（光学工程专业论文）国产化地铁车辆选型及动力学性能研究.pdf

西南交通大学工程硕士学位论文 ab s t r a c t 气 t h e h i s t o r y o f s u b w a y v e h i c l e s , c u r r e n t s i t u a t i o n a n d t h e a d v a n c e d f o r e i g n m e t r o v e h i c l e s t e c h n o l o g y a r e i n t r o d u c e d i n t h i s d i s s e rt a t i o n . d e v e l o p m e n t t r e n d a n d d e v e l o p i n g a i m s o f d o m e s t i c m e t r o v e h i c l e s a r e s y s t e m a t i c a l l y e x p l a i n e d a s w e l l . a s a c o n c l u s i o n , i t i s c o n s i d e r e d t h a t t h e m e t r o s y s t e m w i t h b i g t r a n s f e r v o l u m e s h o u l d h a v e p r i o r i t y t o o t h e r l i g h t r a i l s y s t e m f o r t h o s e m e t r o p o l i s e s i n c h i n a . t h e c o r r e s p o n d i n g m e t r o v e h i c l e c o n c e p t s c o u l d b e p u t f o r w a r d a c c o r d i n g t o t h e s a f e , e c o n o mi c , a n d r e l i a b l e p r i n c i p l e s , a n d b a s i c i n d u s t r y l e v e l o f t h e c o u n t ry s h o u l d a l s o b e t a k e n i n t o c o n s i d e r a t i o n . a g e n e r a l m e t r o v e h i c l e c o n c e p t i s g i v e n h e r e a s a n e x a m p l e . i n t h e p r o c e s s o f d e t e r m i n i n g t h i s c o n c e p t , t h e d e s i g n p a r a m e t e r s o f k e y p a rt s a r e d i s c u s s e d i n d e t a i l , w i t h m u c h a n a l y s i s e ff o rt o n t h e s u p p l y v o l t a g e s t a n d a r d , a n d c o u p l e r a n d b u f f e r c o m p o n e n t s b e t w e e n n e i g h b o r i n g w a g o n s . mo r e o v e r t h e v i e w p o i n t s o n s t a n d a r d i z i n g d o m e s t i c m e t r o v e h i c l e a r e m e n t i o n e d h e r e a s w e l l . c o m p a r e d t o t r a d i t i o n a l s u b w a y v e h i c l e s , t h e n e c e s s a r y i m p r o v e m e n t s o f f u t u r e p r o d u c t i o n s h o u l d b e e l e c t r i c d r i v i n g s y s t e m a n d o n b o a r d e l e c t r i c s y s t e m , w h i c h a r e v e r y i m p o r t a n t f a c t o r s f o r s a f e r u n n i n g . t h e p r o g r e s s o f o n b o a r d e l e c t r i c s y s t e m h a s e x p e d i t e d f u r t h e r t h e d e v e l o p m e n t o f a n a l o g u e b r e a k i n g t