低地板輕軌車關鍵技術范文

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編者按：本文主要從城市軌道交通作為一個大交通系統，應將各種形式的有軌運輸方式包括進來，這其中當然包括輕軌系統；低地板輕軌車輛的主要類型；低地板輕軌交通的關鍵技術；對低地板輕軌交通的設想與建議，對低地板輕軌車關鍵技術進行講述。其中，主要包括：城市軌道交通作為一個大交通系統，應將各種形式的有軌運輸方式包括進來，這其中當然包括輕軌系統、環境污染小、節約能源、投資少、乘坐舒適、塑造良好的城市形象、低地板輕軌車輛的主要類型、獨立旋轉車輪、線路走向及車站布局應合理、車輛應易于制造、維修方便、低地板輕軌車產業應成為新經濟增長點，具體材料請詳見：

摘要：從環境、能源、投資等方面分析了發展低地板輕軌交通的優勢;并從獨立旋轉車輪車輛、制動裝置、牽引電機懸掛、電氣控制等方面介紹了低地板車輛的主要類型和關鍵技術，對低地板輕軌系統的線路走向及車輛制造方面提出了建議。

關鍵詞：輕軌交通，低地板輕軌車，關鍵技術

城市軌道交通作為一個大交通系統，應將各種形式的有軌運輸方式包括進來，這其中當然包括輕軌系統。輕軌交通單向高峰小時客運能力為1-3萬人次，最高時允許達到4萬人次。其運輸能力介于地鐵與道路公共交通之間，尤其適用于50-100萬人的中型城市以及一些大型城市中人口相對集中、居住密度不大的區域。我國50-100萬的城市有44座，100萬以上的大城市已有35座。這些城市的交通方式，除了北京、上海及廣州外，絕大多數采用傳統的公共汽車和無軌電車。這種結構單一的傳統公共交通方式，己越來越難以滿足現代城市民眾出行的需要，因此發展多種形式的有軌交通運輸已成當務之急[1]。20世紀80年代以來，城市輕軌車輛技術迅速發展，尤其是低地板輕軌交通以其環境污染小、節約能源、投資少、便于乘降及乘坐舒適等優點而得到廣泛應用。

低地板輕軌交通的發展優勢

(1)環境污染小

城市小汽車與地面公共汽車排放的廢氣及產生的噪聲已經成為城市公害，使城市居住環境越來越惡劣。相反，輕軌交通采用電力牽引，不產生廢氣污染，車輛和軌道的良好動力性能使運行時的輪軌振動及噪聲進一步減弱。另外，軌道兩側的綠化帶也有助于美化環境，減少噪聲污染。

(2)節約能源

從每人·km能耗看，軌道交通、道路公共汽車、私人小汽車的能耗比為1：1.8：5.9，可見軌道交通運輸方式是最為節能的。而輕軌交通的能耗又低于地鐵系統。另外，輕軌等軌道交通的發展，也遏制了由于私人小汽車發展而引起的耗能型分散居住方式的蔓延[2]。

(3)投資少

輕軌與地鐵的單位社會成本比汽車低，而輕軌又比地鐵低。我國已建、在建、擬建的輕軌交通每公里造價在1.5-3.5億元人民幣，僅為地鐵造價的1/4-1/2。如北京軌道交通13號線的單位造價約為北京地鐵復入線的1/4。目前，我國大中城市的建設資金普遍不足，因此輕軌交通相對較低的造價為我國城市交通大發展提供了可能[3]。

(4)乘坐舒適

低地板輕軌系統的車輛減振性能和軌道穩定性能，可保證其運行平穩流暢。此外，較低的車輛地板以及無縫登車踏板，使乘客乘坐舒適。目前，低地板輕軌交通前景被看好的關鍵一點是方便乘客上下車。

(5)塑造良好的城市形象

低地板輕軌車輛為乘客提供了足夠的座位，有著美觀的外形設計。在許多國家，輕軌交通已成為城市的一大景觀。國外大量調查資料表明[4.5]，人們對于低地板輕軌交通的滿意度遠高于道路公交系統。在西方某些城市，低地板輕軌車已成了整座城市的象征，提高了居民生活質量，被譽為“城市的寵物”。

