在70年代,国外的一些城市在饱受能源危机、环境污染和汽车公害的困扰以后,开始重新认识有轨电车。欧洲的一些保留有轨电车的城市坚持不懈地攻克了制约有轨电车发展的相关技术,并对早期的有轨电车系统加以技术改造,使有轨电车得到持续发展。1978年,国际公共交通联合会(UITP)在比利时的布鲁塞尔召开的会议上,将在有轨电车的基础上发展而成的中等运量的城市轨道交通方式定名为“light rail transit”,即轻轨交通。

 

　　目前,我国仅有大连、鞍山、长春和香港尚有有轨电车在运营。

 

　　1 我国城市有轨电车车辆技术现状大连、鞍山、长春所使用的有轨电车均为大连电车工厂生产制造的,有轨电车车辆概况如表1所示。值得一提的是,DL1001型有轨电车是我国自行研制的第一种有轨电车。1983年定型生产的DL621型六轴有轨电车是国内首次采用铰接车体技术的城市轨道车辆。

 

 

 

　　(1)可控硅斩波器

 

　　我国有轨电车采用可控硅斩波器要比无轨电车晚10年左右。随着可控硅性能的提高和斩波控制技术的日臻完善,为在有轨电车上应用斩波控制技术奠定了基础,并使有轨电车车辆技术实现重大突破。与传统的变阻控制设备相比,斩波调速的车辆有诸多优点:具有明显的节能效果(经实测,节约牵引用电20%以上);车辆实现了起动平稳,少冲击,改善了乘坐舒适性;车辆具有无级经济运行位;可以实现可靠的电制动,包括再生制动;便于司机的驾驶操作,检修工作量明显减少等。有轨电车的可控硅斩波器有用于DL621G型有轨电车和用于DL8001、DL2001型有轨电车的两种。如表2所示。

　　

　　(2)IGBT直流辅助电源

　　

　　由于IGBT(绝缘栅型双极晶体管)为电压驱动型元件,兼有MOSFET(功率型场效应管)和BJT(大功率双极晶体管)的优点。其开关频率高、抗干扰能力强、损耗小、工作可靠,因而得到迅猛的发展。

 

　　1990年,大连开始了IGBT在直流辅助电源中的应用研究,试制成功了ZB—5型IGBT直流变换电源。该电源采用半桥式转换电路和脉冲调制控制技术PWM,可将输入的600V直流电变换成24V直流电,供车辆低压负载和蓄电池组浮充电使用。该电源的技术性能如下:工作频率24kHz,输入电压DC600±120V,输出功率1kW,输出电压DC25V,输出电流40A,控制电路为脉宽调制PWM集成电路,冷却方式为强迫风冷。该电源还具有工作可靠、少维护、有一定的过载能力、延长蓄电池的使用寿命等特点,从而成为大连产有轨电车的标准设备。

 

 

　　(3)转向架

 

　　有轨电车的走行部由单电机驱动的2轴转向架组成。该转向架为轴箱导框定位、心盘集中承载的封闭框架结构,采用二系弹簧悬挂:一系为轴箱的螺旋圆簧,二系为摇枕的钢板弹簧。基础制动装置有杠杆传动的单侧闸瓦制动器(DL7001、DL21)和盘形制动器(DL8001、DL2001)两种,牵引电机抱轴悬挂,1级减速齿轮传动。

　　

　　有轨电车采用结构简单、拆装方便的牵引电机抱轴悬挂方式和传动方式,但在运用中带来的主要问题有:因齿轮传动中心距必须保证,约束了电机尺寸的减小;齿轮直接承受线路冲击,啮合不够理想,齿轮易损坏;电机轴与小齿轮的刚性接触,对电刷工作不利。

 

　　盘形制动用于车辆停车制动时,其动能转移能力比踏面制动大;闸片可采用合成材料,降低金属消耗;减轻车轮踏面磨耗;闸调装置减少检修工作量。由于采用盘形制动器失去对车轮踏面的清扫作用和车轮擦伤的自修复作用,在驾驶操作不当时容易出现车轮擦伤甚至导致车轮失圆。因此盘形制动器需有高性能的制动机和车轮踏面清扫装置的配合作用。

 

　　

　　无论是有轨电车的车辆更新,线路工程的改扩建,还是新建的有轨电车或轻轨交通系统,都涉及车辆选型的问题。车辆选型关系到供电、轨道、站场、信号、通信、运营等相关内容,应全面、认真地进行技术经济比选,并符合安全、经济、先进的原则。