e c h n o l o g y . t h e n o i s e r e d u c i n g m e a s u r e m e n t s f o r m e t r o v e h i c l e s a r e a l s o d i s c u s s e d h e r e . t h e d y n a m i c s i m u l a t i o n i s c a r r i e d o u t i n o r d e r t o o b t a i n a n o p t i m a l r e s u l t f o r t h e b a s i c c o n c e p t . t h e n o n l i n e a r r u n n i n g s t a b i l i t y , c o m f o rt i n d e x , a n d c u r v e n e g o t i a t i o n p e r f o r m a n c e a r e c a l c u l a t e d f o r b o t h d r i v i n g a n d t r a i l e r w a g o n . t h e r e s u l t s s h o w t h a t s u s p e n s i o n p a r a m e t e r s m e e t t h e n e e d s o f d e s i g n r e q u i r e m e n t s , a n d t h e d y n a m i c p e r f o r m a n c e i s s a t i s f i e d . k e y wo r d s : m e t r o v e h i c l e , m o d e l i n g , d y n a m i c s , n o i s e r e d u c t i o n 西 南 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 1 概论 第一章绪论 随着改革开放的深人， 我国城市规模和经济得到迅速发展， 但各大中 城市交通状况与经济发展和人口 增长已极不相适应， 交通拥挤， 乘车困难， 已在很大程度上制约了城市的发展。 城市是人口 居住集中和流动频繁的地方， 大城市往往是国家政治、 经 济和文化科学活动的中心。 航空、 铁路、 水路和公路客运交通运输的终端或 枢纽主要是在城市。城市公共交通如: 电车、 轮渡、 地铁、 轻轨、 市郊通勤等 客运交通工具， 是促进城市经济发展， 保证人民群众工作与生活正常化所 必须的主要条件， 也是城市基础设施的重要组成部分。 我国的城市交通， 由 于历史原因， 还跟不上国民经济发展和人民生活水平提高的需要。跨人新 世纪以后， 我国的经济将以8 一 9 %的速度增长， 城市化水平将达到2 5 %, 流动人口 大大增加， 自 行车、 汽车将对城市交通造成巨大压力。 如果不采取 相应的对策， 城市交通状况将进一步恶化， 导致人员和物资运送的迟缓， 必 将严重制约我国国民经济的发展、 居住区环境的改善和人民生活水平的提 高。 与发达国家相比， 我国耕地少， 人口多， 经济不发达， 城市道路数量严 重不足， 人均道路面积仅为发达国家的1 / 6 - 1 / 3 。在目 前小汽车还未普 及的今天， 交通已拥挤不堪， 一些大城市的中心地区， 车速已下降到8 - l o k m / h 。全国1 0 0 万人口以 上的大城市， 大部分交通负荷接近饱和， 有的 城市中心地区交通已接近半瘫痪状态， 不得不采取小汽车分单双号行驶的 措施， 造成极大的浪费。 据估计， 我国因为城市交通问题， 运输率下降， 每年 造成的经济损失达数百亿元人民币。 通常， 在城市公交客运方式中， 公共汽电车的客运能力最小， 在道路 畅通时其每小时单向客运量约为4 一 5 千人次， 使用专用道路最大可达 1 万人次。独轨、 轻轨铁路交通每小时单向客运量可达5 一 8 千人次， 地铁客 运量最大， 每小时单向可运送2 一 6 万人次。各种客运方式的能源效率， 若 以每人公里消耗计算， 地铁和轻轨、 独轨交通为1 0 3 千卡， 公共汽车为1 1 7 千卡， 而私人小汽车为6 8 4 千卡。轨道交通有利于实现自 动控制， 在 a t c 西 南 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 系统下， 运量还能大大增加， 同时能源得到充分的利用。 市郊通勤速度可达 1 0 0 k m / h ， 地铁最高速度达8 0 一 9 0 k m / h ， 轻轨、 独轨为7 0 一 8 0 k m / h ， 而公 共汽车的速度仅为3 0 k m / h 左右。 据统计， 地铁每公里造价指标约为7 一 9 亿元人民币， 轻轨每公里造价约为地铁的1 / 3 0 世界各国城市交通发展经验表明: 现代化大都市均应形成以轨道交通 为主， 各种交通工具协调发展的格局， 逐步形成多层次、 立体化综合交通体 系。城市轨道交通可以分为三个层次， 地铁交通负责城市金融、 商业、 经济 核心地段人员疏流， 轻轨等系统则负责将市区与近郊住宅区连接， 而市郊 通勤则把城市与其远郊卫星城镇连接起来。