城市轻轨电车的探索.pdf

城市车辆20 0 0/2 城市轻 轨电车的探 索 常州工矿 车辆 有限公司张志铭 茹她铁线开通 , 我国又有十多 个城市在筹建不同的轨道交通系统 , 这表明 , 轨道交通建设在我国各大城市交通车辆发展 掀起了新高潮 。 有关专家指出 , 充分体现环境 保护意识的轨道交通技术 , 将作为我国未来 交通建设的重点 , 在 国内大多数铁道工厂把 眼光放在城市地铁动力组的开发上时 , 作为 建设部重点城市公交车辆制造单位 , 我们常 州长江客车集团 , 把重点设立在了发展具有 现代气息的城市有轨电车上 。 发展城市轻轨电车是造福子孙后代的大 事 , 但轨道交通要想获得快速发展 , 必须开发 出适合我国 国情的产品 , 大的运客量 , 低的工 程造价 , 其关键就是提高国产化率 , 国务院规 定的要想获准地铁立项国产化率不能低于 7 0% , 这就给我们企业开发轻轨电车项目 , 提 供了优越的政策和市场环境 。 Q6w一A型复铰 、 三车体 、 低地板六轴 城 市轻轨交 通车辆(以下简 称城 市轻 轨 车 辆) , 属城市中等运量级的快速专用轨道电力 运输车辆 , 是城市客运公共交通网的组成部 分 , 归属 国家建设部管理范畴 , 其研制开发执 行中华人 民共和 国建设部 部颁标 准 CJ / T soZ I一1 9 95轻轨交通车辆通用技术条例 (中华人民共和 国城镇建设行业标准) , 它的 运输能力介于公共汽车(电车)和城市地铁之 间(但不属地铁) 。 其轨道可分地面 、 高架和地 下三种 。 线路可分全隔离 、 半隔离 , 通过公路 平交道等多种形式 , 高度适应各大中城市发 展远景规划 。 特别适用于交通频率高 , 客流量 大的城市公交网的客运和城郊结合部距离在 1 5一3。公里左右的运行线 。 新型轻轨车辆总体设计是参照 国际同类 最新型轻轨车辆设计的 。 目前 , 城市客运量大 , 道路拥挤 。 发达国 家及地区大都采用轻轨交通车辆运输方式 。 在香港这样繁忙拥挤的城 市 , 甚至还使用双 层轻轨车辆 , 运输能力大 。 号称环保先趋的德 国 , 城市轻轨 、 地铁运输占客运址的 7 0 % 80% 。 现在发达国家中许多城市已逐步在实 施公交车辆专用道的措施 , 使公交车辆少受 或免受堵车之苦 。 实际上这与轻轨车辆 占有 专用轨道运行有相同之处 。 但比起公交专用 道来讲 , 轻轨车辆又有不可替代的优点 , 即轻 轨车辆磨擦系数小 、 耗能少 、 运客能力大 、 速 度快 、 运行平稳 , 而且通过高架或地下运行的 形式比高架公路和隧道要优越 。 在设计开发 中 , 我们公司在设计制造机车方面有三十多 年丰富的实践 , 拥有雄厚的技术力量 ; 而集团 公司在设计制造客车及车身装饰方面卓有成 效 , 技术成熟 , 合乎时尚;再加上我们与1二海 铁道大学联合开发 , 借助 于上海铁道大学专 业技术方面集教 学与科研开发于一体的优 势 , 以及资料与信息上的优势 。 因此 , 联合开 发这种轻轨车辆是有其得天独厚的优势的 。 在设计开发 中 , 我们考虑到第一台样机 各种技术参数的先进性 , 所以首 台样机的关 键件逆变器 、 电气控制系统及交流三相 异步牵 引电动机 , 我们选用国际比较先进 的 进 口部件组装 , 以后的机车我们已选定的部 件生产厂家 : 逆变器 由株 州西门子 电气有限公司配 套 , 他们计划在明年投入生产制造出此类国 产化产品 。 电气控制系统定点在湘潭牵引电气设备 研究所或株州电力机车研究所 。 城市车辆2 00t ) / 2 三相交流异步 牵 引电动机 我 们定 点铁道 部永济电机 厂生产 , 该厂已研制出8 0一8 0 0 千 瓦的v v v F 三相 交流 电供 电的交 流异步牵引 电动机系列产 品 , 可以满足此项 目的开 发 。 逐步 使用 国产各生产厂家研制 的 产品 , 使本项 目的国产化率大大 提高 。 新技术采 用 一 、 交流三相异步牵引电动机的使用 传统的电车采用直 一直 传动 装 置 , 即电 网供给直流 电(75 0V或 1 5 0 0V) , 而牵 引 电动 机是直流电动 机 。 电网上的直 流电通过电控 装蹬供给直流牵引电动 机 , 直 流牵 引 电动 机 通过齿轮减速箱 驱 动车辆的动轮 。 牵 引电动 机为直流串励 电动机 。 它调速 方便 , 其机械特性较理想 , 适合于车辆运行的 牵引特性要求 。 制动时 , 它作为发 电机 , 将车 辆的动能转化为电能 , 反馈给电网 。 长期以来 , 在调速传动的领 域 内 , 大 多采 用这种直流 牵 引 电动 机传动 装置 , 因为 直 流 电动机的磁场和 电流和 电枢 电流可以独立控 制 , 其起动 、 调整性能和转 矩控制特性都比较 理想 , 并容易 获得 良好 的动态 响应 。 