地铁车辆知识

1 主讲 员华职称 高级工程师E mail yunhua Tel地铁车辆知识讲座 2 概述基本概念车辆基本技术性能及设计参数车辆总体组成地铁限界 地铁车辆 总体 3 车辆总体 概述 地铁车辆是用来运输旅客的运输工具 它属于城市快速轨道交通的范畴 地铁车辆是地下铁道工程的最重要的设备 也是技术含量较高的机电设备 该设备具有安全 可靠 经济合理和绿色环保的特点 与干线机车车辆相比 在构造和运用性能上有如下特点 4 车辆总体 概述 构造上 地铁列车本身带有动力牵引装置 不需要连挂机车就可以在地铁线路上正常运行 地铁车辆通常是固定编组的 由全动车或动 拖车构成拖车车辆trailcar TC 本身无动力牵引装置 与铁路客车相近 动车motorcar MC 本身带有动力牵引装置 5 车辆总体 概述 运用性能 城轨交通站间距离短 起 制动频繁 所以要求地铁车辆不仅要有良好的牵引 制动性能 地铁车辆既要有较高的安全保护措施 又要有良好的旅客服务设施 使旅客感到舒适 方便 6 2 基本概念 1 编组 一 二号线每一列车由六节车组成 分两个单元 每个单元有A B C三种车型 其中A车是带司机室和受电弓 B C车为带驱动电机的动车 结构基本相同 编组型式 A B C C B A 其中 全自动车钩 半自动车钩 半永久牵引杆 列车两端备有自动车钩 实现机械 电气 气路的整体联结 每一个A B C车组构成独立的动力单元 自成体系 司机可在一端A车上通过贯通全车的列车线控制六节车同步运行 编组方式不可互换 车辆总体 基本概念 7 一位端二位端一位端二位端一位端二位端 全自动车钩半永久牵引杆半永久牵引杆半自动车钩 车辆总体 基本概念 8 三号线车辆的编组 广州地铁三号线车辆的编组是由3节车组成 编组形式 A B C 其中 全自动车钩 半永久牵引杆 A车和C车都是带司机室的动车 B车是拖车 三号线车辆是两动一拖的小编组列车 列车的三节车厢由半永久车钩机械连接 电气连接由固定于车厢之间的跨接电缆连接 气动功能通过车厢之间的连接软管进行传输 列车的两端均装有自动车钩 两列车可以通过联挂在一起进行常规运行 在紧急情况下 也可救援 车辆总体 基本概念 9 一位端二位端一位端二位端二位端一位端 车辆总体 基本概念 全自动车钩半永久牵引杆半永久牵引杆全自动车钩 10 广州地铁四号线每一列车由四节全动车组成 分两个单元 每个单元有A B两种车型 其中A车是带司机室 B车为不带司机室的动车 编组型式 A B B A 其中 全自动车钩 半自动车钩 半永久牵引杆 列车两端备有自动车钩 实现机械 电气 气路的整体联结 每一个A B车组构成独立的动力单元 自成体系 但司机可在一端A车上通过贯通全车的列车线控制四节车同步运行 编组方式不可互换 车辆总体 基本概念 11 一位端二位端一位端二位端二位端一位端二位端一位端 车辆总体 基本概念 全自动车钩半永久牵引杆半自动车钩半永久牵引杆全自动车钩 12 2 车辆编号地铁车辆的编号包含了线路 车辆类型等信息 如 一号线 1A01其中 1 线路编号 即一号线 A 车辆类型 即A B C等 01 车辆的编号 即第1列车 二号线 02A043其中 02 线路编号 即二号线 A 车辆类型 即A B C等043 车辆的编号 车辆总体 基本概念 13 如三号线 03A01其中 02 线路编号 即二号线 A 车辆类型 即A B C等01 车辆的编号 即第1列车 如四号线 04A001 04B001 04B002 04A002 第1列车的A车编号为 04A B 001 列车编号 001表示第1列车 车辆类型 A表示A车 B表示B车 线路编号 04表示四号线 车辆总体 基本概念 14 3 车辆方位车辆的两端分别定义为 位端和二位端 每种形式车辆的一位端确定如下 另一端即定义为二位端 A车的 位端为靠近司机室的一端 B车的一位端为靠近A车的一端 C车的一位端为靠近A车的一端 车辆的两边分别定义为左边和右边 当观察者从车辆的二位端朝向一位端 朝司机室方向看时 其右侧为车辆的右侧 另一侧即为左侧 车辆总体 基本概念 15 4 车辆上 下行车辆在正线运营时 通常提到 上 下行线 的概念 一号线 西朗站往广州东站为上行 反之为下行 广州东站往西朗站方向 二号线 万胜围往三元里站为上行 反之为下行 三元里往车厂方向 三号线 番禺广场站为起点的线路称之为上行线 以天河客运站为起点的线路称之为 下行线 四号线 万胜围到金洲的方向称为 下行线 以金洲站为起点的线路称之为 上行线 车辆总体 基本概念 16 5 动力学性能a 平稳性 是乘客对机车车辆运行品质的感觉 我国目前使用的用于评价铁道车辆动力学性能的规范为GB5599 85 铁道车辆动力学性能评价和试验鉴定规范 其中对车辆运行平稳性的评价采用的就是平稳性指标 评价等级有3级 优 良 合格 其指标分别为小于2 5 2 5 2 75 2 75 3 0 b 舒适度 是乘客的舒适程度 评价等级为5级 非常舒适 很舒适 较舒适 不舒适和非常不舒适 采用UIC513和ISO2631两种方式评价 试验列车各客车不应低于2级 舒适性指标不能代替平稳性指标 从实际应用的角度出发 舒适性指标更适合于对乘客舒适性作出评价 而平稳性指标较适合于对车辆本身和局部线路状况作出评价 车辆总体 基本概念 17 C 安全性脱轨分两类 