100%低地板轻轨车辆的应用前景

100%低地板轻轨车辆的应用前景

0低地板轻轨车自20世纪80年代以来，低质量的混合车辆在城市轨道交通上取得了迅速的发展，几乎分布在欧洲大陆、加拿大、美国、澳大利亚、日本和其他国家和地区。低地板轻轨车(lowfloorlightrailvehicle,简称lowfloorLRV)是指地板面距离轨面高度在400mm以下的城市轻轨车辆。全低地板车(即100%低地板轻轨车)由于其外形美观、乘坐舒适、环保节能等众多优点,倍受大众青睐,是城市轻轨车辆目前发展的主要方向,在我国有着广阔的运用前景。110关键技术的运用低地板轻轨车的发展经历了3个阶段:部分低地板、70%低地板和100%低地板。部分低地板轻轨车是采用传统轮对转向架分段式低地板,只在车辆中部设计一个低地板入口,便于乘客上、下车;70%低地板轻轨车是采用传统轮对的动力转向架与独立旋转车轮(简称独立车轮)的非动力转向架,使低地板面积扩大至整车的60%~70%,乘坐舒适性得到改善在100%低地板轻轨车的发展过程中,也从未离开关键技术的突破和进步。采用轮对耦合的方式,包括横向耦合和纵向耦合,解决独立车轮由于车轮解耦后无法自动对中的缺陷;设置导向机构,包括自导向径向调节、迫导向径向调节、离心力导向、主动径向控制等,改善平稳性、稳定性和曲线通过能力,避免脱轨等事故的发生;采用弹性车轮,改善轮轨作用力,有效降低轮轨磨耗和噪声;采用模块化设计,对车辆各部件包括动力转向架、非动力转向架、制动单元、车体结构、铰接部件等进行标准化设计,以降低制造成本,同时满足客户的不同需求;采用单车型、浮车型、铰接型、单浮车组合型等不同车辆编组形式;采用不同的电机悬挂方式,包括体悬式、架悬式、横向布置、纵向布置、垂向布置和轮毂电机等,以满足全低地板化的设计需要等。以上关键技术的实现和运用为100%低地板轻轨车的发展提供了有力帮助和技术支持。自1990年2月,由德国MAN公司生产的世界第一辆GTN型100%低地板轻轨车在德国不莱梅正式投入运营以来210轨道车辆走行部分100%低地板轻轨车的转向架技术发展形式多样,现代独立车轮走行部的创始人,德国亚琛工业大学(RWTHAachen)的Frederich教授将轨道车辆的走行部分为4类:REF(Radsatz-Einzelfahrwerk)单轮对走行部、RDF(Radsatz-Doppelfahrwerk)常规轮对走行部、EEF(Einzelrad-Einzelfahrwerk)单轴独立车轮走行部、EDF(Einzelrad-Doppelfahrwerk)双轴独立车轮走行部2.1.4出于母性2.1.5ue42ckoda15t型ue42ckoda15T型(或称ˇSkodaForCity)100%低地板轻轨车是由捷克斯柯达运输公司设计制造,车辆采用3节编组模块化设计,车辆中部采用典型的Jacobs铰接式转向架,车辆端部转向架采用摇枕、中心销设计,使车体可以相对转向架灵活转动,从而适应通过小半径曲线,ue42ckoda15T型是目前唯一采用此技术的100%低地板轻轨车。车辆传动装置采用可拆牙嵌式离合器,取消了齿轮箱设计,同时配合使用橡胶弹性车轮,使车辆运行噪声得到显著改善。车辆制动方式采用再生制动、液压盘型制动和磁轨制动的混合制动方式,二系悬挂采用圆钢弹簧和垂向液压减振器,如图9所示。车辆主要运营在布拉格、里加、罗斯托克、开姆尼茨等城市。2005年,布拉格交通公司向ue42ckoda公司订购了250辆15T型100%低地板轻轨车,并于2010年10月正式开通运营,2017年交付完成,如图10所示。车辆参数如表5所示。2.1.6车辆主体架构中国北车长春轨道客车股份有限公司2010年8月顺利通过了“十一五”国家科技支撑计划课题“100%低地板轻轨车研制”的验收,填补了我国有轨电车与地铁车辆间的运载技术空白。如图11所示为国内首辆100%低地板轻轨车。车辆采用六轴五车体编组设计,同时应用铝合金车体与多模块铰接技术。车辆制动采用液压制动,响应快,灵敏性好。车辆二系悬挂由螺旋钢弹簧和叠层橡胶垫组合而成,同时采用弹性车轮,改善轮轨间的振动和冲击,降低轮轨噪声,从而提高运行品质。2012年10月20日,我国100%低地板轻轨车在长春轻轨线上正式载客运行。车辆参数如表6所示2.2imo型100%低地板轻轨车SWIMO型是日本川崎重工开发新一代由电池驱动的100%低地板轻轨车,车辆上装载有大容量nickelmetal-hydride(Ni-MH)镍氢电池,最大容量118kW·h。如图14所示为SWIMO型100%低地板轻轨车结构分布图。车体采用3车体铰接式编组,坐席下安装动力转向架及驱动电池,车辆中部采用独立车轮转向架来实现100%低地板化。车顶部安装IGBT-VVVF变频变压控制装置,采用再生/发电混合制动,有效提高电能使用效率,节约能源。进站升弓充电,出站降弓运行,从而避免了运行过程中由接触网或第三轨直接受流,输入额定电压DC600V,电池正常工作电压DC576V。通常情况下,充电5min可保证车辆由电池独立驱动运行10km。