浅谈城市轨道交通车辆选型

1、轨道交通智能控制系统课程作业浅谈城市轨道交通车辆选型学 号： 姓 名： 2014 年4月摘 要 城市轨道交通车辆作为城市轨道交通最重要也是最关键的设备,应满足运量大、安全、快速、舒适、美观和节能的要求，并具有先进性、可靠性和实用性。因此, 车辆选型正确与否, 对城市轨道交通的建设至关重要。本文从城市轨道交通车辆的特点, 提出车辆选型的主要原则，阐述了胶轮、钢轮钢轨、独轨、直线电机、新交通系统、磁悬浮等6种车辆制式的特点及其适用性；并对车辆的主要技术及参数的选择进行简要分析。关键词 轨道交通车辆；选型；制式；参数；随着城市社会经济的发展和城市化进程的加快，城市交通面临着越来越严峻的挑战。从世界各

2、国成功的经验来看，选择城市轨道交通方式是解决交通拥挤、保护环境、提高安全性和节约能源的有效途径。城市轨道交通具有运能大、快速、准时、安全、舒适、较好地利用城市地下或地上空间、节约能源以及缓解地面交通拥挤和环保等多方面的优点，所以成为解决日益严重的城市交通问题和促进城市交通发展的主要方式之一。城市轨道交通车辆作为城市轨道交通最重要也是最关键的设备，应具有先进性、可靠性和实用性，应满足运量大、安全、快速、舒适、美观和节能的要求。因此，车辆选型正确与否，对城市轨道交通的建设至关重要。车辆是城市轨道交通工程中的核心组成部分，它的结构和技术性能对轨道交通工程的功能、工程投资、运营效益、安全等都有不可低估

3、的影响。城市轨道交通车辆选型不仅涉及车辆专业本身，还关系到城市轨道交通系统多个专业的设计、选型。因此，每个建设城市轨道交通的城市都高度重视车辆选型。一、研究城市轨道交通车辆选型的必要性 51. 车辆的限界尺寸将直接影响到车站和区间隧道的建筑限界，从而对全线的土建工程量产生影响；2. 列车的长度（包括车辆的长度和列车编组两大因素）是确定车站站台长度的重要依据，从而对车站的规模产生影响；3. 车辆的选型及列车编组方案的合理与否决定着整个城市轨道交通系统的最大运能、运营水平及服务质量；对以后其它线路乃至整个路网都有着重要的影响，同时也决定城市轨道交通系统长期的运营成本，包括牵引能耗、人力成本以及车辆

4、、轨道、接触网等的维护费用；4. 车辆作为运输载体，是与广大旅客接触最直接的设备，其各项性能不仅决定着旅客乘坐的舒适度，而且很大程度上决定着城市轨道交通系统的安全可靠性，旅客对轨道交通系统的满意度很大程度上是通过车辆反映出来的；5. 车辆作为轨道交通的核心设备，就技术而言，涉及到机械、电气、电子、原材料等各个工业领域，它由机械部分、电气设备、控制系统、制动系统及内部设备等所组成，在一定程度上标志着城市轨道交通技术发展的总体水平；6. 就投资而言，车辆的购置费占轨道交通总投资的很大比例，合理的车辆选型可以降低城市轨道交通投资。二、城市轨道交通车辆的特点 11. 列车运行在城市的地下隧道、地面及高

5、架线路上，线路的曲线半径小、坡度大，车辆的外形尺寸及动态包络线受限界的约束；2. 列车载客量大而集中、乘客上下车频繁、高峰时段超载，有时列车被设计成可灵活编组以适应客流需要；3. 运行站间距短，起动、制动频繁；如城市轨道交通线路站间距在城区一般为1 k m左右，现代城市轨道交通还要求能实现2 min的运行间隔，因此城轨车辆在1 km左右的运行距离和不足2 min的运行时间内，至少需启动和制动 l 次； 44. 运行速度和加、减速度较高；轻轨车辆要求起动加速度0.85 m / S2，常用制动减速度1.l m /S2，紧急制动减速度1.3 m / S2；地铁车辆要求启动加速度0.9 m /S2、常

