天津津滨轻轨工程轨道车辆选型分析

为了使天津津滨轻轨电动车组具有良好的牵引性
能和制动特性, 采用了具有当代先进技术水平的 VVVF 逆变器交流传动系统。该系统安装在动车上, 由受电弓、避雷器/ 浪涌吸收器、高速断路器、线路滤波 器、线路接触器、制动电阻器、VVVF 逆变器、交流电 机和微机控制单元等组成。
为满足高峰小时单向最大断面客流量的 运输能 力, 天津津滨轻轨列车采用近期为 4 辆编组、远期为 6 辆编组和动拖比为 1∶1 的方案。据计算, 近期 4 辆编 组时, 高峰小时发车间隔为 4 min, 单向小时最大运输 能力达到 14 250 人; 远期 6 辆编组时, 高峰小时发车 间隔为 2. 5 min, 单向站时最大运输能力达到 28 500 人。因此, 列车编组方式和数量满足了近远期运量的需 要。
1 车辆选型的要求
车辆是天津津滨轻轨工程中最重要的运营设备, 也是技术含量较高的机电设备。如何使它具有先进性、 实用性和可靠性, 并且能满足滨海津滨轻轨交通运量、 乘坐舒适、美观、节能和环保等要求, 首先必须做好车 辆选型的工作。
1. 1 运量的要求 该线的客流预测: 高峰小时单向最大断面客流量
初 期( 2006 年) 为 10 187 人, 远期( 2028 年) 为 22 840 人; 日客流量初期为 10. 6 万人, 远期为 28. 4 万人。根 据国家建设部 1999 年公布实施的《城市轻轨交通工程 项目建设标准》的规定, 凡是高峰小时单向最大断面流 量为 1 万人～2 万人的, 应采用 B 型车辆。天津津滨轻 轨交通的高峰小时单向最大断面流量符合建设部标准 的规定, 因此, 天津津滨轻轨车辆选用 B 型车。 1. 2 旅行时间的要求
滨海新区是天津市的重要组成部分。为了解决天 津市区与滨海新区间的交通问题, 促进天津地区的经 济发展, 天津滨海快速交通发展有限公司承建了天津 市区至滨海新区的津滨轻轨交通工程。该工程的一期 工程为市区中山门—第八大街, 总长 45. 9 km, 为全隔 离高架线路, 设车站 19 个( 预留 4 个) 。2001 年 5 月开 始施工, 计划 2003 年 10 月建成通车。
轻量化车体、交流传动、自动控制及诊断和信 息技术 等, 以提高车辆的产品质量水平, 保证车辆运 行安全 性、舒适性和可靠性。同时, 要降低车辆造价, 节约能 源, 提高车辆可维修性, 做到经济合理。
2 车辆选型的特点
根据上述要求, 通过广泛调研, 多次比选, 反复论 证, 确定了天津津滨轻轨车辆的结构、形式。动车除受 电弓和动车转向架外, 车辆结构基本与拖车相同。天津 津滨轻轨交通电动车组车辆的主要技术参数见表 1。
座席/ 人
56
64
受电方式
DC1 500 V 架空接触网
启动平均加速度/ ( m·s- 2)
≥0. 8
常用制动减速度/ ( m·s- 2)
0. 9
紧急制动减速度/ ( m·s- 2)
1. 2
牵引制动控制方式
V V V F 逆变器, PW M 控制, IGBT 模块元件, 容量 912 kW
辅助供电
V V V F 静止逆变器, 容量 140 kW
1 100
每侧车门数/ 对
3
车门宽度/ mm 车门高度/ mm 贯通道尺寸( 宽×高) / mm 车辆定距/ mm 转向架轴距/ mm 车轮直径/ mm
1 300 1 850 1 300×1 900 12 600 2 300
840
车辆轴重/ t
14
载客人员/ 人
定员: 190; 超员: 240 定员: 210; 超员: 266
( 3) 不锈钢车的维修费用和总费用比铝合金车 低。
从图 1 和图 2 可明显看出, 日本多年生产的碳钢 车、铝合金车和不锈钢车 3 种车体的维修费用和总费 用, 都是不锈钢车最低, 特别是使用年限超过 12 a 后,
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不锈钢车的维修费用更低。
铁道车辆 第 41 卷第 7 期 2003 年 7 月
目前, 国内城市地铁车辆的最高运行时速为 80
图 2 日本 3 种车体总的费用( 含制造、维修费)
图 3 转向架结构图
( 1) 采用 H 型焊接构架, 不但提高了转向架的使 用寿命, 而且有利于保持侧架正位, 延长了转向架蛇行 运动波长, 降低了转向架蛇行运动频率, 减少了横向运 动的激扰, 提高了车辆横向平稳性。
1. 5 安全运行的要求 为保证城轨电动车组的安全运行, 车辆应按标准
