跨座式單軌系統(tǒng)技術(shù)交通論文范文

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摘要：與普通城軌交通相比，跨座式單軌交通的特殊性主要體現(xiàn)在車輛、軌道梁和道岔系統(tǒng)這三個方面，文章詳細(xì)闡述了跨座式單軌交通系統(tǒng)的三大關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)，并對其在國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析研究，為從事相關(guān)技術(shù)工作的人員提供參考。

關(guān)鍵詞：跨座式單軌交通；車輛；轉(zhuǎn)向架；軌道梁；道岔；應(yīng)用

1跨座式單軌交通的主要特點(diǎn)及適應(yīng)性

隨著我國城市及城鎮(zhèn)化進(jìn)程的持續(xù)快速發(fā)展，交通問題日益突出，交通擁堵不僅帶來環(huán)境污染、能源浪費(fèi)，且嚴(yán)重影響到居民的日常出行。同時由于地面資源越來越稀缺和緊張，使得采用立體化的快速軌道交通來解決日益嚴(yán)重的城市軌道交通問題成為一種城市軌道交通發(fā)展的趨勢。跨座式單軌交通是一種列車在高架專用軌道梁上行駛的中運(yùn)量城軌交通系統(tǒng)，不受地面交通堵塞的影響，具有地形地貌適應(yīng)能力強(qiáng)、噪聲低、節(jié)能環(huán)保性好、景觀效果好、建設(shè)周期短、投資成本適中等獨(dú)特Vol.42No.4Jul.20th，2019特點(diǎn)和諸多優(yōu)勢，除了特別適應(yīng)于風(fēng)景區(qū)和旅游城市的旅游觀光線，還可作為中小城市的主要軌道交通干線和連接城市中心與郊區(qū)的大城市軌道交通的重要補(bǔ)充線，近年來愈發(fā)得到市場的青睞[1-3]。正因如此，跨座式單軌交通在中國、日本、韓國、美國、澳大利亞、新加坡、沙特等國家均有大量的應(yīng)用和成熟運(yùn)營線路，而且越來越多的城市正在規(guī)劃建設(shè)單軌交通線路，例如孟買、圣保羅、蚌埠、蕪湖、柳州、西安等。跨座式單軌交通與普通城軌交通相比，具有一定的特殊性，這種特殊性主要體現(xiàn)在車輛、軌道梁和道岔系統(tǒng)三個方面，成為跨座式單軌系統(tǒng)的三大關(guān)鍵技術(shù)[4]。

2跨座式單軌車輛技術(shù)

2.1概述

與地鐵車輛一樣，跨座式單軌車輛系統(tǒng)也由車體、轉(zhuǎn)向架、牽引系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、輔助電氣系統(tǒng)、PIS系統(tǒng)、TCMS系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等部件組成。跨座式單軌車輛采用獨(dú)特的騎跨式轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)支撐車體在軌道梁上運(yùn)行，融合了傳統(tǒng)城軌鐵路列車和重型汽車的相關(guān)技術(shù)，具有不同于其他軌道列車鋼輪雙軌運(yùn)行的顯著特點(diǎn)。目前具備跨座式單軌車輛技術(shù)開發(fā)能力的主要國內(nèi)外廠家有日立、龐巴迪、斯谷米、中車長客、中車四方、中車株機(jī)、通號軌道車輛、比亞迪等，各廠家所研制開發(fā)的車型亦各有特點(diǎn)。表1為國內(nèi)外主流跨座式單軌生產(chǎn)廠家現(xiàn)有車型及其主要技術(shù)特征的對比。由表1可見，目前跨座式單軌車輛主要有兩種型式，一種是以日立為代表的雙軸“高”地板車型，另一種是以斯谷米、龐巴迪為代表的單軸“中、低”地板車型，但各大主機(jī)廠的車輛具有各自的特色和優(yōu)勢。例如雙軸“高”地板車型具有軸重小、內(nèi)飾地板平整、車內(nèi)視野開闊等優(yōu)勢，但會導(dǎo)致車輛重心偏高等不足；而單軸“中、低”地板車型具有曲線通過性好、重心低等優(yōu)勢，同時也帶來了軸重大、車輛室內(nèi)通透性稍差的不足。

