全速度，依此来对列车实现速度监督及管理。,1列车自动防护,ATP子系统的功能包括：自动检测列车的位置和实现列车间隔控制，以满足规定的通过能力； 连续监视列车的速度，实现超速防护，当列车实际速度大于允许速度时，施加常用制动，当列车速度大于最大安全速度时，施加紧急制动，保证列车不冒进前方列车占用的区段。,1列车自动防护,列车自动操纵（ATO, Automatic Train Operation） 自动

54、驾驶，主要用于实现“地对车控制”，即用地面信息实现对列车驱动、制动的控制。 由于使用ATO，列车可以经常处于最佳运行状态，避免了不必要的、过于剧烈的加速和减速，因此可显著提高旅客舒适度，提高列车准点率及减少轮轨磨损。 通过与列车再生制动配合，还可以节约列车能耗。这里，列车自动操纵（ATO）有时是为了避免与列车自动控制（ATC）混淆。,2列车自动操纵,ATO的优点是可缩短列车间隔，提高了线路的利用率和行车的安全可靠性。 ATO子系统的功能包括：控制列车在允许速度下运行，并自动调整列车的速度，列车在区间或站外停车后，一旦信号开放，即可自动启动，系统控制列车到达站台的最佳制动，使列车停于预定目标点，

55、停站结束后，保证车门关闭后，列车能自动启动；当列车到达折返站时，自动准备折返。,2列车自动操纵,列车自动监视（ATS, Automatic Train Supervision） 主要是实现对列车运行的监督，辅助行车调度人员对全线列车运行进行管理。它可以显示全线列车运行状态，监督和记录运行图的执行情况，为行车调度人员的调度指挥和运行调整提供依据；如对列车偏离运行图时及时做出反应，等。 通过ATO接口，ATS还可以向旅客提供运行信息通报，包括列车到达、出发时间，列车运行方向，中途停靠点信息等。,3列车自动监视,ATS子系统的功能包括：自动显示列车车次、运行位置和信号设备工作状态，自动或人工办理进路； 编制和管理列车运行图，自动调整运行计划，自动描绘