化进行设计, 尽可能采用标准化产品和较成熟的技术, 最大限度地提高车辆运营的可靠性。列车平均无故障 运行距离应大于 10 万 km。 1. 6 使用环境条件的要求
天津地区具有北方气候特点, 空气干燥, 夏天最高 温度可达到+ 40 ℃, 冬天可到- 20 ℃; 降雨少, 年平 均降雨量为 600 m m。天津地区又位于渤海湾, 风大, 潮湿, 空气中所含盐份大, 腐蚀性离子浓度高。因此, 车辆应能承受风、沙、雨、雪、盐份和腐蚀性物 质的侵 袭。
城 市轨道 车辆
铁道车辆 第 41 卷第 7 期 2003 年 7 月
文章编号: 1002-7602( 2003) 07-0022-05
天津津滨轻轨工程轨道车辆选型分析
徐 志 强, 范 忠 胜
( 天津滨海快速交通发展有 限公司, 天津 300ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ57)
摘 要: 文章提出了城市轨道车辆选型的原则, 介 绍了天津津滨轻轨车辆选型的特点。 关键词: 城市轨道车辆; 选型; 原则; 分析 中图分类号: U 239. 5 文献标识码: B
km, 尚无最高时速 100 km 的转向架。为此, 在选择转 向架( 图 3) 方案时, 采取如下措施来提高转向架运行 的安全性、平稳性和稳定性:
图 1 日本 3 种车体的维修费用
( 4) 国内的不锈钢车体制造技术已趋于成熟。长 春轨道客车股份有限公司 1994 年与韩国合作生产了 30 辆时速 200 km 的不锈钢客车, 并引进了日本轻量 化不锈钢车体生产技术, 已具备了设计和生产不锈钢 车辆的能力。 2. 4 采用最高运行时速 100 km 的转向架
空调装置
采暖装置 牵引电机功率/ kW 制动装置
单元式空调机组, 制冷功率 35 k W, 空调总 风量 8 000 m3/ h( 应急风量 4 000 m3/ h) 电加热器( 客室> 12 ℃、司机室> 14 ℃)
额定 200 ( 持续制) 电阻、再生、空气踏面制动 空气踏面制动
车钩缓冲装置
旅客信息系统 设备运行监控 停车制动 制动方式 应急电源
1. 7 车辆国产化的要求
国家计委对地铁车辆和机电设备国产化 的要求 为, 轻轨车辆的国产化率必须达到 70% 以上。为此, 天 津津滨轻轨车辆应立足在国内城轨车辆的定点厂进行 试制和批量生产。
天津津滨轻轨工程轨道车辆选型分析 徐志强, 范忠胜
1. 8 既要技术先进又要经济合理的要求 天津津滨轻轨车辆将广泛采用许多先进技术, 如
( 6) 对安装该转向架方案的车辆动力学性能计算 表明, 该车辆的临界速度具有较大的容量, 满足了 110 km/ h 最高运用速度的要求, 平稳性仍属优级; 以最不 利速度通过 R400 m 和 R140 m 的曲线时, 脱轨系数、 减载率和横向力均在安全限度内。
2. 5 采用架控 VVVF 逆变器交流传动系统
2. 2 车辆最高运行时速 100 km
为了确定天津津滨轻轨车辆最高运行速度, 进行 了列车牵引计算。计算条件: 列车 4 辆编组, 重量 224 t , 牵引加速度 0. 8 m/ s2, 制动减速度为 0. 9 m/ s2, 旅行 时间为 37 min, 采用天津津滨轻轨交通的设计线路断 面参 数。计算结果表明, 列 车最高时速达 到 100 km 时, 才能满足天津快速轨道交通单程旅行时间控制在 37 min 和旅行速度 74 km / h 的要求。
目前, 天津市区到滨海开发区的通勤职工每天约 20 万, 主要交通工具是公共汽车、通勤班车、出租车和 火车, 旅行时间在 1 h～2 h 之间。天津火车站—泰达 火车站间每天只开行 2 对客车, 远远不能满足通勤和 旅行的需要。本线设计要求津滨轻轨电动车组单程运 行时间( 不包括各停站时间) 不超过 40 min, 具有一定 的竞争力。
表 1 车辆主要技术参数
项目名称
动车
B 型车
拖车
编组方式
近期: 4 辆( 2M 2T) ; 远期: 6 辆( 3M 3T )
最高运行速度/ ( km·h - 1)
100
车体
轻量化不锈钢车体
车辆长度/ mm
19 820
19 520
车体长度/ mm
19 300
19 000
车辆高度/ mm
3 800
地板面高/ mm
( 3) 一系悬挂采用圆弹簧和橡胶套定位。由于采 用圆弹簧和橡胶套定位, 在垂向、横向和纵向 3 个方向 上具有不同的刚度值, 可以使轴箱定位刚度在 3 个方 向上取得合理的匹配, 做到直线上运用时转向架两轮