2.2跨座式單軌車輛轉(zhuǎn)向架

跨座式單軌車輛轉(zhuǎn)向架是跨座式單軌車輛最為核心的部件，也是最能體現(xiàn)跨座式單軌交通系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，及其與其他軌道車輛的主要區(qū)別所在。因此跨座式單軌車輛轉(zhuǎn)向架作為跨座式單軌車輛的核心關(guān)鍵技術(shù)，亦可稱為跨座式單軌系統(tǒng)的三大關(guān)鍵技術(shù)之一。跨座式單軌車輛轉(zhuǎn)向架除在軌道上部設(shè)有走行輪外，其兩側(cè)下垂部分還設(shè)有導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪夾行于軌道兩側(cè)，以保證車輛沿軌道安全平穩(wěn)行駛。走行輪采用具有較高側(cè)偏剛度的軌道交通專用充氣橡膠輪胎，以軌道上表面為走行面，起承載、傳遞牽引力、制動力和緩沖車輛垂向振動的作用；導(dǎo)向輪、穩(wěn)定輪內(nèi)充壓縮空氣，車輛運(yùn)行時，導(dǎo)向輪與穩(wěn)定輪騎跨在軌道梁上緊緊“抱住”軌道，以軌道側(cè)面為走行面，起到緩沖車輛橫向振動的作用，其中導(dǎo)向輪在過彎道時起導(dǎo)向作用，穩(wěn)定輪是在車輛受到離心力、風(fēng)力的時候起穩(wěn)定作用。目前，跨座式單軌車輛轉(zhuǎn)向架主要有單軸和雙軸轉(zhuǎn)向架兩種成熟的結(jié)構(gòu)型式，但各主機(jī)廠的轉(zhuǎn)向架根據(jù)自身的設(shè)計理念和研發(fā)水平有各自的特點(diǎn)。圖1列舉了4種典型的轉(zhuǎn)向架總成結(jié)構(gòu)型式。

3跨座式單軌軌道梁技術(shù)

跨座式單軌軌道梁既是承載列車載荷和車輛運(yùn)行導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)，承受較大的垂向和扭轉(zhuǎn)載荷；同時也是供電、信號、通信等纜線的載體，要求設(shè)計、制作和安裝精度高，并且需具備足夠的安全度、可靠性和耐久性，是跨座式單軌交通系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。跨座式單軌軌道梁多以預(yù)制混凝土梁為主，特殊地段也有采用現(xiàn)澆混凝土梁、預(yù)制鋼梁、多跨連續(xù)梁等結(jié)構(gòu)形式。梁與梁之間的接縫通常采用指形板，其類型取決于相鄰梁的類別和布置形式。軌道梁斷面形式應(yīng)與所選車型相匹配，結(jié)構(gòu)斷面形式和尺寸主要由車輛類型和其限界決定的，目前國內(nèi)外跨座式單軌交通系統(tǒng)采用的斷面形式主要為矩形斷面和I型斷面，具體的斷面形式和基準(zhǔn)寬度取決于供電接觸軌與轉(zhuǎn)向架型式的布置要求，軌道梁高度取決于結(jié)構(gòu)受力和車輛限界要求。龐巴迪、比亞迪的單軸轉(zhuǎn)向架車型采用的是寬度為690mm、700mm的矩形斷面軌道梁，斷面形式如圖2所示；通號軌道車輛、中車株機(jī)的雙軸轉(zhuǎn)向架車型采用寬度為800mm的I型斷面軌道梁，斷面形式如圖3（a）所示；日立、中車長客、中車四方的雙軸轉(zhuǎn)向架車型采用的是寬度為850mm的I型斷面軌道梁，斷面形式如圖3（b）所示。

4跨座式單軌道岔技術(shù)

跨座式單軌道岔是跨座式單軌交通系統(tǒng)中用于實(shí)現(xiàn)列車轉(zhuǎn)線、調(diào)車需求的一種特殊的機(jī)電設(shè)備，主要使用場景為雙線折返、運(yùn)行區(qū)間渡線、運(yùn)行區(qū)間避讓、出入運(yùn)行線和車場線等。跨座式單軌道岔根據(jù)結(jié)構(gòu)型式不同，單軌道岔可以分為關(guān)節(jié)型和整體型兩種，關(guān)節(jié)型又可細(xì)分為關(guān)節(jié)型（不可撓）和關(guān)節(jié)可撓型；整體型又可細(xì)分為平移型、換梁型和樞軸型。根據(jù)實(shí)際運(yùn)營場景需要，關(guān)節(jié)型道岔又分為單開、對開、三開、五開、單渡線、雙渡線、交叉渡線等型式，關(guān)節(jié)可撓型道岔又分為單開、對開、單渡線、雙渡線、交叉渡線等型式。

4.1關(guān)節(jié)型道岔

關(guān)節(jié)型（不可撓）道岔的梁體由數(shù)節(jié)鋼制軌道梁鉸接組成，由臺車支撐，采用電力等動力驅(qū)動，道岔梁一端固定，轉(zhuǎn)轍時道岔梁整體移動并使道岔梁的活動端與另一條線路軌道梁銜接形成岔道，轉(zhuǎn)換列車行駛路線。關(guān)節(jié)型道岔轉(zhuǎn)轍后道岔梁縱向呈折線狀。關(guān)節(jié)可撓型道岔的梁體由數(shù)節(jié)鋼制軌道梁鉸接組成，由臺車支撐，其梁兩側(cè)裝有導(dǎo)向面板和穩(wěn)定面板，轉(zhuǎn)轍時道岔梁一端固定，梁整體移動并使梁的活動端與另一條線路軌道梁銜接形成岔道，轉(zhuǎn)換列車行駛路線，轉(zhuǎn)轍時撓曲裝置在撓曲電機(jī)驅(qū)動下，將導(dǎo)向面板和穩(wěn)定面板撓曲成設(shè)定的曲線面，能使列車以較高的速度平穩(wěn)地通過道岔。道岔梁呈直線時，側(cè)面的導(dǎo)向面板和穩(wěn)定面板恢復(fù)成直線狀。