轮轨间的侧向力Q1增加 轮重减小 车辆低速通过曲线时 轮重减载比侧向力更不利 引起脱轨的因素有 线路状态 车辆结构参数和状态 运用条件 防止脱轨的措施有 适当地增加轴箱弹簧的静挠度 采用空 重车两级刚度的弹簧装置 车辆总体 基本概念 18 采用具有扭曲弹性和活节式构架 采用轴向弹性轴承 在空气弹簧悬挂系统中 安装压差控制阀 采用弹性旁承 既可降低轮重减载量 又可改善车辆振动性能 在制造与修理时应保证转向架各弹簧高度差和轮径不超过规定的限度 车辆总体 基本概念 19 6 车辆载荷车辆通常用AW0 AW1 AW2和AW3来表示载荷状态 AW0是空载状态下车辆的重量 AW1是车辆在满座载荷状态下的重量 包含了车辆和乘客的重量 所有座位都有乘客 无乘客站立 AW2是车辆在额定载荷状态下的重量 包含了车辆和乘客的重量 其中乘客按每平方米6人计算 AW3是车辆在满员载荷状态下的重量 包含了车辆和乘客的重量 其中乘客按每平方米9人计算 车辆总体 基本概念 20 7 轴重 指车轴允许负担的包括轮对自身在内的最大总质量 轴重的选择与线路 桥梁及车辆走行部的设计标准有关 在GB7928 2003中规定 A型车辆的轴重 16吨 B型车辆的轴重 14吨 目前广州地铁的1 2号线及8号线车辆属于A型车 三号线 机场线 广佛线车辆属于B型车 四 五 六号线直线电机车辆属B型车系列 但由于牵引电机的驱动方式 称L型车 车辆总体 基本概念 21 8 地铁列车的安全保障措施列车自动保护 ATP 警惕按钮自动紧急制动制动安全电路高压电气安全保护措施车门不动保护 零速保护 车体具有240kJ大容量的撞击能量吸收功能 车辆总体 基本概念 22 车辆基本技术性能及设计参数 3 车辆基本技术性能及设计参数3 1车辆基本技术性能车辆的基本技术性能包括 车辆的动力性能 制动特性及故障运行能力等 3 1 1动力性能列车在定员 AW2 车轮半磨耗情况下 在正线的平直轨道上和额电电压下 列车表现处的动力性能 体现列车动力性能的指标有 加速度 冲击极限 最高运行速度 平均旅行速度等等 23 车辆基本技术性能及设计参数 3 1 2制动性能 地铁列车的减速或及时停车是通过制动系统实现 其制动性能的好坏是列车能否安全运营和正点运行前提条件 地铁车辆的制动方式按优先等级分为再生制动 电阻制动和摩擦制动 按操作模式分紧急制动 快速制动 常用制动 保压制动和停放制动 特点 响应时间短 精度高 根据不同工况下车辆制动力可自行调节性能 准确性和停车的平稳性 高可靠性 故障识别及显示等 24 车辆基本技术性能及设计参数 考虑到地铁车辆本身要求的特点及其装备 站间距离短 启动快 制动距离短 停车精度高和每节动车装备有四台交流电机等 同时考虑到电制动本身的特点 低速时电制动发挥不出来 以及安全要求 将制动系统设计为两大类 电制动和空气 摩擦 制动 一 电制动 动力制动 列车制动时 将牵引电机变为发电机 动能转化为电能 地铁车辆上的电制动主要再生制动和电阻制动 为非接触式制动方式 25 车辆基本技术性能及设计参数 电制动是车辆在常用制动模式下的优先选择 仅带驱动系统的动车具有电制动 电制动具有独立的滑行保护和载荷校正功能 分配原则 对三节单元有两节动车 假设每节车自己制动 共需300 的制动力 那么电制动时 两节动车各承担150 的制动力 1 再生制动 当施加常用制动时 电动机变成发电机状态运行 将车辆的动能变成电能 经牵引控制单元 电机模块 DCU M 逆变器整流成直流电反馈于接触网 供列车所在接触网供电区段上的其它车辆牵引用和供本车的其它系统 辅助系统等 即再生制动 26 车辆基本技术性能及设计参数 再生制动取决于接触网的接收能力 亦即取决于网压高低和载荷利用能力 具有制动列车和产生电功率的双重效用 因此对于行车密度大的地铁车辆具有明显节能的效果 2 电阻制动 当车辆施加常用制动时 牵引电机变成发电机状态 将车辆的动能转变成电能 如果制动列车所在的接触网供电区无其它列车吸收该制动能量 网压迅速上升 当网压达到设定最大的设定值后 制动电阻接通 此时牵引控制系统将发电机发出的电能转换为制动电阻的热能散逸到大气中 27 车辆基本技术性能及设计参数 制动电阻靠自然风冷 广州3号线 或风扇强迫通风 如广州2号线 将热能散发于大气 它能提供较稳定的制动力 广州1 2 3号线旋转电机的车辆 其制动电阻安装在车上 但也有电阻设于变电站的 地铁车辆优先使用再生制动 其次是电阻制动 摩擦制动作为补充 28 车辆基本技术性能及设计参数 在高速时 采用电控制动 但由于电制动的效率随着运行速度的降低而降低 因此 车速降低到一定程度后 必须采用摩擦制动 另外在电制动力不足时 摩擦制动也作为辅助手段应用 确保列车安全 体现列车制动性能的参数主要有制动减速度 冲击极限等 29 车辆基本技术性能及设计参数 在牵引工况 由接触网吸收电能 牵引电机作为电动机 将电能转换成机械能 产生牵引力 在制动工况 停止接触网供电 反过来作为发动机 将列车运行的机械能转换成电能 产生制动力 30 车辆基本技术性能及设计参数 3 1 3故障运行能力列车故障情况下对牵引系统的要求 GB7928 2003中规定 当损失1 4动力 一节动车不能工作 时 在额定载荷 AW2 情况下 列车可往返一个全程 必须降低运行速度 当损失1 2动力 