同时储能式轻轨车技术也提高了车辆运行安全性和城市美观度。如图15所示为试运行在日本札幌的SWIMO型100%低地板轻轨车。车辆参数如表8所示2.3.2primove技术在100%低地板轻载车上的应用310%低地板轻轨车随着社会经济的发展及社会活动的逐渐丰富,城市对交通流畅和节能减排的要求日益迫切,现代轻轨交通的建设和推广势在必行。其中100%低地板轻轨车以其经济性、易亲近性、节能环保、美观舒适等诸多优点在世界范围内被众多城市所认可和接受。同时现代100%低地板轻轨交通的构建还可以刺激区域经济发展,有效增加城市人员流动性和吸引力,完善社会公共交通系统,是城市文明和社会进步的重要体现。目前国内的城市轨道交通经过多年的创新和研究以及对关键技术的攻克,现已经具备了自主开发和技术推广的基础条件2.1100%低地板轻量车，采用独立车架2.1.1转向架驱动电机垂向布置德国Siemens公司上世纪90年代初生产的ULF(UltraLowFloor)型是典型的单轴独立车轮100%超低地板轻轨车,车体间由铰接机构连接,并采用特殊的“门式”迫导向径向转向架。通过曲线时,车体之间产生相对转动,带动转盘转动从而拉动主拉杆,主拉杆动作使辅助拉杆运动,迫使独立车轮趋于径向位置,从而减小冲角,提高曲线通过性能,降低磨耗和噪声。如图1所示,转向架驱动电机垂向布置,二系悬挂置于车体中部。ULF超低地板轻轨车技术在20世纪90年代进入测试阶段,并于1998年在奥地利维也纳投入运用,鉴于其性能优越,维也纳市于2004年继续订购了150辆(80辆短编组、70辆长编组)ULF超低地板轻轨车,并于2006年至2014年交付。运行在奥地利首都维也纳的ULF超低地板轻轨车如图2所示,车辆参数如表1所示2.1.2combcp3型德国Siemens公司2005年开发的新一代CombinoPlus型100%低地板轻轨车采用8辆编组,是目前世界上编组最长的100%低地板轻轨车型2.1.3车辆基本信息法国Alstom公司上世纪90年代研发的Citadis型100%低地板轻轨车独立车轮非动力转向架如图5所示。采用轴桥机构将左右独立车轮重新耦合起来,通过横向耦合的方式使其重新具备了传统轮对转向架的导向性能。车体采用单浮车组合编组形式,鉴于其良好的乘坐舒适性和安全性,2012年已经有超过1500辆Citadis型低地板轻轨车运营在世界36个城市中,主要运营在都柏林、巴塞罗那、里昂、鹿特丹等城市。2003年,法国巴黎运输管理局(RATP)向Alstom公司订购了70辆Citadis型100%低地板轻轨车(如图6所示)。车辆参数如表3所示意大利AnsaldoBreda公司本世纪初开始生产的Sirio型100%低地板轻轨车,其独立车轮非动力转向架如图7所示。采用耦合器将左右车轮重新耦合起来,转向架的中部采用横轴耦合,将二系弹簧设置在转向架端部,并采用外置式轴盘制动。牵引系统采用IGBT逆变器实现电机控制。车辆主要运营在米兰、那不勒斯、佛罗伦萨、萨姆松等城市。意大利米兰城市运输公司(ATM)订购93辆(7节编组58辆,5节编组35辆)Sirio型100%低地板轻轨车,并于2002年开通运营,如图8所示。车辆参数如表4所示Flexity型100%低地板轻轨车由Bombardier公司生产制造。其FLEXXUrban1000型转向架采用传统轮对结构型式设计,避免了复杂的径向耦合机构,转向架行走性能得到改善,提高了车辆的平稳性和安全性,同时降低轮轨磨耗和噪声,是利用传统轮对实现100%低地板的典范。2001年已有超过1300台采用FLEXXUrban1000型转向架的轻轨车广泛运用在奥地利、法国、比利时和土耳其等国家。目前Bombardier公司开发了应用于第二代Flexity2低地板轻轨车的新产品FLEXXUrban3000型100%低地板转向架,如图12所示。其在FLEXXUrban1000型的基础上,继承了车辆的高安全性和良好舒适性的优点,还进一步满足了低能耗和长期可靠性的要求。迄今为止,Bom-bardier公司已有超过3500辆有轨电车和轻轨车辆在全球20多个国家将近100个城市中成功投入运营。如图13所示为运行在德国柏林的Flexity2型100%低地板轻轨车,车辆采用外置式盘形制动,易于维护。车辆参数如表7所示2.3低碳地板箱100%新能源式2.3.1primove自动传输系统PRIMOVE技术是Bombardier公司开发的基于感应式电力传输原理的无限传输供电系统,可应用于轻轨等公共交通的领域,其传输原理如图16所示。车辆可以在行驶中实现动态充电,或在静止时进行静态充电,并且不会影响驾驶员的驾驶习惯或者车辆的行驶时间。在不损失车辆的原有性能的前提下,该系统能够高效地传输与提供能量,同时在与车载能源储存装置结合后,还可以有效地降低能耗。由于其消除了传统电力传输所需的接触网和其他缆线,实现接触线路部件的无磨耗。同时其轨道交通网络也可轻易地与周围环境完美地融合在一起,提供一个安静、零排放的城市交通体系,提升城市的整体吸引力。2010