4.2整體型道岔

平移型道岔的梁體通常由直梁和曲梁組成，道岔鎖定時，道岔梁體相對于軌道梁固定，列車在其上方通過，當(dāng)列車需要轉(zhuǎn)線時，道岔的鎖定裝置先進(jìn)行解鎖，解鎖到位后，道岔梁在驅(qū)動裝置的驅(qū)動下，沿著與直梁成90°方向直線移動，形成過渡線與相鄰軌道梁對接，鎖定裝置鎖定到位后，完成道岔轉(zhuǎn)轍[5]。換梁型道岔由兩根道岔梁構(gòu)成，道岔梁可以由直梁和曲梁或曲梁和曲梁組成，梁間通過連桿連接，由臺車支撐，轉(zhuǎn)轍時道岔梁以各自的轉(zhuǎn)軸為回轉(zhuǎn)中心，通過驅(qū)動裝置使道岔梁整體轉(zhuǎn)動，完成道岔梁的替換，實(shí)現(xiàn)與相鄰線路的軌道梁連接，從而改變車輛行駛線路。根據(jù)列車側(cè)向通過時對過岔速度和舒適度要求，可設(shè)置不同曲線半徑的道岔，并可根據(jù)舒適度要求設(shè)置緩和曲線。形狀分別對應(yīng)各自線路所需的線形，道岔曲梁導(dǎo)向面、穩(wěn)定面按照所需圓曲線由機(jī)械加工而成，線形流暢。樞軸型道岔由一根道岔直梁構(gòu)成，由臺車支撐，轉(zhuǎn)轍時道岔梁以一端為回轉(zhuǎn)中心，通過驅(qū)動裝置使道岔梁整體轉(zhuǎn)動，以折線方式實(shí)現(xiàn)與相鄰線路的軌道梁連接，從而改變車輛行駛線路。表2針對跨座式單軌關(guān)節(jié)型及整體型道岔類型的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了研究分析，同時對兩種道岔類型在國內(nèi)外主要工程運(yùn)營線上的應(yīng)用情況進(jìn)行了說明。

5跨座式單軌交通其他重要技術(shù)

1）供電系統(tǒng)：目前跨座式單軌車輛主要有DC1500V和DC750V兩種供電制式，供電接觸軌設(shè)置在軌道梁側(cè)面，通常為剛性接觸懸掛方式，并且列車運(yùn)行時車輛完全將其包住。針對中運(yùn)量的跨座式單軌車型，隨著大功率IGBT、熔斷器等電子器件技術(shù)的發(fā)展與規(guī)模化，考慮列車牽引性能、線路擴(kuò)展性、電氣安全、供電系統(tǒng)綜合工程成本等因素，DC1500V供電制式將會更具優(yōu)勢。2）電氣信號系統(tǒng)：跨座式單軌交通電氣信號系統(tǒng)通常采用基于TD環(huán)線的ATC系統(tǒng)或CBTC系統(tǒng)。基于TD環(huán)線的ATC系統(tǒng)為國外引進(jìn)技術(shù)，國內(nèi)開發(fā)的CBTC系統(tǒng)可滿足國產(chǎn)化技術(shù)要求。

6結(jié)束語

跨座式單軌交通以其獨(dú)有特點(diǎn)和諸多優(yōu)勢，在國內(nèi)外得到了快速發(fā)展和大量應(yīng)用，近年來越來越受到市場的青睞，成為城市軌道交通選擇的一種重要交通制式，因此，對其關(guān)鍵技術(shù)的分析和研究十分必要。本文針對跨座式單軌交通系統(tǒng)三大關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)深入的介紹，同時對其國內(nèi)外應(yīng)用情況進(jìn)了客觀的研究分析，可為從事相關(guān)技術(shù)工作的人員在車輛開發(fā)和研制、系統(tǒng)選擇等過程中提供參考。

參考文獻(xiàn)：

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[3]宮文平．跨座式單軌車輛特點(diǎn)及國內(nèi)外應(yīng)用情況[J]．國外鐵道車輛，2013，50（1）：5-7．

[4]雷慧鋒，劉永鋒.跨座式軌道交通建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2001，21（1）：1-4.

[5]仲建華，杜子學(xué)，何希和.跨座式單軌交通車輛道岔結(jié)構(gòu)及分析[M].北京：人民交通出版社，2013.

作者：閭志明 單位：通號軌道車輛有限公司