两节动车不能工作 时 在超员载荷 AW3 下 列车可在正线最大坡道上起动 并使列车前进到最近车站 清客后 列车空车返回车辆段 31 车辆基本技术性能及设计参数 3 2车辆基本设计参数根据线路高峰的小时客流量 发车间隔时间 线路的总长度 旅行速度 车辆的最高速度及线路 包括供电和轨道 的设计参数等确定车辆的设计参数 设计参数一般有 车辆的结构参数 车辆的长 宽 高 走形部参数 轴距 轮内侧距 轮径 定距 地板面高度 车钩中心线高度 每侧车门数量 主要系统的参数等等 32 4 车辆总体组成车辆是地铁系统中最关键 最复杂的多系统紧密联系的机 电一体化设备 其种类很多 性能指标也各不相同 以广州地铁来说 各线路车辆的性能和结构各有差异 按其技术特点分A型车 B型车 L型车 APM等车型 若按系统分包括 车体及内装 车门 车钩及缓冲装置 贯通道 牵引及电制动 受电 车辆总体组成及各子系统基本原理 33 弓及1500 750V高压电路 气路及供风系统 列车控制系统 110V控制电路 辅助系统 空调及通风系统 照明 广播及乘客信息系统等 车辆总体组成及各子系统基本原理 34 按照各设备位置从上到下顺序分 车顶设备 空调单元 受流设备 车体及车内设备 车门车窗 内装 照明及信息指示设备等 车底设备 转向架 车钩缓冲装置 供风制动系统 其它辅助设备等 虽然车辆之间存在结构和性能的差异 一般来说包括电气系统和机械系统两大部分 车辆总体组成及各子系统基本原理 35 4 1车体车体是容纳乘客和司机驾驶 对有司机室的车辆 的处所 又是安装其它设备和部件的基础 车体主要由底架 侧墙 端墙 车顶 司机室 驾驶端 等部分组成 车体主体结构采用铝合金大断面蜂窝结构挤压型材组焊而成 车体结构为轻型 整体自承载模块化全焊接结构 底架 侧墙 端墙和车顶焊接或铆接而成的车体框架形成一个整体 充分发挥了车体各构件的强度 提高了列车整体刚度 车辆总体组成及各子系统基本原理 36 分类 结构按组成材料分 碳钢车体 不锈钢车体 铝合金车体按承载方式分 承载式和非承载式 广州地铁车辆的车体均为承载式 铝合金车体 车体按照其工艺方式可分为 模块式和一体式 1 3 4 5采用一体式全焊接车体 2号线为模块化焊接 铆接或焊接 螺栓连接方式 车辆总体组成及各子系统基本原理 37 车体基本参数 长度 宽度 地板面高度 车厢内部高度 纵向静载荷等 车辆总体组成及各子系统基本原理 38 底架 是车体中一个重要的部件 主要作用是承受车体上部载荷并传递给整个车体 承受因各种原因而引起的横向力和走行部传来的各种振动和冲击 牵引梁连挂组成列车 并在车辆间传递牵引力和制动力 车底架通常是用大型铝合金蜂窝状挤压型材焊接而成 由侧梁 端梁 牵引梁 枕梁和横梁组成 在驾驶端通常还设有一个撞击能量耗散区 在车辆受撞击时用以吸收传至地板水平方向和能量 最大限度地保护客室乘客 底架上设各种吊梁 吊卡 线槽 安装座 用来安装车钩缓冲 各种机电设备 制动设备 车辆总体组成及各子系统基本原理 39 车辆的地板也是底架的一个重要组成部分 地板的性能直接与车辆的隔音隔热 防滑等舒适 安全性能相关 也与车辆的清洁 维护保养相关 一般的地板主要由金属地板 地板布 支撑梁 隔音隔热材料和阻尼浆等组成 直线电机车辆设有次地板 侧墙 主要由墙板 支撑梁 隔音隔热材料和阻尼浆组成 侧墙主要用于安装客室窗玻璃 客室车门 座椅等部件 车辆总体组成及各子系统基本原理 40 端墙 由墙板 支撑梁 隔热隔音材料和阻尼浆组成 与侧墙结构基本相似 端墙主要用于贯通通道 空调单元 司机室的连接 车顶 1 通风口 2 空调设备及其换气连接 电力供应 排水装置 3 受电弓及其连接装置 4 车辆无线电天线 车辆总体组成及各子系统基本原理 41 车内设备车内设备主要有客室侧门 车窗 司机室 疏散装置 座椅 扶手立柱等 车体连接装置为实现列车编组和使乘客安全跨越车厢 在车体之间一般设有车钩缓冲装置和贯通通道等连接装置 1 车钩缓冲装置 2 贯通道 车辆总体组成及各子系统基本原理 42 车体底架前端设置防爬器及扰流板 防爬器是在撞车时对列车前端的一个保护设施 设置防爬装置以避免一车翻越另一车 该装置防止列车的重叠并且吸收速度超过20km h的6车车组的能量 设置扰流板的主要目的是为了减少运行时的空气阻力 保证运行品质 车辆主要在隧道中运行 由于车辆与隧道的横截面之比很小 在车辆与隧道的间隙中存在着强烈的气流摩擦和车辆前后的空气压力差 使空气阻力成为车辆的主要运动阻力 列车运行速度越高 基本阻力越大 其二是用流线型的扰流板住列车前端的车下设备 使列车外观美观 车辆总体组成及各子系统基本原理 43 4 2车门车门是城市轨道车辆的一个重要组成部件 对车体强度及车辆整体形象影响甚大 且与运营安全有直接的关系 据不完全统计 在城市轨道车辆中各部件中 由车门引起的故障约占车辆故障的60 以上 车门包括客室车门 司机室侧门 紧急疏散门以及司机室与客室间的通道门 客室车门是供乘客上下车的 其车门的数量与运载客流量 车体强度有很大关系 车辆总体组成及各子系统基本原理 44 客室车门分类 按其驱动方式分 气动和电动车门 按其开启和结构型式分 移动门和塞拉门 移动门又分 内藏式滑动移门和外挂式滑动移门 内藏式滑动移门开关门时门页在车辆侧墙的外墙与内护板之间的夹层内移动 