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第二章车辆 车体各部分组成转向架功能轮对及轴箱装置 难点 主要内容 轨道交通车辆的演变轨道交通车辆的特点轨道交通车辆的组成 自行车 行驶轨迹是 自由 的 不受约束的 驱动的牙盘装在车架上 转弯是由车把手控制 一轨道交通车辆的演变 汽车 行驶轨迹是 自由 的 驱动的发动机装在底盘上 转弯是由方向盘控制转向轮 两个轮子的轴套是固定在底盘上 车厢则固定在底盘上 一轨道交通车辆的演变 一般陆上车辆设计理念 自行车 汽车等一般陆上交通工具均有一个基本骨架 车轮 动力机械 制动器 避震弹簧等均装在骨架上 车厢或外壳再固定在这个骨架上 一般陆上交通工具前轮可以转动 驾驶者控制前轮让车辆转向或直行 前后轮轴之间的距离较短 便于通过小半径曲线 如果车厢较长则采用拖挂行驶 一般陆上交通工具车轴固定 车轮转动 车轴和车架大梁之间采用弹簧 板簧 连接减少振动 一般车辆结构 轨道交通 早期的火车车辆是从马车演变而来的 当载重加大 车辆长度加长 通过曲线半径就受限制 车辆制造的理念开始改变 轨道交通车辆结构示意图 二轨道交通车辆特点 城市轨道交通车辆作为城市公共交通工具 主要在市内和市郊运行 它的运行条件与干线铁道车辆有种种不同 车辆要在地下隧道 高架和地面轨道运行 站距短 线路曲线半径小 坡度大 客流量大而集中 乘客上下车频繁 高峰时会超载 轨道交通车辆特点 因站距短 车辆要在最高速度运行是困难的 所以需有较高的起动加速度和制动减速度 以达到起动快 制动距离短 有较高平均速度的目的 车辆的设计应遵循减少能耗 减少发热设备的原则 用以降低隧道内温度 为此 需尽量减轻自重 而选择效率高的传动系统 由于运转密度较高 为确保安全行车 城市轨道的信号系统比较复杂 所以车载通信信号设备及车辆的控制系统 应有良好的适应能力 一 车体 二 走行部分 三 制动装置 四 列车控制系统 五 乘客信息系统 三城市轨道交通车辆的组成 既是容纳乘客和司机驾驶的地方 又是安装与连接其它设备和部件的基础 一般包括有底架 端墙 侧墙及车顶等 一 车体 1 城市轨道车辆车体特点 有拖车 动车之分 座位少 车门开度大 服务设备简单 质量的限制较为严格 重量限制严格 要求轻量化 防火及隔噪要求高 外观造型美观 色彩新颖 一 车体 分有司机室车体和无司机室车体两种 是容纳乘客和司机驾驶 对于有司机室的车辆 的地方 是安装 连接其它设备和部件的基础 城市轨道车辆车体均采用整体承载的钢结构和轻金属结构 以达到在最轻的自重下满足强度的要求 一 车体 带司机室拖车 A型 无司机室带受电弓的动车 B型 无司机室不带受电弓的动车 C型 6节编组其排列为A B C C B A8节编组其排列为 A B C B C B C A A B C C B A 一 车体 有司机室车辆 驾驶室 2 车体各部分组成 底架侧墙和端墙车顶车内设备 一般城市轨道交通车辆所采用的底架由地板 地板布 支撑梁 隔声 隔热材料和阻尼浆等组成 地板有的用胶合板组成 后来为了解决防火等问题 有的采用铝蜂窝夹层复合铝板制成 地板布一般都有聚氯乙烯制成 厚度一般为2 3mm 具有耐磨 防滑 防火 抗化学腐蚀和易清洗等特点 1 底架 2 侧墙和端墙 侧墙与端墙的结构基本相似 均有墙板 支撑梁 隔声 隔热材料和阻尼浆组成 上海 广州城市轨道交通1号线的车辆采用非饱和聚酯玻璃钢板黏结泡沫状密胺树脂和铝板的复合板 支撑梁采用金属梁 隔声 隔热材料采用矿渣棉并用铝箔包装 金属铝墙的内表面涂有阻尼浆 3 车顶 由复杂形状断面的型材和车顶板组成 预留车顶设备的安装位置 4 车内设备 车门结构 城市轨道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JC扇内藏嵌入式对开拉门1900mrn 1300mm 高X宽 在带司机室车 A车 的前端中央还设有应急安全疏散门 在紧急情况下 做成可伸缩的套接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基上 