城市轨道交通车辆新技术

日本HSST 日本HSST 磁浮车
直线电机城市轨道车辆
直线电机城市轨道车辆基本原理
感应板要安置在轨道道床上，其与钢轨、道床以及三轨的尺寸链 感应板要安置在轨道道床上，其与钢轨、 关系至为重要。 关系至为重要。
当电流通过定子电磁铁线圈时，会产生向前方向的磁场，通过与轨道反应板 当电流通过定子电磁铁线圈时，会产生向前方向的磁场， 的相互作用产生牵引力。列车靠车轮支撑在轨道上，由于反应板固定在轨道上， 的相互作用产生牵引力。列车靠车轮支撑在轨道上，由于反应板固定在轨道上， 反作用力推动定子，带动转向架和列车向前运行。 反作用力推动定子，带动转向架和列车向前运行。
第七章
现代城轨车辆的主要特点
现代城轨车辆集诸多现代高新科学技术于一体， 现代城轨车辆集诸多现代高新科学技术于一体， 其涉及机械、电气(强电、弱电) 计算机技术、 其涉及机械、电气(强电、弱电)、计算机技术、 声学与光学技术领域.主要特点有： 声学与光学技术领域.主要特点有：
现代的设计理念：轻量化、集成化、讲究性 现代的设计理念：轻量化、集成化、 能优良的同时，更注重安全、舒适、 能优良的同时，更注重安全、舒适、以人为 尽力追求低生命周期成本； 本，尽力追求低生命周期成本； 现代的设计、制造手段： 现代的设计、制造手段：计算机辅助设计及 制造(ＣＡＤ、ＣＡＸ、ＣＡＥ等 制造(ＣＡＤ、ＣＡＸ、ＣＡＥ等)，三维立 体设计、仿真计算、有限元应力分析等； 体设计、仿真计算、有限元应力分析等；
直线电机驱动轨道交通系统的优点
• 安全可靠： 安全可靠： 依靠轮轨导向保证安全； 依靠轮轨导向保证安全； 经济合理： 经济合理： • 隧道土建规模小 • 轨道结构简单 • 道岔结构简单、号码小 道岔结构简单、 • 车站规模小 • 车辆段规模小 • 养护维修、运营费用低 养护维修、 • 利用直线电机驱动可降低地板面高，减小限界尺寸 利用直线电机驱动可降低地板面高， • 不采用旋转电机，轮对尺寸减小，可以使转向架设计 不采用旋转电机，轮对尺寸减小， 更紧凑； 更紧凑； 绿色环保：低噪音、低磨耗、 绿色环保：低噪音、低磨耗、小振动
直线电机城市轨道车辆基本原理
• 利用车轮起支承导向作用，这与传统轮轨系统 相似。 • 但在牵引方面却采用了短定子列车驱动直线异 步电机（LIM）驱动，定子（初级线圈）设置 在车辆上，转子（次级线圈）设置在感应轨上， 工作原理与日本HSST系统基本相同。 • 车辆平稳运行时，定子与感应轨之间的间隙一 般保持在10mm左右。
日本MLX系统 日本MLX系统的导向原理 系统的
如果车辆在平面上远离了导轨的中心位 置，系统会自动在导轨每侧的悬浮绕组 中产生磁场，并且使得偏离侧的地面磁 场与车体的超导磁场产生吸引力，靠近 侧的地面磁场与车体磁场产生排斥力， 从而保持车体不偏离导轨的中心位置。
日本MLX系统 日本MLX系统的导向原理 系统的
直线电机驱动轨道交通系统的缺点
• 效率不及旋转电机：由于直线电机气隙 比旋转电机大，故其传动效率一般为70% 左右，而旋转电机本身与驱动系统的总 效率在90%左右； • 需要复杂的调整机构：由于存在轮轨磨 耗等因素，为保证气隙，直线电机驱动 车辆转向架需要设置复杂的调整机构；
磁浮轨道交通系统
• 磁浮列车利用常导磁铁或超导磁体产生的 吸力或斥力使车辆浮起，用以上复合技术 产生导向力，用直线电机产生牵引动力的 交通工具，可分为： ——常导磁悬浮车，如德国TR01、TR02、 MBB和日本HSST； ——超导磁悬浮车，如日本MLX；
现代城轨车辆的主要特点
现代的检测、试验手段：计算机技术、 现代的检测、试验手段：计算机技术、激 光技术以及自动化技术的应用，全天候环 光技术以及自动化技术的应用， 境模拟试验、电磁兼容性试验等手段； 境模拟试验、电磁兼容性试验等手段； 新材料、新工艺、新设备的应用：大型中 新材料、新工艺、新设备的应用： 空铝型材、薄型不锈钢板材、 空铝型材、薄型不锈钢板材、高强度玻璃 焊接铆接新工艺， ＣＮＣ加 钢、焊接铆接新工艺，大量采用 ＣＮＣ加 工中心机床设备等； 工中心机床设备等； 严密的质量保证体系：满足可靠性、 严密的质量保证体系：满足可靠性、可使 用性、可维护性、安全性。 用性、可维护性、安全性。