6、用制动减速度1.0 m / S2、紧急制动减速度1.2 m/S2； 4 5. 一般城轨车辆采用1500V或750V直流供电，城轨车辆的主传动系统采用直一交传动方式；6. 车辆涉及到机械、电气、计算机、声学及光学等技术领域，并与供电、接触网、信号、通信、综合监控、土建、线路及轨道等专业有密切的技术联系；7. 车辆总体设计要求轻量化、节能化，客室的门数量多，电气和机械部件的箱、柜或模块化结构大部分悬挂在车体的底架上； 8. 车辆防振降噪、空调、通风、照明等方面要求高；9. 在防火和乘客紧急疏散方面有高的要求和相应的措施。此外，在城市轨道交通车辆机械结构方面，还有地板面低、车内座位布置比较少等特点。

7、三、城市轨道交通车辆选型主要原则 31. 满足线路设计年限高峰小时最大客流量和行车密度的运营要求，适应自身线路的条件，适当留有储备和发展余地；2. 满足地铁线路工程条件和气候环境条件，适应小曲线半径、大坡度线路，乘坐舒适、造型美观，满足环保要求，与城市环境协调；3. 车辆的技术性能要符合国内外发展趋势，并结合我国的国情，选用技术成熟、经济实用、安全可靠和方便维修的车辆；4. 尽可能减少车辆制式和类型，有助于实现车辆规模化，与城市既有轨道交通路网车辆制式相协调，实现网络中车辆、维修设备以及人力资源等的资源共享； 5. 综合功能需求、建设投资、运营成本，选择寿命周期成本低的车辆； 6. 应符合国家

8、关于城市轨道交通车辆国产化的政策，选择利于实现国产化并且能满足国产化率要求的车辆。表一 城市轨道交通车辆制式评价准则及指标选择所考虑的因素准则指标指标考虑因素1安全可靠性技术成熟应用车辆制式的通信信号等技术成熟、运行可靠2设备安全车辆与设备的安全线、冗余能力3事故救援能力突发事件的应对能力，事故救援的便利性4技术合理性高峰小时运输能力主要考虑列车定员、编组、最小发车间隔、最高运行时速5与线网规划的协调满足轨道交通线网规划的要求6实施难度车辆制式选择对工程实施方面的影响程度7车辆适应性线路适应性车辆是否满足线路工程条件，如最小曲线半径和最大坡度要求8功能定位适应性是否满足线路的功能定位及时空目标

9、要求9运营灵活性主要考虑列车的灵活编组能力、运营组织的便利性10气候适应性考虑台风、雨雪等天气对车辆的影响11工程经济性初期工程投资考虑车辆制式对线路工程投资的影响12远期车辆购置费计算远期车辆的购置费用13电费计算运营成本中的电费14维修费用计算运营成本中的车辆及设备维修费用15资源共享考虑与相同车辆制式的共享情况16社会效益性国产化率考虑是否有利于实现国产化17舒适度考虑旅客的时间、舒适度等要求18城市发展考虑是否有助于提升城市形象，促进城市相关产业的发展19环境影响考虑车辆的振动、噪声及电磁辐射等方面的污染20技术创新考虑技术先进性，推动相关技术的进步四、各型车辆制式及适用性 1城市轨道

10、交通在选择车辆时，车辆制式是一项重要考虑因素。随着城市轨道交通车辆设计制造技术的发展，出现了多种制式车辆，以满足不同线路条件和环境的要求。车辆的制式主要有下列6种：表二 六种车辆制式比较车辆制式特点及适用性胶轮制式车辆传统的胶轮车辆爬坡能力大、噪声相对低、粘着系数大( 可发挥较大的起动牵引力和制动力)，对线路曲线半径和坡度的适应能力较强；但其走行部结构复杂，承载能力相对小，胶轮寿命比较短，且橡胶粉尘污染环境。因此，胶轮制式车辆仅适用于线路坡度较大、沿途环境对噪声敏感的线路( 如居民区、学校、医院等附近的线路)。钢轮钢轨制式车辆钢轮钢轨车辆在技术上最为成熟，车辆的基本构成由机械和电气两大部分。机

