现代有轨电车系统构成――车辆

第7章现代有轨电车系统构成——车辆【问题导入】现代有轨电车更加注重车辆造型设计、外观设计，主要运行于城市道路和高架桥上，线路曲线半径小，个别地段曲线半径在20m以下。为了使车辆能够顺利、快速的通过曲线，采用小半径装置和铰接式结构。车内设施布局和装饰设计应体现“以人为本”的理念，以“安全、舒适、方便、和谐、服务”为原则。【学习目标】1.能掌握现代有轨电车的主要特征。2.能叙述现代有轨电车的分类。3.能掌握现代有轨电车模块结构。【教学建议】1．教学场地：在普通教室、能连接互联网的多媒体教室及现代有轨电车系统的各种模型实训室中进行，课后可实地参观。2．设备要求：各种现代有轨电车的仿真模型1套，或能播放视频投影的设备及相关课件、视频。3．课时要求：共10课时。【理论知识】1.1现代有轨电车车辆的特征1.1现代有轨电车车辆的特征现代有轨电车是在传统有轨电车的基础上通过全面改造升级的一种先进交通方式。具有美观、环保、资源节约的适应小曲线半径和大坡度运行，单向可以适应从0.5万～1.5万人次/小时的客流需求,设计时速可达70～80km/h，一般运营中噪音比城市背景交通还低。普遍能够提供订单化服务，以地面专用道为主的城市公共交通系统。现代有轨电车由至少三个模块铰接组成，两端各有驾驶室，能够独立运行的新型低地板钢轮钢轨车辆。弹性车轮，电力牵引，包括电阻、液压和磁轨等多种制动方式，有较强的起制动能力，具有架空、地面、蓄电池和超级电容等多种供电方式。100％低地板现代有轨电车如图7-1和图7-2所示。1.1现代有轨电车车辆的特征图7-1法国斯特拉斯堡100％低地板现代有轨电车图图7-2澳大利亚的超低地板现代有轨电车图1.1现代有轨电车车辆的特征1.现代有轨电车的主要特征现代有轨电车的主要特征包括4个方面。（1)运行速度大幅度提高（2)列车载客量大幅度提高（3)现代有轨电车的造型新颖、乘坐舒适（4)现代有轨电车有多种供电制式、车辆定制服务与模块化设计弹性灵活表7-1Alstom公司Ciadis系列部分现代有轨电车客运能力表1.1现代有轨电车车辆的特征2.现代有轨电车的分类与技术性能（1）现代有轨电车的分类现代有轨电车主要分为钢轮钢轨和胶轮+导轨两种制式。1）钢轮钢轨式现代有轨电车在地面的两条U形钢轨既承担钢轮的重量，又对钢轮起导向限制作用。一般情况下钢轨顶面与城市道路路面平齐，如图7-4所示。图7-4钢轮钢轨式现代有轨电车转向架图1.1现代有轨电车车辆的特征代有轨电车采用特有的弹性车轮，减震降噪的弹性车轮。这是一种分体式车轮。根据车轮橡胶元件承受载荷的状态可以分为剪切型、压缩型、剪切压缩型等。其组成部分包括刚性轮箍、刚性轮心、橡胶体。橡胶体嵌在轮箍与轮心之间。用来隔绝轮轨冲击振动，降低车辆运行噪声。原理是将簧下重量的轮心、车轴和轴箱及动轴的传动装置的一部分重量转移到簧上，使簧下重量减少，起到减震降噪的作用，如图7-5所示。图7-5弹性车轮垫及簧下重量减少示意图1.1现代有轨电车车辆的特征2）胶轮+导轨式现代有轨电车轨道由类似道路的行车道和一条引导车辆运行的特殊导轨组成，车辆走行系统与汽车一样为橡胶轮胎，导向轮在导轨的限制下引导车辆运行。它有劳尔公司的Translohr系列。现代有轨电车胶轮+导轨式的走行部主要由橡胶轮胎（起承重和地面走行的作用）和导轨（“夹”着固定在地面上的轨道来导向）两大部分组成。导向装置是由V字形的两个导轮从两侧夹住导轨，将车辆固定在导轨上，导轮突出部分的间隙比轨道头部宽度窄，因此，从结构上不会发生脱轨现象，如图7-6所示。图7-6胶轮+导轨式的走行部1.1现代有轨电车车辆的特征（2）低地板现代有轨电车的分类1）低地板现代有轨电车的概念。低地板现代有轨电车是指车辆地板距离轨道面小于小于350mm的轻轨车辆。按照车辆低地板区域能够达到客室面积的百分比，低地板部分的面积和客室面积之比值而论，如果小于1.0，称为部分低地板，范围宽至9%～100%，而常见的是50～70%这个比例；如果等于1.0则称为100%低地板。