结构组成和特点

项目2　城市轨道交通车辆基础知识

【项目描述】

自1863年1月10日英国伦敦建成世界上第一条地下铁道以来,城轨车辆已有140年的发展历史,城轨车辆已经从较落后的蒸汽牵引到电气化牵引的新时代,电动列车已成为当代城轨车辆发展的主流。

城市轨道交通车辆(简称城轨车辆)与我国现有的铁道机车车辆,特别是动车组的基本结构和原理有许多相同和相似之处,如采用双供电制式的城市轨道交通车辆或者铁路上的机车车辆,如果限界符合,可实现接轨联运,最大限度的方便乘客,发挥轨道交通的优势。

本项目主要介绍城市轨道交通车辆的基础知识。

【学习目标】

通过本项目的学习要求掌握以下基本知识：

1.掌握城轨车辆的特点、类型和结构组成。

2.掌握城轨车辆的编组和方位的定义。

3.掌握城轨车辆限界的基本知识。

4.掌握城轨车辆基本的技术参数。

【技能目标】

1.能简要描述城轨车辆的基本类型、结构组成和特点。

2.能准确定义城轨车辆方位及其相关知识的应用。

3.能应用城轨车辆的基本技术参数和限界的知识进行车辆的检查和验收。

任务1　认识城市轨道交通车辆的类型、结构组成和特点

【活动场景】

在城市轨道交通车辆生产车间或检修进行现场教学,或者在能用多媒体技术展示城市轨道交通车辆组成、城市轨道交通车辆结构和特点的多媒体教室进行。

【任务要求】

1.掌握城市轨道交通车辆的类型、结构组成和特点等基础知识。

2.能对照车辆的实物或模型说明城轨车辆的基本结构及特点等。

【知识准备】

城市轨道交通车辆是城市轨道交通系统中运输旅客的工具,属于技术含量较高的机电设备,是城市轨道交通工程中最关键和最重要的设备,城轨车辆的选型和技术参数不仅是界定城轨线路技术标准的基础,也是确定城轨系统运营管理模式和维修方式的基本条件,还是城轨系统其他设备选型和确定设备规模的重要依据。当然,由于多种因素的影响,各个城市的城轨车辆的结构和性能不尽相同,主要原因如下：①与城轨车辆提供商的技术背景和设计时考虑问题的角度不同有关。②与当时当地的城轨车辆发展水平有关。③与各个城市运用环境不同有着密切的关系；但是,不论怎样,各个地区的城轨车辆都尽可能结合城市各自的特点,都具有满足城市交通客流量大、安全、快速、舒适、美观、节能和环保的要求,具有先进性、可靠性和实用性。

(1)车辆类型

目前,我国城市轨道交通建设尚处于初始阶段,城市轨道交通车辆的制造商较多,各城市的要求也不一样,因此城轨车辆品种较多,规格各异。为促进我国城市轨道交通车辆制造、运营、维修的良性发展,车辆类型的规范化及主要技术规格的统一是十分必要的。建设部1999年颁布的《城市快速轨道交通工程项目建设标准》(试行本)根据我国各城市对城市轨道交通车辆选型的不同要求和城市轨道交通车辆的发展现状提出了A,B,C型车的概念,主要是按车体宽度的不同进行分类,其主要技术规格可参照表2.1.

《地铁车辆通用技术条件》(GB7928-2003)中对用于地铁的运营车辆的技术规格也作出了相应的具体规定。

表2.1　各类车型主要技术规格

续表

注：①车辆详细技术条件,可参照《地铁车辆通用技术条件》(GB7928-2003)和《轻轨交通车辆通用技术条件》(CJ/T 5021-95)。
②C型车未包括低地板车。

城市轨道交通车辆运用时普遍采用动车组的编组形式,有动车M和拖车T之分,另外由于车载设备不尽相同,为了便于车辆的管理和维护,有些城轨车辆的制造商和城轨运营公司对车辆又进行了重新分类。比如,上海申通地铁公司对上海地铁车辆1,2号线的车辆分为A,B, C三类车,与上述按车体宽度分类的A,B,C型车的概念完全不同。A类车：为拖车,一端设有驾驶室。B类车：为动车,车顶上装有受电弓。C类车：为动车,车下装有一套空气压缩机组,广州地铁1,2,3,4号线均采用了此种分类方法。

我国推荐的轻轨电动车辆有3种形式：4轴动车、6轴单铰接式和8轴双铰接式车,这是吸收了其他国家轻轨车辆运用较为成熟的经验。如,联邦德国是世界上轻轨交通发展较早、轻轨车辆技术较先进的国家。20世纪60年代初,首先在科隆和法兰克福修建轻轨铁路,使用U2 型6轴单铰双向运行的动车,车长约23m,宽2.65m。后又研制出了8轴轻轨车,车长约26m,车宽2.4m,用于汉诺威市。在莱茵-西格-鲁尔地区城市采用B100/80型标准轻轨车辆(SLRV),它是6轴单铰动车,车长28m,车宽2.65m。联邦德国还为欧洲和北美的许多城市提供了多种高性能的轻轨车辆。

(2)车辆结构组成

城市轨道交通车辆类型不同,技术参数不一样,但其基本结构类似,如图2.1所示是西安地铁2号线车辆编组。一般城市轨道交通车辆由以下7个部分组成。

1)车体

车体分有司机室车体和无司机室车体两种。车体的主要作用是容纳乘客和司机驾驶(对于有司机室的车辆)的地方,又是安装与连接其他设备和部件的基础。近代城市轨道交通车辆车体均采用整体承载的钢结构或铝合金、不锈钢等轻金属结构,以达到满足强度、刚度要求的同时最大限度地减轻自重。车体由车顶、底架、端墙、侧墙、车窗、车门等组成。