日本超导磁悬浮MLX系统 系统 日本超导磁悬浮
• 采用电动悬浮EDS原理 • 采用长定子直线同步电机牵引 • 列车与轨道之间的平均悬浮间隙保 持在100mm
日本磁悬浮列车
MLXMLX-01磁悬浮高速列车
日本磁悬浮列车
磁悬浮列车导轨装置
日本MLX系统 日本MLX系统的悬浮原理 系统的
• 日本超导磁悬浮MLX系统在导轨侧壁安装有悬浮及导向绕 组。 • 当车辆高速通过时，车辆上的超导磁场会在导轨侧壁的 悬浮绕组中产生感应电流和感应磁场，控制每组悬浮绕 组上侧的磁场极性与车辆超导磁场的极性相反从而产生 引力、下侧极性与超导磁场极性相同产生斥力，使得车 辆悬浮起来。 • 悬浮高度为100mm。
单轨交通的缺点
• • • • 事故救援困难； 事故救援困难； 橡胶车轮大阻力引起大能耗； 橡胶车轮大阻力引起大能耗； 需要严格防止部件松脱； 需要严格防止部件松脱； 道岔系统复杂。 道岔系统复杂。
重庆单轨交通系统
西南交通大学机械工程学院
跨座式单轨车辆转向架
• 跨座式单轨车辆转向架为无摇枕特殊结构 的跨座式两轴转向架，每辆车有两台，动 力转向架的每根轴由一台交流牵引电动机 驱动。转向架采用中心牵引装置；构架是 钢板焊接结构，具有足够的强度和刚度。 转向架与车体之间的悬挂装置为空气弹簧， 并装有横向减振器有良好的动力性能，轴 重小于 11 t。
德国常导磁悬浮TR系统 德国常导磁悬浮 系统
• 德国常导磁悬浮TR系统的悬浮和导向 采用电磁悬浮EMS原理 • 采用长定子直线同步电机牵引 • 列车与轨道之间的平均悬浮间隙保持 在10mm • 上海磁浮示范线采用该技术
德国常导磁悬浮TR系统 德国常导磁悬浮 系统
德国TR08 德国
上海磁悬浮列车（德国EMS技术） EMS技术 上海磁悬浮列车（德国EMS技术）
直线电机
分类1 分类1：按直线电机磁场是否同步分
• 直线同步电机LSM(Linear Synchronous Motor)
导轨上的转子磁场与车辆上的定子磁场同步运行， 控制定子磁场的移动速度就可以准确控制列车的 运行速度 ，德国的运捷TR和日本的MLX系统均使 用这种直线同步电机。
• 直线感应电机LIM(Linear Induction Motor)
上海磁悬浮列车（德国EMS技术） EMS技术 上海磁悬浮列车（德国EMS技术）
上海磁悬浮列车（德国EMS技术） EMS技术 上海磁悬浮列车（德国EMS技术）
上海磁悬浮列车（德国EMS技术） EMS技术 上海磁悬浮列车（德国EMS技术）
德国TR磁浮系统与轮轨的对比 德国TR磁浮系统与轮轨的对比
感应板
感应板安装在走行轨之间。 感应板安装在走行轨之间。 加拿大在道床或轨枕上预埋螺栓，感应板固定在螺栓上， 加拿大在道床或轨枕上预埋螺栓，感应板固定在螺栓上， 在道床或轨枕上预埋螺栓 铺装方便，易调整，端头可悬空。 铺装方便，易调整，端头可悬空。 日本在轨枕上预埋螺栓，采用扣压件扣压感应板； 日本在轨枕上预埋螺栓，采用扣压件扣压感应板； 优点是 稳定性较好； 缺点是感应板的调整量很小，对轨道的要求过高， 稳定性较好； 缺点是感应板的调整量很小，对轨道的要求过高， 感应板端头不能悬空。 感应板端头不能悬空。
德国常导磁吸型(EMS) 德国常导磁吸型(EMS)磁悬浮列车 (EMS)磁悬浮列车
德国TR系统悬浮导向原理 德国TR系统悬浮导向原理
德国TR系统 德国TR系统的驱动原理 系统的驱动原理
线性电机定子包布线中的交流电会产生移动磁场 移动磁场， 移动磁场 推动列车无接触向前行。 通过改变电流强度，列车的前行速度会作无极调 整。当列车制动时，电动机则变成发电机。
