城市轨道交通车辆机械城市轨道交通类型（仅供参考）

城市轨道交通车辆机械 主讲 杨振 课程简介 本课程的讲述的主要内容是 城市轨道交通车辆部分总体构造及机械部分的结构 学习重点 城轨车辆的组成 各部件的名称 安装位置 结构和功能 以及机械部分的工作原理 要求 懂结构 懂性能 懂原理 懂用途 会操作 会维修 会处置 苏州四懂三会 第一节城市轨道交通的类型 一 城市轨道交通的定义 中国国家标准 城市公共交通常用名词术语 中 城市轨道交通是指以电能为动力 采取轮轨运转方式的快速大运量公共交通的总称 这个定义涵盖了三方面内容 一 是城市内或郊区的公共客运交通 二 是以电力牵引 轨道运输方式为主要技术特征 三 是单位时间内客运量大 运行速度高的客运服务系统 城市轨道交通的特点 城市轨道交通有较大的运输能力 城市轨道交通具有较高的准时性 城市轨道交通具有较高的速达性 城市轨道交通具有较高的舒适性 城市轨道交通具有较高的安全性 城市轨道交通能充分利用地下和地上空间 城市轨道交通的系统运营费用较低 城市轨道交通对环境低污染小 国外地铁车辆 巴黎戴高乐机场地铁 国外地铁车辆 慕尼黑地铁车辆 斯德哥尔摩地铁车辆 国内地铁车辆 北京地铁 八通线地铁列车 国内地铁车辆 上海地铁 国内地铁车辆 广州地铁 地铁一号线 地铁二号线 国内地铁车辆 深圳地铁 国内地铁车辆 香港地铁 二 轻轨 LightRailTransit 简称LRT 定义 轻轨是一种使用电力牵引 介于标准有轨电车和快运交通系统 包括地铁和城市铁路 用于城市旅客运输的轨道交通系统特点 1 中等运量 单向运输能力约为1 3万人 小时 最高运行速度60 80km h 2 路权专用 但有的线路与公路有平交道口 3 采用电力牵引 双轨道 钢轨支撑和导向 线路转弯半径大 4 建设周期和费用相对地铁较低 造价一般为3 4亿元 千米 约为地铁的3 4 4 5 建设周期为2 3年 约为地铁的一半 5 线路布置灵活 轻轨在城市中心可用高架或地下线 郊区用地面线 可以立交 也可以平交 如果条件适当 郊区地面线甚至可以和汽车共道 变成有轨电车的形式 表1 2轻轨系统主要标准及特征表 项目标准及特征车辆车型C 型单节四轴车C 型单铰双节6轴车C 型双铰三节8轴车车辆基本宽度 mm 260026002600车辆基本长度 m 18 922 330 4车辆最大轴重 t 111111列车编组 辆 1 31 31 3列车长度 m 20 6025 7035 90线路类型 型式高架 地面或地下 封闭或专用车道线路半径 m 50 50 50线路坡度 60 60 60客运能力 万人次 h 1 31 31 3供电电压及方式DC750V 1500V接触网或三轨DC750V 1500V接触网或三轨DC750V 1500V接触网或三轨平均运行速度km h25 35 轻轨牵引单元的组合形式 单节四轴 双节单铰6轴 三节双铰8轴车 广佛轻轨车辆 国外轻轨车辆 英国轻轨车辆 法国轻轨车辆 国内轻轨车辆 大连轻轨 国内轻轨车辆 武汉轻轨 三 单轨系统 单轨系统是一种车辆与特制轨道梁组合成一体运行的中运量轨道运输系统 轨道梁不仅是车辆的承重结构 同时是车辆运行的导向轨道 单轨系统的类型主要有两种 一种是车辆跨骑在单片梁上运行的方式 称为跨座式单轨系统 另一种是车辆悬挂在单根梁上运行的方式 称之为悬挂式单轨系统 单轨交通用作城市公共交通 开始进展比较缓慢 日本从德国引进专利 近30年开发了多种独轨铁路 在世界城轨交通中独树一帜 