《城市轨道交通概论》课后习题答案

思考与练习
1.简述轨道交通的定义。

“城市轨道交通”是一个包含范围较大的概念，在国际上没有统一的定义。

一般而言，广义的城市轨道交通是指以轨道运输方式为主要技术特征，是城市公共客运交通系统中具有中等以上运量的轨道交通系统（有别于道路交通），主要为城市内（有别于城际铁路，但可涵盖郊区及城市圈范围）公共客运服务，是一种在城市公共客运交通中起骨干作用的现代化立体交通系统。

2.简述轨道交通的特点。

1.具有较大的运输能力
2.具有较高的准时性
3.具有较高的速达性
4.具有较高的舒适
5.具有较高的安全性
6.占地少、不破坏地面景观
7.低污染
8.低能耗
3.简述轨道交通的类型。

（1）按线路架设方式划分，可分为地下铁道、地面铁道和高架铁道。

（2）按导向方式划分，可分为轮轨导向和导向轨导向。

（3）按轨道形式划分，可分为重轨铁路、轻轨铁路和独轨铁路。

（4）按小时单向运能划分，可分为大运量系统（高峰时单向运输能力达到30 000人次/h以上）、中运量系统（高峰时单向运输能力达到15 000~30 000人次/h）和小运量系统（高峰时单向运输能力达到5 000~15 000人次/h）。

（5）按路权专用程度划分，可分为线路全封闭型、线路半封闭型、线路不封闭型。

（6）按服务区域划分，可分为市郊铁路、市内铁路和城际快速铁路。

（7）按运能范围、车辆类型及主要技术特征划分，可分为有轨电车、地下铁道、轻轨、独轨、城市（市郊）铁路、磁悬浮、新交通系统等。

4.列表比较各种轨道交通的特点。

思考与练习
1.简述城市轨道交通规划设计的重要性、目的和意义。

重要性：
城市轨道交通规划设计是建设前期的一项重要的工作，涉及城市规划、交通工程、建筑工程以及社会经济等多种学科理论的系统工程。

一个科学、合理、完善的轨道交通网是城市客运交通的发展方向。

目的：
城市轨道交通对于城市的发展、居民生活水平改善有着重要作用，系统建设具有不可逆性。

保证建成线网能够对城市发展起积极作用，指导城市轨道交通工程持续发展，为政府部门决策提供可信的依据，保证今后工程建设的可实施性。

意义：
城市轨道交通系统的规划设计直接影响城市的基本布局和功能定位，对城市发展有极强的引导作用，对促进城市结构调整、城市布局整合，对整个城市土地开发利用、交通结构以及城市和交通运输的可持续发展都有巨大影响。

2.简述城市轨道交通线网的结构及特点。

1）星形结构
所有线路只有一个换乘站。

2）条带状结构
n条线路有n-1个交叉点换乘站
3）网格状结构
网格状结构线网的线路走向比较单一，大多呈平行四边形。

4）放射网状结构
线路（至少3条）多为径向线且线路交叉所成的网格多为三角形的线网结构。

5）有环放射状结构
在放射网状结构的基础上增加环形线而形成的网络结构，线网由多条径向线及环绕市区的环线共同构成。

6）有环网格状结构
在网格状结构的基础上增加环形线而形成的网络结构。

3.简述城市轨道交通主要施工方法。

1.明挖法
2.盖挖法
3.暗挖法
4.新奥法
5. 矿山法
6. 浅埋暗挖法
7.盾构法
4.查阅资料，分析石家庄轨道交通规划设计和施工的特色。

思考与练习
1.城市轨道交通线路有哪些？
1）地下线路
2）地面线路
3）高架线路
2.比较环形折返线、尽端折返线和渡线的优缺点。

环形折返线是将端点折返作业转化为沿一个环形单线区段运行的作业，实质上取消了折返过程，变为区间运行，有利于列车运行速度的发挥，消除了因折返作业而形成的线路通过能力限制条件，是一种对提高运营效率有利的折返方法。

