現代有軌電車新技術發展研究及應用

杜雪松

(廣東省東莞實業投資控股集團有限公司,廣東東莞 523000)

現代有軌電車新技術發展研究及應用

杜雪松

(廣東省東莞實業投資控股集團有限公司,廣東東莞 523000)

本文通過詳細介紹有軌電車的發展歷程,闡述現代有軌電車的優點,分析和傳統有軌電車和現代有軌電車的區別、特征,歸納總結現代有軌電車新的技術參數,對我國城市發展有軌電車交通系統具有一定的借鑒意義。

有軌電車 技術 交通工具 參數

1 引言

有軌電車起源于英國,十九世紀初,英國出現了第一部以馬匹為動力的有軌電車。當時被人們稱為Omnibus。隨后一個世紀中,有軌電車飛速發展,風靡于世界上許多國家和地區,很快就成為城市交通中的主導交通工具。據資料顯示,歐洲有一半以上的城市建設了有軌電車系統,整個城市的客運量有80%都有有軌電車承擔[1]。目前很多政府大力發展公交、地鐵等公共交通體系,而現代有軌電車相對于傳統電車,是介于輕軌和公交之間的新型交通系統,不僅外觀設計更加出色,整體車輛性能有了極大的提高。現在越來越多的大城市開始注重有軌電車的建設,我國和世界上一些比較發達的城市都在著手開展現代有軌電車系統規劃和建設。

2 現代有軌電車主要特征

2.1 乘坐舒適,運行安全

對于過去的電車來說,現代有軌電車大力改進了車輛的內外部設計,采用許多現代科技,使電車乘坐起來更舒服。現代有軌電車采用車輪獨立轉向技術,這種技術能夠讓電車在轉向的時候更平順[2]。

2.2 運行成本低,經濟實惠

現代有軌電車因為投資比較低,維修保養的成本也較低,僅為相同歷程地鐵造價的1/10,并且工程建設的時間遠遠低于地鐵工期,從長遠角度看大大減少了投資成本,回收周期短。不僅大大減輕了城市建設的壓力,而且對普通市民來說也降低了使用費用[3]。

2.3 耗能低,節能環保

新型環保高效的有軌電車一般采用蓄電池供電、空線供電和地軌供電三種方式。用電力作為動力帶來的污染遠遠小于傳統交通工具。電能的利用率高,能源消耗相應的也減少。

2.4 營運效益良好

現代有軌電車與傳統電車相比,有更靈活的編組,可以根據不同地方不同客流量做出合理的編組方式。不僅使車輛的運行效率得到提高,而且極大減少運營成本。和公共汽車、地鐵相比,資金回收周期短[4]。

2.5 現代有軌電車速度快

因為現代有軌電車有專門的運行路線和相對專有的軌道,所以不會出現交通堵塞的情況,能夠極大提高人們的出行效率。道路使用權也可以復用,但要制定合理的規則,保證有軌電車優先運行,防止別的交通工具的干擾。

2.6 車體設計根據人體生理學原理

新型電車在車體設計上充分考慮人們的需求和舒適要求,采用比較流行的低地板車門設計方便乘客上下車,對老年人殘疾人孕婦等交通弱勢乘客也有人性化的考慮。車廂寬敞明亮,讓乘客有一個好的心情。車身采用大量的隔音防火材料,減少噪聲對乘客的影響。

3 現代有軌電車的新技術應用及主要技術參數

3.1 現代有軌電車相比傳統電車運輸能力有較大提高

傳統電車車長一般不會超過20m,按5人每平方米的標準計算,一般載客量不會超過100人。現在很多地方使用的現代有軌電車車廂長度一般在25米到50米之間,載客量大為提高,每列車載客量不低于200人,雙向客運能力能夠達到2～2．4萬人/h[5]。

3.2 供電模式有了較大變化

現代有軌電車除了采用過去常見的空線供電方式外,在部分空間條件不夠的地方或者部分路段可以采用蓄電池供電。因為空線供電需要假設電線網,為了城市美觀還可以采用地面供電,即采用第三軌供電的模式[6]。這種供電方式不僅可以減少電車所占空間,而且可以提高效率,減少對線路的磨損,具有較好的環境效益和安全性。

3.3 運行模式

每個交通系統都有自己的運行模式,現代有軌電車主要有導軌膠輪和鋼軌鋼輪兩種運行模式。導軌膠輪模式類似于專門的汽車行駛在專門的道路上,但又不同于普通的汽車,車輛運行必須在導軌的引導和限制下。鋼軌鋼輪模式類似于城市輕軌,或者小型電力火車, 一般情況下鋼軌頂面與城市道路路面平齊。