车门按照驱动方式 可分为风动门和电动门 风动门由于受气动元件及密封件的质量条件限制 可靠性较差 门机故障率高 同时产生的噪声较大 因此 目前轨道交通车辆的车门均采用电动门 车门采用电子控制技术 可根据乘客和驾驶员的不同要求编制程序修改操作过程 具有自动监控 自动故障报警和记录的功能 并设有防夹装置 地铁和轻轨车辆的车门 按车门形式可分为以下三种 内藏门外挂门塞拉门 问题的提出 较长轴距的轨道交通车辆仅在直线轨道上行驶没有问题 但在曲线上就不容易处理了 轨道车辆运行特点 行驶轨迹是 不自由 的 受约束的 在特定的轨道中行驶 二 转向架 把两个或多个轮对用专门的构架 或侧架 连接 组成一个小车 称为转向架 车体座落在两个 或三个 转向架上 世界各国大多采用二轴车结构 由于要通过小半径曲线 二轴车的轴距不能太大 同时对车辆载重 长度和容积等均有限制 转向架为车辆的一个独立部件 便于更换 制造和维修 二 转向架 转向架是支承车体并负担车辆沿着轨道走行的支承走行装置 如图1 为了便于通过曲线 在车体和转向架之间设有心盘或回转轴 转向架可以绕一中心轴相对车体转动 为了改善车辆的运行品质和满足运行要求 在转向架上设有弹簧减震装置和制动装置 对于动车 转向架上还装有牵引电机和减速机构 以驱动车辆运行 这种转向架称为动力转向架 转向架是车辆最重要的组成部件之一 它的结构是否合理直接影响车辆的运行品质 动力性能和行车安全 二 转向架 车辆转向架 分类 动车转向架和拖车转向架 主要作用 支撑车体 相对车体可自由回转 使较长的车辆能自由通过小半径曲线 悬浮和减振车体 提高运行品质 加速和制动车辆 二 转向架 上海地铁五号线车辆 动拖比1 1 转向架 转向架功能 支撑车体 传递载荷使车辆顺利通过曲线传递牵引力和制动力缓和振动和冲击 提高乘坐舒适性 二 转向架 转向架分为 动力转向架 非动力转向架 动力转向架上安装牵引电动机 装有动力转向架的车辆称为动车 装有非动力转向架的车辆称为拖车 二 转向架 轮对轴箱弹簧装置构架摇枕弹簧装置纵向拉杆基础制动装置等部分 二 转向架 组成 轮对是由一根车轴和两个相同的车轮采用过盈配合使之牢固地结合在一起 二 转向架 轮对 轮对承担车辆全部载荷 引导车辆沿着钢轨高速运行 同时还承受着从车体 钢轨传来的各种力的作用 因此 轮对应具有足够的强度 以保证在允许的最高速度和最大载荷下安全运行 应在强度足够和保证一定使用寿命前提下 使其重量最小 并具有一定的弹性 以减少轮轨之间的作用和磨耗 轮对在正常状态线路上运行时 轮缘的内侧距是影响运行安全的重要因素 轮缘内侧距有严格的规定 一般铁路标准轮对 内侧距为1353 3mm 我国地铁车辆轮对 内侧距为1353 2mm 轮缘内侧距应保证在任何线路上运行时轮缘与钢轨之间有一定的游间 以减少轮缘与钢轨的磨耗 应保证在最不利情况下 轮对踏面在钢轨上仍有足够的安全搭接量 不致造成脱轨 应保证安全通过道岔 1 车轴轨道车辆使用的车轴 绝大多是为圆截面实心轴 采用优质碳素钢加热锻压成型 在经热处理 正火或正火后再回火 和机械加工制成 车轴为转向架的簧下部分的质量对改善车辆运行品质和减少对轮轨动力作用有很大影响 特别对于高速列车 为降低簧下质量常采用空心车轴结构 由于车轴主要承受横向弯矩作用 截面中心部分应力很小 制成空心结构后 对车轴的强度影响很小 一般空心车轴比实心车轴可减轻20 40 的质量 2 车轮车轮的结构 形状 尺寸 材质是多种多样的 按其结构分为整体车轮和带箍车轮两种 整体车轮按其材质可分为辗钢轮和铸钢轮等 轮箍轮又可分铸钢辐板轮心以及铸钢辐条轮心的车轮 为降低噪声 减小簧下质量 还有橡胶弹性车轮 消声轮等 我国目前车辆上大部分采用整体辗钢车轮 整体辗钢车轮由踏面 轮缘 辐板和轮毂组成 车轮与钢轨的接触面成为踏面 一侧沿着圆周突起的圆弧部分成为轮缘 是保持车辆沿钢轨行 防止脱轨的重要部分 踏面沿径向的厚度部分成为轮辋 轮毂是轮与轴互相配合的部分 轮辋与轮毂联接的部分称辐板 