2低地板輕軌車輛的主要類型

1984年，Duewag公司為日內瓦制造的低地板車揭開了低地板車發展的序幕上[6]。1986年，法國車輛制造廠商為南特市第2條輕軌線路制造的3節編組的輕軌車輛，由3節鉸接車體組成，兩端是870mm的高地板面動車，中間為350mm的低地板面拖車。這樣，病殘人和幼兒可坐在輪椅或小車上從站臺直接進人車內。這種結構的車輛問世后，很受用戶和乘客的歡迎，標志著輕軌車輛由高、中地板向低地板邁開了關鍵一步。按技術的復雜程度，現在世界上已經出現了三代低地板輕軌車輛:

(1)第一代低地板輕軌車的中間部分有一個低地板進口，低地板大約占車長的10%-15%%;隨后該車經過改進可得到占車長50%左右的低地板。這種類型的車輛采用常規轉向架、分段式低地板，車內需要臺階過渡。例如，龐巴迪為荷蘭阿姆斯特丹制造的輕軌車輛，低地板部分的地板高度為277mm，占整個地板長度的13.5%。

(2)第二代低地板輕軌車輛有較長的低地板部分，約占整車的60%-70%，但車內還需要臺階向高地板區過渡。這種輕軌車輛的中間走行部需要一種全新的安裝方式，主要有3種方法:小車輪拖車走行部、獨立車輪走行部和獨立旋轉車輪走行部。例如瑞士Vevey公司為貝爾納制造的輕軌車就采用了車輪直徑為410m。的小車輪拖車走行部，低地板高度為350mm，占整個地板長度的72%。阿爾斯通為法國的格勒諾布爾制造的低地板輕軌車采用獨立車輪走行部，345mm高的低地板部分占整個車長的63%o

(3)第三代低地板輕軌車輛為全低地板式。如果動力轉向架也采用獨立車輪，取消車軸，則動力轉向架上方的中間通道也可以做成低地板，兩側車輪突起部分可設置座椅，從而實現100%低地板，地板面距軌面通常僅為350mm。如西門子公司研制的Combino模塊組合式輕軌車輛，就屬于全低地板輕軌車輛。

3低地板輕軌交通的關鍵技術

現代低地板輕軌交通是在繼承了傳統有軌電車和地下鐵道技術的基礎上發展起來的，其基礎工程、車輛類型、行車控制以及列車保護、運行管理等一系列技術，都充分體現了上述兩者的完美結合。低地板輕軌交通的關鍵技術主要集中在車輛及控制上。對于其線路形態，由于直接影響城市景觀，應布局得當，構思精巧，塑造出一條亮麗的現代化都市流動風景線。

低地板輕軌車是20世紀90年代隨著機車車輛由傳統產業向高新技術轉變，在城市軌道交通方面進行技術創新的結果[7]，包含了轉向架技術發展的一系列新成果，如各種輪對徑向調整技術、獨立車輪技術、獨立車輪驅動技術等。這些技術的運用，使得低地板輕軌車走行部分的動力學行為較常規轉向架遠為復雜[8]。

(1)獨立旋轉車輪

要想使輕軌車輛的地板面距離軌面小于400mm，采用常規整體輪對轉向架幾乎是不可能的。于是，人們自然想到了采用獨立旋轉車輪轉向架，并開始逐步認識到低地板輕軌車輛采用獨立旋轉車輪轉向架的優越性和必要性[9]。

當然，獨立旋轉車輪不產生常規輪對的縱向蠕滑力，因而不具備常規輪對的優點而成為獨立車輪的缺點。如:直道上不能自動對中;通過曲線時，若輪軌關系匹配不好，輪緣磨耗較嚴重;低速時可能產生明顯的搖頭振動。如果加強踏面及一系懸掛水平剛度的設計，可以避免這些缺點。

(2)彈性車輪

為了降低輪軌滾動噪聲，國外輕軌車廣泛應用彈性車輪。這種車輪在輪心與輪箍之間加一圈橡膠塊(或復合材料)，使之具有緩沖減振、消聲、改善輪軌動作用力、延長輪軌使用壽命等功能。采用彈性車輪后，只有輪箍是簧下質量，輪軌沖擊和振動大為減輕。國外30年來對彈性車輪的設計和運用經驗表明，對輕軌車輛，軸重在15t以下的彈性車輪是成功的。

(3)消聲車輪

消聲車輪是在剛性車輪上施加各種消聲措施，以達到降低輪軌噪聲的目的。其優點是消除了彈性車輪采用輪箍、輪心結構所帶來的種種問題。現在許多發達國家運用輪軌動力學及聲學原理，采用有限元軟件進行了聲學車輪的優化設計，使車輪本身具有消聲功能。