城市轨道交通车辆的车体与一般铁路客车有相同之处,但由于用途的特殊性,又有其特有的特征。如一般电动车组有动车与拖车之分,服务于市内公共交通,在车内布置的座位少。

2)转向架

转向架是车辆的走行装置,安装于车体与轨道之间,用来牵引(对动力转向架而言)和引导车辆沿轨道行驶,承受并传递车体与轨道之间的各种载荷并缓和其动力作用,是保证车辆运行品质的关键部件。一般由构架、轮对轴箱装置、弹簧悬挂装置和制动装置等组成。城市轨道交通车辆转向架有动力转向架和非动力(拖车)转向架之分,动力转向架还装有牵引电机及传动装置。

3)牵引缓冲连接装置

车辆编组成列运行必须借助于连接装置,即所谓的车钩。连接装置包括车钩缓冲装置和贯通道,车钩是连接车辆使其编组成列车,并传递纵向力的一套装置。通常在车钩的后部装设缓冲装置,在车钩传递纵向力时缓和车辆之间的纵向冲击。通过车钩还可将车辆之间的电路和空气管路进行连接。贯通道是车辆与车辆之间的客室连接通道。城市轨道交通车辆通常采用密接式车钩和宽体式贯通道。

4)制动装置

制动装置是保证列车运行安全所必不可少的装置。不管是动车还是拖车都设有制动装置,它可以保证运行中的列车按需要减速或在规定的距离内停车。城市轨道交通车辆制动装置除常规的空气制动装置外,还有再生制动、电阻制动和磁轨制动等先进的装置。

5)受流装置从接触导线(接触网)或导电轨(第三轨)将电流引入动车的装置称为受流装置或受流器。受流装置按其受流方式可分为以下5种形式：①杆形受流器：外形为两根平行杆,上部有两个受电轨(导线),广泛用于城市无轨电车。②弓形受流器：形状如　,属上部受流,弓可升可降,其接触有一根导线,下面有导轨构成电路,用于城市有轨电车。③侧面受流器：在车顶的侧面受流,又称为“旁弓”,多用于矿山的电力机车上。④轨道式受流器：从底部导电轨受流,又称第三轨受流,空间可得到充分利用,多用于速度较高的隧道列车运行。北京地铁及目前欧美大部分地铁均采用这种受流方式。⑤受电弓受流器：属上部受流,形状如　,弓可升可降,适用于列车速度较高的干线电力机车上。上海、广州等地铁亦采用这种方式。

在受电制式上,目前世界上地铁发展较早的城市大都采用直流750V,有个别采用600V。北京地铁为直流750V,上海、广州、深圳、南京、西安、成都地铁均采用直流1500V,直流1500V 与750V比较具有以下优点：可提高牵引电网供电质量,降低迷流数值,增加牵引供电距离,从而可减少牵引变电所数量；便于地铁线路实现地下、地面和高架的连接。

6)车辆设备

车辆设备包括服务于乘客的设备和服务于车辆运行的设备。属于前者的有：照明、广播、通风、取暖、空调、坐椅、吊环、扶手等。服务于车辆运行的设备一般不占车内空间,吊挂于车底的有：蓄电池箱、斩波器、逆变器、继电器箱、主控制箱、接触器箱、空气压缩机组和储风缸等,安装于车顶的有空调单元和受电弓等。

7)车辆电气系统

车辆电气系统包括车辆上的各种电气设备及其控制电路。按其作用和功能可分为主电路系统、辅助电路系统和电子与控制电路系统3部分。

(3)城市轨道交通车辆基本技术特点

城市轨道交通车辆的采购一般都由各个城市根据本地实际情况、传统习惯、项目设计、投资预算等提出技术要求,向不同的城轨车辆制造商招标制造。由于目前城轨车辆技术发展很快,因此不仅是不同城市之间,就是同一城市的不同项目之间的车辆也有很大的差别,比如西安地铁1,2号线的车辆分别由大连和长春轨道交通车辆制造商制造。这一特点与国有铁路绝大多数铁道车辆全国通用有很大差别,但是,车辆的总体技术朝着轻量化、节能化、少维修、低噪声、舒适性、高可靠性和安全性以及低寿命周期成本的方向发展是大趋势。

目前城市轨道交通车辆的基本特点如下：

①城市轨道交通系统属于特种大中运量快速轨道交通系统,对车辆的安全性能,噪声、振动和防火等均有严格要求。

②城市轨道交通系统的线路都是全封闭的线路,双向单线运行,行车密度大(最大行车间隔小于2min),如因故障列车不能正常运行,便会阻塞线路,对整个系统的运转将产生很大的影响。因此,对车辆运行的可靠性提出了很高的要求,一些系统部件都必须是冗余设置的,如低压直流控制电源、空气压缩机组、蓄电池、列车控制单元等。

③运营中即使发生了列车不能启动的故障,也要预先制订简便的临时处理方案,使列车能凭自身动力启动离开而进入最近的存车线,以疏通线路。如果列车确实无法启动,一般是安排就近的另一列车前往救援,两列车连挂推至最近的存车线。特别是对地下运行的车辆,必须保证在外来供电的情况下,仍能提供最低限度的照明,广播和通风能力。在万一发生意外事故的情况下,列车必须有旅客快速离车疏散的通道。