传动机构设于车厢内侧车门的顶部 装有导轮的门页可在导轨上移动并与传动装置的钢丝绳或皮带相连接 借助风缸或电机驱动传动机构 从而使钢丝绳或丝杆螺母机构带动门页动作 车辆总体组成及各子系统基本原理 45 内藏式滑动移门具有重量轻 结构简单 价格低及不突出车体外且适应于大客流的工作环境等特点 被广泛地应用在广州地铁1号线车辆 上海地铁1 2号线及新建城轨车辆上 车辆总体组成及各子系统基本原理 46 外挂式滑动移门车门驱动结构 原理与内藏式滑动移门相同 外挂式滑动移门开关门时门页均位于车辆侧墙的外侧 外挂门的结构较简单 但由于门机构位于车体外部 密封性能相对较差 目前仅在广州地铁二号线车辆上使用 塞拉门借助于车门上端的传动机构和导轨 车门开启状态时门页贴靠在侧墙的外侧 车门在关闭状态中有一个滑动和一个向内的塞拉动作和位移 使车门在关闭状态时 门页外表面与车体外墙成一平面 美观 密封性好 被广泛地运用在城轨车辆及高速列车上 车辆总体组成及各子系统基本原理 47 外挂密闭门 微动塞拉门 集外挂移门及塞拉门特点于一体 在外挂移门的基础上增加了很小的塞拉行程 使得在关门位置时门页密封胶条和门框贴合 保证了外挂密闭门的密封性能 外挂密闭门已使用于北京地铁五号线 广州地铁二号线也正在进行运营试验 运营效果良好 系统结构组成主要由控制系统 驱动系统 机械传动系统 悬挂和导向系统 锁闭机构 门页以及负责检测的各种行程开关组成 车辆总体组成及各子系统基本原理 48 主要参数车门净开度 1400mm车门净高度 1860mm供电电压 DC110V开 关门时间 3 0 5s障碍物探测能力 30mm 60mm 车辆总体组成及各子系统基本原理 49 门控系统门控单元是车辆电源和车门机械操纵机构之间的接口 由可编程序控制器实现整个车门系统的运动 其控制原理如下图 车辆总体组成及各子系统基本原理 50 车辆总体组成及各子系统基本原理 车门具有开 关门 零速保护 安全回路 车门切除及障碍物检测等功能 零速保护 车速为 0 时 门控器得到 零速 信号后开门功能才能作用 当车速大于5km h时 车门仍然开启时候 将启动自动关门 安全回路 锁闭开关检测到车门完全关闭后 司机室内 门已锁闭 指示灯亮 列车方可启动 51 车辆总体组成及各子系统基本原理 障碍物探测 如果关门时碰到障碍物 最大关门力最多持续0 5s 然后车门可以重新打开一段距离 再重新关闭或保持这个位置进行一段时间的调节 再完全关上 如果障碍物一直存在 经过几次探测后 门将处于完全打开状态 障碍物探测的次数及障碍物的大小可以通过门控单元来设定 52 车辆总体组成及各子系统基本原理 气动门的障碍探测通过压力传感器测定关门阻力来实现 电动门的障碍探测是通过测定电机电流值实现的 关门时序中 每一时序的额定电机电流曲线存储并可自动调整 如果电机电流实际值超过额定值 则启动障碍物探测功能 车门具有障碍物探测功能 其原理和作用方式如下 53 车辆总体组成及各子系统基本原理 如果关门时碰到障碍物 最大关门力最多持续0 5s 然后车门可以重新打开一段距离 再重新关闭或保持这个位置进行一段时间的调节 再完全关上 如果障碍物一直存在 经过几次探测后 门将处于打开状态 障碍物探测的次数及障碍物的大小可以通过电子门控单元来设定 电动门的障碍探测是通过测定电机电流值实现的 关门时序中 每一时序的额定电机电流曲线存储并可自动调整 如果电机电流实际值超过额定值 则启动障碍物探测功能 54 车辆总体组成及各子系统基本原理 地铁车门驱动的工作原理 地铁一号线车门以压缩空气为动力驱动双向作用的风缸活塞 再通过特种钢丝绳等组成的机械传动机构完成门的开关动作 车门的机械锁闭装置可以使门固定在全关闭位置 由中央控制阀来控制车门 操作车门控制按钮 控制主控制阀上的3个二位三通气动电碰阀Y1 开门 Y2 关门 Y3 解锁 的通 断来实现车门的开 关及锁定 55 车辆总体组成及各子系统基本原理 在双向驱动风缸的终端有150mm的缓冲行程 调节中央控制电磁阀可调整开 关门速度及缓冲速度 由4个限位开关S1 锁闭 S2 关闭 S3 切除 S4 手功解锁 给出车门状况信号 司机可以在司机室操纵按钮 通过电气控制系统实现列车所有门的同步动作 也可对没关好的车门单独进行重开门的控制 列车按ATO模式运行时 列车到站停稳后能自动开门 56 车辆总体组成及各子系统基本原理 地铁2号线车门为电动门 整个门系统的运动是由电子门控单元来控制 电机驱动 电机通过传动系统驱动丝杆 螺母系统 丝杆上的螺母通过铰链与门页相连 因此驱动门页开关 丝杆 螺母机构保证了门页的同步性 同时通过4个限位行程开关DCS 关门 DLS 锁闭 LOS 切除 EED 紧急解锁 给出门状态信号 通常开关门是通过安装在司机室内的开关门按钮来实现的 开 57 车辆总体组成及各子系统基本原理 关门按钮安装在司机室内 司机室内每侧设一套 当司机用主控钥匙启动司机台时 开关得电 当所有车门被关闭和锁闭时 关门按钮灯亮如果有任何门保持在打开的状态时候 所有按钮关门按钮都不会亮 这样是为司机提供了车门的状态指示 司机以通过每侧的开关门按钮来操纵车门 每侧都有单独的电路 58 司机室侧门通常采用单门页 手动开启和关闭 出于行车安全 避免乘客进入司机室的考虑 侧门通常带有锁闭机构 需要通过专用钥匙才能打开 车辆总体组成及各子系统基本原理 