城市轨道交通系统各种模式的车辆

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摘 要 介绍城市轨道交通系统各种模式的车辆，涉及轮轨制式地铁系统( 包括直线电机系统) 、轻轨系统、单轨系统、自动导向系统、磁悬浮系统和无人驾驶系统的车辆。分析我国城市轨道交通的现状，指出国内城市轨道交通领域中的车辆以钢轮为主，并已基本实现国产化。最后对城市轨道交通车辆技术的未来进行展望。 关键词 城市轨道交通 车辆 技术特点 展望 美国的科学家曾对城市居民出行可容忍的时间进行研究，结论是 45 min 。这就是说，一个城市需要有与之规模相适应的、具有最高运行速度的交通工具。 目前，世界上居住人口超过 1 000 万的城市约 20个，超过 100 万的城市约 300 余个，不少城市圈的直径超过 50 km 。因此，最高运行速度为 80 km/h 的交通工具基本可以适应，而目前能承担如此重任的只有城市轨道交通。无论是供给型还是导向型的城市轨道交通，运送出行居民是一致的; 无论是什么制式的城市轨道交通，载客的工具都是车辆。 自世界上首条地铁线路建成以来，车辆在设计制造技术、性能、功能上都经历了不断发展的过程，出现了不同制式的车辆，以适应不同城市轨道交通模式的需求。 1 城市轨道交通车辆的制武 1． 1 轮轨制式车辆 轮轨制式车辆有钢轮与橡胶轮两种，传统的城轨车辆采用钢轮。橡胶轮车辆在转向架上安装了驱动和导向橡胶轮，驱动橡胶轮运行在混凝土或钢制轨道梁上。橡胶轮具有较高的黏着系数，能发挥较大的启动牵引力和制动力，噪声相对较低，爬坡能力高于常规的钢轮钢轨制式。但是，由于橡胶轮污染环境、使用寿命短，使得技术成熟、适应性强的钢轮钢轨制式仍然在应用上占绝对优势。各种地铁车辆见图 1。

现代城市轨道交通车辆集机械、电器、计算机、制冷、光学及噪声学等技术于一体，交流异步传动是当前电力牵引的主流模式。 国际电工委员会规定的供电电压标准为直流 600、750 和 1 500 V ，我国国标规定为直流 750 和 1 500 V 两种，多数采用 A 型车的线路和近年来采用 B 型车的线路都用 DC 1500V 作为供电电压。电气绝缘材料的发展，为地铁车辆采用 DC 1500V 工作电压提供了有利条件。 作为轮轨制式特例的直线电机车辆( 见图 2) 于20 世纪 80 年代问世，在技术上采取非黏着驱动，有利于提高车辆的启动加速度和制动减速度，爬坡能力强，电机结构简单; 采用径向转向架后，能适应曲线半径为 50 m 的弯道; 采用小直径车轮，降低了车辆高度，可用于较小直径的隧道; 自重轻，对线路冲击小，车辆运行时噪声相对较小。不过，直线电机车辆受电机功率的限制，车辆较小，载客量少; 由于电机气隙较大，损耗也较大，功率因数和效率相对较低。

直线电机模式是轮轨制式的特例，只有在特殊的线路条件下应用，才能显示出它的优越性。 1． 2 轻轨系统车辆 1879 年，在德国西门子公司展示了一列 3 辆编组的小功率有轨电车后，美国于 1888 年造出了世界上第一列用于商业运营的有轨电车。在此之后，有轨电车在世界上得到了飞速发展。 有轨电车系统是轻轨系统的前身。从 20 世纪 70年代开始，一些国家对城市的旧式有轨电车系统

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进行技术改造，建成了新型的有轨电车系统( 见图 3) ，将线路建成相对独立或封闭( 或半封闭) 的形式，将现代科技( 包括计算机技术) 应用于车辆、通信、信号及供电系统中，提高了系统的安全性、可靠性和舒适性，同时提高了车辆的运行速度。 1978 年，国际公共交通联合会( UITP) 在布鲁塞尔召开会议，将新型有轨电车系统统一命名为 LRT( light rail transit) ，翻译为“轻轨”。目前，世界上已有 300 多个城市( 包括一些大城市) 拥有轻轨。轻轨车辆一般采用较小型的车辆，低地板或 70% 低地板，车站简易，线路设置灵活，最高速度多为 60 km/h 。现代轻轨多采用模块化铰接式多轴车辆，适应城市中转弯半径小的线路和不同客流需求的线路。另外，国际上用于轻轨系统的供电制式多为 DC 600V 和 DC 750V 。 1． 3 单轨系统车辆 单轨系统是指车辆在特殊的单轨道梁上运行的城市轨道交通，有跨座式和悬挂式两种类型。轨道梁既承重车辆，又是车辆运行的导向轨道。单轨系统也有百余年的历史: 早在1821 年，英国人 P ． H ． Palmer 开发了单轨线路;1888 年，法国人在爱尔兰铺设了约 15km 的跨座式单轨铁路，采用蒸汽牵引;1893 年，德国人 Eugen Langen 研制成悬挂式单轨系统，并在德国的伍珀塔市建成了13 km 的线路，该系统运营至今，是世界上最古老的单轨模式。1952 年，瑞典出生的德国工业家 Axellenard Wenner-Gren 在德国科隆市建成了一条跨座式单轨试验线，采用混凝土轨道和橡胶充气轮胎，获得了最佳效果，并形成了目前通用的 ALWEG 型跨座式单轨模式。 单轨系统采用高架线路，分为跨座式和悬挂式两种，如图 4 所示。跨座式单轨车辆在轨道上方运行，车辆有 3 种车轮，走行轮运行在轨道梁上，导向轮在轨道侧面滚动导向，每一转向架另设 2 个稳定轮，起稳定作用。悬挂式单轨车辆的转向架安装在车厢上方，沿钢轨运行，车轮有钢轮和橡胶轮两种。 单轨系统车辆最高速度可达 80 km/h ，列车可有4 ～ 6 辆编组，其爬坡能力大，易于通过小半径曲线，环境影响小; 但是能耗较大，车辆的走行装置结构复杂，价格较高，轮胎寿命短。一般单向运能达 1万 ～2． 5 万人次/h 。 1． 4 自动导向系统车辆 为了减少城市的噪声和废气污染等公害，20 世纪60 年代末，国际上一些国家研制了新型的由导向轨导向的新交通系统，如图 5 所示。这是一种自动化程度高的轨道快速客运系统，车辆在专用的轨道上定时自动运行，车站上无管理人员，完全由中央控制中心的计算机系统集中控制。一般车辆较小，列车的编组也较短，运输能力也相对较小。

自动导向系统的车辆采用全自动无人驾驶，车轮为橡胶轮，在专用的混凝土轨道上运行，导轨系统有中央导向轨和侧向导向两种方式。自动导向系统车辆一般采用低地板，特点是噪声低，爬坡能力大，适应曲线半径小的线路，载客量不大，用得较多的是在机场内部，或在范围不大的区域内接驳乘客换乘其他市区交通。

1． 5 中低速磁浮系统车辆 磁浮交通系统于 20 世纪 60 年代分别在德国和日本开始研究。经过几十年的研究和试验，2002 年 12 月31 日在上海建成了高速磁浮列车示范运营线，日本也建有中低速磁浮线并投入了运营。 磁浮模式的交通有高速、中速和低速 3 种系统，如图 6 所示。高速系统用于长距离的线路，