④车辆朝轻量化方向发展,采用大断面铝合金型材或不锈钢焊接车体的整体承载结构,最大限度地减少车辆自重。

⑤除电气系统的一些人工操作控制开关装在司机室和客室的电气设备柜内外,其他设备部分散安装在全列车的车底,空调机组装在车顶,不占用客室空间。

⑥车辆间采用封闭式全贯通通道,便于乘客走动及均匀分布。

⑦车辆采用密接式车钩进行机械、电气、气路的贯通连接。

⑧为了在列车停站时能使大量的上下客流交换在尽可能短的时间内完成,车门数量也比较多,每节车厢单侧门数量有3～5个。

⑨调频调压交流传动,采用电气和空气的混合制动,节省能耗。

⑩列车控制和主要子系统的运行控制实现计算机和网络化,信息传播实现多样化、实时化和分层集中化。

车辆系统部件的设计、材料的选用都以列车运行和乘客安全为首要原则,设备正常功能失效时,其响应以安全为导向目标。

为了适应高密度行车组织的运营需要,实现了信号控制和列车控制自动化,在车辆正常运行的情况下,采用自动列车控制(ATC)、列车自动驾驶(ATO)和自动列车保持(ATP),车辆上也配备了相应的车载设备。个别项目系统的车辆甚至实现了无人驾驶。

【任务实施】

以西安地铁2号线车辆为例,进行车辆编组、结构及特点说明。

(1)西安地铁2号线的编组

如图2.1所示为西安地铁2号线的编组形式,由图可知列车采用6辆B型车,编组(3动3 拖),两端为带司机室拖(Tc),中间为拖车(T),动车(Mp)(带受电弓)和动车(M)(不带受电弓)。

图2.1　车辆编组形式

(2)西安地铁2号线车辆的主要特点

西安地铁2号线车辆由长春轨道客车股份有限公司制造,在国内属于较先进的车辆,其主要特点如下：

①列车采用交流牵引电动机和VVVF控制的交流电气牵引系统。

②供电电压：DC1500V。

③信号系统采用基于无线通信的列车控制系统(CBTC)。

④车体采用高强度不锈钢材料,采用模块化设计,结构轻,节能,降低维护费用。

⑤车厢内设空调、幅流风机和电暖器,冬暖夏凉,设有乘客信息系统(PIS),闪灯式报站系统、摄像头,通过信息引导,方便乘客安全、便捷乘坐,图2.2为客室内装。

图2.2　客室内装

(3)西安地铁2号线车辆的基本组成及特点概述

1)车体结构

如图2.3所示为西安地铁2号线的车体钢结构图,由图可知,西安地铁2号线车辆的车体侧墙各有4扇车门和5个车窗。板与梁柱、部件与部件之间的连接均采用点焊,以减少热影响,减小焊接变形,保证表面平整。

图2.3　车体钢结构

2)车门系统

西安地铁2号线的车门系统包括客室门、司机室门和紧急疏散门。

如图2.4所示为客室车门系统的结构示意图,客室侧门采用双扇电控电动内藏门,每侧4 套,由机械部件和电气部件组成。机械部件主要由顶部机构、门扇、内部紧急解锁装置、乘务员钥匙开关等组成；电气部件主要由电子门控单元、电机、端子排、各种检测开关、各种连接器、蜂鸣器等组成。

司机室有侧门和后端门。司机室侧门采用手动内藏式塞拉门,门的净开度宽≥560mm,高≥1760mm；司机室后端门可以和客室之间开通,可在紧急情况下与紧急疏散门一起供乘客逃生,后端门的开度宽≥640mm,高≥1800mm。

紧急疏散门位于Tc车前端的司机室左侧。紧急情况时可以确保乘客安全顺畅地从车内撤离。

3)转向架系统

如图2.5所示为西安地铁2号线的动车转向架和拖车转向架的结构示意图,其作用支撑车体、传递牵引力等。

图2.4　车门系统

图2.5　动力转向架和拖车转向架

4)车钩缓冲装置

如图2.6所示为西安地铁2号线的车钩缓冲装置。按其车辆的作用不同可分为自动车钩和半自动车钩两种。自动车钩可实现机械、电路、风路自动连接或断开,而半自动车钩能实现机械、风路自动连接或断开,电路需手动连接或断开。牵引缓冲装置的主要功能：连接车辆、传递载荷,牵引力、制动力等。

图2.6　车钩缓冲装置

5)制动系统

西安地铁2号线的制动系统采用的是日本的NABTESCO制动公司的电控制动机。如图2.7所示为西安地铁2号线的踏面制动单元的示意图。单元制动机包括闸缸、活塞、杠杆、活塞弹簧、间隙调整器、吊杆、闸瓦托、闸瓦、壳体组成。制动优先次序为再生制动、电阻制动、空气制动。

图2.7　踏面制动单元

6)空调系统

如图2.8所示为地铁车辆空调系统制冷原理图。地铁车辆空调系统的作用就是使客室内的温度、相对湿度、空气流动速度及洁净度(主要指尘埃及二氧化碳含量)保持在规定的范围内,为乘客创造舒适的乘车环境。

图2.8　空调系统原理

7)牵引驱动

如图2.9所示为西安地铁2号线牵引驱动系统的结构示意图。驱动系统由牵引电机、联轴器、齿轮箱、齿轮箱悬挂装置等组成。

图2.9　驱动系统组成

【效果评价】

评价表

任务2　城市轨道交通车辆技术参数的分析

【活动场景】

在城市轨道交通车辆生产车间或检修现场教学,或用多媒体展示城市轨道交通车辆组成,以及各条轨道交通车辆结构。

【任务要求】

1.掌握城市轨道交通车辆重要的技术参数。

2.会运用技术参数对城轨车辆的性能进行分析。

【知识准备】

车辆技术参数是概括地介绍车辆技术规格的某些指标,是从总体上表征车辆性能及结构的一些参数,一般可分为性能参数与主要尺寸两大类。

(1)车辆性能参数

①自重、载重及容积。自重指车辆整备状态下的本身结构及设备组成的全部质量；载重指正常情况下车辆允许的最大装载质量,以t为单位；容积以m3为单位。

②构造速度。指车辆设计时按照安全及结构强度等条件所决定的车辆最高行驶速度,并要求连续以该速度运行时车辆具有足够良好的运行性能。

③轴重。指按车轴形式及在某个运行速度范围内,车轴允许负担(包括轮对自身的质量)的最大质量。轴重的选择与线路、桥梁及车辆走行部的设计有关。

④轴配置或轴列式。用数字或字母表示车辆走行部结构特点的方式。例如4轴动车,两台动力转向架,则轴配置记为B-B；6轴单铰轻轨车辆的两端为动力转向架,中间为非动力铰接转向架,其轴配置记为B-2-b.