 

　　1)安全性:有轨电车和轻轨交通作为运量较大(相对于公共汽车)的城市轨道交通,具有运输效率高、行车间隔小的特点。车辆及设备必须技术成熟、可靠,并无不安全隐患。

 

　　2)经济性:经济性不仅仅体现在车辆造价上,从长远的角度要考虑运用和检修的问题,既要买得起也要用得起。因此车辆应是节能的、少维护的,以降低运营成本和维修支出。车辆的关键部件和易损件必须在国内厂家或有国产化依托项目的生产厂家加以解决。车辆运用部门或运营公司在初期负债经营下,不可能用巨额的外汇去购买车辆备件。

 

　　3)先进性:现代有轨电车和轻轨车辆的绝大部分技术上是完全相同的,同样要求具有一定的先进性,要符合近年来国外城市轨道交通车辆技术的发展趋势。尤其是电力电子元器件的选择,不能因日后元器件的淘汰和停产,造成车辆维修困难或维修支出增加。

 

 

　　从目前国外轻轨车辆的技术发展趋势来看,我国城市有轨电车和轻轨车辆的技术水平亟待提高。研制模块化车体结构、独立车轮转向架、低地板、交流传动的车辆势在必行,且潜在的市场巨大,对推动我国城市轨道交通建设事业的发展必将起到积极的促进作用。

 

　　3.1模块化结构车体的车辆

 

　　由于各个城市的具体情况差异而出现的车辆多样性,给车辆厂带来一定的困难。采用模块化结构车体有利于车辆的标准化设计和组织生产,便于运用部门调整车辆编组。在运营初期,由于客流量较小可采用基本模块编组。随着客流量的增加,可在原车的基础上增加相应的模块。如图1所示为德国SIEMENS公司DUEWAG工厂生产的COMBI2NO系列轻轨车辆。

 

 

　　3.2低地板车辆

 

　　低地板车辆通常是指地板面距轨面高度在350mm以下的车辆。其优点是方便乘客的乘降,对残疾人、儿童和老年人尤为方便,减少了车辆的站停时间,提高了车辆的运营速度。另外,在新建半封闭线路的轻轨交通系统和路面有轨电车系统中,建设高站台会对城市道路交通和城市街道景观产生影响。采用低地板车辆可避免建设高站台、可使整个系统更好地融入城市景观之中。

　　

　　独立车轮转向架是实现低地板轻轨车辆的重要条件。目前,国外轻轨车辆采用独立车轮转向架已相当普遍,但在我国尚无同类产品问世。

 

　　通常,低地板车辆有3种解决方法,即:①全部采用常规转向架,实现分段低地板的方案,低地板部分长度占车体长度的30%～50%;②两端采用常规转向架,中部采用独立车轮转向架,实现贯通低地板的方案,低地板部分长度占车体长度的70%以上;③全部采用独立车轮转向架,实现100%低地板的方案。根据目前国内车辆厂的情况,采用方案②的70%低地板车型较为有利,其两端转向架为动力转向架,中部转向架采用独立车轮无轴转向架为从动转向架,可不考虑牵引电机悬挂的问题,减小独立车轮转向架的技术难度。

 

　　3.3交流传动的车辆

 

　　有轨电车和轻轨车辆采用交流传动装置具有如下优点:交流异步电机体积小、重量轻、维护容易、故障少等优点;牵引装置的小型化,有利于在总体布局相对紧凑的城市轨道交通车辆上安装;实现再生制动的范围扩大,节能效果显著;车辆粘着特性有所改善等。近年来,交流变频控制技术和微机控制技术在应用上取得突破,尤其是国外在大功率电力电子元器件方面的发展,如IGBT,IPM(智能功率模块)等元件的问世,更加促进了交流传动装置的迅猛发展。目前又开发出了IGCT(集成门极换流晶闸管)。我国十分重视交流传动技术的研究。但由于我国大功率电力电子元件的研制水平和电子工业的发展水平与国外的差距较大,影响了交流传动装置的开发和应用。目前,我国广州地铁1号线和北京地铁复八线车辆采用的VVVF交流传动装置均为国外产品。开发交流传动装置对降低城市轨道交通工程造价和装备实现车辆国产化具有重要的现实意义。在国产有轨电车和轻轨车辆上尽快应用交流传动技术,可以为国产地铁电动车组等大功率车辆应用交流传动技术奠定基础。
（作者 王浩川 大连市公共电车公司电车修配厂副厂长 工程师）