环形折返线中环线占地面积较大，尤其是在地下修建难度更大，投资较高；环线折返丧失了一端停车维护保养检查的机动线路，对车辆技术要求和运行组织要求更高。

尽端折返线弥补了环线折返的不足，使端点站既可有效组织折返（如双折返线可明显降低折返时间），又可备有停车线供故障停车、检修、夜间停车等作业使用。

尽端折返线对于线路延伸也十分方便，比较适合于地下结构的端点站，以及线路较长或有延伸可能，土地不宜多占用的情况。

很明显，利用渡线折返需要修建的线路最少，投资下降。

然而，列车进出车站与折返作业有严重的干扰，尤其是在区间站利用渡线进行区间列车折返，需占用正线进行作业，故对运营管理要求十分严格。

同时，列车运行间隔时间因受其制约而需要延长，导致线路通行能力下降，安全可靠性存在隐患。

3.轨道有哪几部分组成，各部分主要起什么作用？
轨道由钢轨、轨枕、联结零件、道床、道岔、防爬设备及其他附属设备等构成。

钢轨是轨道的基本承重结构，直接承受列车的荷载。

轨枕是轨道的基础部件之一，承垫于钢轨之下，它将钢轨所承受的压力分散传递到道床上，同时又能有效地保持钢轨位置和轨距。

联结零件起到连接两条钢轨作用。

道床支撑轨枕，把来自轨枕上部的巨大载荷均匀地分布到路基面上，减少路基的变形；道床可以依靠本身和轨枕间的摩擦来固定轨枕位置，阻止轨枕纵向或横向位移。

道岔是线路上供列车车辆安全转线的设备，它用来使列车车辆从一股道转向或越过另一股道。

防爬器用穿销固定于钢轨底部，挡板顶住枕木侧面，协助扣件限制钢轨与枕木间的纵向位移。

4.查阅资料学习路基桥梁知识并做出ppt。

5.简述道岔的分类。

（1）单开道岔。

（2）双开道岔。

（3）三开道岔。

（4）渡线。

（5）交分道岔。

6.画出普通单开道岔的图形，并指出有几部分组成，简述各部分的作用。

思考与练习
1.简述城市轨道交通车辆的特点。

1.安全可靠性高，载客能力强
2.车辆性能好，加减速度快，制动效果佳
3.牵引效率高，能源消耗低
4.牵引方式灵活，适应能力强
5.乘车环境优越
2.简述城市轨道交通车辆的分类。

1.按牵引动力配置分分为动车和拖车。

2.按车辆规格分可分为A型车（宽度3 m）、B型车（宽度2.8 m）和C型车（宽度2.6 m）三种。

3.简述城轨车辆转向架的组成。

转向架一般由构架、轮对轴箱装置、弹性悬挂装置、中央牵引连接装置、传动装置、制动装置等部分组成。

4.简述城市轨道交通车门分类。

1. 车门按照驱动系统的动力来源可分为电动车门、气动车门。

2. 按照车门的运动轨迹及与车体的安装方式可分为内藏门、外挂式移动门、塞拉门、外摆式车门。

3. 当列车运行于隧道时发生火灾或其他险性事故等特殊情况下，这种车门用于紧急疏散车上的乘客。

5.简述城市轨道交通车辆制动方式。

（1）黏着制动。

列车制动时车轮在钢轨上滚动，由于车辆重力的作用，车辆与钢轨的接触处为一椭圆形的小面积，此时轮轨接触处既不是静止状态也不是滑动状态，而是“静中有微动”或“滚中有微滑”的状态，在铁路术语中称这种状态为黏着状态。