(4)制動裝置

低地板輕軌車輛的制動通常采用動力制動、盤形制動和磁軌制動。動力制動又分為再生制動和電阻制動。再生制動優先，輔以電阻制動。德國輕軌車盤形制動采用彈簧油壓方式，液缸裝在主電動機旁，制動盤裝在主電動機軸端。另外，每個轉向架設有磁軌制動裝置，用于緊急制動。磁軌制動的特點是所產生的制動力不受輪軌粘著條件的限制。

(5)牽引電動機驅動及冷卻方式

低地板輕軌車電機布置方式主要有縱向和橫向兩種。①縱向布置:很多低地板輕軌車采用縱向布置，有萬向軸傳動的，也有齒輪箱傳動的，都為交流異步電機。例如Comino輕軌車，將電機縱向布置在車輪的外側，通過螺旋圓錐齒輪驅動與車輪固結的端軸。②橫向布置:很明顯，如將電機放置在轉向架內部，無法滿足低地板要求。所以，有些低地板輕軌車轉向架將電機橫向布置在轉向架的外側，出現了輪毅電機。如阿爾斯通的Citadis模塊化輕軌車就采用輪毅電機。

為了滿足空間上布置需要及增加牽引電機裝設在簧下時的抗沖擊性，低地板輕軌車的牽引電動機應盡量小型化、輕量化，因此廣泛采用水冷方式，改善其可操作性和提高可靠性。

(6)電氣控制部分

到了90年代，電機控制已發展到直接轉矩控制階段，列車總線通信系統微機控制已發展到32位高速處理器，變頻器和電機已發展到水冷。新的傳動系統把輸入的直流電經過L一C濾波裝置，由VVVF逆變器變成三相交流電，驅動異步電機。新一代電力電子器件絕緣門極雙極晶體管(IGBT)開發后，又進展到性能優越的智能功率模塊(IPM)、輕軌交通行車密度小，時間不需太精確，因此其列車自動控制系統(ATC)不像地鐵那樣要求嚴格。輕軌車輛發展到現在，基本上是有司機駕駛，全自動的輕軌系統比較少。但通常輕軌系統也都裝有ATC。

4對低地板輕軌交通的設想與建議

(1)線路走向及車站布局應合理

現代低地板輕軌交通的線路形態和走向，主要沿城市街道布局來定線，多數情況下不能隨意拆遷障礙物，因而小半徑曲線(≥25m)和大坡度(≤7%)現象較多。低地板輕軌交通主要采取專用軌道線路方式，其線路形態以地面線或高架線為主;在條件特別困難時，可以采用地下線路，但應盡量避免設置地下車站，最好將區間線路布設在地下，用淺埋隧道方式通過;在城市的特殊地段，必要時也可將輕軌線路鋪設在市區道路上，與其它交通共用路面和混合運行，其站臺應因地制宜設置，可利用路邊人行道或道路分隔帶設施，作為旅客乘降用。低地板輕軌車輛的運行速度一般可達25-40km/h，可根據線路每天客運量的疏密規律，采用單節車或多節聯掛的方式滿足客運要求。以上這些特征，體現了低地板輕軌交通的機動性與靈活性。

(2)車輛應易于制造、維修方便

低地板輕軌車技術比較復雜，其價格相對高地板車要高出15%-20%。低地板輕軌車輛若要得到廣泛應用，必須通過降低成本來獲得合理的車輛價格，因此現在幾乎所有的低地板輕軌車輛都引入了模塊化制造技術。所謂模塊化，是指在車輛設計過程中，對整車結構進行分解，形成若干個各自獨立而又相互聯系的分系統，即模塊。模塊的形式可以是車輛的某一大部件，也可以是整個車輛的一部分，還可以是車輛的某些附屬設備。如今，輕軌車輛采用模塊化設計后，車輛長短、編組方式、載客人數都可根據需要靈活調整。

現代輕軌車輛都裝有故障診斷與顯示系統，維護十分簡便。必須培養能維護和管理新型輕軌車輛的技術人員。低損耗、低磨耗及低運營費用的運營技術，是低地板輕軌車輛維護的重要方面之一。

(3)低地板輕軌車產業應成為新經濟增長點

隨著我國社會經濟發展水平的提高，在可持續發展思想的指導下，資源及環境保護問題將日益受到關注。當前，我國大、中城市要求改善公共交通的壓力很大，使經濟實用的中運量輕軌交通系統面臨著難得的發展機遇。建設我國低地板輕軌交通，既要向國際先進技術靠近，又要充分利用我國現有的技術條件和科技能力，使低地板輕軌產業成為我國新的經濟增長點。

參考文獻

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新晨