59 紧急疏散门在列车两端的司机室的前端设置有紧急下车的安全疏散斜梯 在紧急情况下向前放下到路机上 作为通向地面的踏板通道 用于列车发生火灾或紧急事故时疏散乘客 广州地铁1 2 8号线车辆两端的司机室前端设置紧急疏散门 广州3 4号线车辆不设紧急疏散门 但在紧急情况下 通过客室侧门将乘客疏散到两侧的疏散平台上的 车辆总体组成及各子系统基本原理 60 通道门 隔门 主要用于分隔司机室和客室 防止乘客进入驾驶室 对行车造成影响 但在紧急情况下 乘客可以通过解锁机构打开分隔门 到达司机室前端的安全疏散门进行疏散 车辆总体组成及各子系统基本原理 61 4 3车窗每节车的客室及司机室前窗均采用全封闭式高强度抽真空安全玻璃车窗 车辆总体组成及各子系统基本原理 62 4 4内装包括内墙板 客室座椅 扶手 吊环及电器柜等 车辆总体组成及各子系统基本原理 63 4 5车钩及缓冲装置车钩缓冲装置是连接车辆的基本部件 由车钩及缓冲器等部件组成 安装在底架牵引梁上 车钩是实现牵引连挂 缓冲器是借助于压缩弹性元件来缓冲牵引 制动时所产生的冲击和振动作用力 同时在弹性元件变形的过程中利用摩擦和阻尼吸收冲击能量 车辆总体组成及各子系统基本原理 64 其作用是 1 将车辆互相联挂 联结成为一组列车 2 传递纵向牵引力和冲击力 3 缓和车辆之间的动力作用 4 实现电路和气路的连接 用于城轨车辆上的车钩为密贴型车钩 分为自动车钩 半自动车钩 半永久牵引杆 密贴式车钩是依靠相邻车辆钩头上的凸锥和凹锥口互相插接 起紧密连接作用 其优点是 节省人力 保证安全方便 缺点是 构造较复杂 强度较低 车辆总体组成及各子系统基本原理 65 全自动车钩 可以实现两列车机械 气路 电路的自动连接 可在司机室遥控操作 自动气动解钩 两车钩接合时在垂直方向偏移 90mm 水平方向偏移 170mm的情况下仍可以实现自动连挂 车钩缓冲器采用环形橡胶缓冲器 具有能量吸收功能 在列车牵引和推进时起到有效的缓冲作用 列车的电气线路和空气管路的连接是在车钩进行机械连挂的同时自动完成的 该车钩还设有不可复原的能量吸收部件 可压溃变形管在经受严重冲击后会发生变形 吸收能量保护车体 还设有超载保护装置 车辆总体组成及各子系统基本原理 66 全自动车钩组成 钩头 能量吸收装置 如可压溃变形管 弹性胶泥缓冲器等 环形橡胶缓冲器 车钩支撑座 对中装置 钩尾冲击座 气路管 电气连接箱 自动解钩操纵装置 对中装置 安装在车钩支撑座下方 广州地铁采用的是机械对中 用碟形弹簧片 其作用是保证车钩在连接时保持位于中心位置 防止车钩进行横向摆动 即车钩和车辆中心线一致 在曲线轨道上解钩时 车钩能够在中心轴角度约15 范围内自动对中 当角度超过15 时 在相切曲线轨道上 可以手动向外摆动车钩进行列车的连挂 车辆总体组成及各子系统基本原理 67 对于全自动车钩 其空气管路连接口凸出于钩面8mm 正常情况下 车钩钩头游隙不超过1 4mm 大修和架修主要维护 1 使用压缩空气或干燥皮抹布清洁零件 2 检查凸轮盘和所有套筒有无磨损 更换磨损坏的零件 3 检查盘形弹簧是否断裂 更换破裂的零件 4 用润滑油润滑滑动零件和箱体的内侧 以防锈蚀 润滑时要使用硬刷子为工具 以避免涂润滑油时脂膜过存 车辆总体组成及各子系统基本原理 68 缓冲器 是车辆重要部件之一 目前有 弹簧式缓冲器 摩擦式缓冲器 橡胶缓冲器 摩擦橡胶缓冲器 弹性胶泥缓冲器 液压缓冲器及液气缓冲器 主要是吸收牵引 制动中的振动和冲击能量 其吸收装置主要有可压溃变形管 橡胶缓冲装置 气液缓冲装置 过载保护装置等 其中过载保护装置是最后一级能量吸收 可压溃变形管属于不可复原的能量吸收装置 当车辆在事故中或在碰撞速度超过5km h到8km h的速度时 车钩所受到的冲击压缩力超过橡胶缓冲器所能承受能力 装在车钩杆上的可压溃变形管受到挤压而将冲击能转化为变形能 起到保护作用 当吸收冲击力超过可压溃变形管承受的变形力时 有螺母的杆前部分就被推到钩头箱体里 将产生永久变形 这时必须更换可压溃变形管 车辆总体组成及各子系统基本原理 69 缓冲装置的能量吸收 1 车体的机械能量吸收车体的机械能吸收设计为由车钩系统起能量吸收作用 按设计的基本作用力要求1000kN 超载冲击作用力1100kN 冲击速度8km h和15km h 有四级能量吸收装置 对于1 2 3号线车辆 一级能量吸收装置 冲击速度在0 8km h 车钩橡胶缓冲器 可吸收22kJ 不会发生永久机械变形 车辆总体组成及各子系统基本原理 70 二级能量吸收装置 冲击作用力1000kN以下 冲击速度8 15km h 不可复原的可压溃变形管或可复原的气液缓冲器或胶泥缓冲器 钩杆可吸收185kJ的变形能 三级能量吸收装置 冲击力大于1000KN 列车速度超过15Km h的冲击 过载保护装置 可吸收33kJ 车体不受损坏 四级能量吸收装置 过载保护装置失效 通过适当设计司机室部位的底架及边梁的刚度使之成为能量耗散区 最大限度地保护客室和乘客安全 车辆总体组成及各子系统基本原理 71 一旦发生撞车事故 当冲击速度大于15km h时 可压溃变形管产生永久变形后必须立即更换 同时要立即检查车体 转向架 通道 设备箱及支承 必须对车辆尤其是电气连接进行全面检查 车辆总体组成及各子系统基本原理 72 全自动车钩有待挂 连挂 