⑤每延米轨道载重。指车辆设计中与桥梁、线路强度密切相关的一个指标,同时又是能充分利用站线长度、提高运输能力的一个指标,其数值是车辆总质量与车辆全长之比。

⑥通过最小曲线半径。指配用某种形式转向架的车辆在站场或厂、段内调车时所能安全通过的最小曲线半径。当车辆在此曲线区段上行驶时不得出现脱轨、倾覆等危及行车安全的事故,也不允许转向架与车体底架或车下其他悬挂物相碰撞。

⑦制动形式。指车辆获得制动力的方式,有摩擦制动、再生制动、电阻制动以及磁轨制动等多种形式。

⑧启动平均加速度是指在平直线路上,列车载荷为额定定员,自牵引电动机取得电流开始,至启动过程结束(即转入其自然特性时),该速度值被全过程经历的时间所除的商。(注：牵引电动机自然特性即通常所指的在额定电压、满磁场时的牵引电动机的速度特性、牵引力特性等工作特性。)以m/s2为单位。

⑨制动平均减速度是指在平直线路上,列车载荷为额定定员,自制动指令发出至列车完全停止的全过程,相应的制动初始速度(一般取最高运行速度)被全过程经历的时间所除得的商。

⑩坐席数及每平方米地板面积站立人数。地铁车辆由于其短途高流动性的运载特点,坐席数较少,一般为55～56座,站立数一般为250人,超载时乘客总数按7～9人/㎡计算。

冲击率。由于工况改变引起的列车中各车辆所受到的纵向冲击。在城市轨道交通车辆中,主要用于说明车辆本身电气及制动控制系统所应达到的冲动限制。用加速度变化率来衡量,以m/s3为单位。如地铁车辆正常运行(包括启动加速和电制动,紧急制动情况例外)时,纵向冲击率不得超过1m/s3。

列车平稳性指标。车辆平稳性是评定旅客舒适程度的主要依据,反映了车辆振动对人体感受的影响。因此,评定平稳性的方法主要以人的感觉疲劳程度为依据,通常以平稳性指标表示。我国主要用斯佩林公式来计算平稳性指标W,W值越大,说明车辆的平稳性越差,并规定地铁、轻轨车辆运行的平稳性指标应小于2.5.

斯佩林公式计算方法如下：

式中　j——振动加速度,cm/s2；

　f——振动频率,Hz；

　F(f)——与频率有关的修正公式,反映人体对不同方向和频率振动的敏感度。

(2)车辆的主要尺寸

①车辆长度：车辆处于自由状态、车钩呈锁闭状态时,两端车钩连接面之间的距离。区别于车体长度的概念,车体长度指不包含牵引缓冲装置或折棚的车体结构长度。

②车辆最大宽度：指车体横断面上最宽部分的尺寸。

③最大高度：指车辆顶部最高点与钢轨顶面之间的距离。通常须说明与最高点相关的结构,如有无空调,受电弓的状态等。

④车辆定距：同一车辆的两转向架回转中心之间的距离。

⑤固定轴距：同一转向架的两车轴中心线之间的距离。

⑥车钩中心线距离钢轨面高度：简称车钩高,是指车钩连接面中点(铁路车钩是指钩舌外侧面的中心线)至轨面的高度。取新造或修竣后空车的数值。列车中各车辆的车钩高基本一致,是保证车辆正确连挂、列车运行中正常传递牵引力及不会发生脱钩事故所必需的。广州、上海地铁车辆为720mm,天津滨海轻轨车辆、北京地铁车辆以及西安地铁车辆为660mm。

⑦地板面高度：车辆地板面与钢轨顶面之间的距离。地板面高度与车钩高一样,指新造或修竣后空车的数值。它将受到两方面的制约：一是车辆本身某些结构高度的限制,如车钩高及转向架下心盘面的高度；另一方面又与站台高度的标准有关,规定车辆地板面应与站台高度相协调。例如,上海地铁车辆地板面高为1.13m,北京地铁车辆为1.053m,西安地铁车辆为1.1m。

【任务实施】

本任务的实施以我国典型的3种不同类型的城市轨道交通车辆为例进行说明。

(1)广州地铁1号线车辆主要技术参数

①车辆基本设计参数

列车载客容量：表2.2为广州地铁1号线地铁车辆的载客容量。

表2.2　地铁车辆的载客容量

车辆重量：表2.3为地铁车辆在不同载荷下的质量。

表2.3　地铁车辆在不同载荷下的质量

注：每位乘客质量按60kg计算。

②车辆主要尺寸

车辆长度(车钩连接面之间的长度)　A车:24.4m;B,C车:22.8m

(2)天津滨海轻轨车辆主要技术参数

1)车辆主要技术参数

①速度

最高运行速度　　　　　　　　　　　　　　　　100km/h

表2.4　列车载客容量

④列车在平直线路上紧急制动距离

a.对AW0～AW2载荷条件制动距离≤350m(制动初速度为100km/h)；

b.对AW3载荷条件制动距离≤370m(制动初速度为100km/h)。

⑤列车牵引功率　2X4X200kW=1600kW

⑥轴重　≤14t

⑦车辆质量,见表2.5.

表2.5　车辆质量

2)车辆主要尺寸

①车辆长度(车钩连接面之间的长度)

(3)西安地铁车辆主要技术参数

1)车辆主要技术参数

①速度

③列车定员和载荷,见表2.6.

表2.6　列车定员和载荷

④列车在平直线路上紧急制动距离,见表2.7.

