城市轨道交通系统作为城市公共交通系统的一个重要组成部分，在城市公共交通系统中发挥着重要作用。目前，城市轨道交通有地铁、轻轨、市郊铁路、有轨电车及磁悬浮列车等多种类型，号称“城市交通的主动脉”。国外城市轨道交通起步较早，德国、美国、日本等国都已形成了完善的城市轨道交通网络。
由于经济实力和技术水平的限制，我国城市轨道交通建设起步较晚。在2000年之前，全国仅有北京、上海、广州、天津四个城市拥有轨道交通线路。进入21世纪，随着中国经济的飞速发展和城市化进程的加快，城市轨道交通也进入大发展时期。根据中国城市轨道交通协会发布的《城市轨道交通2015年度统计和分析报告》显示，2015年末，中国大陆地区共26个城市开通城轨交通运营，共计116条线路，运营线路总长度达3618千米。其中，地铁2658千米，占比达73.4%；其他制式轨道交通规模960千米，占26.6%。2015年度新增运营线路长度445千米，同比增加14%。
2015年，全国城轨交通完成投资3683亿元（注：引用国家统计局2016年2月5日发布的数据），同比增长27%；在建线路总长4448千米（七种制式同时在建），可研批复投资累计26337亿元。截至目前，共有44个城市规划获批（包括2016年2月11日获国家批复的芜湖，以及获地方批复的珠海、淮安和南平3市），规划规模4705千米。新建、规划线路规模大、投资增长迅速，建设速度持续加快。
“十二五”期间，我国累计新投运线路2019千米，完成投资12289亿元，客运量528亿人次，规模快速增长、客运效果不断提高、系统制式和线网层次逐步丰富、网络化格局基本形成，运营服务水平稳步提高。预计“十三五”期间，城轨交通仍将继续保持快速增长、良性发展的势头。中国的城市轨道交通行业步入了一个跨越式发展的新阶段，中国已经成为世界上最大的城市轨道交通市场。
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，有多种类型，常见的有常规钢轮钢轨制式车辆、直线电机车辆、磁悬浮车辆等。由于篇幅有限，本书仅对国内应用最为广泛的常规钢轮钢轨制式车辆的构造、检修进行介绍。
一、城市轨道交通车辆的类型
目前，我国城市轨道交通建设尚处于初始阶段，城轨车辆的制造商较多，各城市的要求也不一样，因此城市轨道交通车辆种类较多，规格各异，为促进我国城市轨道交通车辆的制造、运营、检修的良性发展，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轨车辆选型的不同要求和城轨车辆的发展现状提出了A、B、C型车的概念（见图1-1-1～1-1-3），主要是按车体宽度的不同进行分类。《地铁车辆通用技术条件》（GB/T 7928—2003）中对用于地铁运营车辆的技术规格做了具体的规定（见表1-1-1）。
图1-1-1 A型车：深圳地铁1号线增购车辆（2008年）
图1-1-2 B型车：北京10号线地铁（2007年）
图1-1-3 C型车：长春低地板轻轨列车（2006年）
表1-1-1 城市轨道交通车辆各车型的主要技术参数
二、城市轨道交通车辆的组成
城轨车辆是按照功能分类的多个子系统组成的紧密联系的综合系统，一般包括车体、转向架、车辆连接装置、车门、空调系统、制动系统、电气系统等。
1.车 体
车体分为有司机室车体和无司机室车体两种。它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轻金属结构，以达到在最轻的自重下满足强度的要求。车体一般均有底架、端墙、侧墙及车顶等。
2.转向架
转向架分为动力转向架和非动力转向架，它装置于车体与轨道之间，用来牵引和引导车辆沿着轨道行驶，承受与传递来自车体及线路的各种载荷并缓和其动力作用，它是保证车辆运行品质的关键部件。转向架一般由构架、弹簧悬挂装置、轮对轴箱装置和制动装置等组成。对于动力转向架，还装设有牵引电机及传动装置。
3.车辆连接装置
车辆连接装置主要包括车钩缓冲装置及贯通道。车辆编组成列运行必须借助于连接装置。为了改善列车纵向平稳性，一般在车钩的后部装设缓冲装置，以缓和列车冲动；另外还必须有连接车辆之间的电气和空气的管路。
4.车 门
车门用于乘客和司机上下车，以及紧急情况下的逃生和救援。根据其功能，城轨车辆上的车门通常可分为客室车门、司机室车门和前端逃生门。其中客室车门是城市轨道交通车辆中使用最为频繁的设备，乘客通过客室车门可以方便、快速地上下车，其能否正常工作直接影响车辆的正常运行。
5.空调系统
空调系统的作用是为客室和司机室的室内环境提供温度调节，包括制冷、制热、通风、除湿等。空调系统包括空调机组、风道、送风/回风口、废排装置、司机室送风装置等。
6.制动系统
制动系统用以产生制动力，使列车减速或及时停车，对保证列车安全和正点运行具有极其重要的作用。制动系统主要包括供风系统、送风管路、制动控制系统、基础制动装置等。
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。按其作用和功能可将车辆电气系统分为主电路系统、辅助电路系统和电子与控制电路系统三部分。本书主要介绍牵引系统、辅助系统涉及的设备检修。
牵引系统是列车运行的核心系统，主要由受电弓、高速断路器、牵引逆变器、牵引电机等设备组成。
