長春輕軌三期工程車輛特點

楊 謀 李文波 閆雪燕

(北京城建設計研究總院有限責任公司 北京 100037)

長春市的軌道交通建設經歷了有軌電車項目、輕軌(現代有軌電車)項目、地鐵項目等幾個階段，在循序漸進的發展過程中積累了豐富的建設和運營經驗。輕軌工程憑借“快捷、高效、舒適、環保”的特點，被廣大市民所接受，在城市生活中發揮著重要作用。

長春輕軌三期工程屬于現代有軌電車范疇，在開通運營之際，筆者通過對由我國自行研發和生產的輕軌三期工程車輛的基本技術條件和系統組成進行闡述，以求拋磚引玉、引起同行的共鳴。

1 車輛概況

長春輕軌三期工程項目是采用70%低地板現代有軌電車運營的一條線路。其列車由我國長春軌道客車股份有限公司研制，技術先進、外形美觀，它采用鋁合金車體、液壓制動等多項新技術，填補了國內空白，為我國軌道交通車輛的自主創新與集成創新樹立了典范。

列車初、近、遠期均采用6個模塊2個單元編組(見圖1)，每個單元由3個模塊組成，每3個模塊為1個單元，其中2個模塊裝有動車轉向架，1個模塊裝有拖車轉向架。列車總長度約為54.95 m，列車最高運行速度為70 km/h。

圖1 列車編組

2 車輛特點

1)客室地板低、方便乘客。該車輛客室地板為70%低地板，低地板區及門口部位的地板面距軌面380 mm，方便乘客上下車，同時降低了站臺板的高度，可降低工程造價。

2)綠色環保、經濟節能。該車輛采用彈性車輪，能大大降低運行過程中車輛的噪聲污染。同時與其他軌道交通車輛相比，軸重約為12 t，能有效降低對軌面的載荷，降低工程造價，同時降低牽引能耗。

3)制動系統技術先進。采用液壓制動系統，與傳統的空氣制動系統相比，液壓制動系統裝置具有體積小、重量輕、結構緊湊、工作平穩、慣性小、反應快、易于實現快速啟動和頻繁轉換方向等優點。此外，車輛還采用了盤式制動、磁軌制動單元以及撒沙裝置，進一步提高了安全性能。

4)牽引和網絡控制系統先進。車輛的牽引系統采用VVVF技術，整個系統可以做到變頻變壓無級調速。網絡控制系統采用總線網絡控制，增加了車輛運行的安全性、可靠性，其操作高智能化。

5)輕量化設計。車體材料為鋁合金，具有輕量化、耐腐蝕性強、便于維護的優點，能夠保證車輛具有良好的密封性能和外觀平整度，使車輛更加舒適、美觀。

6)自主創新與集成創新。長客股份公司自主設計研發和集成車輛的各零部件和系統，達到了最佳匹配，體現了其系統集成水平的先進性。同時使車輛的國產化率達到70%以上，滿足國家政策要求。

3 列車編組、定員及基本參數

3.1 列車編組、定員

1)列車編組。列車初、近、遠期均采用2個單元編組，每個單元由3個模塊編組，其中2個模塊裝有動車轉向架，1個模塊裝有拖車轉向架。

其中 Mc——安裝動車轉向架和司機室的模塊;

M——安裝動車轉向架的模塊;

Tp——安裝受電弓和拖車轉向架的模塊;

+——風擋鉸接結構;

=——半自動車鉤;

－——事故車鉤。

2)列車定員為530人，列車超員為640人。

3.2 車輛基本技術參數

1)車輛供電標準、主要尺寸及參數見表1。

表1 車輛供電標準、主要尺寸及參數

2)列車動態特性參數。

最高運行速度為70 km/h，構造速度為80 km/h。

在超員情況下，列車速度為0～32 km/h時，平均加速度不小于1.0 m/s2;列車速度為0～70 km/h時，平均加速度不小于0.5 m/s2。

在平直線上、車輪半磨耗、額定載荷下，平均制動減速度(70 km/h～0)為1.1 m/s2，緊急制動減速度為1.8 m/s2。平穩性指標≤2.75。

4 列車配置及系統

4.1 車體結構

4.1.1 車體材料

為了降低車體重量，提高車體剛性，車體全部采用高強度鋁合金焊接結構，該車是國內首次采用鋁合金車體的低地板輕軌車，鋁合金車體具有輕量化、耐腐蝕性強、便于維護的優點。

4.1.2 司機室

司機座椅采用人體工程學原理，為司機創造舒適的環境。擋風玻璃和側面車窗間的盲角盡可能減小，應可看見以正前方為中心線在目視平面內左右各60°角范圍和以目視水平面為中心線上下各45°角范圍。