①车辆长度(车钩连接面之间的长度)

表2.7　列车在平直线路上紧急制动距离

⑤列车牵引功率　　　　　　　　　　　　　　2X6X180kW=2160kW

⑥轴重　　　　　　　　　　　　　　　　　　≤14t

2)车辆主要尺寸

【效果评价】

评价表

任务3　车体编组形式、总体布置和标识的定义

【活动场景】

在城市轨道交通车辆生产车间或检修现场教学,或用多媒体展示城市轨道交通车辆组成,以及各条轨道交通车辆结构。

【任务要求】

1.掌握城市轨道交通车辆车体编组的形式、总体布置的基本知识。

2.掌握城市轨道交通车辆标识的知识,并能应用于实践。

3.在实际的检修工作中,能正确应用标识的基本知识和技能,并能说明车辆的总体编组等情况。

【知识准备】

对于城市轨道交通车辆来说,标识是指对车辆及其设备进行标记或编号。为了车辆运用和检修等情况下管理和识别的方便,必须对车辆进行标识。由于城市轨道交通车辆仅运行在各城市相对固定的线路上,目前我国没有统一的车辆标识规定,用户和制造商一般参照国外成熟的做法,车辆的标识方法比较类似。

(1)列车编组

城市轨道交通车辆中,动车M和拖车T通过车钩连接而成的一个相对固定的编组称为一个(动力)单元,一列车可以由一个或几个(动力)单元编组而成。目前,我国城市轨道交通车辆列车编组比较普遍的是6辆或4辆一编组,还有一些城市的大运量地铁车辆采用8辆一编组。6辆编组的主要有“三动三拖”和“四动二拖”,4辆编组主要是“二动二拖”。下面举例说明城轨列车的编组情况。

1)西安地铁

西安地铁1,2号线列车均采用“三动三拖”的编组形式,其编组表达式为

=Tc*Mp*M*T*Mp*Tc=

式中　Tc——有司机室的拖车；

　Mp——带受电弓的动车,空气压机装在Mp车；

　M——不带受电弓的动车；

　T——不带司机室的拖车,空压机装在Mp车。

【小贴士】在城轨列车的编组表达式中,“-”表示全自动车钩；“=”表示半自动车钩； “*”表示半永久车钩。

2)广州地铁

广州地铁1号线,采用“四动二拖”形式,编组表达式为

-A*B*C=C*B*A-

式中　A——拖车,并且一端设有驾驶室,车顶上装有受电弓,车底装有一套空气压缩机组；

　B车和C车——均为动车,结构基本相同。

广州地铁2号线与1号线基本相同,只是受电弓装于B车车顶,而空气压缩机组装于C车车底。

3)上海地铁

上海地铁1,2号线车辆在开通初期为6节编组,采用“四动二拖”形式,编组表达式为

-A=B*C=C*B=A-

而远期为8节编组,采用“六动二拖”形式,编组表达式为

-A*B*C=B*C=B*C=A-

式中　A车——拖车,一端设有驾驶室；

　B车——动车,车顶上装有受电弓；

　C车——动车,车底装有一套空气压缩机组。

4)天津滨海轻轨

天津滨海轻轨车辆在开通近期为4节编组,采用“二动二拖”形式,编组表达式为

=Mcp*T=T*Mcp=

而远期为6节车编组,采用“三动三拖”形式,编组表达式为

=Mcp*T=T*M=T*Mcp=

式中　Mcp——带司机室、受电弓的动车；

　M——动车；

　T——拖车。

(2)车辆编号

一般每节城市轨道交通车辆都有属于自己的固定编号,但各城市轨道交通车辆制造商或运营商的编号方式不一样,下面举例说明几种典型城市的车辆编号方式与意义。

1)上海地铁

上海地铁1,2号线车辆的编号由5位数组成,采用YYCCT形式,其中YY为车辆出厂的年份,CC为出厂时这一年的同类型车辆的生产顺序号,T为车辆类型代号,其中“1”为A车, “2”为B车,“3”为C车。例如“92082”为1992年出厂的第8辆车,其车辆类型为B车。目前,上海地铁列车的编组是固定的,编号后的车辆在列车中的编组位置相应没有变化。例如“92121”号车为第2号列车中的一辆A车。

2)广州地铁

广州地铁1,2,3号线车辆采用了一样的编号形式,其车辆编码包含的信息有：车辆的所属线路(一个字母或数字的位置)、车辆的类型(A,B或C车)、生产顺序号(同类型车辆的连续编号(2位数字),不同的车辆类型以新的顺序开始编号)。

3)西安地铁

西安地铁1,2号线车辆编号如下：

比如,01023表示西安地铁1号线的第2列车的第3辆车。02202表示西安地铁2号线的第20列车的第2辆车。

(3)车辆的车端、车侧、车门、座位等的标识定义

下面参考德国工业标准DIN25006的广州地铁2号线车辆标识方法为例进行讲述。

1)车辆的车端

如图2.10(a)所示,每辆车的1位端定义如下：A车1位端是带有全自动车钩的一端；B车1位端是与A车连接的一端；C车1位端是连接半永久牵引杆的一端。另一端就是2位端。

2)车侧

当车辆检修人员位于车辆的2位端,面向1位端,则其右侧就称为该车辆的右侧,左侧也为该车辆的左侧。

(4)列车的车侧定义

如图2.10所示,列车的车侧定义与车辆的车侧定义是不同的。它是以司机为主体,司机坐于列车驾驶端座位上,司机的右侧即为列车的右侧,反之,为列车的左侧。换句话说,是按列车的行驶的方向来定义的,这与公路上汽车按行驶方向定义左右侧是相同的。

图2.10　车辆端部和侧部及列车侧部的标识

(5)转向架和轴的编号

如图2.11所示,每辆车的转向架都分为转向架1和转向架2.转向架1在车辆的1位端,转向架2在车辆的2位端。每辆车的四根轴从1位端开始至2位端,依次连续编号轴1至轴4.