（2）非黏着制动。

如果在制动时，钢轨作用在机车、车辆上的制动力，不是通过车轮与钢轨的滚动接触点（黏着点）的制动方式称为非黏着制动。

（3）闸瓦制动。

制动时，通过机械杆件的传递使闸瓦压紧车轮，轮、瓦间发生摩擦，电动车组的动能大部分通过轮、瓦间的摩擦变成热能，经车轮与闸瓦最终逸散到大气中去。

（4）盘形制动。

制动时，制动缸通过制动夹钳使闸片夹紧制动盘，使闸片与制动盘间产生摩擦，把电动车组的动能转变为热能，热能通过制动盘与闸片散于大气。

（5）再生制动。

再生制动时，电动机变成发电机状态运行，将车辆的动能变成电能，经DCU/M逆变器整流成直流电反馈于接触网，供列车所在接触网供电区段上的其他车辆牵引用和供给本车的其他系统（如辅助系统等）。

（6）电阻制动。

如果制动列车所在的接触网供电区段内无其他列车吸收该制动能量，网压迅速上升，当网压达到最大设定值1800V时，DCU/M打开制动电阻，将电机上的制
动能量转变成电阻的热能消耗掉，此即电阻制动，也称为能耗制动。

6.简述车钩的类型。

①非刚性车钩。

非刚性车钩允许两个相连的车钩在垂直方向上有一定的位移，当两个车钩在连挂前的纵向中心线存在高度差时，发生连挂的车钩各自保持各自的水平位置，同时保证车钩在水平面内可以自由地摆动。

②刚性车钩。

刚性车钩不允许连挂的两车钩在垂直方向上存在相对位移，当两个车钩连挂前的纵向中心线存在高度差时，那么在连挂后两车钩的中心线将处在同一条直线上，并程倾斜状态。

③全自动车钩可以实现机械、风管和电气回路的自动连挂、解钩或人工解钩等。

④半自动车钩的机械和风管的连接机构与作用原理基本上与全自动车钩相同，可以实现自动连挂、解钩或人工解钩，但电气回路必须靠人工连挂和解钩。

⑤半永久车钩的机械、风管和电气回路的连挂和解钩都需要人工操作完成，一般只有在架修以上作业时才进行分解。

7.简述城市轨道交通车辆电气牵引传动系统工作原理。

城市轨道交通车辆首先由接触网或接触轨（第三轨）经受流器引流到车辆，然后经过车辆牵引传动控制系统将电流送入牵引电动机，牵引电动机驱动车辆运行，驾驶员通过操纵驾驶控制器改变牵引电动机的运行速度和运行方式，此时电流经过车辆轮对、钢轨(或回流装置)回到变电所，形成闭合回路。

8.简述城市轨道交通车辆基地组成。

车辆基地包括车辆段、综合维修中心、物资总库、培训中心和其他生产、生活、办公等配套设施，是保证城轨交通系统中各项设备处于良好的状态，确保行车安全的场所。

9.什么是计划修？什么是状态修？计划修的修程有哪些？
计划修是根据事先确定的计划，当达到一个事先确定的时间周期或者一个车辆运行公里数时，对相关设备进行的检查和处理。

状态修是指在对设备进行检测时，一旦某一参数超过了事先确定的限定警戒值，则需要介入维状态修。

根据维修程度不同，计划性维修主要分为以下三大类。

（1）定修。

定修饰年检及其以下的修程。

该类维修以检查和维护保养为主，直接面向运营供车的需要。

（2）架修、大修。

该类维修以维修为主，主要以恢复部件尺寸、功能等为主。

（3）各类部件的维修。

该类维修主要对各种维修换下的部件进行维修。

思考与练习
1.简述城市轨道交通供电系统的功能要求。

1.供电服务功能
2.故障自救功能
3.自我保护功能
4.防误操作功能
5.灵活的调度功能
6.控制、显示和计量功能
7.电磁兼容功能
2. 城市轨道交通牵引网供电有几种电压等级？
我国国家标准规定为750 V、1 500 V两种，其电压允许波动范围分别为500~900 V、1 000~1 800 V。

3.简述用电负荷分类。

略
4.简述城市轨道交通供电系统构成。

城市轨道交通供电系统按功能的不同可分为外部电源、主变电所或电源开闭所、牵引供
电系统、动力照明供电系统、电力监控系统、杂散电流腐蚀防护系统.
5.什么是集中式供电？什么是分散式供电？
集中式供电是指由城轨供电系统的主变电所引入两路独立的电源，降压后经中压网络集中为牵引变电所及降压变电所提供电力的外部电源供电方式。