高地板车辆是指地板面至轨面的高度等于或小于950mm的有轨电车。2）部分低地板有轨电车、50%～70%低地板有轨电车、100%低地板有轨电车。①部分低地板：只在车门的入口部位设置低地板面，地板面高度处于350～450mm之间，低地板面不相互贯通；低地板面占整个车辆地板面的比例只有15%~30%，车辆使用的是传统的刚性轮对转向架。50%～70%低地板有轨电车：在车辆的中部全部设置低地板面，各节车的低地板面相互贯通，而列车的端部则为高地板面；低地板面占整个车辆地板面的比例为50%～70%。50%～70%低地板轻轨车将普通城轨车车距地面1m以上的地板高度降低到0.35m，车厢内低地板面积占整列车的比例达70％，大大方便了乘客上下车。1.1现代有轨电车车辆的特征列车端部采用传统的刚性轮对转向架，并作为动力转向架；而列车的中部通常使用不带动力的小轮径刚性轮对转向架或独立车轮转向架；为了便于曲线通过，轻轨车辆通常采用铰接车体结构，如图7-7所示。图7-7名古屋铁道美浓町线路70%低地板有轨电车示意图1.1现代有轨电车车辆的特征③100%低地板有轨电车：整列车辆车厢内全部为低地板面，几乎感觉不到高度差。地板面高度处于200～350之间。所有转向架均为独立车轮转向架。④100%超低低地板有轨电车：整列车辆车厢内全部为低地板面，地板面高度处于200mm以下的称为超低地板。3.现代有轨电车车辆运用适应环境及参数现代有轨电车车辆要能够适应当地的自然环境，安全可靠地运营。（1）现代有轨电车车辆使用条件自然环境1）海拔：不超过1200m。2）环境温度：-25～45℃。3）相对湿度：最湿月份，平均最大湿度为90%，该月平均温度不大于25℃。4）使用环境：车辆可在地面、地下和高架线路上运行，库内检修和停放时温度不低于0℃。（2）线路参数1）轨距：1435mm。2）最小曲线半径：正线30m，车场线25m。3）最大坡度：正线60‰不含曲线折减。1.1现代有轨电车车辆的特征（3）供电条件1）供电电压：DC750V。2）变化范围：500～900V。3）再生制动时不高于1000V。4）受流方式：接触网受流、地面三轨受流或超级电容+蓄电池方式。（3）现代有轨电车车辆种类及列车编组1）车辆采用钢轮钢轨铰接低地板有轨电车。2）列车可根据运能需要，采用多个模块进行编组，并形成适合线路条件的布置。每列车可独立运行，也可两列或三列连挂运行。（4）现代有轨电车车辆基本参数1）车辆轮廓尺寸：①列车长度：不少于3模块，长度不少于20m；不大于7模块，长度不大于45m.②车体宽度：不大于2650mm。③车体高度：不大于3600mm（轨面至车顶高、新轮、落弓）。④客室地面距走行轨面高度：不大于350mm。⑤车轮直径：不大于660mm（新轮）。1.1现代有轨电车车辆的特征（5）现代有轨电车载客能力1）定员按站立6人/㎡计算。2）超员按站立8人/㎡计算。（6）车轮轴重平均轴重不大于12.5t。（7）列车牵引、制动性能：1）列车最高运行速度：不小于70km/h。2）列车构造速度：不小于80km/h。3）平均启动加速度：在0～40km/h时，不少于1m/s²时；在0～70km/h时，不小于0.6m/s2。4）常用平均制动减速度：（70～0km/h）：不小于1.1m/s2。5）紧急平均制动减速度：（70～0km/h）：不小于2.5m/s2。1.2现代有轨电车车辆基本构造现代有轨电车车辆由7大部分组成。1.车体（1）车体的基本要求1）同型号车辆应具有统一的基本结构形式。2）车体采用整体承载结构，并应有足够的强度和刚度，能满足修理和纠正脱轨的要求。3）在车体底架上承受相当于车辆整备状态时的垂直载荷时，沿车钩中心水平位置施加规定的纵向载荷，其试验合成应力不应超过许用应力。使用的许用应力值应取自用户与制造商均认可的国家标准或国际标准。4）车体试验用纵向静压缩载荷为400kN。