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有轨电车选型及供电

发布时间:2014-12-02 14:14:08 编辑:jinrui
本文摘要:——南车青岛四方机车车辆股份有限公司技术室副主任刘玉文
 
  南车青岛四方机车车辆股份有限公司技术室副主任刘玉文
 
一、有轨电车的历史与发展
 
  有轨电车发展经过两个大阶段,一个是高地板到低地板演化阶段;第二个低地板本身也经过了三个阶段的发展。第一个阶段就是分段低地板,第二段70%低地板,第三个阶段就是100%低地板。如何实现低地板呢?我们把传统的车轮变小,这样的话它地板就可以往下落。还有一个方法把原来这根轴变成轴桥变成这个方式,然后它车体就可以往下落,这是实现低地板车辆一个方法。
 
  低地板车辆的优点有:给乘客的乘坐带来了方便,特别方便了老人、孩子、残疾人和孕妇等上下车有一定困难乘客的乘坐,充分体现了人文亲情关怀;有轨电车乘坐舒适,是公交系统的奔驰;有轨电车无尾气排放,对城市环境影响小;城市轻轨在街面上只需设置很低的站台,看起来美观大方,不会影响市容,充分展示了低地板有轨电车与城市环境的和谐统一;有轨电车给城市增加了流动的风景。
 
二、有轨电车的选型与供电
 
  有轨电车选型,首先是讲一下现在用得比较多的两种,一种是70%低地板,还有一种100%的低地板,我们国家从前几年开始兴起低地板有轨电车以来,大家都是倾向于选择100%低地板有轨电车。
 
  是不是全部选择100%低地板有轨电车呢,我这有一点建议,70%低地板有轨电车有这么几个优点:一个是造价有比较大的优势。第二个70%低地板有轨电车基本配置里边5个模块有三个转向架,两段两个转向架是常规转向架,两个常规转向架电机可以做得足够大。这样的话它那个牵引功率比较充足,维护费用相对来说比较低一些。第三,因为70%、80%的地方已经是低地板了,满足对老人、孩子、残疾人和孕妇上下车有点困难乘客的关爱,实现了低地板车辆基本功能,所以说没有必要,我个人认为没有必要大家一窝蜂都去选择100%的低地板有轨电车。
 
  下面说下100%有轨电车选型,编组车体转向架,牵引驱动及供电这个方面,谈一下我个人观点。.
 
  低地板车辆设计编组概念对比
  1,浮车型,配置5个模块有3个模块下边有转向架,其他两个模块是悬浮的相当于抬轿一样,就被这两个车体抬着。
 
  2、单车型低地板有轨电车,这种有轨电车是每个模块下边有一个转向架。
 
  3、铰接型有轨电车,这种有轨电车中间是交界的转向架。在头车各设一个转向架,就是说三个模块四个转向架。中间是交界的转向架。
 
  编组型式对比
 
  这几种车我比较了一下,从车载结构上来看,铰接型这种车,车体都分别稳定的落在一个支点上,这个车是落在这个转向架,和这个转向架上,头车是落在这个转向架和这个转向架上。对于悬浮车体这种车,它的五个模块,其中只有三个模块有转向架,中间两个车体是悬浮的,车端的受力是比较复杂的,连接靠铰接装置来实现。车体的受力情况比较复杂。从车体方面来选择,我觉得是铰接型这个是比较稳定一种。
 
  车辆承载可靠性对比
 
  悬浮车体承载结构设计难度高。铰接结构复杂,可靠性差。转向架数量只有3个,轴重较大。
 
  铰接型编组。没有悬浮车体,也没有铰接结构。转向架采用雅克比型式,承载可靠。转向架数量为4个,可以均匀的分配轴重,轴重轻。采用铰接单车体结构,车端相对运动小,运行平稳,没有车体间的铰接装置,可靠性更高。
 
  牵引制动力对比
 
  浮车型车编组转向架数量只有3个,一般只有两个转向架带动力,最多可配置3个动力转向架。一般启动瞬时加速度不超过1.1m/s2。
 
  铰接型编组转向架数量为4个,一般配置3个动力转向架,可以扩展到四个动力转向。系统具有提升牵引能力的空间,适合中国大运量的国情。最大启动瞬时加速度可达1.4m/s2以上。
 
  客室内部对比
 
  铰接型车内空间因为转向架放在两个模块之间,所以说客室里边的空间布置也是比较充足的,其他车型转向架一般都是放在车体的中间,这个地方下边放的就是转向架。所以科室里边的布置就非常紧张,一般来说通道就要小一些。车门的布置也会受到相应的限制。因为有转向架的部位是不可能放车门的。
 
  曲线通过能力对比
 
  铰接型的车辆转向架和车体之间采用的是旋转轴承,车体和转向架是比较灵活的旋转放,过曲线的时候车体和转向架互相阻力非常小。它过小曲线相当于单独的转向架来过一个曲线,这样的话过曲线的轮叶磨合和噪音都非常小。其他的车辆过曲线的时候,车体和转向架相对的互相阻力都会比较大,过曲线的时候比交界形式方式磨损还有噪声都要大得多。
 
  转向架型式比较
 
  低地板有轨电车转向架的选择,到底是选择传统轮对小轮转向架,还是选择独立轮的转向架呢,我个人认为为了保证地板面做到百分之百特别低,特别适合选择这一种独轮转向架。
 
  采用独立轮转向架我们采用适当控制,通过正向和横向耦合以后,可以很好解决轮缘磨耗问题。传统轮对小轮的转向架过曲线,过一般的曲线是有优势的,而过低地板所需要那种20米或者是25米曲线的时候,它的优势已经丧失了。它这个过曲线的时候一般来说150以上曲线的时候,传统轮蹲转向架是有自己的优势的。
 