图2.11　转向架和轴的编号

(6)车门和门页的编号

如图2.12所示,城轨车辆车门门页的编号：自1位端到2位端,沿着每辆车的左侧为由小到大的连续奇数,即1,3,5,7,9,11,…,17,19；右侧为由小到大的连续偶数,即2,4,6,8,10, 12,…,18,20.

车门的编号则由该车门两个门页的号码合并而成：自1位端到2位端,左侧车门的编号为1/3,5/7,9/11,…,17/19,而右侧车门的编号2/4,6/8,10/12,…,18/20.

图2.12　车门的编号

(7)座椅编号

如图2.13所示,广州地铁车辆的每辆车有8个座椅纵向排列在车辆内部的两侧。自1位端到2位端,这些座椅的编号是从1～8,左侧是奇数,右侧是偶数。

图2.13　座椅编号

(8)空调单元编号

每辆车的车顶安装有两个空调单元。位于1位端的空调单元称为空调单元Ⅰ,位于2位端的空调单元称为空调单元Ⅱ。

(9)其他编号与标记

车窗、扶手、立柱、吊环、照明灯、指示灯、扬声器等设备也采用同样的编号方法。而车辆的质量、顶车位置、应急设备位置等必须用相关符号或文字在规定位置作出明确的标记。

【小贴士】以上的编号方式只是我国城轨车辆编号方式的一种,其他城市的城轨车辆编码方式,虽然作用基本相同,但由于习惯不同,编码方式也有一定的区别。比如任务实施中西安地铁的编码与广州地铁有一定区别,但基本作用是相同,都是为了方便车辆零部件定位,以方便检查、检修工作。

【任务实施】

下面以西安地铁为例对城轨列车的编组、车辆的编号、车辆零部件的编号进行具体的学习。

(1)西安地铁列车的编组情况

如图2.14所示,西安地铁1,2号线列车车辆均采用6辆编组形式,即

=Tc*Mp*M*T*Mp*Tc=

图2.14　西安地铁2号线车辆编组简图

(2)西安地铁的车辆编号

西安地铁2号线的车辆编号为5位数。第一和第二位表示线号(如一号线01,二号线02,三号线03,以此类推)。第三和第四位表示车列号(如01表示第一列车,02表示第二列车,以此类推)。第五位表示车辆号,用数字1,2,3,4,5,6分别表示车辆1～6位的编组,分别表示Tc,Mp,M,T,Mp,Tc车。

(3)西安地铁2号线的车辆方位

西安地铁2号线车辆以两头Tc车为基准,以前三节车为一组,后三节为一组,在每一组中,靠近司机室的为1位端,远离司机室的为2位端。车辆方位定义具体如图2.15所示。

图2.15　车辆方位示意图

(4)客室内侧位定义

以前三节为一组,后三节为一组。在每一组中,站在列车外,面向司机室正面,左手侧记为一位侧,右手侧记为二位侧。

(5)车门编号原则

沿每节车辆的一位侧车门用奇数编号,即每节车一位侧车门分别为1,3,5,7号门；沿每节车辆的二位侧车门用偶数编号,即每节车二位侧车门分别为2,4,6,8号门。每个车门的左、右门扇的定义为：人面对门板内侧,左手为A门扇,右手为B门扇。

(6)贯通件与非贯通件的编号

对横向贯通件,从1位端到2位端依次用阿拉伯数字命名；对非贯通件,从1位端一位侧起到2位端二位侧至依次用阿拉伯数字命名,一位侧为奇数,二位侧为偶数。

【实例分析】

图2.16　Tc车各部件编号方案

如图2.16所示,以西安地铁2号线的Tc车为例,车门、车轮和车轴的编号如下：带有司机室为1位端,另一端为2位端,站在列车外,面向司机室正面,左侧为一位侧,右侧为二位侧,红色表示车门,绿色表示车轮,蓝色表示车轴,其中车门和车轮均属于非贯通件,从一位端一位侧起到2位端二位侧至依次用阿拉伯数字命名,一位侧为奇数,二位侧为偶数,车门编号一位侧分别为1,3,5,7号门,二位侧分别为2, 4,6,8号门,车轮编号一位侧分别为1,3,5,7号轮,二位侧分别为2,4,6,8号轮,车轴因为属于横向贯通件,故采用从1位端到2位端依次用阿拉伯数字命名,即编号分别为1,2,3,4号。其他车辆编号与此相同,对横向贯通件,从1位端到2位端依次用阿拉伯数字命名；对非贯通件, 从1位端一位侧起到2位端二位侧至依次用阿拉伯数字命名,一位侧为奇数,二位侧为偶数。

【效果评价】

评价表

任务4　地铁、轻轨车辆限界的认知

【活动场景】

在城市轨道交通车辆生产车间或检修现场教学,或用多媒体展示城市轨道交通车辆组成,以及各条轨道交通车辆结构。

【任务要求】

1.掌握城市轨道交通车辆限界的基础知识。

2.会应用限界的基本知识,对新造和检修车辆进行验收。

【知识准备】

(1)车辆限界的概念

城市轨道交通车辆的限界限定了车辆与隧道的断面形状与净空尺寸,限定了高架与地面建筑物的净空尺寸,同时也规定了设备安装位置及预留空间,是构成城市轨道交通安全运输的基本保证之一,也是城市轨道交通设计的基础。