直线电机驱动城市轨道交通车辆
直线电机一般分为直线同步电机和直线 感应电机。城市轨道交通中一般使用直 线感应电机，简称直线电机。
• 直线电机结构相当于将旋转电机切割展开成直 线状。 • 城市轨道交通用的直线电机(LIM)定子（初级线 圈）设置在车辆上的直线电机里、转子（次级 线圈）设置在轨道上的感应板内。
城市轨道交通车辆新技术综述
为适应城市轨道交通运输特点，近年来，城 市轨道交通车辆主要采用了以下新技术： 单轨交通技术； 磁浮轨道交通； 直线电机车辆； 转向架新技术——独立旋转车轮、内侧轴箱 悬挂、橡胶轮车辆、单轴转向架等； 车体新技术——新材料车体、碰撞吸能车体 等；
独轨交通技术
• 独轨交通（Monorail Transit）是 一种轨道为一条带形梁体，车辆 跨座于其上或悬挂于其下行驶的 交通系统。可分为跨座式单轨 跨座式单轨和 跨座式单轨 悬挂式单轨两种。 悬挂式单轨
跨座式单轨车辆转向架
导向轮
稳定轮
跨座式单轨车辆转向架
• 走行轮，导向轮，稳定轮均为橡胶轮胎。 走行轮系无内胎钢丝橡胶轮胎，内充氮 气，每台转向架有 4 个走行轮胎；导向 轮、稳定轮内充压缩空气。 • 走行轮泄气时由安装在转向架两端梁上 的实心轮胎作为辅助车轮。水平车轮中， 有位于上方的 4 个导向轮和位于下方的 2 个稳定轮，都是带有尼龙丝的橡胶轮 胎。
西南交通大学的研究样车
国防科技大学的研究样车
跨 座 式
悬 挂 式
中国单轨交通系统
• 我国第一条跨座单轨交通线：重庆轻轨 一期，较（场口）新（山村），首期开 通较场口——动物园； • 该线车辆由日本日立和北车集团长客股 份公司提供；
重庆单轨交通系统
西南交通大学机械工程学院
单轨交通的优点
• • • • • • • 行驶速度快，运量大； 爬坡能力和曲线通过能力好； 建设周期短，造价低； 占地面积小，空间利用率高； 安全舒适； 环境污染小； 对居民区干扰少；
车辆中央 超导磁铁 悬浮导向线圈
N
S
SΒιβλιοθήκη Baidu
N
超导磁铁 N N N 排斥力
悬浮导向线圈
S S
复原力
S
N
吸引力
S
车 辆 向 右 偏 移
日本MLX系统 日本MLX系统的驱动原理 系统的驱动原理
N S N S N S N
导轨
车体
供电系统
中国对磁浮轨道交通的研究
• 中国对磁浮轨道交通的研究主要是中低速 磁悬浮系统； • 西南交通大学的研究及其与长春客车厂合 作生产的样车； • 国防科技大学的研究及其与唐山机车车辆 厂合作生产的样车；
跨座式单轨车辆转向架
跨座式单轨车辆转向架
• 转向架构架由侧梁、横梁、端梁及导向、 稳定车轮的支承架构成，构架内部作空 气弹簧辅助空气室。走行轮轴和水平轮 轴均为单悬臂式。 • 采用二级减速直角齿轮传动方式，电机 到齿轮箱的联轴节为弹性连轴节，齿轮 采用飞溅润滑方式。 • 基础制动机构采用盘形制动
直线电机驱动轮轨车辆在中国的运用 • 广州地铁4—7号线。其中4号线已经 开通； • 车体由南车四方股份提供；转向架 由庞巴迪(Bombardier)提供。
广州地铁4 广州地铁4号线
直线电机驱动轨道交通系统的优点
• 技术先进： 牵引力不受粘着限制； 坡道、曲线限制可以放宽； 起动加速性能好； 转向架上可以不安装旋转电机和 齿轮箱，空间大，易于采用径向转向架 等技术；
转子磁场与定子磁场不同步运行，故也称为直线 异步电机，中低速磁悬浮铁路及直线电机轮轨交 通一般使用该种电机。
分类2 分类2：按驱动方式分
列车的运行工况（ 牵引、 惰行、 制动） 列车的运行工况 （ 牵引 、 惰行 、 制动 ） 及运行速度完全由定子绕组中的移动磁场 控制。 控制。 按照直线电机的初级线圈（ 定子线圈） 按照直线电机的初级线圈 （ 定子线圈 ） 的安设位置不同， 的安设位置不同 ， 直线电机牵引的铁路可 以划分为导轨驱动 车辆驱动两种类型 导轨驱动和 两种类型。 以划分为导轨驱动和车辆驱动两种类型。