目 前， 世界拥有城市轨道客运 交通系统的3 2 0 个城市中， 拥有地铁的城市占2 5 %，拥有地铁和轻轨占 1 1 %。世界上所有著名的城市都拥有城市轨道交通网络， 拥有城市轨道交 通系统已成为现代化大城市的标志之一。 轨道交通系统因为有快速、 安全、 正点、 运量大、 污染少、 占地省等一系 列优点， 在各国城市中得到了迅速发展， 修建地铁的城市就有近8 0 个， 运 营线路超过 5 0 0 0 公里。伦敦、 巴黎、 柏林、 纽约、 东京等大都市都建立了繁 华地区为地铁、 近郊为轻轨的轨道交通体系， 形成了四通八达的城市交通 网， 为城市经济的发展提供了有力保证。因此， 根据我国城市的实际情况， 避免走国外城市交通发展的弯路， 我们应该将发展城市轨道交通体系作为 解决城市交通问题的首选方案。 2 城市轨道交通的特点与分类 2 . 1 城市轨道交通的特点 城市轨道交通具有以下特点: ( 1 ) 运营速度高、 节省出行时间。 除有轨电车外， 轨道交通系统是在与 其它交通系统隔离情况下运行的， 具有专用行车道的全封闭或半封闭的交 通系统， 不受其它交通工具的干扰和影响。 其运载工具具有较高的加、 减速 度， 能在较短时间内达到最高速度和快速制停， 有利于提高其平均速度。 该 系 统 具 有 较 高 技 术 水 平 ， 能 实 现 高 密 度 运 转， 列 车 运 行 间 隔 时 间 短 ， 减 少 候矛 车时间。因此， 轨道交通系统的运营速度通常是常规道路交通的1 一 2 倍， 能节省大量的出行时间。由于轨道交通系统具有良好的运行秩序， 因此可 西 南 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 以按运行时刻运行， 能实现快速、 准时运输。 ( 2 ) 运输能力较大。 轨道交通与常规道路交通系统不同的是其运载工 具可以 编组运行， 多的可达1 0 一 1 2 辆， 而且由于轨道交通系统采用先进信 号装置， 可以采用较短列车间隔时间。因此， 轨道交通系统的运输能力较 大， 能满足大城市通勤方面大客流量的需要。由于列车编组辆数及行车间 隔可以根据需要调整， 不但能满足高峰期大客流量需要， 也能适应平峰期 较小客流量需要， 满足城市近期和远期发展需要， 使系统能经济运行。 ( 3 ) 运营费用低， 综合经济效益较高。城市轨道交通系统是一个电气 牵引、 轮轨导向、 编组运行的封闭或半封闭系统， 与常规道路交通系统的单 车运行比较， 能节省运营所需的人工费用， 而且其走行摩擦阻力比橡胶轮 胎小， 能源消耗也降低。 城市轨道车辆的使用年限比常规公交车辆长， 其维 修费、 折旧费均较低。 而且， 城市轨道交通系统的发展对当地经济产生深远 影响。轨道交通系统的发展能提高沿线及地区产品的价格， 导致服务行业 投资增加， 促进沿线及地区的发展， 使城市道路交通拥挤状况得到缓解， 改 善城市布局， 减少城市交通事故， 改进城市生活质量， 减少乘车疲劳程度， 提高劳动生产率。 ( 4 ) 安全、 舒适性较高。城市轨道交通系统是具有专用行车道的全封 闭或半封闭的交通系统， 能为乘客提供更为安全的乘车条件， 比其他交通 工具的安全性高， 有利于减少公共交通事故次数和伤亡人数。城市轨道交 通系统在线路、 轨道及车辆等方面采取减少冲击、 降低振动等新技术， 运行 平稳， 改善了乘车条件。 轨道交通系统车辆较宽敞， 总体设计中座席占总载 客量的比重较大。 为使乘客较快上下车， 以提高运行速度， 车辆设有较宽敞 的车门。车站站台设计为高站台， 跨步上车， 加快上下车的速度。 ( 5 ) 对环境影响小。 轨道交通系统采用电气牵引， 没有空气污染， 噪声 也较小。同时， 由于该系统载客多， 减少汽车流通量， 使城市中汽车排放的 废气和噪声降低， 有利于改善环境。 2 . 2 城市轨道交通的分类与定义 针对国外各种轨道交通方式的特点， 根据城市轨道交通的界定范围， 将那些技术成熟、 已经作为城市公共交通正式运营的轨道交通区分为5 种 类型， 并定义如下。 西 南 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 2 . 2 . 1 城市市郊快速铁道 城市市郊快速铁道是由电气或内燃牵引， 车辆编组运行在城市中心 与市郊、 市郊与市郊、 市郊与新建城镇间， 以 地面专用线路为主的大运量快 速轨道交通系统。 2 . 2 . 2 地下铁道 地下铁道是由电力牵引、 车辆编组运行在全封闭的地下隧道内， 或根 据城市的具体条件， 运行在地面或高架线路上的大容量快速轨道交通系 统。 根据资料分析， 为了降低工程费用， 地铁系统中地面和高架线路所占 的比重越来越大。在世界范围内， 地下铁道地下部分约占7 0 %， 地面和高 架部分约占3 0 %， 甚至有些城市地铁系统全部采用高架形式， 只有部分城 市地下铁道系统是完全在地下的。 地下铁道是历史遗留下来的一个专有名 词 。 夕 牡. 2 . 3 轻轨交通 轻轨交通是在有轨电车基础上发展起来的电力牵引、 车辆编组运行在 专用行车道上的中运量城市轨道交通系统。 