辅助系统指三相交流380 V电源、低压直流电源和蓄电池。其中，低压直流电源通常有110 V直流电和24 V直流电。
三、城市轨道车辆的主要技术参数
车辆技术参数是概括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，一般分性能参数与主要尺寸两大类。
1.车辆性能参数
（1）自重、载重。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；载重指正常情况下允许的最大装载质量，以吨（t）为单位。
（2）最高运行速度：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）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。
（5）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，有两台动力转向架，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。
（6）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。
（7）起动平均加速度：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，至起动过程结束（即转入其自然特性时），该速度值被全过程经历的时间所除得的商，以米/秒2（m/s2）为单位（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）。
（8）制动平均减速度：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。
（9）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。在城轨车辆中，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。冲击率用加速度变化率来衡量，以米/秒3（m/s3）为单位。如地铁车辆正常运行（包括起动加速和电制动，紧急制动情况除外）时，纵向冲击率不得超过1m/s3。
（10）列车平稳性指标：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2.7。
斯佩林公式计算方法如下：
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，两端车钩连接之间的距离。区别于车体长度的概念，车体长度指不包括牵引缓冲装置或折棚的车体结构的长度。
（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。通常需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，以表示，它是指车钩连接面中心点（铁路车钩是指车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轨事故所必需的，其中广州、上海地铁车辆为720 mm，天津滨海轻轨车辆和北京地铁车辆为660 mm。
（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1.13 m，北京地铁车辆地板面高为1.053 m。
四、城市轨道交通车辆编组及标识
1.城市轨道交通车辆的编组
城市轨道交通车辆都是多辆编组以列为单位运行，在一个编组内通常包括动车和拖车、带司机室车和不带司机室车等多种形式。
（1）以重庆地铁6号线车辆为例，其编组方式为
=Tc*Mp*M1=M2*Mp*Tc=
其中，“=”表示半自动车钩；“*”表示半永久牵引杆；“Tc”表示有司机室的拖车；“Mp”表示带受电弓的动车；“M1”“M2”表示不带受电弓的动车。
（2）重庆单轨3号线，其编组方式为
×Mc1+M2+M4+M5+M3+Mc2×
其中，Mc 1或Mc2表示带司机室动车；M2、M3、M4、M5表示动车；×表示密接式车钩；+表示棒状式车钩。
重庆单轨3号线车辆编组如图1-1-4所示。
图1-1-4 重庆单轨3号线车辆编组
（3）深圳地铁车辆，其编组形式为
-A*B*C=C*B*A-
其中，“-”表示自动车钩；“=”表示半自动车钩；“*”表示半永久牵引杆。
其中，A车是带司机室的拖车，B车和C车是带驱动电机的动车（B车带受电弓）。B车通过半永久牵引杆与A车和C车连接，C车之间是通过半自动车钩连接的。
2.城市轨道交通车辆的编号和标记
对于城轨车辆来说，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。
（1）车辆编号。
以重庆地铁为例，其采用6位数字编号，前两位数字为线路编号，第3、4、5位数字代表列车编号，末位数字代表车辆号（1～6），如图1-1-5所示。
图1-1-5 重庆地铁6号线车辆编号
（2）车辆端部。
为了对车门进行编号，每辆车的1位端按如下定义（另一端就被定义为2位端）：
Tc车：1位端是带有全自动车钩的一端。
Mp车：1位端是与A车连接的一端。
M车：1位端是连接半永久牵引杆的一端。
车辆端部和侧部如图1-1-6所示。