主变电所进线电压一般为110 kV，经降压后变成35 kV或10 kV进入中压网络。

每个牵引变电所和降压变电所均从中压网络获得两个独立的引入电源。

分散式供电是指在轨道交通沿线由城市中压电网通过电源开闭所向牵引变电所及降压变电所分散供电或直接由城市中压电网向牵引变电所和降压变电所供电的外部电源供电方式。

因而分散式供电一般从城市电网引入10 kV中压电源，但也有少量的35 kV中压电源。

6.简述牵引变电所的供电方式。

牵引变电所均由两个独立的电源供电。

环形供电、双边供电、单边供电，放射式供电。

7.简述接触网的工作特点。

接触网没有备用线路，经常处于动态运动中，且结构复杂、技术要求高。

（1）没有备用线路。

（2）经常处在动态运动中。

（3）结构复杂，技术要求高。

8.简述接触网的分类。

接触网分为架空式接触网和接触轨式接触网（第三轨）。

按线路形式可分为地面架空式接触网和隧道架空式接触网。

按架空接触网根据其与机车受电弓的配合关系以及抬升情况，可分为柔性悬挂接触网和刚性悬挂接触网。

9.什么是SCADA？SCADA系统有什么作用？
电力监控系统（SCADA）实现在控制中心对供电系统进行集中管理和调度、实时控制和数据采集。

除利用“五遥”（遥控、遥信、遥测、遥调、遥视）功能监控供电系统设备的
运行情况，及时掌握和处理供电系统的各种事故、报警事件功能外，利用该系统的后台工作站还可以对系统进行数据归档和统计报表，以更好地管理供电系统。

SCADA系统的作用主要表现为在线监控、经济调度、安全分析和事故处理等方面。

通过SCADA系统，调度人员在控制中心可以实现对供电系统中的各类变电所内的供电设备运行状态的监视、控制及数据采集，直观了解电力设备的工作状况，确保城市轨道交通供电系统安全、可靠、经济运行。

10.什么是杂散电流？它有哪些危害？如何减少杂散电流？
杂散电流主要是由于在直流牵引系统中走行轨对地存在电位差，而走行轨虽然采用绝缘安装方式但并不能绝对绝缘，从而产生泄漏电流。

杂散电流会对走行轨、结构体的金属构件、线路周围的金属管线造成电腐蚀，影响构件强度、造成管线穿孔等情况。

杂散电流对城市轨道交通系统内外来说都是一种有害的电流：一是杂散电流会使电气系统的部分地点发生电位变化，二是杂散电流会对系统内外的金属体产生电腐蚀。

1）引起接地电位过高2）引起框架保护误动作3）引起走行轨及其附件的腐蚀4）引起结构体中的钢筋的腐蚀5）引起线路周围埋地金属管线的腐蚀
控制杂散电流的产生就要从影响杂散电流大小的因素入手。

如在变电所设置钢轨电位限制装置来控制钢轨电位；减小钢轨纵向电阻，即减小了钢轨纵向电压降；使用绝缘扣件、绝缘垫、绝缘缓冲垫板等增加走行轨与道床之间的绝缘过渡电阻等措施来减小杂散电流。

思考与练习
1.简述城市轨道交通通信网的结构及特点。

根据城市轨道交通系统中控制中心和各车站的地理位置分布及线路的构成情况，城市轨
道交通系统的通信网大体有总线形、环形、星形、星形-总线形等几种不同的网络拓扑结构。

总线形通信网拓扑结构的优点是结构简单，便于扩充节点；缺点是总线故障诊断和隔离困难，网络对总线故障较为敏感。

环形通信网拓扑结构优点是网络结构简单、组网较容易，可以构成实时性较高的网络；缺点是某个结点或线路发生故障就会造成全网故障，实施时需要的电缆长度短。

星形拓扑结构的优点是联网容易，容易检测和隔离故障；缺点是整个网络对中心结点的依赖性，如果中心结点发生故障，则整个网络将瘫痪，不能工作，因此星形拓扑结构对中心结点的可靠性要求很高。