解钩三种状态 其原理如下 1 待挂 为车钩连接前状态 张紧弹簧处自由状 2 连接 与相邻车辆的车钩对撞自动完成 3 解钩 司机操纵按钮控制电磁阀 使车钩的钩锁脱开相邻车钩的钩舌 车钩处于解钩分离状态 全自动车钩连挂后 可通过最小平面曲线和竖曲线 在垂直方向 90mm 水平方向 170mm时可以实现自动连挂 车辆总体组成及各子系统基本原理 73 半自动车钩构造及基本原理与自动车钩基本相同 不同处 只可实现机械及气路的自动连挂 电气连挂需用扳手手动连接 没有可压溃变形管 车钩下的电气箱及连挂机构不同 组成 车钩头 能量吸收装置 如可压溃变形管 弹性胶泥缓冲器等 环形橡胶缓冲器 车钩支撑座 对中装置 钩尾冲击座 气路管 电气插头 车辆总体组成及各子系统基本原理 74 半永久牵引杆 是为连挂几辆车辆 组成运用中固定不变的单元车组而设计的 不具备机械解钩功能 除非是因发生非常情况或为了车间检修外 该单元车组是不需要分离的 解钩作业需在车辆段内进行 采用易于分解的套筒联轴节相连 因此可保证密接的不松弛的安全连接 设有气路 电路连接 也设有缓冲器等 3号线的半永久牵引杆没有配置对中装置 车辆总体组成及各子系统基本原理 75 车钩的主要技术参数 压缩强度 1250kN拉伸强度 850kN能量吸收等 车辆总体组成及各子系统基本原理 76 日常维护 1 车钩风管有无鼓胀变形和泄漏 2 半自动车钩上的行程开关功能是否正常 T1 电气钩头位置检测 T3 连挂位置检测 T4 钩形板位置检测 T5 当手动解钩时断开环形电路 3 安装螺栓的划线有无错位 4 可压溃变形管有无变形 5 钩头游隙满足要求 不得超过1 4mm 应使用游隙测定规测定 通常在年检中进行 车辆总体组成及各子系统基本原理 77 车钩钩头风管按照作用分有主风管和解钩风管两种 主风管作用 传送压力空气和连接车钩的作用 解钩风管与解钩风缸相连 起解钩作用 当主密封圈松脱时引起主风管漏气 车辆总体组成及各子系统基本原理 78 缓和两车之间的冲击力 传递动车牵引力依靠什么装置来实现 其结构特点是什么 答 依靠车钩缓冲装置来实现 其特点为密接式车钩 依靠两相邻车辆钩头上的凸锥和凹锥互相插入 起到紧密连接作用 能使机械 电路和气路同时连接 车钩上设有可压溃变形管 车钩能起到机械撞击能量的吸收作用 车辆总体组成及各子系统基本原理 79 4 6贯通道实现两辆车之间的柔性连接 是车辆曲线通过时的关节部位 并且使乘客均匀地在列车中分布成为可能 它不受天气影响 并且防水和隔音 是操作可靠的通道 贯通道由两个配对可分解的波纹形折蓬组成 两块装在车辆端的渡板以承载在车钩上的滑动支承组成 联挂框架用螺栓互相连接 车辆总体组成及各子系统基本原理 80 1 贯通通道折棚贯通通道折蓬采用的是柔性结构 中心架部分由车辆的车钩来支撑并且由安装在贯通通道顶部弹簧来平衡 这样也可以同时满足贯通通道随着车体运动 贯通通道的连挂和解挂工作必须由人工来操作 这样 在列车运行过程中不会出现折棚打开的现象 确保运营安全 2 侧板侧板由端板及中间板组成 其中端板通过铰链连接形式固定在车辆的端部 并且可以在水平方向转动 中间板由两个端板来支撑 车辆总体组成及各子系统基本原理 81 3 渡板 渡板包括中间的渡板组成 渡板可以通过安装在中央金属框架上的铰链进行垂直方向上的转动 这种结构的渡板可以弥补车辆运动时所产生的位移 同时也便于维护 踏板给件和渡板组件都是由车钩支撑 由若干能够适应列车运行条件下贯通道的各种运动的板材组成 渡板和踏板具有足够的强度 以保证乘客能安全地站在上面 车辆总体组成及各子系统基本原理 82 贯通道主要尺寸 间隙宽度 1500mm 1300mm通道高度 1950mm两车端之间的距离 920mm 520mm贯通道按照侧护板不同 可分为一体式 两片式和三片式 车辆总体组成及各子系统基本原理 83 广州地铁一号线贯通道采用虎珀拉公司的宽体封闭式结构 它由两个配对可分解的波纹形折蓬组成 两块装在车辆端的渡板以承载在车钩上的滑动支承组成 打开和连接采用于手柄连杆机构实现快速连接与拆分 2号线金豆生产的属于两片式 3 4 5号线是青岛 欧特美生产的属三片式结构 车辆总体组成及各子系统基本原理 84 4 7转向架转向架是车辆的走行部 是车辆一个非常关键的系统 是列车牵引力 车辆载荷和轨道外力的直接承受者 转向架性能的好坏直接涉及到车辆的运行品质及乘客运输安全 作用 支撑车体 传递载荷 传递牵引力和制动力 确保列车顺利通过曲线 缓和振动和冲击 提高乘坐舒适性 组成 构架 轮对轴箱 减振装置 牵引驱动装置 牵引杆 基础制动单元等组成 车辆总体组成及各子系统基本原理 85 车体与转向架之间1号线车辆通过中心回转装置即中心销 中心销座 复合弹簧和牵引杆组成 中心销出厂时由制造厂压装到中心销导板内 中心销导板通过六个螺钉嵌于车体底架下 中心销及中心销座之间有一压紧的复合弹簧 给中心销座提供弹性定位 缓冲牵引或制动冲击 既能保证中心销座能绕中心销转动 还能保证转向架能有一定的回转刚度 减少车辆蛇行运动 牵引杆在车体与转向架构造之间起着传递牵引力和制动力的作用 同时通过橡胶联接套缓和并减轻传递中的振动和冲击 使力传递平稳 车辆总体组成及各子系统基本原理 86 2 3号线车辆转向架通过带有橡胶关节的牵引杆连接到车体的中心销上 易于转向架的拆装 