4.2 轉向架

列車采用2個單元編組，每個單元由3個模塊組成，其中2個模塊裝有動車轉向架，1個模塊裝有拖車轉向架，即每列車安裝4個動車轉向架、2個拖車轉向架，共6個轉向架。

動車轉向架(見圖2)車輪為彈性輪，構架為鋼板焊接結構，一系懸掛采用橡膠彈簧，二系懸掛為鋼彈簧、油壓減振器，牽引裝置采用心盤承載式的有搖枕結構，驅動裝置為斜齒輪傳動。動車轉向架為雙動力形式，即每個車軸上安裝1個牽引電動機，與車軸呈平行布置。牽引電動機通過螺栓直接連接到轉向架構架上，通過簡易聯軸節與齒輪傳動單元相連接，齒輪傳動單元再通過“空心軸”和彈性聯軸節將扭矩傳遞到車軸上。

圖2 動車轉向架

拖車轉向架(見圖3)車輪為彈性輪，構架為鋼板焊接結構，一系懸掛采用橡膠彈簧，二系懸掛為鋼彈簧、油壓減振器，牽引裝置采用旁承承載式的無搖枕結構。

4.3 客室車門系統

列車的每側設有8對雙開車門。除車門出現故障和緊急情況外，這些車門完全由駕駛員在駕駛室操作。車門采用電機驅動的塞拉門形式(見圖4～圖5)。

4.4 牽引和電制動系統

牽引系統為變壓變頻(VVVF)逆變器調速，鼠籠式三相異步電機驅動的交流傳動系統，其逆變器元器件采用IGBT(insulated gate bipolar transistor，絕緣柵雙極型晶體管)。主回路采用1C2M的架控方式，每個逆變器向同一轉向架上的2個電機供電。VVVF逆變器系統采用微機控制技術，并有診斷和故障存儲功能。每節動車設1臺VVVF逆變器，控制2臺牽引電動機，2臺電動機永久性并聯連接。

列車單元優先采用再生制動。在電網具有全吸收功能時，列車具有全再生制動;如果發生再生制動力不足或失效時，將補入電阻制動。正常運營時，摩擦制動僅在速度小于1 km/h時使用。制動電阻器安裝在Mc、M車的車頂。

牽引電機的額定功率為120 kW，額定電壓為510 V，額定電流為163 A。采用構架安裝方式，每個轉向架安裝2臺電機，電機質量約380 kg。

4.5 制動系統

列車采用微機控制的模擬式電液制動系統。系統主要由液壓系統、制動控制系統、基礎制動單元、磁軌制動單元、防滑系統及其他附屬設備組成，具有常用制動、緊急制動功能。

列車采用模擬式制動控制單元，通過司機操作可實現各種制動作用。控制邏輯硬件采用微處理、電液制動閥(模擬轉換器)，集成安裝在制動控制單元上。在動車轉向架的每個電機主軸上均裝有一套盤式制動單元(見圖6)，在拖車轉向架的每個輪對上均裝有一套盤式制動單元及速度傳感器。每個動車轉向架均設2套磁軌制動單元(見圖7)。在頭車轉向架的前一個軸的兩個輪上均安裝有撒砂裝置，增加阻尼系數。系統最大工作壓力為160 MPa。

4.6 采暖空調及通風系統

每列車裝備4臺單元式空調機組。列車空調機組系統具備制冷、通風、制暖模式，為客室和駕駛室提供過濾、冷卻或予加熱后的空氣。司機室不單獨設空調機組，冷風由風道經司機室頂部送風口送入司機室。每列車的客室采暖裝置采用電熱器，布置在座椅下。

每臺空調機組制冷狀態時設計新風流量約為1200 m3/h，每列車為4800 m3/h;每臺空調機組的總風量為3500 m3/h，每列車為14000 m3/h。送風溫度不高于15℃。