轻轨交通的运量在公共汽车和地铁之间， 它可以根据城市的特点和具 体情况， 采用地下、 地面及高架相结合的形式进行建设， 可以降低建设费 用， 具有很大的 灵活性和适应性。轻轨交通还可以 根据客流的需要采用不 同车型， 如单车和铰接车组成不同的编组方式。 牡. 2 . 4 单轨交通 单轨交通是由电力牵引、 具有特殊导向和转折装置、 列车编组运行在 专用轨道梁上的中运量轨道交通系统。通常分为跨座式和悬垂式两种形 式， 车辆重心在运行轨面之上的 称为跨座式单轨， 在运行轨面之下的称为 悬垂式单轨。 怪 2 . 2 . 5 线性电机牵引的轨道交通系统多 线性电机牵引的轨道交通系统是由线性电机牵引， 轮轨导向， 车辆编 组运行在小断面隧道、地面和高架专用线路上的中运量轨道交通系统。 西 南 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 之所以将线性电机牵引的轨道交通系统列为独立的系统， 是因为该系统与 地下铁道、 市郊快速铁道、 轻轨有明显的区别。 它是利用线性电机在磁场相 互作用下， 直接产生牵引力， 属于非粘着驱动， 车轮只起到支承和导向作 用。从运输能力上分析， 因采用小型车辆， 属于中运量系统， 使用在地铁中 可以称为小断面地铁， 也可以用在高架线路上。 有轨电车是由电气牵引、 轮轨导向、 单车或两辆编组运行在城市路面 线路上的低运量轨道交通系统。现代有轨电车由于采用整体道床， 轨面和 路面保持同一水平， 因此机动车辆和行人可以进人， 是一种混合交通。 车辆 运行速度较低， 行车安全和准时性较差， 运量较小， 单向高峰小时运量通常 在 1 万人左右。 3 国外城市轨道交通综述 从 1 8 6 8 年伦敦建成第一条地下铁道以来，到现在世界上已有3 6 个 国家和地区的7 8 个城市修建了地下铁道， 总营运线路长达5 5 0 0 k m 。但由 于缺乏统一的标准， 地下铁道有许多不同的名称。 英国的第一条地铁由于 完全修建在地下， 所以叫 做u n d e r g r o u n d r a i l w a y ， 译为地下铁道， 后来又叫 m e t r o p o l i t a n r a i l w a y ， 译为都市铁道; 德国则称为u n t e r g r u n d b a lm .， 简称u - b a lm , 翻译过来也叫做地下铁道; 日 本叫地下铁道( 平假名) ， 也称为都市 高速铁道; 本世纪初， 纽约开始修建地铁，叫做s u b w a y ， 后来又有称为 r a p i d t r a n s i t ， 是指快速交通， r a i l r a p i d t r a n s i t ， 简称r r t ， 是指快速轨道交 通， 也有的文献称为h e a v y r a p i d t r a n s i t ， 译为重型轨道交通。 为了降低地下 铁道工程造价， 许多城市增加了地铁的高架部分， 甚至有的城市地铁以高 架为主， 出现了e l e v a t e d r a i l w a y ， 译为高架铁道。 本世纪6 0 年代， 由于汽车工业的过度发展， 使城市交通日 益恶化， 导 致道路阻塞， 车速下降， 能源消耗、 交通事故增加， 这促使人们重新考虑无 污染、经济的有轨电车。德国首先将部分有轨电车线路移到地下， 称为 s t a d t b a h n ， 简称s 一 b a h n ， 后来在文献中陆续出现s e m i 一 m e t r o , i n t e r i m e t r o , p r e 一 m e t r o ， 分 别 译为 半 地 铁、 过渡 地 铁和 准 地 铁。 加 拿 大 称为l i g h t r a p i d t r a n s i t s y s t e m ， 译为轻型快速轨道交通系统。而在日 本， 这一系统被称为轻 快电车。在德国出现的这一轨道交通， 由于其运量介于有轨电车和地铁之 间， 具有较强的适应性， 逐渐得到了发展。1 9 7 8 年国际公共交通联盟正式 西 南 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 命名为l i g h t r a i l t r a n s i t ， 国内译为轻轨交通。 6 0 年代初是美国经济繁荣时期，其人口 从 1 9 4 0 年的 1 . 3 亿增加到 1 9 6 0 年的1 . 8 亿， 城市人口 从7 8 0 0 万人增至1 . 2 5 亿人。 受汽车发展的影 响， 公共交通持续衰退， 具有经济实力的 人移居郊外， 城市向市郊发展， 市 中心和郊区间出现了长距离的大客流量， 单纯依靠汽车已不能胜任这一任 务。 在这种情况下， 美国首先提出发展新交通系统。 到9 0 年代， 新交通系统 在工业发达国家取得了较大进步， 日 本称为新交通系统( 平假名) ， 英文为 n e w t r a n s p o rt a t i o n s y s t e m ;法国出现l i g h t a u t o m a t e d t r a n s i t s y s t e m ，简称为 v a l 系统， 是自 动驾驶的轻型交通系统; 美国称为p e o p l e m o v e r ， 是指大众 运输系统。 