图1-1-6 车辆端部和侧部
（3）车辆侧部。
当观察者面向车辆的1位端时，观察者的右侧定义为车辆的右侧，另一侧则定义为车辆的左侧。
（4）列车侧部。
面朝着驾驶方向，观察者的右侧定义为列车的右侧，另一侧则定义为列车的左侧。
以上给出的“左”和“右”的标识方法，应注意车辆的左、右侧的定义与列车的左、右侧的定义是不同的。
（5）转向架和轴的编号。
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4根轴从1位端开始至2位端，依次连续编号轴1至轴4，如图1-1-7所示。
图1-1-7 转向架和轴的编号
3.车门和门页的编号
如图1-1-8所示，城市轨道交通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，而右侧车门的编号为2/4、6/8、10/12、…、18/20。
图1-1-8 车门的编号
4.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。
5.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做出明确的标记。
五、城市轨道交通车辆限界的认知
1.车辆限界的基本知识
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上所留出的空间相适应。为此对车辆横断面轮廓尺寸有一限制。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，无论空车或重车停在水平直线上时，该车所有一切突出部分和悬挂部分，都应容纳在限界轮廓之内。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。
对于一般铁路还设有一个建筑接近限界，它规定建筑物或设备距轨道中心和轨面有一个最小允许尺寸所形成的轮廓。车辆限界与建筑接近限界之间，必须留出一定的空间，这个空间是考虑到车辆的某些部件或超限货物运输时，在允许的最大限度公差、磨耗和运行中车辆产生偏移的情况下，同时考虑了线路所产生的允许歪斜，仍能保证车辆安全通行。
对于地铁和轻轨除了车辆限界外，还有设备接近限界和建筑限界，如图1-1-9所示。
图1-1-9 车辆限界、设备限界、建筑限界
2.城市轨道交通系统中限界的类型
（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。车辆及轨道线路各尺寸在具有最不利公差及磨耗时（包括两次检修期间所发生的尺寸偏差），车辆在运动中处于最不利位置，计及了由各要素引起的车辆各部位的统计最大偏移后，所占据的空间均应容纳在轮廓内。各种类型地铁车辆限界各要素有所不同。
（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。除另有规定外，建筑物及地面固定设备的任一部分，即使计及了它们的刚性和柔性运动在内，均不得向内侵入此限界。
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计及因素的安全余量，按照限界制定时的规定某些偏移量也计入此间隙。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以外的一个轮廓，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的位置，计及施工误差、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、接触轨及其固定设备等。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。
3.城市轨道交通车辆限界形式
由于考虑因素不同，车辆限界有多种形式。地铁车辆常用车辆限界是动态包络线限界。由于车辆在运动时，车体会产生各种运动，导致车辆部分尺寸超出车辆静态轮廓。我们用包络线把运动中车辆横断面运动范围包围起来，这条包络线就是车辆的动态包络线限界。
车辆动态包络线限界应该考虑以下几个方面因素：
（1）车辆制造公差引起的上下、左右方向的偏移和倾斜。
（2）车辆在名义载荷作用下弹簧受压缩引起车辆下沉，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的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并不一致而引起的车体倾斜，以及车辆在振动中也会产生左右、上下各个方向的位移。
（6）线路在列车反复作用下可能产生的变形，如轨道不平顺等。
确定车辆动态包络线限界和线路设备限界后，就可以尽可能地减少车辆限界与设备限界之间的安全间隙，大量减少地下隧道的土方工作量。
车辆动态包络线限界是在车辆静态限界的基础上，需要大量的经验计算得出，很难测量。在车辆检修中，我们可通过保证车辆静态限界来保证车辆动态包络线限界。只要车辆各尺寸不超过该静态限界，就能保证车辆在运动中不会超出车辆的动态包络线限界。车辆的限界门就是根据这个道理做成的。
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