直线电机车辆技术现状与应用发展

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摘 要阐述直线电机车辆具有爬坡能力强、转弯半径小等优点，介绍国内外直线电机车辆的技术特点和现状，对直线电机车辆转向架设计、电气牵引系统、辅助系统、制动系统等方面进行详细介绍，指出直线电机车辆在国内的未来应用和发展趋势。

关键词直线电机; 车辆; 转向架; 牵引控制系统; 制动系统

1直线电机车辆概述

直线电机车辆是当今世界先进的城市轨道交通移动装备，因其采用直线电机牵引技术而得名。直线电机车辆的原理是固定在转向架的定子( 一次线圈) 通过交流电流，产生移动磁场，通过相互作用，使固定在道床上的展开转子 ( 二次线圈、通常称为感应板) 产生磁场，通过磁力( 吸引、排斥) ，实现轨道车辆的运行和制动。

相对于旋转电机车辆，直线电机车辆具有以下优势:

1) 直线电机牵引属于典型的非粘着驱动，不受轮轨之间粘着限制，具有良好的爬坡能力，常规的旋转电机坡度一般不超过 30‰ ～ 40‰，而直线电机爬坡可达60‰ ～ 80‰，且不易受雨雪天气的影响。

2) 直线电机为扁平设计，车轮只起车体的支撑作用，轮径较小，车辆的轮廓尺寸可以减小，隧道断面小，可节省工程投资。

3) 方便采用自导或迫导型径向转向架，允许车辆通过半径小的曲线，为轨道线路设计提供了较大的选择范围，避免了地面建筑物或地下管线的大量拆除和重建的费用。

4) 直线电机牵引无需减速齿轮等装置，轮缘力和轮轨磨耗等性能指标大大减低。我国地域辽阔，丘陵起伏，大江大河纵贯全国，如建设坡度超过 30‰以上的城市轨道交通线路，就特别适合选择直线电机车辆。

2国内外直线电机车辆现状

2． 1国外现状

目前，直线电机车辆技术在国外已经有 30 多年的运用经验，总运用里程超过 200 km 。直线电机运载系统在国外是技术成熟、安全可靠的轨道交通运载系统。国外直线电机轮轨车辆系统均属于中小运量，车辆的载客量和尺寸都不大。国外应用情况见表 1。

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国外直线电机车辆的主要制造厂商有庞巴迪、川崎重工等公司。加拿大是世界上最早采用直线电机车辆技术的国家，其直线电机车辆为庞巴迪公司制造。为满足线路的灵活性以及高架车站总体规模、客流

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因素等需要，一般采用小编组、高密度、小运量系统。庞巴迪公司制造的车辆宽 2． 65 m ，车辆适合于小编组的轻轨系统，额定载客量大都在 200 人/车以下，多伦多采用此类型 MKI 和 JFK MKII 直线电机车辆。

日本是世界上拥有直线电机车辆线路最多的国家。为便于线路通过，日本一般采用 2． 5 m 宽窄体车，大编组、载客量更小的小型化系统，以降低土建价格。东京大江户线 12 -000 型车辆和福冈地铁 3 号线 3000型车辆都是此类型车辆。

2． 2国内现状

国内早在 20 世纪 80 年代就开始研究直线电机驱动方式的运载系统。2005 年 12 月国内第 1 条城市轨道交通直线电机车辆线路在广州开通运营，2008、2009 年首都国际机场线直线电机车辆线路和广州地铁 5 号线直线电机车辆线路相继开通运营，2011 年广州地铁 5 号线增购具有自主知识产权的国产化直线电机车辆和广州地铁 6 号线直线电机车辆相继下线。到目前为止，国内运用直线电机车辆的线路总里程近 150 km 。

国内直线电机车辆生产厂商主要是南车青岛四方和长春客车股份。南车青岛四方为国内直线电机车辆交付数量最多、品种最全的企业，将为广州地铁 4 ～ 6号线设计制造中大运量的直线电机车辆共 696 辆，直线电机车辆累计运营超过 3 000 万 km ，单车最高运行里程超过 85 万 km; 长春客车股份为首都国际机场线设计制造了中等运量直线电机车辆 40 辆。国内应用情况见表 2。

2． 2． 1广州地铁直线电机车辆系列产品

广州地铁 4 号线直线电机车辆是世界上第 1 列中大运量的直线电机车辆，它的开通标志着我国基本掌握了直线电机轨道交通系统的设计和制造技术，填补了国内直线电机车辆技术的空白，有力地推动了直线电机运载系统国产化及产业化的进程，为我国推广直线电机运载系统起到了良好的示范作用。 图 1 ～ 图 3 为广州地铁直线电机车辆，图 4 为首都国际机场线直线电机车辆。

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广 州 地 铁 正线坡度达到 55‰，车场线 和 辅 助 线坡度达到 60‰，最小平面 曲 线 半 径正线 150 m( 车场线60 m) 。车辆的主要 技 术 参 数 见表 3。

表 3 广州地铁直线电机车辆的技术参数

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2． 2． 2首都国际机场线直线电机车辆

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2008 年首都国际机场线直线电机车辆投入运营。全线正线线路总长 28． 1 km ，地下线 9． 3 km ，U 型槽1． 2 km ，地面线 2． 4 km ，高架线 15． 2 km ，最小平面正线曲线半径 200 m( 车场线 70 m) ，最大纵坡 35‰。首都机场线直线电机车辆的主要参数见表 4。

3直线电机车辆技术现状

影响行车安全的铝合金车体设计制造、转向架设计制造及电气系统集成是直线电机车辆的核心技术。

3． 1铝合金车体技术

采用铝合金车体是车辆轻量化的保证。直线电机车辆车体可以按照 JIS 标准进行铝合金车体焊接制造，也能按照欧洲 EN 标准进行铝合金车体焊接制造。广州直线电机车辆按照 JIS 标准进行铝合金车体焊接制造，采用大型挤压结构铝合金型材焊接而成，鼓形断面。广州地铁的铝合金车体质量平均为 5．6 t 。

3． 1． 1铝合金材料

车体主体结构采用铝合金大断面挤压型材及板材制造，采用了 A7N01S -T5、A6N01S- T5、A5083P- 0 和A7N01P-T4 等铝合金材料，材料的机械性能、化学成分都符合 JIS 标准的要求。