天津津滨轻轨工程轨道车辆选型分析 徐志强, 范忠胜
对保持平行, 延长蛇行运动波长; 曲线运行时又能导向 灵活, 有利于提高转向架横向平稳性和稳定性。
从表可知一般不锈钢车体自重比普通钢车体可减轻轻量化不锈钢车牵引制动控制方式vvv逆变器pwm控制igbt模块元件容量912kw辅助供电vvv静止逆变器容量140kw空调装置单元式空调机组制冷功率35kw空调总风量采暖装置电加热器客室12司机室14牵引电机功率?kw额定200持续制普通钢101010不锈钢车体耐腐蚀性好免除了车体内壁覆制动装置电阻再生空气踏面制动空气踏面制动车钩缓冲装置车钩抗拉850kn抗压200kn弹性胶泥缓冲器容量18kj30kj旅客信息系统gps定位数字化站设备运行监控tm系统停车制动单元制动器制动方式模拟制动空电联合制动应急电源蓄电池逆变30供电防腐材料和表面油漆维修工作量减少降低了造价和运营维修费用延长了使用寿命
收稿日期: 2003-03-12 作者简介: 徐志强( 1971-) , 男, 工程师。
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1. 3 最高运行速度的要求 列车最高运行速度是反映天津津滨轻轨交通技术
先进程度和运能的重要指标。列车最高运行速度的大 小取决于该线旅行速度的高低、站间距的大小、列车站 间加速度和减速度的大小。车辆的性能应满足列车最 高运行速度的要求。
1. 4 供电方式的要求 目前, 与直流 750 V 第三轨供电比较, 直流 1 500
V 架空接触网供电方式具有以下优点: ( 1) 电压较高, 供电距离一般为 3 km～4 km, 牵引变电所数量可减少 40% ～50% ; ( 2) 电压变化率小, 供电质量较好; ( 3) 牵 引电流较小, 系统能耗可减少 20% 左右, 迷流一般可 减少 10% ～30% ; ( 4) 同等功率时, 牵引电机体积小, 车辆自重轻, 能耗小; ( 5) 对乘客和维修人员安全感较 好。因此, 天津津滨轻轨车辆采用直流 1 500 V 架空接 触网供电方式。
材 质
普通钢 不锈钢 总 重
表 2 日本各种车体的重量
钢 车
钢板不 锈钢车
半不锈 钢车
全不锈 钢车
10
9. 2
4. 5
2. 9
0
0. 8
5
5. 1
10
10
9. 5
8
t 轻量化 不锈钢车
1. 9 4. 4 6. 3
( 2) 不锈钢车体耐腐蚀性好, 免除了车体内壁覆 防腐材料和表面油漆, 维修工作量减少, 降低了造价和 运营维修费用, 延长了使用寿命。
( 4) 合理选择转向架轴距。考虑到天津津滨轻轨 交通线路最小曲线半径为 400 m, 车辆段线路最小曲 线半径为 145 m, 从减小轮轨磨耗考虑, 转向架固定轴 距选为 2 300 mm 。
( 5) 采用 L M 型磨耗形踏面的车轮, 并将车轮的 表面硬度提高到 HB250～290, 与钢轨的硬度相匹配, 这样将大大减少车轮踏面的磨耗, 延长车轮的使用寿 命。
车钩抗拉 850 kN 、抗压 1 200 kN 弹性胶泥缓冲器容量 18 kJ、30 k J
G PS 定位、数字化站 TMS 系统 单元制动器
模拟制动( 空电联合制动) 蓄电池逆变、30 min 供电
天津津滨轻轨车辆结构与国内其他城市轨道车辆 结构比较, 主要特点如下。
2. 1 列车编组兼顾近远期运量需要
2. 3 国内首次采用轻量化不锈钢车体
天津津滨轻轨车辆所以选用了轻量化不 锈钢车 体, 主要考虑到以下几方面:
( 1) 轻量化不锈钢的机械 强度高, 是耐候钢的 2 倍多, 铝合金的 6 倍多; 弹性模量是铝合金的 3 倍。因 此, 在保证车体强度和刚度的条件下, 板厚可以进一步 减小, 实现车体薄壁化、轻量化, 既简化了工艺, 又减轻 了重量。从表 2 可知, 一般不锈钢车体自重比普通钢车 体可减轻 1 t ～3 t 。
( 2) 二系悬挂采用橡胶空气弹簧, 使车辆运行平 稳。同时, 空气弹簧内设节流孔, 能衰减车辆的垂直振 动, 并通过与高度阀和差压阀并用, 可使车体在不同载
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荷下保持地板面高度不变。空气弹簧可以同时承受三 维方向载荷, 利用空气弹簧的横向弹性特性, 取代传统 的转向架摇动台, 从而简化了结构, 减轻了自重。