限界是限定车辆运行及轨道周围构筑物超越的轮廓线。限界分车辆限界、设备限界和建筑限界3种,是工程建设、管线和设备安装位置等必须遵守的依据。规定限界的目的,主要是防止车辆在直线或曲线上运行时与各种建筑物及设备发生接触,以保证车辆安全通行。在设计城市轨道交通车辆时,其横断面的形状和尺寸要与隧道或线路所留出的空间相适应,为此对车辆横断面轮廓尺寸必须有一限制。车辆限界就是一个限制车辆横断面最大允许尺寸的轮廓图形。无论空车或重车直线地段运行时,所有突出和悬挂部分都应容纳在限界之内。因此,车辆限界是车辆在正常运行状态下形成的最大动态包络线。

建筑限界和设备限界是建筑物或设备距轨道中心和轨面所允许的最小尺寸所形成的轮廓。车辆限界与建筑和设备限界之间,必须留出一定的、为确保行车安全所需的空间,这个空间考虑了以下因素：

①车辆制造公差引起的上下、左右方向的偏移或倾斜。

②车辆在名义载荷作用下弹簧受压引起的下沉,以及弹簧由于性能上的误差可能引起的超量偏移或倾斜。

③由于各部分磨耗或永久变形而造成的车辆下沉,特别是左右侧不均匀磨耗或变形而引起的车辆倾斜与偏转。

④由于轮轨之间以及车辆自身各部分存在的横向间隙而造成车辆与线路间可能形成的偏移。

⑤车辆在走行过程中因运动中力的作用而造成车辆相对线路的偏移。它包括曲线区段运行时实际速度与线路超高所要求的运行速度不一致而引起的车体倾斜；以及车辆在振动中也会产生上下、左右各个方向的位移。

⑥线路在列车反复作用下可能产生的变形,包括轨道产生的随机不平顺现象等。

在城市地面下运行的地铁车辆相对于高架与地面上的其他城市轨道交通车辆而言,由于隧道断面直径小、设备安装空间紧凑、轨道曲线半径小、旅客乘坐舒适性高等特点,因此车辆限界和设备限界的要求更高。

(2)限界名词术语

1)基准坐标系

基准坐标系是与线路的纵向中心线相垂直的平面内的一个二维直角坐标,该坐标的第一坐标轴与两根钢轨在名义位置且无磨耗时的顶面相切,第二坐标轴垂直于前者,并与左右两根钢轨的名义位置等距离。

2)偏移及偏移量

在基准坐标系内,车辆横断面上各点,因车辆本身原因或线路原因,在运行中离开原来在基准坐标系中所定义的设计位置称为偏移,偏移以mm为单位称为偏移量。在第一坐标方向的偏移为横向偏移,在第二坐标方向的偏移称为竖向偏移。

3)曲线几何偏移量

车辆在曲线上运行时,线路中心线是曲线,车辆纵向中心线是直线,两者不可能完全重合。车辆纵向中心线上各点在水平投影图上偏移线路中心线的距离称为曲线几何偏移,简称曲线偏移。其中,车辆定距以内的车辆纵向中心线上各点向曲线的内侧偏离称为内侧偏移；车辆定距以外的车辆纵向中心线上各点,向曲线的外侧偏离称为外侧偏移。因此,车辆在竖曲线上产生的曲线偏移也称为竖曲线偏移。

4)计算车辆

认定具有某一横断面轮廓尺寸和水平投影轮廓尺寸及认定结构的车辆在地铁及轻轨线路上运行,并使用该车辆作为确定车辆限界及设备限界尺寸的依据,该车辆称为计算车辆。在地铁及轻轨线路上实际运行的新车和旧车只要符合车辆限界及其纳入限界的校核,就能通行无阻,不必与计算车辆取得一致。

(3)地铁限界

1)地铁车辆限界

地铁车辆限界是基准坐标系中的一个轮廓线,是车辆在正常运行状态下形成的最大动态包络线。车辆及轨道线路各尺寸在具有最不利公差及磨耗时(包括两次维修期间所发生的尺寸偏差)、车辆在运动中处于最不利位置、涉及了由各要素引起的车辆各部位的统计最大偏移后均应容纳在轮廓内。《地铁设计规范》规定了钢轨钢轮、标准轨距系列的地铁限界,包括车辆限界。直线地段车辆限界分为隧道内车辆限界和高架或地面线车辆限界,后者应在前者的基础上,另加当地最大风荷载引起的横向和竖向偏移量。受电弓或受流器限界是车辆限界的组成部分。

我国最早建成的北京地铁车辆横截面尺寸为2650mmX3509mm(宽X高),与莫斯科地铁车辆相仿。1990年以后,为充分利用限界,增加载客量,将车辆截面扩大为“鼓形”,车体最宽处达2800mm。这期间新建的上海地铁采用了与香港地铁相近的大型车体,车体的尺寸达到22000mmX3000mmX3800mm(长X宽X高),这样就有了A型、B型车之分。《地铁设计规范》(GB50157-2003)对两种车型的车辆限界经计算做了新的界定。其中有接触网受电的A型限界(计算车辆车宽3m)、接触轨受电的B1型限界(计算车辆车宽2.8m)和接触网受电的B2型限界(计算车辆车宽2.8m)3类,适用于运行速度不超过100km/h地铁工程。运行速度超过100km/h的地铁工程,亦可参照执行。如图2.19所示是A型车隧道内直线地段车辆轮廓、车辆限界、设备限界图,对应车辆轮廓、车辆限界坐标见表2.8、表2.9.A型车高架或地面直线地段的车辆限界和B1型、B2型车的车辆限界参见《地铁设计规范》(GB50157-2003)。

表2.8　A型车辆轮廓坐标　　单位：mm

注：表中第0～13点是车体上的控制点；第13～15点是转向架上的控制点；第16,17点为车轮踏面上的控制点；第18,19点为轮缘上的控制点；第22,23点为连接在车轴上的齿轮箱点；第20,21,24,25点为连接在转向架构架上的车载信号设备的最低点；第26～29点为信号灯预留位置；第0s,1s,2s,3s,4s点为隧道内受电弓控制点；第0k,1k,2k点是车顶空调器点。

表2.9　A型车辆限界坐标　　单位：mm

续表

2)地铁设备限界

地铁设备限界是基准坐标系中位于车辆限界外的一个轮廓线,是用以限制设备安装的控制线。除另有规定外,建筑物及地面固定设备的任一部分,即使涉及了它们的刚性和柔性运动在内,均不得向内侵入此限界,接触轨限界属于设备限界的辅助限界。A型车(鼓形)隧道内直线地段设备限界如图2.17所示,对应设备坐标见表2.10.