11、械部分的主要功能是传递机械能并使其转变为轮周牵引力和承重并传递到钢轨道床；电气部分的主要功能是将来自接触网的电能转变为驱动列车的机械能。车辆适应性强，应用最为广泛。全世界绝大多数城市的轨道交通( 包括地铁和轻轨)车辆采用钢轮钢轨制式。独轨制式车辆独轨车辆分为悬挂式和跨坐式两种。其线路的土建结构断面小、占地少，但道岔结构复杂；爬坡能力大，适应小曲线半径、噪声小；跨坐式独轨车辆走行系统的结构复杂，车辆有走行轮、导向轮和稳定轮。这三种车轮均是橡胶轮，寿命较短，能耗相对大，事故救援和疏散乘客的方式比较特殊。独轨制式车辆通常用于环境要求较高以及在狭窄的街道上空穿行的中运量线路。直线电机车辆直线电机车辆是

12、非粘着驱动，受天气影响小，适用于高加、减速度和坡道大的线路；直线电机车辆的牵引电机结构简单、维护少、使用寿命长，为无齿轮传动、噪声相对小、自重轻、对线路冲击小；采用的径向转向架可自我调节转向，减轻了车辆过弯道时的啸叫声和轮轨之间的磨耗, 适应曲线半径小的线路；小直径车轮，可适用于较小截面的隧道。但车辆受电机功率的限制，载客量不太大，功率因数和效率相对低，损耗比较大。因此，直线电机车辆是在特殊线路条件下应用的一种制式。新交通系统车辆新交通系统是一种全自动的快速轨道客运系统，车辆在专用的轨道上定时自动运行，车站上无人值班，系统完全由中央控制中心的计算机系统集中控制。一般，新交通系统车辆较小，列车编

13、组较少，因此其运输能力也相对小。车辆大都采用橡胶轮，爬坡能力较大、噪声低、安全性好。新交通系统适用于大型机场，或范围不太大的区域内交通，或接驳乘客换乘其它城市交通。磁悬浮式车辆磁浮车辆彻底摆脱了轮轨系统的粘着问题，是完全的非粘着驱动系统。磁浮车辆的主要特点是非粘着驱动，加减速动力性能较好，振动和噪声小，适用于曲线半径小和坡度大的线路。五、车辆的技术参数及其选择 1城市轨道交通车辆的技术参数对车辆选型至关重要，车辆及其主要技术和参数的最终选择是诸多因素反复比较和综合平衡的结果。下面对车辆部分技术参数举例说明：表三 城市轨道车辆部分技术参数 5参数轨距（mm）最大超高（mm）列车制式与编组列车自动

14、控制系统车辆长度（mm）最高运行时速（m/s）列车动拖比供电电压（V）车辆高度（mm）线路最大坡度（）粘着系数辅助电源装置车辆宽度（mm）线路最小曲线半径（mm）牵引电机功率（kW）空调与通风车辆重量（t）起动平均加速度(m/S2）电气传动系统车辆运行能耗最大轴重（t）常用制动减速度(m/S2）牵引控制方式信号与通信系统载客量（人）紧急制动减速度(m/S2）制动方式动拖比理论上，当车辆制式和车型选定后就可以选择列车的编组，但实际并非如此；在选择车辆的制式和车型以及列车编组时，往往需要三者综合评估，统筹兼顾。与车辆制式和列车编组选择有关的主要因素有客流预测、线路特征、沿线环境、运营组织、服务水平