从运输需求、 提高地铁运营效率和降低建设费用的角度出发， 国外开 始研究小断面地铁、 快速地铁、 大深度地铁和城市内的磁悬浮系统， 可以说 城市轨道交通有向多样化发展的趋势。 4 国内城市交通综述 4 . 1目 前状况 我国大城市地域结构与国外发达国家既有类似之处， 又有明显差异。 我国大城市发展速度较发达国家快， 特别是郊区发展较快。在大城市规模 扩大的同时， 城市人口和职能逐渐向郊区转移， 形成一些中小城镇， 其中以 北京为最多， 这些城镇距城市中心 l 0 k m一 3 0 k m ， 最远到7 0 k m ， 其中有些城 镇已成为远郊中心。 但我国大城市地域结构与工业发达国家仍有较大区别。具有如下几 个基本特点。 ( 1 ) 城市人口、 职能和土地利用主要集中在城市中心区和近郊区。以 北京市为例， 城市中心面积8 7 . 1 k m 2 ， 占全市面积0 . 5 %， 却居住着全市1 / 4 总人口、 4 3 %的城市人口， 人口密度每平方公里2 . 7 万人。 集中大量国家 机关、商业中心和全市1 / 5 的工厂。近郊面积1 , 2 8 2 k m 2 ，占全市面积 7 . 6 %， 集中5 0 %国家机关和所有高校， 并有1 0 个大型工业区。城市中心 区人口和工业过分集中， 随着工业、 居住地和第三产业不断向近郊扩散， 非 西 南 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 农业用地增加、 耕地减少， 郊区基本趋于饱和。 ( 2 )城市居民出行距离短， 主要集中在中心区和近郊， 城市中心出行 半径在5 k m左右。近郊在其周围， 活动半径在 1 0 - 2 0 k m范围。 ( 3 ) 郊区， 特别是远郊和卫星城镇开发不足， 城镇经济和基础设施水 平低， 郊区以农业生产为主， 工业除少量大型企业外， 以乡镇企业为主， 郊 区与城市中心缺少大容量快速轨道交通系统， 而且交通不方便， 就业机会 低， 对城市职能和人口 缺乏足够的吸引力， 城镇很难发展起来。 ( 4 ) 按戈特曼城市带理论， 用人口 数量、 产业结构、 交通设施和城市规 模等标准衡量， 我国城市带尚处在发展阶段， 只有在宁沪杭长江三角洲、 广 州香港珠江三角洲、 京津唐、 沈抚鞍大辽中南等经济发达地区， 有条件发展 为巨大城市带。 我国目 前仅有北京、 上海、 广州、 天津开通了地下铁道， 而另有3 0 多个 大城市正着手研讨城市交通的解决措施。可以说， 城市交通的落后已严重 制约了中国经济发展。 4 . 2 存在问题 为促进城市发展， 为大城市职能、 人口 及产业向郊区转移创造条件， 加 速城乡一体化进程， 大城市必须建立完善的交通体系， 这不仅为城市中心 提供出行方便， 而且能促使城市中心与郊区、 郊区与郊区、 城市与卫星城镇 间的联系日 益紧密， 缩小经济生活差距， 为市区企业、 行政机关向郊区迁移 提供可能， 为合理通勤时间提供保证。 但是， 目 前我国大城市交通还有很多 不足之处 : 1 )由于城市的发展， 城市人口多， 人口密度大， 城市公交客运量增长 速度快， 城市公共交通发展水平低， 交通工具在数量及质量上均不能满足 需要， 乘车难、 乘车拥挤问题非常突出。 据统计， 1 9 9 0 年我国现有几十万辆 城市客运车辆， 按城市人口 平均2 1 5 0 人拥有一辆车， 而国外一般是每8 0 0 人拥有一辆。 车辆增长落后于客运量增长， 现有车辆处于饱和状态， 早晚高 、 峰 车 内 十 分 拥 挤 ， 每 平 方 米 面 积 站 立1 0 一 1 3 人 ， 谈 不 上 舒 适 ， 连 行 车 安 全 也难以保证。全国城市平均每万人拥有3 . 8 辆公共交通车辆， 每车一年运 送乘客6 0 - 7 0 万人次， 有的高达9 0 万人次。现有公共车辆相当数量超期 服役， 4 0 %公共车辆行驶5 0 x 1 0 4 k m ， 车辆技术装备不良， 服务质量下降， 西 南 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 维修保养设备落后， 进一步加剧了乘车难的局面。 2 )城市公共交通结构单一， 缺少大容量快速轨道交通系统。除少量 城市建有地下铁道外， 全部依靠公共电、 汽车， 不论城市规模大小、 客流量 多少、 距离远近、 是市区还是郊区， 全部依靠公共电、 汽车。公共电、 汽车运 量小、 车速低、 污染环境， 适合于客流量在每小时8 0 0 0 人次、 运送距离在 l o k m以下线路。 由于运量增长大于运能增长， 公共电、 汽车超负荷运行， 车 内 拥挤不堪， 乘车很困难。 虽然采用加密车次、 缩短行车间隔和增加车辆可 以增加运输能力， 但缩短行车间隔有一定限度， 间隔过小会使线路阻塞， 增 加车辆会使已经比较紧张的道路阻塞更加严重。 3 ) 自 行车过度发展造成不良 后果。 我国城市自 行车数量已达到1 . 8 亿辆， 城镇百户拥有自 行车9 8 辆， 城市中4 0 %左右出行依靠自 行车。 自 行 车占用道路面积大， 使已经非常拥挤的道路更加紧张， 机动车运行受阻， 公 交车辆速度下降， 降低道口 通过能力， 使道路阻塞严重。 自 行车与公共车辆 争道， 引发交通事故， 造成巨大经济损失。 