图2.17　A型车(鼓形)隧道内直线地段车辆轮廓、车辆限界、设备限界图

表2.10　A型车辆设备限界坐标　　单位：mm

设备限界和车辆限界之间留有一定的间隙,这个间隙主要作为未涉及因素的安全留量,按照限界制定时的规定某些偏移量计入此间隙。计算车辆曲线上和竖曲线上的曲线偏移也计入这个间隙内,因此,设备限界在水平曲线上需要加宽,在竖曲线上需要加高。

3)地铁建筑限界

地铁建筑限界是基准坐标系中位于设备限界外的一个轮廓线,是在设备限界基础上,考虑了设备和管线安装尺寸之后的最小有效断面。它规定了地下铁道隧道的形状、尺寸、位置,地下车站及站台位置以及地面建筑物(包括接触网支柱、声屏障和站台屏蔽门等)的位置,涉及施工误差、测量误差及结构永久变形在内,任何永久性建筑物均不得向内侵入此限界。建筑限界和设备限界之间的空间应能安排各种电缆线、消防水管及消防栓、动力箱、信号箱及信号灯、照明灯、扩音器、通风管、架空线及其固定设备。地铁建筑限界应理解为建筑物的最小尺寸,比地铁建筑限界大的隧道、高架桥等建筑应认为是符合地铁建筑限界的。

【任务实施】

以如图2.18所示的西安地铁渭河车辆段库内限界检测装置为例进行说明。

图2.18　西安地铁2号线车辆限界门

(1)设备用途及功能

西安地铁车辆段库内限界检测装置是进行西安地铁车辆段车辆限界试验的重要设备,是按车辆轮廓线坐标(含允许制造公差)、线路实际误差、库内限界检测装置制造及安装误差设计车辆轮廓检测装置检测模板的尺寸。西安地铁库内限界检测装置有超限报警功能。列车在AW0载荷条件下,通过调车机车推送以3～5km/h的速度通过库内限界检测装置,车辆轮廓线与检测模板不发生接触,则为合格。车辆轮廓线任意部位与检测装置模板发生接触或碰撞,触动限位开关装置,发出声光指示,提示车辆轮廓超限,对超限部位和超限尺寸作记录并进行整改。整改后的车辆再次通过库内限界检测装置的检测,直到检测合格。

(2)设备的性能与操作

西安地铁库内限界检测装置严格按照《地下铁道设计规范》(GB50157-2003)和西安地铁的车辆轮廓线坐标(含允许制造公差)、线路实际误差、库内限界检测装置设计、制造,符合西安地铁车辆限界图。如图2.19所示,是库内限界检测设备的操作盘。库内限界检测装置采用两侧对称结构,旋臂式框架结构,采用螺栓固定于安装位置,为可拆结构。工作时,检测模板垂直于列车车辆,不工作时,检查测模板与列车车辆平行,方便于其他列车的通行,采用人工转动的方式完成转换,快速夹钳固定。

图2.19　库内限界操作盘与操作机构

设备配置相应的传感器,满足一旦车辆进入通过,便系统开始工作,如有超限就自行发出声光报警。检测模板分为固定板和活动板两部分,活动板边缘镶橡胶条。活动板共分为12块板组成,当车辆轮廓线与任意检测模板发生接触时,相应检测模板产生晃动,触动限位开关装置,发出声光指示,提示车辆轮廓超限。

(3)设备主要技术规格及参数

与轨道垂直的方向　分辨率4mm　测量误差2mm

与地面垂直的方向　分辨率4mm　测量误差2mm

【效果评价】

评价表

项目小结

我国城市轨道交通车辆选型提出了A,B,C型车的概念,它是按车体宽度区分。城市轨道交通车辆又有动车和拖车之分,动车以M表示,拖车以T表示。我国推荐的轻轨电动车辆有4轴动车、6轴单铰接式和8轴双铰接式车3种形式。

一般城市轨道交通车辆由车体、转向架、车辆连接装置、制动装置、受流装置、车辆设备、车辆电气系统等几个部分组成。

动车和拖车通过车钩连接而成的一个相对固定的编组称为一个(动力)单元,一列车可以由一个或几个单元编组而成。编组有-A*B*C=C*B*A-、=Mcp*T=T*Mcp=等形式。

为了运用和检修的方便,必须对车辆进行标志。目前我国没有统一的车辆标识规定,一般参照国外的做法。包括车端、车侧、转向架、车轴、车门、坐席、空调等的标识。

车辆技术参数一般可分为性能参数与主要尺寸两大类。性能参数主要有自重、载重、最高运行速度、轴重、通过最小曲线半径、冲击率等；主要尺寸有车辆长度、车辆最大宽度、最大高度、车钩中心线距离钢轨面高度、地板面高度等。

车辆限界是一个限制车辆横断面最大允许尺寸的轮廓图形,是车辆在正常运行状态下形成的最大动态包络线。还有设备接近限界和建筑限界。

思考与练习

1.城市轨道交通车辆有哪些基本种类?其结构如何?

2.城市轨道交通车辆是如何编组的?请举例说明某种编组方式的优、缺点。

3.为什么要对车辆进行标识?又如何对车辆进行标识?

4.什么是车辆的技术参数,主要有那些参数?举例说明这些参数有何用处?

5.什么是限界?有哪几种限界?它们之间的关系如何?