15、( 包括乘坐舒适性) 、信号能力、工程造价、运营和维修成本( 包括能耗)，以及轨道交通网络资源共享等方面；车辆运行能耗与车辆重量成正比，在列车满员的情况下运输同等的客流水平，应当考虑每名乘客平均运营能耗比小的车型；运营成本考虑车辆的维修预算，从维修费用、工时成本、易损易耗件等因素综合考虑；考虑远期运营的实际情况，在满足运量要求的前提下，做到运能与运量配备合适。1. 列车编组 2根据线路的功能定位、客流特征及目前国内外车辆选型的发展趋势，研究车辆载客量中额定立席人数标准，不同标准下的车型选择客流的编组方案的内容，对各种车型车进行综合比较，最终得出科学的编组方案。2. 列车动拖比 2车辆的核心装备

16、是牵引传动及控制装置，1 列编组完整的列车由动车和拖车按一定的比例(动拖比)组合在一起。合适的动拖比，既能实现列车良好的牵引、制动等动力性能，又能保证车辆合适的制造成本和购置费用。根据列车在相同的荷载、质量、输出功率、齿轮传动比、线路平纵断面条件、站间距等情况，分析不同的动拖比对列车的牵引和制动特性、对轮轨间私着系数等产生的影响。相关模拟计算结果表明: 动拖比大，列车所表现出的起动加速度、电制动减速度等指标就高，表明列车运行性能好，有利于平均运行速度的提高；动拖比大，还有利于轮轨间粘着系数的利用。3. 列车最高运行速度最高运行速度应根据初步决定的牵引特性曲线，结合线路条件、站间距离及旅行速度要

17、求等进行模拟计算，以科学、合理地选择既适用又经济的最高运行速度。线路总长、线路条件、站间距以及乘客旅行时间需求，是选择车辆最高运行速度的主要依据。国际上主要城市轨道交通制式车辆的最高运行速度大致为：地铁车辆，80 120 km/ h；轻轨车辆，70 80 km/ h；直线电机车辆，90 km/ h；跨坐式单轨车辆，80 km/ h；新交通系统车辆，70 km/ h；现代有轨电车，70 km/ h；中低速磁浮车辆，100 120 km/ h；4. 粘着系数粘着是产生牵引力的关键之一，影响粘着系数的主要因素有运行速度、线路曲线半径、轨道条件、车轮材料、动轮直径差异、轴重转移等。在一定的粘着质量下，

18、可能得到的最大牵引力决定于粘着系数。5. 车辆工作电压及受流方式城市轨道交通车辆受流方式是指从接触网和接触轨上接受牵引电流的方式，分受电弓从接触网上取电和集电靴从接触轨上取电)两种。目前，配备DC 750V集电靴的车辆和配备DC 1500V受电弓的车辆应用广泛，技术成熟；供电系统的馈电电压就是车辆的工作电压，我国规范的馈电电压是DC 750V、DC 1500V，车辆在正线运行采用集电靴受流，在车场运行采用受电弓受流。车辆是供电系统的用户，供电系统在选择馈电电压时，充分考虑车辆的需求是必要的。6. 牵引电机功率选择牵引电机是动车的心脏，它决定了列车的动力性能。城市轨道交通车辆牵引电机的功率与列车的最高运行速度和负载有直接的关系。具体地，动车每轴牵引力、起动平均加速度、恒力矩运行最高速度、平均减速度、电制动恒制动力运行最高速度、齿轮传动效率等直接影响电机的功率选择。当列车的最高运行速度和质量确定后，起动平均加速度和恒力矩运行最高速度成为计算牵引电机功率的主要参数。7. 电气传动系统电气传动系统最基本的任务是通过机电能量转换，达到传动装置调速的目的，同时充分发挥系统宽广的调速范围和功率利用。实现机电能量转换的主体是牵引电机，因此主传动系统也是围绕牵引电机控制方法，实现变流装置的能量变换有序控