将轮对和构架 或侧架 联系在一起 使轮对沿钢轨的滚动转化为车体沿线路的平动 并把车辆的重量以及各种载荷传递给轮对 二 转向架 轮对轴箱装置 轴箱 1 轴箱装置的作用 连接轮对与转向架构架 支撑一系悬挂 承受和传递轮对与转向架之间的各种载荷给轴承内外定圈位使轮对沿钢轨的滚动转化为车体沿线路的平动轴箱采用滚动轴承 在提高承载能力的同时 降低了轴箱摩擦因数保持轴承油脂 保证轴承良好的润滑性能 2 轴箱装置的分类轴箱装置按轴承工作特性分为滚动轴承轴箱和滑动轴承轴箱装置 滑动轴承装置承载重载荷 但运行阻力较大 使用和保养不慎时易发生事故 我国铁路已基本实现滚动轴承化 这是实现铁路车辆技术装备现代化的重要标志 采用滚动轴承后 显著地降低了车辆的起动阻力和运行阻力 改善了车辆走行部分的工作条件 减少了燃油的惯性事故 减轻了维护和检修工作 降低了运营成本 轴承轴箱 二 转向架 弹性悬挂装置 为减少线路不平顺和轮对运动对车体各种动态的影响 转向架在轮对与构架或者构架与车体 摇枕 之间 设有悬挂装置 a 一系弹簧悬挂 b 二系弹簧悬挂 二 转向架 弹性悬挂装置 一系悬挂作用 减振 连接轴箱与构架 二 转向架 弹性悬挂装置 二系悬挂在转向架构架和车体之间工作 它由两个空气弹簧和辅助弹簧组成 在不同载荷下由空气弹簧高度阀系统将车体高度自动调整到规定范围内 三 制动系统 什么叫做制动 什么时候实施制动 人为地使运动物体减速或阻止其加速叫做制动 对于城市轨道车辆来说 为了使运行着的电动车组能迅速地减速或停车 必须对它施行制动 为了防止电动车组在下坡道上运行时由于电动车组的重力作用导致电动车组速度增加 也需要对它施行制动 同时为避免停放的车辆因重力作用或风力吹动而溜走 亦需要对它施行制动 称停放制动 三 制动系统 为了保证汽车安全行驶 提高汽车的平均行驶车速 以提高运输生产率 在各种汽车上都设有专用制动机构 这样的一系列专门装置即称为制动系统 汽车制动系统功用1 保证汽车行驶中能按驾驶员要求减速停车2 保证车辆可靠停放 三 制动系统 1 操纵灵活 制动减速快 作用灵敏可靠 车组前后车辆制动 缓解作用一致 2 具有足够的制动能力 保证车组在规定的制动距离内停车 3 对新型的城市轨道车辆 一般要求具有动力制动能力 并且在正常制动过程中 应尽量充分发挥动力制动能力 以减少对城市环境的污染和降低运行成本 同时应具有动力制动与摩擦制动的联合制动能力 4 制动系统应保证车组在长大下坡道上运行时 其制动力不会衰减 5 电动车组各车辆的制动能力应尽可能一致 制动系统应根据乘客量的变化 而具有空重车调整能力 以减少制动时的纵向冲击 6 具有紧急制动性能 遇有紧急情况时 能使电动车组在规定距离内安全停车 紧急制动作用除可由司机操纵外 必要时还可由行车人员利用紧急按钮 紧急阀 进行操纵 7 电动车组在运行中发生诸如列车分离 制动系统故障等危急行车安全的事故时 应能自动起紧急制动作用 制动系统应具备的条件 1 摩擦制动 常用的摩擦制动方式主要有闸瓦制动和盘形制动 还有轨道电磁制动等方式 1 闸瓦制动 又称为踏面制动 是最常用的一种制动方式 2 盘形制动 制动缸通过制动夹钳 夹紧制动盘 使闸片和制动盘间产生摩擦 把电动车组的动能转变为热能 热能通过制动盘与闸片散于大气 1 制动系统的类型 1 摩擦制动之闸瓦制动 又称为踏面制动 1 制动系统的类型 2 摩擦制动之盘形制动 1 制动系统的类型 盘形制动 3 摩擦制动之电磁制动 在转向架构架侧梁下通过升降风缸安装有电磁铁 电磁铁下设有磨耗板 1 制动系统的类型 2 动力制动动力制动在制动时 将牵引电机变为发电机 使列车动能转化为电能 对这些电能的不同处理方式形成了不同方式的动力制动 城市轨道交通车辆上采用的动力制动形式主要有电阻制动和再生制动 1 制动系统的类型 2 动力制动 1 电阻制动 将发电机发出的电能加于电阻器中 使电阻器发热 即电能转变为热能 电阻器上的热能靠风扇强迫通风而散于大气中 电阻制动一般能提供较稳定的制动力 但车辆底架下需要安装体积较大的电阻箱 