由于换 向问题的存在 , 要求电动机各换 向片之间的电压不能过高 , 这样 , 使得直流 电 动机的设计容址和高速的利用功率都受到 限 制 。 一般只能达到7 0% 左右 。 三相交 流电动机 , 特别是鼠笼 型 异 步电 动机 , 由于其转子上没有机械换向器 和 没有 带绝缘的 绕 组 , 不 存在 换 向火 花和环 火等问 题 , 因此 它 具 有结 构 简 单 、 制 动性能好 、 维修 方便等优点 , 而 且 , 三 相交 流异步 电动机 牵 引 有着 显著优越的技术经济指标 。 一般说来有 以下 优点 : (l ) 有良好的牵引性能 。 合理 地利用 系统 的调压 、 调频特性 , 可以实现宽范 围的平 滑调 速 。 另外 , 调节调频特性能使车辆起动时发出 较大的起动转矩 。 ( 2)电网功 率因数高 、 谐波干 扰小 。 这在 减小对通讯信号的谐波干扰和节 能方面 能取 得显著的效果 。 (3 ) 功率大 、 体积 小 、 重鱿轻 、 运 行 可靠 。 交流电动机 能够做到功率 大 、 重童轻 。 与直流 电动机相比 , 其单位重量千 瓦数( kw/ k g)是 直流 电机的三倍 。 另外 , 交流电动 机 没有换向 器 和电刷装置 , 车辆控制电路 系统又可以省 去许多 有触 点 电器 , 因此运行可靠性可以进 一步提 高 。 (4 ) 动态性能和粘着 利用好 , 由于交流电 动机有较硬 的自然特性 , 其防空 转(车辆粘 着 利 用)性能较好 , 当车辆轮对 发生空转(粘着 破坏)时 , 牵引力会 急 剧下降 , 使粘着牵 引 力 J恢复。 目前 , 车辆牵引控制已用矢量控制或直 接力矩控制取代了滑差一电流控制 。 这些 控 制技术不仅能使 系统稳定精度提高 , 而 且能 获得较高的动态性能 , 可以使车辆牵引力沿 着轮轨之间蠕 滑极 限进行控制 , 极 适合于当 代车辆 低均速 、 高速 、 重载 牵引 的要求 。 从事牵 引动力的工作者早就想把 三相 交 流 异步 电动机用作传动装咒 。 但是 由于交 流 电动机 机械特性较硬 , 调整困难 , 与牵引 电动 机 的要求不相适 应 , 所以一 直 很难把 它作为 牵引动力装置 。 直到 7 0年代 , 由于电子 技术 尤其是大功率变流技术的发展 、 控制理论和 控制技术的完善 , 以及静止变频 器研究技术 的成熟和 大规模集成 电路的PWM控制的实 现 , 可以把直流 电经过逆变器 , 变成频率和电 压皆能调节的三相交流电(V V V F) , 再经过 变频变压调速控制 系统 , 对 交流 三 相 异步 牵 引 电动机 供 电 , 以驱 动车辆 动轮 。 另外 , 由于 目前高 电均 为交流 电 , 如 果今 后电网上 提 供 的是 交流 电(象铁道部 电力机 车那 样) , 那么 , 只要将交 流 电在 车辆内 先整 流 成直流 电 , 再 利 用上 述直一交 一 传动 系统 即可 。 这种传动方式又可称为交 一直一交传 动方式 。 二 、 低地板舒适型车 我 们在 开 发设计该轻轨 车辆时 , 吸收 了 现在低 地 板豪华 型旅 游车的优点 , 也采 用 了 城市车辆20 0 0/2 低地 板 。 随着人民生活水 平的提高 , 人们的衣食住 行都发 生了 明显变化 , 入时的打扮也日趋国际 化 , 有的要求短 , 有的要求长 , 五 彩 缤 纷 。 因 此 , 对乘车的要求也越来越 高 , 低地板 公交车 辆就应运而生 , 而 且越来越受到人们的青睐 。 本车辆 我们设计的低地 板面区高 度为 35 0380mm , 而 客 室低地板面区所 占百分 比约 7 0% 。 车辆的第 一级踏 步距 轨面 高度设 计为 35 0 3 80m m 。 使车辆上下 方便 , 运 行平 稳 、 舒适 。 三 、 高性能转向架 本车型采用二只动力转 向架 , 其特点是 结构紧凑 、 高度低 、 全 悬挂电机 , 通 过 联轴器 带动齿轮箱 , 再带动轴对 , 转向架采用 圆弹 簧 、 空气囊避震器的悬挂系统 , 安 全舒适 。 制 动系统采用液压盘式制动 , 有良好的制动性 能 , 为适应城市平交道线路 , 另外 , 配 有 一 套 紧急制动系统 , 其原理是通过磁铁直接作用 轨道表面 。 中间转向架采用无动力 、 独 立轮 式布咒 , 带回转盘 , 并且通过复合式铰接装置与前后 机车相连 。 这种转 向架布置为整车低 地板布 .段 打开通道 。 1 . 使用 环境 1 . 1 海拔高度 不超过 120 0m 1 . 