我国重庆市从日本引进的独轨交通系统已经开始运营 单轨交通采用高架轨道结构 按结构型式分为跨坐式和悬挂式两种类型 前者车辆的走行装置 转向架 跨骑在走行轨道上 其车体重心处于走行轨道的上方 后者车体悬挂于可在轨道梁上行走的走行装置的下面 其重心处于走行轨道梁的下方 单轨 国外单轨车辆 美国独轨车辆 日本独轨车辆 国内单轨车辆 重庆独轨 跨坐式单轨车辆 跨座式单轨轨道结构 悬挂式单轨车辆 悬挂式单轨轨道结构 悬挂式单轨轨道结构 单轨具有以下特点 1 中等运量 单向运输能力约为1 3万人 小时 最高运行速度60 80km h 2 路权专用 安全可靠 3 采用电力牵引 单一轨道梁支撑 橡胶轮胎导向 噪音小 振动小 但运行阻力大 能耗大 有轻度的橡胶粉尘污染 4 建设费用和周期相对较低 其造价和建设周期与轻轨相近 5 道岔结构复杂 转换时间较长 单轨线路道岔 四 现代有轨电车 Tram或Streetcar 现代有轨电车又称路面电车 是以电力牵引 轮轨导向 单辆或两辆编组运行在城市道路上的低运量的轨道交通系统 CableCar 现代有轨电车具有以下特点 1 运量相对较小 速度低 一般使用链接车 根据输送要求可单节运行 也可自由编组运行 单向运输能力约为0 6 0 8万人 小时 最高运行速度为70km h 2 路权混用 安全性和准点性差 有轨电车与地面其他交通共享路面通行权 在交叉口同样服从信号指挥 无优先权 适用于大 中型城市中心区 3 采用电力牵引 钢轮钢轨导向 橡胶轮胎支撑和牵引 4 建设周期短 投资少 运营费用低 现代有轨电车造价一般为0 5 1 5亿元 千米 约为地铁的1 10 是单轨交通的1 3 建设周期2 3年 五 自动导向交通 AutomatedGuidewayTransit 简称AGT 自动导向交通又称为自动旅客输送系统 是一种车辆采用橡胶轮胎在专用轨道上运行的中运量旅客运输系统 列车沿着特制的导向装置行驶 车辆运行和车站管理采用计算机控制 可实现全自动化和无人驾驶技术 通常在繁华市区线路可采用地下隧道 市区边缘或郊外采用高架结构 国外自动旅客输送系统 日本 自动导向交通具有以下特点 1 中等运量 单向运输能力约为1 5 3万人 小时 最高运行速度为50 80km h2 路权专用 计算机自动控制运行 属无人驾驶服务类型 安全可靠 3 采用电力牵引 轨道混凝土结构 橡胶轮胎导向 噪音小 爬坡能力强 4 地下线路投资和建设周期与地铁相近 地上线路与轻轨相近 旅客自动输送系统 自动化导轨交通系统一般每小时单向运能约5000人次 10000人次 列车编组2辆 6辆 属中等运量的城轨交通方式 现在世界上运营的新交通系统约有20余条线路 总长约200km 其中日本约占一半 主要是因为日本因土地短缺 需要一种占地面积小 自动化程度高 既节省人力又节省费用的轨道交通作为连接新老城区的交通工具 广州市珠江新城旅客自动输送系统 A这是中国内地首个无人驾驶的地下胶轮车运输系统 该线路采用全自动无人驾驶的操作系统 启动 制动 停靠均达到自动化水平 命令执行相当迅速 国内旅客自动输送系统 珠江新城旅客自动输送系统车辆 庞巴迪 APM与轨道交通线路形成快捷方便的连接 线路总长约3 94公里 全部采用地下线路 广州珠江新城旅客自动输送系统 APM预计初期高峰小时客流断面3553人次 采用小编组高密度的行车组织方式 近 远期客流增长较快 高峰小时客流断面达到8807人次和10028人次 需要加大编组以适应客流的变化 APM采用庞巴迪CX 