星形-总线形拓扑结构是复合网的一种，具有星形和环形网络结构的优点。

2.城市轨道交通通信系统有哪些子系统构成？
城市轨道交通通信系统主要由传输系统、公用电话系统、专用电话系统、无线通信系统、广播系统、闭路电视监控系统、时钟系统、电源及接地、防雷系统等子系统组成。

3.简述城市轨道交通通信各子系统的功能。

传输系统的功能
（1）传输系统能满足各有关系统的信息内容及其传输容量的要求，提供所需的业务接口。

（2）传输系统从逻辑上提供保护通道，并利用轨道交通线路两侧各一条光缆，从物理上构成自愈环，确保传输系统的可靠性。

（3）传输系统的各节点，可提供点对点直通式、一点对多点共用式及总线式等信道形式。

（4）传输系统具有自诊断功能，可进行故障管理、性能监视、系统管理、配置管理，并具有集中告警维护、统一管理的网络管理功能。

系统具有扩展性，并能平滑升级。

（5）传输系统留有与其他轨道交通线路及上级管理部门的通信接口。

公用电话系统的功能
公用电话系统也可以作为有线调度电话的备份，一旦调度电话故障，可临时应急使用。

公用电话系统为城市轨道交通管理、运营及维修人员提供内部和外部电话语音通信。

专用电话系统的功能
专用电话系统主要是为控制中心的调度员、车站值班员、车辆段(停车场)值班员、各车站的保安人员、维护人员等提供直线电话服务功能和组呼功能，实现快捷而可靠的通信，以组织指挥行车、运营管理及确保行车安全，并为轨旁电话、机房电话和一些内部电话提供自动交换功能。

无线通信系统的功能
用于地铁列车运行指挥、公安治安、防灾应急通信和设备及线路的维修施工通信的系统，主要包括列车无线调度系统、公共治安无线系统和紧急防灾无线系统。

广播系统的功能
城市轨道交通系统中广播系统按设备安装的地点可分为两部分，一部分为地面广播，一部分为车载广播。

地面广播的作用是：对乘客进行广播，通知列车到站和离站、线路换乘、时间表变更、列车误点等信息，或播放音乐以改善候车环境，或在发生意外情况时疏导乘客、组织指挥事故抢险、防灾提高应急响应能力。

对乘客广播的播音范围主要是站台和站厅区。

广播的另一个作用是对工作人员进行广播，其播音范围为办公区域、站台、站厅、隧道及车辆段、停车厂内，以便及时发布与行车有关的信息，使工作人员协同配合工作。

地面广播信息可以由控制中心广播台发出，也可由车站值班员发出。

车载广播的主要作用是给乘客发布到站信息以及播放一些背景音乐，同时在紧急情况下
可向乘客播放信息。

闭路电视监控系统的功能
闭路电视监控系统对城市轨道交通安全防范、反恐防灾起到积极的作用，并且可以把被监视场所的图像及声音全部或部分地记录下来，为日后对某些事件的处理提供方便的条件及重要依据。

时钟系统的功能
时钟系统为城市轨道交通提供高质量、标准化的统一时间，使整个城市轨道交通各系统时间统一在同一个标准时间基点上，从而确保列车准点运行。

电源及接地、防雷系统的功能
通信电源系统对通信设备不间断、无瞬变的供电，满足通信设备对电源的要求，同时通信系统作为调度指挥与应急保障的重要支持设备，需要按一级负荷供电方式配置，即由各车站、线路控制中心及停车场的变电所直接引双电源、双回线路的交流电源至通信机房交流配电柜，设备运行中一路出现故障时，能自动切换至另一路，保证通信系统仍能正常工作。