2 环境 温度(遮阴处)为一2 5C一4 0 C 1 . 3 最 湿月平均 最 大相对 温 度 不 大于 9 0%(该月平均温度不高于 2 5 C) 2 . 线路条件 2 . 1 最小曲线半径 : 正线) SOm 非正线) 25n 、 2 . 2最小纵向曲线半径I0 0 0m 2 . 3 最大坡道6 0 % 。 3 . 供电条件 3 . 1 供 电方式 : 接触 网供电 3 . 2 供电 电压 : DC7 5 0V (波 动 范 围500 900V) 3 . 3 产 品琴本技术参数 , 关键结构 描述 及设计 内容 4 . 轻轨车主要 技术规格 4 . 1 车辆编 挂 长 度(车钩 联 结 面 问武() (m n、): 约238 0() 4 . 2 车体 长度(mm) : 约 2 2弓 )()( ) 4 . 3 车辆宽度( n、m ) : 约 26()() 4 . 4 车辆高度(m m ) 4 . 5 轨面至车顶(外顶) ( m m ) : 岌325。 4 . 6 轨面至设备顶部(m m ) : 叹370 0 4 . 7 客室 内高 : 约2 1 爪) 4 . 8地板面高度及低地板 面区 比爪 4 . 8 . 1 低地 板面区高度(n 、n、): 35( )380 4 . 8 . 2 高地 板面区高度(mm) : 90 0 4 . 8 . 3 客室低地 板 面区所占 百 分比 (%) : 约 70 5 . 车辆定距 5 . 1 前转向架中心至前铰接点(m m ) : 约610 0 5 . 2 前铰接点至 后铰接点(mm ) : 约 to()O 5 . 3 后铰接点对后转向架中心(m m) : 约 6 1()() 6 . 转向架轴距或轮距 6 . 1 前 、 后(动 力)转向架轴距(m n、): 约 1800 6 . 2 中间(从动)转向架(独 立 车轮 式)轮 距(m m ) : 约 18 0() 6 . 3 轴列式(m m ) : Bo一(2)一I亏 :, 6 . 4 车轮直径 原形/ 到 限(注3 ) 动力转向架(m m ) : 约 68 0/610 从动转向架(m m) : 簇6 8 0/61() 6 . 5 第一级踏步距轨面高度(m m) : 350 , 38( ) 6 . 6 轨距(m m ) : 143 5 6 . 7 受电 弓工作高度(m m) : 39 0 05 6()() 6 . 8 受电弓落 弓高度(m m ) : 37 ( )O 7 . 每侧车门数 : 4 * 客室 车 门宽 度( rnn、): 1二弓 竺( ) 城 市车 辆20。/2 二 客室车门高度(m m) : 19 00 (Aw3)(t) : 5 07 8 . 定 员 9 . 5 极 度 拥挤 载 荷(站位 9 人/m Z )时 总 8 . 1座位乘客(约。 , 3n 飞2 / 人)(人) : 约 70 重(A 4 :3 )(t) : 5 6 . 5 8 . 2 额定站位乘客 4 人/m Z (人) : 11610 . 构造速度(km/h) : 80 8 . 3 超 员 50乡6的站 位 乘客 6 人/m Z 1 0 . 1最高运用速度(km /h ) : 7 0 (人) : 17 4 1 0 . 2 起动平均 加速度( r n / s 2 ) : 约 1 . 1 8 . 4 极 度 拥 挤 时 站位 乘 额( 9人/ n产 ) 1 0 . 3 常用 制动最大减速率(m/ s 2 ) : (人) : 2611 . 3一 . 4 8 . 5 轮椅 位(注目) ( 人) : 210 . 4 紧急制动减速率( rn s Z ) : 2 . 32 . 8 9 . 车辆重址n . 最 小 曲线半径 9 . 1 自垂(AW() )(t) : 35 . 51 1 . 1 正线(m) : ) 5 0m 9 . 2 座位 满 员时 总重(AWO )(r) : 3 9 . 511 . 2 非正线(m ) : ) 2 5m 9 . 3 额定载 荷(站位 4 人/m Z )时总 重1 1 . 3 最大 坡度(% 。): 6 0 (AWZ)(t) : 4 7 . 012 . 装车功率 : 4 XSOkW 9 . 4 高 载荷 (站 位6人/m , )时 总 重 广” , ” ”, “ . “”,、护,”,”“, ” ,” “ .p气”. “杆 卜,、, “ ,” 声”, ,”,“”飞 户 -、 古 、,-户 、.、 :, -;-夕、-孟-. 产-、 夕 -夕、-、 户 -l 工 -;-、夕-. 户-委-、,-、 ,-、 过 、夕 -、 少-;-、,-尹、 .、 :; 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