2 再生制动 再生制动是把电动车组的动能通过发电机转换为电能后 再使电能反馈回电网 进行回收使用 1 制动系统的类型 1 制动系统的类型 2 制动模式 弹簧停放制动紧急制动快速制动常用制动保压制动 2 制动模式 弹簧停放制动紧急制动快速制动常用制动保压制动 1 弹簧停放制动 弹簧停放制动缸充气时 停放制动缓解 弹簧停放制动缸排气时 停放制动施加 还附加有手动缓解的功能 2 紧急制动 失电制动 得电缓解 电制动不起作用 仅空气制动 高速断路器断开 受电弓降下 不受冲击率极限的限制 在1 7s内即可达到最大动力的90 紧急制动实施后是不能撤除的 列车必须减速 到完全停下来 零速封锁 具有防滑保护和载荷修正的功能 3 快速制动 电制动不起作用 仅空气制动受冲击率极限的限制主控制器手柄回 0 位 可缓解具有防滑保护和载荷修正能力 4 常用制动 在常用制动模式下 电制动和空气 摩擦 制动一般都处于激活状态 一般情况下 车载AW2以下 速度8km h 可调 以上 电制动能满足车辆制动要求 当电制动不能满足制动要求时 气制动能够迅速 平滑地补充 实现混合制动作用 5 保压制动 保压制动是为防止列车在停车前的冲动 使列车平稳停车 通过ECU内部设定的执行程序来控制 3 制动有关原则 常用 制动优先原则 常用 制动混合原则 常用 制动力的分配原则 1 常用 制动优先原则 第一优先再生制动第二优先电阻制动第三优先踏面摩擦制动 2 常用 制动混合原则 电制动无故障状态下的制动原则在DCU无故障状态情况下 电制动始终起作用 提供常用制动所需的制动力 AW0 AW2 制动指令值同时送至所有的DCU和ECU 并由它们分别根据车辆的载荷情况计算所需的制动力 电制动与气制动混合的控制原则电制动和气制动之间融合 混合 应是平滑的 并满足正常运行的冲击极限 气制动用来填补所要求的制动需求和已达到的电制动力之间的差额 3 常用 制动力的分配原则 电制动力的分配原则 由于车辆编组每单元为三节 假设每单元自己提供制动力 总共需要300 的制动力 而电制动时只有动车能提供制动力 每单元的三节车中只有两节动车 因此每节动车承担150 的制动力 气制动力的分配原则 由A B和C车组成的单元车则需300 的气制动力 每节车的 气制动控制单元 根据本车的载荷重量负责本车100 的制动力 四 列车控制系统 功能 监视 控制车辆和车辆各系统的运行 同时可诊断各系统的运行情况 并给出报警信息 具有协调所有总线之间的通信和控制列车的功能列车控制系统 VTCU 包括车辆控制和通信系统 四 列车控制系统 TCC 是一个集整列列车内部测控任务和信息处理任务于一体的列车数据通讯网络 它包括两种总线类型绞线式列车总线 WTB 和多功能车辆总线 MVB MVB传输长度为200m WTB传输长度为860m 列车控制系统硬件及其主要功能 四 列车控制系统 列车控制系统在列车制动系统中的主要功能 1 空气压缩机单元控制 压缩机的工作范围7 5 9 0bar 压力传感器传递所需的压力信息并供应给列车控制系统 列车控制系统控制列车两个压缩机的启动和停止 2 电子制动控制单元控制 列车制动设备有两个不同的制动系统组成ED制动系统和EP制动系统 通过闸瓦单元制动车轮 列车电子牵引设备允许使用独立安装在每个动车上的电动制动 通过列车控制系统控制每个电子制动控制单元 五 乘客信息系统 PIDS是实现以人为本 进一步提高地铁为乘客服务质量 加快各种信息 如 乘客行车 地铁公益广告 安防反恐 运营紧急救灾 天气预报 新闻 交通信息等 传递及实现列车视频监控的的重要设施 是提高地铁运营管理及经营开发水平 扩大对乘客服务范围的有效工具 1 乘客信息系统的功能 系统功能 在正常运营情况下 可以提供乘车须知 列车时刻表 到站广播以及广告动态的多媒体信息 使乘客及时了解列车到站信息 方便乘客换乘其他线路 减少乘客下错站的可能性 一旦出现火灾水淹等非正常的情况 PIDS则提供动态的紧急疏散提示 进行紧急广播 一指挥旅客疏散 调度工作人员抢险救灾 减少意外造成的损失