3.4 電車型號

目前世界上使用現代有軌電車的地區和城市主要采用以下幾種電車：法國的阿爾斯通公司研制的Citadis系列電車;加拿大的龐巴迪公司研制的Flexity系列電車。法國生產的新型有軌電車容量大,安全性高,便于保養維修,隔音效果好。加拿大生產的新型有軌電車在德國城市廣受歡迎,該電車的運行平穩性能好,磨損度小[7]。內部設置人性化,方便小孩和殘疾人的乘坐,另外車內還安裝了視頻監控和空調系統,為顧客提供了更好的服務。DL1001是我國獨立研制的第一部有軌電車,到了上世紀八十年代初,大連電車制造廠又相繼研制出四軸式電車DL7000和六軸式電車DL621。近年來,我國除了自行研制有軌電車外,開始和世界上先進的技術相結合,例如中國北車旗下大連機車有限公司與意大利安薩爾多百瑞達有限公司合作引進有軌電車及地面供電系統技術,并在珠海興建有軌電車和地面供電系統生產基地;蘇州市高新區有軌電車1號線采用了南京浦鎮城軌車輛有限公司通過引進龐巴迪的先進技術生產制造的有軌電車。

3.5 轉向架

隨著有軌電車的發展,其逐漸發展為單電機驅動的2軸轉向架共同構成,轉向架能夠以軸箱導框定位,并且在心盤集中承載的位置采用二系彈簧懸掛,其中分別是軸箱的螺旋圓簧和搖枕的鋼板彈簧,基礎的制動裝置包括兩種,分別是有杠桿傳動的單側閘瓦制動器和盤形制動器,牽引電機抱軸懸掛,并且采用1級減速齒輪傳動。

3.6 IGBT直流輔助電源

IGBT直流輔助電源是絕緣柵型雙極晶體管的簡稱,其作為電壓驅動型的元件,具有功率型場效應管和大功率雙極晶體管兩者的優點,具有抗干擾能力強,開關頻率高、損耗小和工作可靠性大的優點,并且采用脈沖調制控制和半橋式轉換電路技術,能夠將輸入的600V直流電調制為24V的直流電,以便能夠有效的為蓄電池組和車輛低壓負載供電使用。該電源的性能參數包括以下幾個方面：輸入電壓為DC600±120V,工作頻率為24kHz,電流為40A,輸出電壓為DC25V,輸出功率為1kW,并且電源具有較低維護、工作可靠、具有一定的過載能力和延長蓄電池使用壽命的特點。

4 現代有軌電車新技術發展趨勢

4.1 車體結構模塊化

根據不同城市的實際情況和需求生產的車輛大多存在差異,具有多樣性,跟電車生產制造公司統一化生產帶來了困難。采用車輛結構模塊化設計有助于實現車輛的標準化生產和設計,方便交通部門根據不同需求調整電車組合。再投入運行初期,當客流量較小時采用基礎模塊組合。客流量增大后,可以根據實際需求調整車輛的模塊,增加編組。

4.2 低地板有軌電車

低地板有軌電車一般指的是有軌電車的地版面距離軌道垂直距離在35cm以下的電車。這種電車使乘客上下車更為方便,特別適合老年人、兒童和殘疾人乘坐。減少了乘客上下車時間和停站時間,提供了電車的運行速度。此外建設現代有軌電車系統時,如果站臺太高影響城市交通和城市景觀,同時還會提高建設難度,加重建設成本和建設工期。實現電車低地板可以采用車輪獨立轉向架的方式,這在國際上也較為普遍。

4.3 交流轉動電車

采用轉動交流裝置的優點如下：異步交流電機重量輕、體積小、故障少、維護簡單;牽引設備微型化,能夠使城市現代有軌電車適應相對緊湊的空間布局;便于電車制動,減少能源消耗,改善電車黏著性。隨著科學技術的發展,微機控制和變頻交流技術不斷取得突破,國外在大功率電子電力設備方面的發展,極大地推動了傳動交流的突飛猛進。我國非常重視這種技術的研究,目前和國際技術水平正在逐步減小。

5 結語

城市交通的電氣化和高速化已成為世界運輸發展的趨勢。當前,我國經濟高速發展,城市建設日新月異,新型公共交通工具的出現是適應現代城市發展的需要。而現代有軌電車非常適合城市的空間布局,是未來比較有潛力的交通工具中較好的選擇。現代有軌電車不僅可以使用于大城市,還能適應周邊城鎮的公共交通系統的建設。合理利用現代有軌電車,可以與其他的交通方式組成運輸能力更強的綜合交通運輸系統,必定會給城市交通帶來新的革命,產生極大的社會效益和經濟效益。

[1]梁旭.關于現代有軌電車在國內發展的研究[J].價值工程,2011,30(9):210-210.

[2]周翊民.現代有軌電車的快速發展是社會發展的必然需要[J].城市軌道交通研究,2013,16(8):1-4.

[3]張磊,覃 矞.深圳市現代有軌電車發展策略研究[J].山西建筑,2013,39(25):1-3.

[4]吳其剛.現代有軌電車系統發展的重難點及對策研究[J].鐵道工程學報,2013(12):89-92.

[5]李元坤,苗彥英.國外現代有軌電車建設發展的啟示[J].城市軌道交通研究,2013,16(6):29-32.

[6]曾超,劉唐志,劉小連,等.現代有軌電車在重慶兩江新區的適用性分析[J].城市軌道交通研究,2013,16(3):12-16.

[7]張棟,張力楠,史宇恒,等.基于MNL模型的有軌電車出行選擇行為研究[J].交通信息與安全,2011,29(4):75-79.