由于牵引杆与车体和转向架的联接部位都有橡胶关节 橡胶关节的弹性定位能保证转向架绕中心销在各个方向上有一定程度地摆动 这既保证了转向架抗蛇行运动的性能 又能实现转向架与车体之间的转角 保证车辆顺利通过曲线 车辆总体组成及各子系统基本原理 87 转向架主要技术参数构造速度 最大运行速度 轴距 轮对内侧距 轮径 新 半磨耗 全磨耗 等 转向架主要技术参数 doc 车辆总体组成及各子系统基本原理 88 1 构架构架是转向架的重要部件 其结构为压制成形的钢板焊接成 H 型全封闭箱形结构 由横梁和两侧梁组焊而成 横梁上设有齿轮箱 电机 牵引拉杆及横向止挡等安装座 侧梁上设有制动单元 一 二系簧等部件的安装座 主要作用是 传递荷载 安装及支承轴箱轮对 悬挂减振装置 单元制动机 牵引电机等部件 动拖构架完全相同 可互换 其寿命30年 车辆总体组成及各子系统基本原理 89 2 轮对轴箱1 轴箱组成 轴箱体 轴承 密封端盖和防尘挡圈组成 有外置式和内置式之分 外置式轴箱 轴箱安装在车轴的端部 车轮的外侧 大部分城轨车辆或干线车辆都采用这种形式 内置式轴箱 轴箱安装在车轴上 两侧车轮的内侧 如广州地铁四号线 车辆总体组成及各子系统基本原理 90 轴箱内的轴承游隙有径向游隙和轴向游隙 合适的轴向和径向游隙是保证车辆安全正常运行的前提 径向游隙过小 会使轴承工作温度升高 不利于润滑 影响力的正常传递 甚至会使滚子卡死 游隙过大 使轴承压力面积减少 压强增大 使轴承寿命减少 振动与噪声增大 轴承轴向游隙 在允许条件下 轴向游隙越小 转向架性能越佳 但过小的轴向游隙 不利于车辆顺利通过曲线 同时增大轴承摩擦 使轴承发热 甚至导致滚子卡死引起甚至燃轴事故 车辆总体组成及各子系统基本原理 91 车辆总体组成及各子系统基本原理 轴箱轴承 普遍采用滚动轴承 1号线 双列圆柱滚动轴承 开放式轴承 2号线 双列圆锥滚动轴承 TBU 3号线 双列圆锥滚动轴承 CTBU 2 3号线称自密封轴承 这种轴承在5年的架修时需要拆下送到专业厂家进行修理 92 2 轮对是车辆走行部中最重要的部件之一 车辆的全部静载荷均通过轮对传给钢轨 牵引电动机的转矩经过轮对作用于钢轨 产生牵引力 当列车沿着轨道运行时 轮对还刚性地承受来自钢轨接头 道岔及线路不平顺的全部垂直方向和水平方向的冲击作用力 其性能的好坏直接影响车辆的运行品质 所以对轮对的设计制造及维护保养应给予特别的重视 车辆总体组成及各子系统基本原理 93 轮对有动和拖之分 拖车轮对是由一根车轴和两个车轮组成 动车轮对是由车轴 齿轮箱和两个车轮组成 作用 承担车辆全部重量 承受牵引力或制动力 使车辆在轨道上运行 制动时能使车辆在规定距离内停车 承受从车体 钢轨两方面传来的静 动作用力 轮对性能好坏直接影响到车辆的运行品质 车辆总体组成及各子系统基本原理 94 轮对内侧距作用 1 保证轮缘与钢轨间一定的间隙 保证车辆运行安全性和平稳性同时减少轮缘与钢轨的磨耗 并能补偿轮对两侧车轮轮径差 减少因轮对两侧轮径差过大造成的车轮打滑 2 保证车辆顺利安全地通过曲线 3 保证车辆安全通过道岔 因此 内侧距必须保证一定值 不能太大 也不能太小 车辆总体组成及各子系统基本原理 95 影响车辆轮对脱轨的因素有 1 线路状态 a 曲线超高 b 线路的顺坡 三角坑 偶然的凹凸不平等都会使车体产生扭曲 从而引起车轮轮重的增减载 c 线路横向不平顺 d S形曲线推进时 车辆之间的纵向作用力将使侧向力增大 2 车辆结构参数和状态 a 转向架和车辆的斜对称载荷产生固有的轮重增减载 b 扭力杆 车辆通过曲线时 轮缘侧向力增大 c 轴箱横向定位刚度过大 会使轮对与钢轨之间的侧向力增大 d 车辆的中心位置高低 3 运用条件 a 车辆的装载状态 b 不同的运行速度 c 风力影响 车辆总体组成及各子系统基本原理 96 目前地铁车辆所使用的车轮均为整体辗钢轮 对于A B型车 新轮直径为840mm 半磨耗轮径为805mm 磨耗到限轮径为770mm L型车采用730mm或660mm的车轮 目的是为了减轻车辆的自重 降低能耗 车辆总体组成及各子系统基本原理 97 对轮对来说 通常检查轮对内侧距 轮径 轮缘厚度及轮缘高度 检查内侧距是用内侧距尺 测量轮径用轮径尺 对轮径有如下规定 同一轴两轮的轮径差值不得超过2mm 同一转向架的轮径差不得超过4mm 同一节车的轮径最大不得超过7mm 对3号线车辆 正常使用条件下 同一轮对轮径差应小于2mm 同一转向架轮径差应小于7mm 同一节车轮径差应小于15mm 轮径差过大会导致轮对擦伤 导致轮缘偏磨或列车异常振动 踏面擦伤长度大于30mm 深度大于0 5mm时需要镟轮 车辆总体组成及各子系统基本原理 98 正常运营情况下 轮缘的厚度应不小于26mm 轮对内侧距标准值为 1353mm 车轮与车轴间为过盈配合 1号线配合面为1 300锥形面 2 3 4 5号线为圆柱面 车轮通过热装或冷压装在车轴上 当车轮磨耗到限时 通过注油可使到限的车轮退卸 换上新轮 目前 广州地铁所使用的车轮踏面有两种 一是锥形磨耗型踏面 即1 2 3号线车轮 其次是LM型磨耗型踏面 即4 5号线 车辆总体组成及各子系统基本原理 99 为使轮轨之间有良好的匹配关系 选择合理的车轮的踏面形状 是保证车辆具有良好的运营平稳性和曲线通过能力 研究表明 踏面形状对车辆动力学有很大的影响 