4.7 廣播及信息系統

廣播及信息顯示系統包括:駕駛員對乘客的廣播功能、數字化語音到站廣播功能、駕駛室和駕駛室之間的內部通話功能、駕駛員對車站上候車的乘客或沿線人員的廣播功能、到達站點的動態地圖顯示功能、與無線電臺的通信功能。

另外，車內的信息顯示屏可以顯示廣告、問候語，并能與語音廣播同步顯示下一站信息。車端的終點站顯示器可以顯示車輛運行的終點站，也可以顯示調試車或回庫車等。動態地圖(見圖8)顯示器可以動態地顯示到達站點的信息。

圖8 客室動態地圖

4.8 列車監控系統

列車控制系統采用計算機網絡控制系統，實現列車牽引、制動及其他各種控制功能。列車控制和診斷系統(TCMS)的計算機網絡將列車牽引、制動及各種設備的運行及故障信息傳輸到司機控制臺的MMI顯示屏上。

控制功能:TCMS計算機能完成各種手動和自動操作的車輛控制功能。在一定的條件下，TCMS計算機能通過列車控制總線將測量信號傳輸給智能子系統，子系統響應本地的控制信號并完成各種特殊任務。

報警功能:系統故障被接收并產生報警信息，報警信息以文字形式傳輸至司機室的MMI計算機屏幕上。

監控功能:TCMS從子系統得到信息，并在司機室的MMI計算機屏幕上顯示并提示。

診斷系統:診斷系統能夠判斷故障信息是否存在，如果功能存在就傳輸給TCMS，并將每個故障信息顯示在MMI計算機屏幕上，并顯示故障原因。

5 車輛的技術發展

長春輕軌三期工程采用的70%低地板車又稱為現代有軌電車，其運量介于公交車與地鐵的運量之間，填補了公交和地鐵之外的空白，特別適用于單向高峰1萬～3萬人次/h的線路，可作為城市干線交通和大城市支線交通的首選。從目前國內外有軌電車的技術發展來看，我國有軌電車的技術水平有待于提高，主要體現在國產化水平、低地板車輛、牽引供電制式上。

1)國產化。基于目前國內低地板車應用較少的特殊情況，車輛的牽引系統、控制系統、制動系統等仍依賴進口。但是，面對國內外潛在的、龐大的消費市場，國產化程度將直接影響著工程造價和與車輛相關產業的技術發展水平。

2)低地板車輛。低地板車輛的優點在于避免建設高站臺，方便乘客的乘降，對殘疾人、兒童和老年人尤為方便。

3)牽引供電制式。牽引供電制式在技術層面涉及供電電壓等級、供電形式、車輛牽引系統等幾個方面，在運營管理方面涉及運營安全、維修資源共享、環境評估等幾個方面。目前，國內外有軌電車的電壓等級為DC 750 V，相應的各系統均按照這個電壓等級來發展相關產業。但是對于更高電壓情況下的運營安全、電磁輻射對環境的影響等均沒有更多的研究和經驗，需要相關專業人士在以后的工程中逐步深入研究。

6 結語

長春輕軌三期的開通和運營為我國輕軌項目的發展做出了典范，樹立了標桿。隨著2011年5月在長春“第二屆中國(長春)國際軌道交通論壇”上“輕軌交通產業技術創新聯盟”的形成，現代有軌電車的車輛制造技術、控制技術、集成技術將會跨上新的高度，為我國輕軌項目建設提供了較好的技術平臺，促使行業趨于良性發展。

［1］長春軌道客車股份有限公司.長春輕軌三期車輛技術規格書［G］.長春，2007.

［2］GB 50157—2003地鐵設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，2003:205-224.

［3］JB 104—2008城市軌道交通工程項目建設標準［S］.北京:中國計劃出版社，2008:8-10.

［4］楊中平.日本直線電機地鐵車輛技術［J］.都市快軌交通，2006，19(2):63-67.

［5］丁榮軍.地鐵車輛用交流傳動系統的設計［J］.機車電傳動，2001(5):35-40.

［6］羅世輝.輕軌車輛技術特點分析［J］.城市軌道交通研究，1999，2(1):41-44.