5）车体的试验用垂直载荷为：1.1×(车体重量+最大载客重量)一(车体结构重量-_试验器材重量)。其中，最大载客重量等于司机、坐席定员及最大站立人员的重量之和。6）车体结构设计应尽量避免车体枕梁、冲击座、门口、窗口等结点处的应力集中，不让焊缝出现在上述部位。避免形成积水区。尽量不用搭接结构。应考虑到装设导管、线槽和可装配电气设备、辅助设备所需的各种附件，这些附件应与钢结构连接牢固。1.2现代有轨电车车辆基本构造7）车辆密封性应良好。车体以及安装在车体外部的各种设备的外壳和所有的开孔、门窗、孔盖均能防止雨雪侵入。封闭式的箱、柜应做到密闭良好，在机械清洗时不应渗水、漏水。8）整备状态下的车辆，停在平直道上并将其制动缓解，其车体底架和转向架构架以轨面为基准的高度值，应符合产品技术条件规定。9）普通车体钢结构和蒙皮应在去除油污、锈蚀、焊渣后进行磷化处理，应对封闭断面构件的内表面进行防腐蚀处理。10）普通钢车身涂层应符合有关规定。非涂漆部位不应有油污和漆迹。11）车辆应设有架车支座、车体吊装座，并标注允许架车、起吊的位置，以便于拆装起吊和救援。12）车体结构设计寿命不应小于30年。（2）现代有轨电车采用模块化设计例如4模块三动一拖组成的列车为：=MC+M-Tp+Mc=(“=”车钩；“+”单铰链模块；“-”双铰链模块；Mc-带司机室的动车模块；M-动车模块；Tp-带受电弓的拖车模块)，如图7-8所示。1.2现代有轨电车车辆基本构造1）动车：是指自带动力可自行行走的车。2）拖车：是指没有动力需外力拖动才能行走的车。图7-8三动一拖组成的列车图1.2现代有轨电车车辆基本构造（3）车钩车辆两端可设自动车钩或半自动车钩。可折叠车钩，打开车钩前要先打开前罩。1）每个司机室内下方均配置可折叠式车钩。2）正常情况下车钩隐藏在前罩内，保证行人的安全，车辆美观。3）打开车钩前先打开前罩，前罩可以很方便地打开，如图7-8、图7-9所示。图7-8有车钩前罩示意图图7-9无车钩前罩示意图1.2现代有轨电车车辆基本构造（4）铰接装置1）在车辆模块之间应安装铰接装置。2）由上下两个单铰组成的固定铰接装置应只允许两相邻车体有水平相对运动。由下铰和约束两相邻车体问横向运动的横控杆组成的活动铰接装置宜设纵向减振器，以消除和缓解车体间的冲击和振动。3）铰接装置应具有相对运动的功能，其水平转角和纵向折角应满足最小曲线半径和竖曲线半径的运行要求。4）车体各模块之间的铰接有3种形式：①弹性铰：两个模块间上部连接，使相邻的两个模块间只有水平旋转运动：②自由铰：两个模块间上部连接，使相邻的模块可以进行点头、水平旋转等运动。③下铰：固定铰，是模块力纵向力的主要传递机构。两端为铸钢安装座，中间为球状轴承结构。固定绞和弹性铰联合使用，限制了相邻车体间的浮沉运动和侧滚运动，使得相邻车辆仅存在相对摇头的自由度。1.2现代有轨电车车辆基本构造自由铰不限制相邻车体之间的垂向、纵向平动，它也不承受垂向力和纵向力，仅承受横向力，自由铰主要用于限制车体之间的相对滚动。如图7-10~图7-12所示。a）b）c）图7-10车辆模块之间铰接装置图a）固定绞b）自由铰c）转动铰图7-11车辆模块之间铰接装置安装位置图1.2现代有轨电车车辆基本构造图7-12铰接装置安装实物及铰链位置图1.2现代有轨电车车辆基本构造（5）司机室现代有轨电车车身组成由两个带司机室动车模块，中间模块为带动力转向架模块和带非动力转向架的模块，如图7-13所示。司机室为独立模块结构，同客室采用螺栓连接，便于拆卸更换。1）司机室应视野宽广，应能使司机在运行中清楚方便地瞭望到前方信号、线路、障碍物、接触网、隧道和站台。2）司机室的前窗玻璃应采用当在任何部位受到击穿或敲击时不会崩散的安全玻璃，前窗应设刮水器与遮阳装置，寒冷地区可采用电加热玻璃或性能良好的电热吹风。前窗玻璃有抗穿透性和抗冲击性。3）司机室与客室之间应设连通门，其净开宽度不应小于550mm，高度不应低于1800mm。4）司机操纵台的外形、结构、各种操纵装置及信息显示方式与