  采用独立轮转向架的车辆地板面较低,容易实现真正的100%的低地板车辆。采取纵向耦合或横向耦合后,可以很好地解决轮缘磨耗问题。
  鉴于以上分析,大轮径、控制精度高的独立轮转向架应是低地板有轨电车的首选。
 
  牵引电机技术
 
  采用永磁同步电机,体积小,传动效率高,黏着利用好,启动力大,可实现直驱,是目前世界上最先进的驱动技术
 
  有轨电车无接触网供电技术
 
  欧洲大部分有轨电车都是引用接触网的供电,到了中国来以后,大部分省市都会选择喜欢用无接触网供电,无接触网供电目前有这么几种方式,一种是分段供电方式,这个车到了哪以后,哪个地方供电部位就会有电,有电通过一个收留器传到车辆上去。第二通过感应,在线路上有感应线圈,通过感应传递到车上去。还有一种在线路上有供电轨,供电轨正常的时候它是不吸荷的,一旦当这个车过来的时候,收留器作用下,它把供电就会接触上了,接触上以后,实现了分段供电。这几种供电方式都各有自己的特点,造价比较高。一旦选择了这种供电方式,你必须选择相应公司提供的车辆,不得不选用某家公司,后续的车辆必须选用他们公司的产品的时候,对于业主是有很多麻烦的。
 
  还有几种无接触网供电技术,一个是超级电容,一个是高能量的蓄电池,还有一种就是超级电容加蓄天池,这是新兴起的供电技术,这几种供电技术目前正处于发展阶段。随着技术的发展,肯定是有可能得到进一步的提高,但是目前阶段它给车辆带来的问题,对车辆本身增加了重量。有接触网的时候不需要这一套,不应该用分散式供电,应该用有接触网这种整体供电方式,这种效率是比较高的。
 
  综上所论,目前比较成熟效率最高,造价比较低的供电技术还是接触网比较合适一些。
 
三、有轨电车技术展望
 
  有轨电车的研发,将遵循以人为本的设计理念,注重节能环保、经济适用,更加安全可靠,更加智能化,服务品质更高。
 
    技术发展趋势-节能环保技术
 
  空调技术。大部分车辆选择变频空调,变频控制根据热符合调节压缩机的功率,维持客室内的温度、湿度,避免空调的频繁启动,实现节能。还有一个就是热量的循环,利用废气排放的余热。制冷室利用废排冷却新风,采暖是采用废排加热新风实现节能。还有新功能调节,随着载客量变化分机控制,降低新风热负荷,实现节能。
 
  牵引与辅助供电系统。永磁同步电机直接驱动,简化驱动系统,降低传动噪声和重量,提高能源利用率。
 
  制动能量回馈技术。解决有轨电车制动能量的回收利用问题,研究车载再生能量存储设备,吸收再生反馈剩余能量,供给牵引或辅助系统,降低能耗;新型储能系统:超级电容、电池等;研究制动能量回馈率和储能率评价试验技术;优化制动分配管理及电制动发挥至零速技术。
 
  智能光感应照明控制技术。研究智能光感应照明系统,在保证客室照度的前提下,避免照明系统长时间全负荷工作,提高光线舒适性,降低能耗。
 
  燃料电池动力技术。氢燃料是世界上最清洁的能源,采用氢燃料作为列车备用动力电源节能环保。
 
  技术发展趋势-轻量化技术
 
  车体。研制部分或整体的碳纤维、复合材料车体结构,实现车体轻量目标。法、德、日等国先后试制,进行相关试验、试用;国内相关研究刚刚起步,需要尽快研究结构及成型和修复技术。
 
  转向架新材料。研究采用铝合金、高分子聚合材料等应用于转向架部分部件的结构设计技术,降低轴重,改善轮轨关系。
 
  内装结构。新结构:内装设备实现多功能模块化集成结构,实现设备的轻量化设计。新材料:研制基于泡沫夹芯复合材料、纳米铝合金材料、镁合金材料的新型内装结构与部件,实现减重降噪目标。
 
  技术发展趋势-安全可靠
 
  列车在线预警技术。采用实时智能的列车状态感知、监测和高精度定位追踪等技术,对车辆各关键系统实时状态监测、诊断和预警,实现状态驱动的运维模式,提高运用安全可靠性。包括:故障分离和辨识技术、故障成因的推演技术、辨识和诊断建模技术、高精度定位追踪技术。
 
  技术发展趋势-提升服务品质技术
 
  空调舒适性。新的评价方法:综合考虑乘客的饮食、衣着、身体素质等因素,结合PMV/PPD理念,建立符合国情的室内热舒适性评价体系;优化控制策略:动态调整舒适性设定参数,如温度、新风量、设定温度和控温余差等;采用节能设备:广泛采用节能技术,如空气制冷机组、全热交换器等。
 
  信息化与智能化。利用工业以太网技术,在已有列车控制网络基础上,构建多网融合的一体化列车网络。集成服务系统功能,实现各系统的数据共享和实时响应。采用基于4G网络传输的PIDS系统通讯速度快、网络频谱宽、通信灵活、高质量通信。为机组与旅客提供各种现代通讯信息服务。
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