100车辆 长12 8米 宽2 8米 高3 4米 重15吨 每辆车厢每侧均设有两组对开的外挂门 列车最大行驶速度为60km h为APM胶轮车 定员138人 辆 一期工程开行7列共14辆车 六 磁悬浮列车 MaglevTrain 磁浮列车是一种利用电磁力抗拒地心引力 使车体浮离轨道 并用直线电机牵引的现代轨道交通系统 因此车辆没有转向架 现行标准轨距为2800 主要在高架桥上运行 特殊地段也可在地面或地下隧道中运行 磁悬浮列车适用于城市人口超过200万的特大城市 是重大客流集散区域或城市群市际之间较为理想的直达客运交通 也是中运量轨道运输系统的一种先进技术客运方式 对客运能力1 5 3万人次 h的中远程交通走廊较为适用 目前磁悬浮系统主要有两种基本类型 一种是高速磁悬浮列车 其最高行车速度可达500km h 如图1 8所示 另一种是中低速磁悬浮列车 其最高行车速度可达100km h 高速磁悬浮的主要技术参数为 车辆长度 端车27m 中间车24 8 车辆宽度 3700mm 车辆高 4 2m 车辆的定员标准 一般按座位数来确定 端车120人 中间车144人 不考虑站立定员 线路最小半径不宜小于350m 线路坡度不大于100 最高行车速度不大于500km h 我国上海引进德国技术修建了一条常导磁悬浮列车商运示范线 于2002年12月31日进行首次试运行 该线西起上海地铁2号线龙阳路站南侧 东到浦东国际机场一期航站楼东侧 正线全长29 863公里 磁悬浮技术的研究源于德国 早在1922年德国工程师赫尔曼 肯佩尔就提出了电磁悬浮原理 并于1934年申请了磁悬浮列车的专利 国内磁悬浮列车 上海磁悬浮列车 上海磁悬浮列车 日本磁悬浮列车及导轨 国外磁悬浮列车 磁悬浮列车 磁悬浮列车与轮轨牵引列车的根本区别 采用牵引电机提供牵引动力 车轮落在钢轨上 由钢轨支撑列车的全部重量 利用钢轨和轮缘进行导向 磁悬浮列车是利用电磁铁同性相斥 异性相吸的原理实现对列车的支撑 导向和牵引 磁悬浮技术主要由悬浮系统 推进系统和导向系统三大部分组成 这三部分的功能均由磁力来完成 磁悬浮列车的悬浮 推进和导向原理 磁悬浮列车 悬浮系统 可以分为两个方向 分别是德国的常导型和日本的超导型 从悬浮技术上讲就是电磁悬浮系统 EMS 和电力悬浮系统 EDS 电磁悬浮系统 电力悬浮系统 磁悬浮列车 磁浮列车的轨道结构 电磁悬浮系统 EMS 是一种吸力悬浮系统 是车辆上的电磁铁和导轨相互吸引产生悬浮 常导磁悬浮列车工作时 首先调整车辆下部的悬浮和导向电磁铁的电磁吸力 与地面轨道两侧的绕组发生磁铁反作用将列车浮起 10mm 在车辆下部的导向电磁铁与轨道磁铁的反作用下 使车轮与轨道保持一定的侧向距离 实现轮轨在水平方向和垂直方向的无接触支撑和无接触导向 此外由于悬浮和导向与列车运行速度无关 即使在停车状态下列车仍然可以进入悬浮状态 电力悬浮系统 EDS 是运动的车辆上的磁铁使导轨产生电流 由于车辆和导轨的缝隙减少时电磁斥力会增大 产生的电磁斥力提供了稳定的车辆支撑和导向 这种车辆必须安装类似车轮一样的装置对车辆的起飞和着陆进行有效支撑 磁悬浮列车 推进系统 车辆下部支撑电磁铁线圈的作用就是同步直线电动机的励磁线圈 地面轨道内侧的三相移动磁场驱动绕组起到电枢的作用 当沿线布置的变电所向轨道内侧的驱动绕组提供三相调频调幅电力时 由于电磁感应作用承载系统连同列车一起就像电机的转子一样被推动做直线运动 通常采用电动悬浮 EDS 的系统 只能以 线性同步电机 