具有集中监控管理的功能。

当设备遭到雷击或强电干扰后，防雷系统通过隔离保护、均压、屏蔽、分流、接地等方法减少雷电对设备的损害。

思考与练习
1.简述城轨信号系统有哪几部分组成？
城市轨道交通信号系统通常是由信号基础设备、联锁系统、列车自动控制系统组成，用于列车进路控制、列车间隔控制、调度指挥、信息管理、设备状态检测等，是一个高效的综合自动化系统。

2.信号基础设备包括哪些设备？
城市轨道交通信号基础设备包括信号机、继电器、轨道电路、转辙机、计轴器、查询应答器等。

3.简述信号继电器的分类。

（1）按动作原理分类，继电器可分为电磁继电器和感应继电器。

电磁继电器是通过继电器线圈中的电流在电磁铁中产生磁吸引力，驱使衔铁动作，改变接点系统的工作状态。

城市轨道交通信号设备运用的绝大多数继电器属于此类。

感应继电器是利用电流通过线圈产生的交变磁场与另一交变磁场在翼板中产生的涡流相互作用产生电磁力，使翼板转动而动作的，如相敏轨道电路所使用的交流二元继电器。

（2）按动作电流分类，继电器可分为直流继电器和交流继电器。

直流继电器由直流电源供电，大部分信号继电器属于此类；交流继电器由交流电源供电，如道岔表示继电器就属于交流继电器。

（3）按动作速度分类，继电器可分为正常动作继电器和缓动继电器。

正常动作继电器衔铁动作时间为0.1~0.3 s，大部分信号继电器属于此类；缓动继电器分为缓吸、缓放，衔铁动作时间超过0.3 s。

（4）按工作可靠程度分类，继电器可分为安全型继电器和非安全型继电器。

安全型继电器依靠重力释放衔铁，又称为重力式继电器；非安全型继电器主要依靠弹簧弹力释放衔铁，又称为弹力式继电器。

4.简述轨道电路的组成、原理及作用。

轨道电路由送电端、受电端、钢轨、钢轨绝缘、轨端接续线等组成。

当轨道电路内钢轨完整，没有列车占用轨道时，轨道继电器吸起，表示轨道电路空闲。

这时轨道电路处于调整状态。

监督列车在正线或车辆段等线路的占用情况；传递行车信息。

5.简述转辙机的作用及分类。

转辙机作用：（1）转换道岔。

转辙机转换道岔的位置，根据需要使其位置至定位或反位。

（2）锁闭道岔。

道岔转至所需位置并且密贴后，转辙机使其锁闭，防止外力转换道岔。

（3）正确反映道岔位置。

道岔的尖轨密贴于基本轨并锁闭后，转辙机给出相应的位置表示。

（4）故障报警。

道岔被挤或因故处于“四开”（两侧尖轨均不密贴）位置时，转辙机将及时给出报警及显示。

转辙机可按不同分类方式进行分类。

（1）按动作能源和传动方式分类，转辙机可分为电动转辙机、电动液压转辙机（电液转辙机）。

（2）按供电电源分类，转辙机可分为直流转辙机和交流转辙机。

（3）按锁闭道岔方式分类，转辙机可分为内锁闭转辙机和外锁闭转辙机。

（4）按是否可挤分类，转辙机可分为可挤型转辙机和不可挤型转辙机。

6.计轴器与轨道电路相比有何优点？
计轴器是用于计算车辆进出区段的轮轴数，分析区段是否有车占用的一种技术设备。

它具有检查区段占用与空闲的功能，而且不受轨道线路道床状态等影响。

它采用轨道传感器、电子连接单元和计轴运算器（有时也称为计轴核算器或计轴评估器），来记录并比较驶入和驶出轨道区段的轴数，作为检查区段的安全设备。

其作用和轨道电路等效，是目前实现站间闭塞的较为理想的设备。

在采用基于通信的列车控制系统CBTC的城市轨道交通线路上，当无线传输设备发生故障时，通常使用计轴器来检测列车的位置，构成“降级”信号。

7.简述查询应答器的组成及作用。

查询应答器系统包括地面设备和车载设备。

地面设备主要指地面应答器。

车载设备主要是车载查询器，包括车载查询器主机和车载查询器天线。