数以百万计的自 行车使得城市交 通混乱， 公共交通进一步恶化， 运营效率降低， 服务质量下降， 这又进一步 促使自 行车增加， 形成一种恶性循环。 4 )道路设施与交通量增长不相适应。现有公共电、 汽车主要依赖城 市道路，但我国道路增长落后交通量增长。城市交通量年增长率超过 2 0 %， 道路增长率仅为1 0 %。加之路况差、 通行能力小、 多为平交道口、 快 慢车混行、 机动车与非机动车混行、 人车混行， 致使车辆易于阻塞。 5 )城市公共交通服务质量低。 除前面已谈到的我国各城市公共交通 存在车多路少、 人多车少的问题外， 现有公共交通既不快也不方便， 服务质 量较低， 谈不到舒适。其主要问题是乘车时间较长， 车辆运行速度较低， 在 城市居民中信誉较差。 此外换车次数多， 换乘距离长， 直达率低及候车时间 长等方面都存在着问题。公共交通车辆质量差， 车速下降， 正点率越来越 低， 高峰期满载率达 1 3 0 %， 即使这样仍然有相当多的乘客滞留在车站。 6 )大城市交通事故增加， 交通污染严重。 据统计， 近几年城市交通事 故率直线上升。 1 9 8 3 年交通事故为8 8 0 0 0 人次， 死亡人数8 7 0 0 人， 到1 9 8 4 年交通事故率上升 1 3 . 8 %， 死亡率上升 1 5 . 5 %。 城市交通噪声和汽车排放 有害气体已成为城市主要公害之一， 影响人们的工作、 学习， 又危害人们的 身体健康。 7 )城市人口、 土地利用主要集中在城市中心， 居民出行半径小， 出行 西 南 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 集中在城市中心。而郊区开发不足， 特别是 远郊中小城镇及卫星城镇人口 不密集， 城镇经济和基础设施水平低， 由于缺乏大运量快速轨道交通系统， 出行不方便， 对城市人口缺乏吸引力。卫星城是现代大城市的重要组成部 分， 比远郊城镇的作用还大， 早期卫星城镇距离城市3 0 - 5 0 k m 。卫星城镇 的建设能改善大城市市郊地域结构， 能促进城市周围的开发， 使大城市形 成多级中心结构。但我国大城市卫星城镇建设不足， 其重要原因是大城市 市郊缺乏大容量轨道交通系统。 在我国是利用城市范围内既有铁路线路和 少量市郊铁道专用线作为市郊运输， 由于既有线路客货混用， 通过能力受 到限制， 市郊专用线路又很少， 因此， 通勤铁道未能充分发挥作用， 而且现 有市郊车辆质量很差， 多数是旧式客车改造而成。 5 各种公共交通系统的技术经济指标对比 在建设新的交通系统之前， 要根据客流量、 财力、 物力、 技术可行性等 条件， 决定用哪一种运输系统。 还要考虑来自 乘客和社会的要求。 如节约乘 客时间、 票价低、 安全、 舒适等是来自 乘客的要求。社会的要求是: 排污少、 噪声低、 占 地少等。 目 前普遍使用的是电力牵引的交通工具， 对环境保护较 理想。 为了对各种公共交通工具进行比较， 现将它们的主要技术经济指标列 于表 1 一 1 。表中数据取自1 9 9 1 年资料， 仅作为参考。 表 1 -1各种公共交通系统的技术经济指标对比 系统类别 运输能力 / ( 万 人 次. h 一 ) 直达速度 / ( k m . h 一 ) 建线投资 /( 万 美 元. 辆 一 ， ) 车辆价格 /( 万 美 元 辆 一 ) 能源消耗 / ( ， . h . ( 人. k m ) - 1 ) 占地 / ( 万m . k m 一 ) 地铁4一64 5- 6 06 0 0 0 2 6 01 2 0 轻轨铁路 34 5 . -5 01 5 0 01 6 51 2 5一 % 2 - - 2 . 5 普通有轨电车0 . 2 5-1 1 8-2 02 0 0.3 0 02 2 51 、1 . 2 ， 无轨电车 0 . 2 5i1 8一2 01 0 01 5 02 1 0 公共汽车 0 . 2 511 8-2 02 1 0 城市铁路 4-64 5-5 02 0 0 02 2 08 01 0 022 . 5 电 磁原理 磁悬浮 18 0-3 0 02 4 2 03 0 01 4 01 . 2 电 动原理 磁悬浮 14 0 03 1 5 09 0 01 2 0 02 8 51 . 2 西 南 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 建线 ( 包括车站和供电设施等) 和机车车辆购置费统称为基本投资。 地 铁 建 线 投资 最大， 是 轻 轨 铁 路和 城 市 铁 路的3 一 4 倍。 虽 然 传 统的 交 通 工 具( 公共汽车、 无轨电车和普通有轨电车) 投资最低， 但运输能力低( 只是轨 道运输工具的十分之一到四分之一) ， 直达速度也低( 只是轨道运输的四分 之一到二分之一) 。 在经济指标中还有一项运用消耗， 主要包括能源( 电能) 消耗、 线路和 车辆的维修保养消耗以及管理和服务人员的工资等。 运用消耗通常取每公 里线路 l a 消耗的平均值作为指标。 轻轨铁路的这个指标最低， 城市铁路和 地铁比轻轨铁路分别高2 0 %和4 0 %, 磁悬浮运输系统具有高速、 高效的特点， 但目 前仍处于研制阶段， 许多 技术问题没有彻底解决， 如强大的电场和磁场对周围环境和乘客有多大影 响仍需进一步研究。 