采用DIN5573踏面 锥形踏面 时车辆的运行稳定性优于LM磨耗型踏面 但曲线通过则相对较差 车辆总体组成及各子系统基本原理 100 2 减振装置 减振装置由一系悬挂 二系弹簧 空气弹簧 液压减振器 垂向 横向 抗侧滚扭力杆 横向缓冲器等 目的 把车辆的重量弹性地通过轮对传递到钢轨上去 并把这些重量均匀地分配给各个轮对 缓和由于线路不平顺或车轮形状不正确产生的冲击 减少车辆对线路的作用 车辆总体组成及各子系统基本原理 101 1 一系弹簧 布置在构架与轮对之间 由圆形钢弹簧 锥形弹簧和人字簧 是由钢板嵌入橡胶制成的弹性部件 之分 是一个关键的部件 广州地铁1号线采用人字簧 2 4号线采用锥形弹簧 三号线采用圆形刚弹簧 2 二系悬挂 由空气囊和锥形金属橡胶紧急弹簧组成 上部通风口与车体气管直接联结 车体载荷的变化可通过空气弹簧将其传递至空气制动系统中的制动控制单元BCU中的负载限压阀 称重阀 和压力传感器进行载荷校正 压力传感器产生与载荷成正比的电信号 该信号被送至ECU ECU根据载荷变化的电压信号判断制动力的增减 车辆总体组成及各子系统基本原理 102 车辆总体组成及各子系统基本原理 103 5 可以承受三位方向载荷 使车辆各方向具有一定柔度 提高列车运行性能 6 空气弹簧和附加空气室之间设有适宜的节流孔 车辆振动时 进出空气弹簧的空气在此节流 使空气弹簧具有减振作用 7 可以通过在空气弹簧辅助弹簧底下加垫片调整空气弹簧座高度 补偿踏面磨耗引起的车体降低 8 空气弹簧具有良好的吸收高频振动和隔音性能 车辆总体组成及各子系统基本原理 104 空气弹簧的底部时紧急弹簧 紧急弹簧能有效增加空气弹簧的柔度和挠度 增加列车乘坐舒适性 在空气弹簧爆裂时也能支撑列车继续运行 直至列车退出运营 3 高度阀 安装在车体和构架之间 可根据载客量的变化自动控制空气弹簧的充排气 以保证车体地板面不受车内乘客多少和分布不均的影响 终保持水平 高度阀有两点 三点和四点控制 广州地铁1号线为3点控制 2号线为4点控制 三号线为2点控制 两点控制指以各高度阀控制一个转向架上的两个空气弹簧的充排气 车辆总体组成及各子系统基本原理 105 3 液压减振器 利用减振器内液压油在通过节流孔时的阻塞作用来衰减振动 4 横向橡胶止挡 限制车体和转向架之间的横向位移 缓冲和吸收车辆的横向振动 5 牵引装置 包括牵引拉杆 中心销等 车辆总体组成及各子系统基本原理 106 3 牵引驱动装置驱动装置 包括牵引电机 齿形联轴节 齿轮箱吊杆和齿轮箱 1 牵引电机对于旋转电机的A B型车 每个动车车轴上有一个牵引电机 为减低簧下重量 电机采用架悬式安装 车辆牵引逆变单元输出的变频变压交流电 直接控制电机转速和扭矩 车辆总体组成及各子系统基本原理 107 2 联轴节电机的转矩通过联轴节传递给齿轮箱 从而驱动车轮 联轴节分电机端和齿轮箱端两个单元组成 每单元都由互相啮合的外圈和内圈组成 联轴节采用油脂润滑方式 需要定期对其补充油脂 车辆总体组成及各子系统基本原理 108 3 齿轮箱齿轮箱主要起减速 传递并增大扭矩的作用 齿轮箱一端悬挂在构架上 另一端安装在车轴上 齿轮箱的大齿轮与车轴采用过盈配合 通过加热膨胀后准确套在车轴相应位置上 若要拆卸 可通过在其注油孔内注油将其退出 车辆总体组成及各子系统基本原理 109 4 力的传递 垂向力 车体 空气弹簧 构架 人字弹簧 轴箱 轮对 钢轨 纵向力 牵引电机齿轮箱 轮对 轴箱 构架 牵引拉杆 中心销 车体底架牵引梁 车钩 横向力 钢轨 轮对 轴箱 构架 横向橡胶止挡 车体 垂向冲击力 钢轨 轮对 轴箱 人字弹簧 构架 空气弹簧 车体 车辆总体组成及各子系统基本原理 110 地铁车辆在运行时承受侧滚 侧摆 点头 摇头 伸缩 沉浮等振动 此时转向架主要承受垂向载荷 纵向载荷和横向载荷 当列车车轮因某种原因进行镟修后 此时 1 如轮径小于规定值 需要在紧急弹簧安装座下加垫片补偿地板面高度 2 维修工程部通号技术人员修改列车信号有关数据 3 修改列车相关控制系统的轮径数据 4 列车上试车线 磨耗闸瓦 测量制动距离 车辆总体组成及各子系统基本原理 111 地铁车辆运行时 起横向减振的主要部件有 一系簧 二系簧 横向减振器 横向止挡 侧滚运动起限制作用的主要部件为 抗侧滚扭力杆 二系簧 车辆总体组成及各子系统基本原理 112 4 8制动及供风系统车辆制动系统的作用是用以产生制动力 使列车减速或及时停车 地铁车辆的制动模式有 常用制动 快速制动 紧急制动和停放制动 常用制动和紧急制动优先使用电制动 若电制动力不足则补充摩擦制动 紧急制动只施加摩擦制动 停放制动是列车停放时候的制动 它是由弹簧施加制动力 车辆总体组成及各子系统基本原理 113 车辆基本技术性能及设计参数 2 空气制动 列车在运行中有三种状态 加速 匀速和减速 对应的列车状态为牵引 惰性和制动 当制动系统实施制动时 列车减速或停车即制动 制动力指的是基础制动单元施加在轮对上的作用力 地铁车辆的每个轮对上都配有基础制动单元 列车气制动的总制动力是每个基础制动单元施加在轮对上的力的总和 114 车辆基本技术性能及设计参数 制动距离 列车从减速开始直至停稳所运行的距离 时列车运行的关键参数 特别是紧急制动距离 从紧急制动输入指令信号到停车包括响应时间 广州1 2号线 对AW0