LinearSynchronousMotor LSM 作为推进系统通常采用电磁悬浮 EMS 的系统 可采用 线性感应电机 LinearInductionMotor LIM 或线性同步电机 LSM 作为推进系统 推进系统原理 磁悬浮列车 超导磁悬浮列车悬浮及推进原理 导向系统 导向系统 导向系统是一种侧向力来保证悬浮的机车能够沿着导轨的方向运动 必要的推力与悬浮力相类似 也可以分为引力和斥力 在机车底板上的同一块电磁铁可以同时为导向系统和悬浮系统提供动力 也可以采用独立的导向系统电磁铁 磁悬浮电动车辆的特点 优点 1 车速不受限 2 运行可靠 灵活性大 不受气候的影响 3 不需要中间传动装置 4 推进系统无噪音 震动 能耗低 缺点 1 一次性费用大 超导电磁悬浮系统的价格昂贵 2 车辆的效率和功率因素不高 3 高速时输送电源的集电装置工作比较困难 4 停电时制动困难 2006年 德国磁悬浮控制列车在试运行途中与一辆维修车相撞 报道称车上共29人 当场死亡23人 实际死亡25人 4人重伤 这说明磁悬浮列车突然情况下的制动能力不可靠 不如轮轨列车 5 常导磁悬浮技术的悬浮高度较低 因此对线路的平整度 路基下沉量及道岔结构方面的要求较超导技术更高 6 超导磁悬浮技术由于涡流效应悬浮能耗较常导技术更大 冷却系统重 强磁场对人体与环境都有影响 缺点 磁浮道岔 磁浮道岔 转辙机 磁浮列车过岔 上海磁悬浮列车在龙阳路站发生火灾 磁悬浮列车的应用目前世界上跑得最快的磁浮列车应是日本山梨县创下的581公里 但日本这条42 8公里的轨道从1997年开始试车 经过多年下来 只在速度上不停地创新 一直未能开放营运 上海磁浮列车是世界上唯一一条商业营运的磁浮列车 根据官方公布的资料 它的设计速度可达每小时505公里 营运极速为430公里 投资达100亿 据官方公布数据 到2004年7月3日 运营了9个月 共有100万人乘坐了上海磁悬浮 假设这100万人均为购票旅客 且假设他们的票价均为100元 人 票款收入刚好1亿元 而同期银行利息高达约1 75亿元 仅仅考虑银行利息 净亏损7500万元 平均亏损额937万元 月 要是再考虑运营成本 这个数字肯定不会小 但是我查不到 投资回报 纳税 亏损就更高了 据经营上海磁悬浮的磁浮公司公布的数据 2004年和2005年 该公司分别亏损约2 6亿和4 4亿 在上海磁悬浮立项之前 世界上已经有了亏损先例 1984年4月 伯明翰机场至英特纳雄纳尔车站之间一条600米长的磁浮铁路正式通车营业 旅客乘坐磁浮列车从伯明翰机场到英特纳雄纳尔火车站仅需90秒钟 令人遗憾的是 在1995年 这趟一度是世界上唯一从事商业运营的磁浮列车在运行了11年之后被宣布停止营业 其运送旅客的任务由机场班车所取代 其被迫拆除了 原因是 运营成本 维修成本越来越高 1997年4月 德国决定在柏林和汉堡之间建一条全长292公里的磁浮线 原计划1998年下半年动工 2005年投入商业运行 为此开发了拟用于柏林至汉堡线的TR08型磁浮列车 该车于1999年10月开始在TVE上进行试验 后来由于新的预测表明建设新线将面临亏损的危险 遂于2000年2月取消建设计划 我国磁悬浮技术 目前 中国对磁悬浮铁路技术的研究还处于初级阶段 经过中国铁道科学研究院 西南交大 国防科大 中科院电工所等单位对常导低速磁悬浮列车的悬浮 导向 推进等关键技术的基础性研究 已对低速常导磁悬浮技术有了一定认识 初步掌握了常导低速磁悬浮稳定悬浮的控制技术 2000年