不过， 磁悬浮列车发出的噪声比 城市铁路要低， 其运行 速度4 0 0 k m / h 所产生的噪声相当于铁路列车速度3 0 0 k m / h 的噪声水平; 前者运行速度 2 0 0 一 2 5 0 k m / h 时与后者 7 0 一1 0 0 k m / h时产生的噪声水平 相当。 磁悬浮运输系统与汽车运输比较， 环境污染大大降低， 运载同等数量 的乘客， 走行l k m所产生的废气， 一氧化碳磁悬浮列车为汽车的1 / 1 2 0 ， 二 氧化碳为 1 / 6 0 ， 二氧化硫为 1 / 5 . 2 , 磁悬浮运输系统目 前不能投人实际运 用的另一个原因是开发研制费用太高。 比 如德国 开发t r a n s r a p i d 磁悬浮系 统已花费1 5 亿德国马克( 主要部分由私人企业投资) 。 日 本从1 9 6 9 年开始 为研制磁悬浮运输系统已消耗 1 0 亿美元。美国纽约州为在纽约一 奥布拉 尼一 伯斯顿地区采用日 本 h s s t 磁悬浮系统， 只是作可行性研究就向财政 申请基金5 0 万美元。 为进一步比较各种交通工具的运能指标， 现列举国外专家的一个计算 实例: 拟修建一条从市区通往郊区的长3 5 k m交通线路， 每天运营时间1 8 小时， 昼夜客流量为7 5 0 0 0 人。 若采用轻轨铁路， 则每小时需要1 0 组车辆， 或用城市铁路列车4 列， 或用地铁4 列。这时， 如采用磁悬浮运输系统， 每 天只能运送4 9 5 0 0 人 ( 因列车间隔时间有一定限制， 在一个励磁区段不能 有2 列车) 。轻轨铁路能运送8 2 8 0 0 人， 城市铁路能运送8 6 4 0 0 人， 而地铁 能运送9 3 6 0 0 人。这条线路的每天运能限度是: 轻轨为1 9 万人， 城市铁路 为2 6 . 5 万人， 地铁为3 5 万人。 在一般情况下， 建设同样长度的交通系统基本投资额最大的为地铁， 最低为轻轨铁路， 城市铁路比轻轨略高。按电能消耗， 最低为城市铁路。 西 南 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 6 我国发展城市轨道交 通的 展望 通过对城市地域结构变化、城市交通现状和城市轨道交通特点的研 究， 充分说明在我国只有发展快速轨道交通， 才能从根本上解决城市交通 问题。 8 0 年代初， 国内开始大规模研究筹建城市轨道交通， 目 前有近3 0 个 城市在规划、 筹建城市轨道交通， 有的正在施工。 在大城市发展轨道交通已 取得了共识， 发展城市轨道交通已成为我国的主要技术政策之一， 国务院、 建设部曾以文件形式指出， “ 大城市客运交通应采取逐步发展轨道交通为 主的方针” ， 建立“ 多层次、 立体化的综合交通体系” ; 1 9 9 4 年国 务院通过了 中国2 1 世纪议程中国2 1 世纪人口、 环境发展白皮书， 指出城市交通 的近中期目 标: 建成和城市交通量基本相适应的城市道路网络系统， 在流 量大的交通走廊， 规划建设大容量的快速轨道交通和地铁客运交通， 发展 多种形式的城市客运交通工具。远期目 标是发展快速、 准时、 安全、 便捷和 舒适的城市交通网络， 以便逐步建成多层次、 多平面的立体化交通。 城市轨道交通与铁路均属轮轨导向、车辆编组运行的轨道交通系统， 该系统的车辆结构、 制造维修、 运营管理等方面都与铁路相同。 铁路系统应 充分发挥在轨道交通方面的优势， 积极参与城市轨道交通的开发研究， 为 城市轨道交通发展做出贡献。 我国自 改革开放以来， 城市建设迅速发展， 大中城市的区域不断扩大， 人口急剧增长， 周边建立了许多居民区和工业区。居民对城市交通的依赖 性越来越强。 虽然在城市建设过程中注意了交通事业的同步发展， 但目 前许多大中 城市的交通状况仍不理想。 主要表现在: 街道拥挤， 交通工具的直达速度较 低， 乘车时间过长， 尤其是高峰时间交通堵塞现象严重， 使上下班乘客非常 焦虑。 上班族对交通工具最主要的要求是乘车时间越短越好。 根据国外专 家考察表明， 从住地到工作单位的时间 ( 包括乘车和等车时间) 最好少于 4 5 分钟， 超过 1 小时被认为不可取。目 前有些城市交通不畅的主要原因是 客流量大， 而采用的是低能型交通工具， 无法快速输送这些乘客。 再加上一 部分街道被其他车辆占 用， 使直达速度更低。我国部分大城市为改善交通 状况， 在新开发的城区大力修建一些快速公路， 但收效甚微， 而且使空气污 染加重， 其原因是没有解决运能不足。根据国外经验， 发展中、 高能型的轨 道运输系统对缓解城市交通紧张状况能起到非常明显的作用。 现代化的公 西 南 交通 大学 工 程硕 士学 位 论 文 共轨道运输系统， 主要是指地铁、 城市( 市郊) 电动列车、 轻轨铁路及磁悬浮 列车等。 我国已在个别城市修建了地铁，运营中已初步发挥了其独特的优越 性。不过， 投资太大， 建设速度又低， 欲靠地铁迅速改变交通状况还不现 实。磁悬浮运输目 前在技术上还没有完全达到商业运营阶段， 近期内还不 可能大力推广使用。 城市铁路和轻轨铁路建设速度比地铁快3 一 4 倍， 投资相对也少， 能够 达到投人少、 见效快的目的。如果有的城市能利用部分铁路线改造和新建 相结合， 会大大节约资金。 这两种被普遍看好的城市交通系统， 对住在郊区 而工作在市区的人们特别适宜。郊区住宅便宜， 环境好， 空气无多大污染， 而美中不足的是交通不便( 乘车时间长) 。 如果在这一带开通快速轨道交通 系统， 会吸引更多的人居住， 还会带动这一带全面发展。 综上所述， 对我国新城市交通系统提出如下具体建议: ( 1 ) 对交通已出现紧张状况的城市， 应考虑发展中、 高能型的轨道运 输系统， 将大部分客流吸引到快速轨道运输上来， 空出的道路再适当增加 低能型( 公共汽车和无轨电车) 交通工具， 使城市交通系统中的各种交通工， 具之间形成合理的比例， 以达到解决高峰时间交通拥塞为主， 以方便短距 离乘客为辅之目的。这样， 城市交通状况可望有较大的改观。 ( 2 ) 地铁是公认的最好的城市交通系统之一， 基本上不占 用地面土 地， 对城市地面不产生噪声， 运用中不受任何干扰， 运输能力比较大。对于 大城市， 特别是需要保留景观的名城， 修建地铁更有必要。虽然投资大， 建 设速度慢， 但对城市的远期发展有利。要根据财力状况逐步投人建设。 ( 3 ) 城市( 含市郊) 铁路是运能大、 速度高的运输装备。 国外有的城市 铁路从郊区通过市中心， 再通到另一方向的郊区， 在市区站间距离较短， 在 郊区站间距较长， 以方便所有乘客; 有的从郊区或机场通到市区的交通枢 纽处( 如地铁口等， 乘客很方便地换乘其他交通工具) ; 有的从市区边缘开 往郊区; 有的在市区边缘建成环状铁路， 使城市交通系统形成网络。 城市铁 路 的 线 路 在 市 内 一 般 为 高 架 线 ( 有 的 在 市 中 心 还 通 过 部 分 地 下 隧 道 ) ， 在 郊 区的线路为普通铁路线。随着我国铁路电气化力度的加大， 通往许多大城 市的铁路将实现电气化， 利用这个条件修建城市( 或市郊) 铁路， 开通电动 列车运输是好机会。我国许多大城市均有外围铁路， 如能利用这些铁路改 西 南 交通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 造和扩建， 形成营业线或环形线， 不仅投资少， 而且也会节约用地。国外城 市铁路现在开始大力推广采用双层客车， 可以提高运能3 0 %一 4 0 %. ( 4 ) 轻 轨 铁 路 适 合 用于 大中 城 市的 交 通， 属 于中 能 t ul 的 直 达 速 度高的 运输工具。用在大城市的市区通往机场的专用线， 或在市区边缘通往郊区 的运输特别适宜。 国外中等城市用于市内交通的也屡见不鲜。 为提高轻轨 车辆的运行速度， 线路一般不与道路平交。 车站要设站台， 以利于上下车。 对城市道路拥挤的我国大中城市， 可以考虑修建这种能使乘客分流的交通 系统。 ( 5 ) 大城市长距离流动的乘客中多数需要换车。 在规划新建交通系统 时， 应考虑为乘客提供方便的换乘条件。 如地铁换轻轨或城市铁路， 最好不 使乘客穿越马路， 而通过地下通道等建筑物直接到达换乘车站。 这样， 既节 约乘客时间， 又安全。 7 论文所作的工作 发展城市轨道交通是解决我国城市交通行车难的根本出路， 也是我国 ， 国民经济健康发展的有力保证。 针对我国道路少、 人口 多的现状， 在大中城 市市区优先发展地下铁道交通是一种较为合理的选择。 本论文作了以下工 作: 1 . 对国产化地铁车辆的现状与发展进行了综合评述; 2 . 对国产化地铁车辆标准化进行了有益的探讨; 3 . 对国产化地铁车辆电传动和列车电系统进行了分析; 4 . 对国产化地铁车辆钩缓装置进行了初步研究; 5 . 分析了地铁车辆的噪声产生机理， 并提出了降噪措施; 6 . 对国产化地铁车辆制动模式进行了系统的阐述; 7 . 着重对国产化地铁的转向架及其动力学性能进行了研究; 8 . 提出了国产化地铁车辆的总体要求。 西 南 交 通 大 学 工 程 硕 士 学 位 论 文 第二章 国产化地铁车辆标准化方面的初探 1 概述 我国是一个幅员辽阔、 人口众多、 各地区的经济发展水平并不均衡的 国家。为适应不同地区不同用户的各种要求， 并方便国内的车辆生产厂家 的设计制造和车辆用户的维护保养、 配件供应等， 应尽可能地采用模块化 设计， 在城市轨道车辆的各主要系统和重要部件方面尽可能地实现标准 化、 简统化; 而在其它方面， 则根据用户的不同要求和考虑， 并兼顾未来的 发展趋势， 努力实现地铁车辆系统的系列化。 对同一供电制式而言， 无论采 用何种类型的车体结构形式， 均可采用标准化的统一的主变流器、 辅助变 流器、 微机控制及故障诊断系统、 空气制动系统、 空气调节装置、 主回路用 各类电器设备( 受电弓、 高速断路器、 避雷器、 高压开关、 电阻器、 电容器、 电 力连接器、 接地装置等) ， 辅助回路用各类电器设备、 各种类型的车钩及缓 冲器、 通过台、 车门及控制系统、 各类照明设备、 紧急下车斜梯等各类辅助 设施。 根据不同用户要求， 可采用不同结构形式和尺寸的车体， 满足不同的 载客容量的要求; 选用系列化的， 不同档次的车内装饰材料来满足不同层 次的用户对舒适度的各种需要; 根据不同的功率要求， 可选择系列化、 不同 功率等级的异步牵引电动机、 制动电阻装置等等。以促进国产化地铁车辆 装备的产业化， 创建规模经济， 提高效益。 2 技术分析和标准化方向 随着城市轨道交通进一