電動軌道車與內燃軌道車優缺點對比分析

李錦先

摘 要：文章以江蘇今創車輛有限公司生產的JMY420型內燃軌道車和中國南車株洲電力機車有限公司為深圳地鐵生產的電動軌道車為例，對以電力和內燃機作為牽引動力的軌道車優劣進行對比。

關鍵詞：電動軌道車；內燃軌道車；優缺點對比

引言

目前世界上城市軌道交通行業方興未艾，而國內的發展更是如火如荼。用作正線救援、廠內調車、運輸的電動軌道車，集成軌道檢測、限界檢測以及接觸網檢測等功能在國外部分地區已經得到了廣泛的應用，而國內城市軌道行業還處于發展的初期，對地鐵類工程車的需求量較少，因此沒有專門為城軌系統開發相應的產品，而是采用既有的為工礦企業、碼頭等開發的小型內燃調車機車作為地鐵工程維護車。

1 兩種軌道車簡介

內燃軌道車以卡特柴油機作為動力源，然后通過彈性聯軸節、萬向軸、液力變速箱、車軸齒輪箱傳到輪對，從而驅動機車前進。車上的制動系統以JZ-7制動機為核心的空氣制動，此外還有液力制動。

電動軌道車則是受電弓從接觸網受流或蓄電池作為電源，然后電流經過高速斷路器、牽引回路高壓箱、線路電抗器、牽引逆變器，牽引逆變器將直流電源逆變為可控三相交流電后向異步牽引電動機供電，使電動機轉動，電機通過聯軸節、齒輪箱驅動輪對旋轉，從而使得機車前進。制動系統以DK-1制動機為核心的電空制動，同時可以利用電機實施再生制動+電阻制動。

2 牽引傳動方式比較

內燃軌道車與電動軌道車的牽引方式從以下幾點進行比較。

2.1 噪音

內燃軌道車在開動時，柴油機會發出很大的噪音，高達100分貝，這嚴重影響工作人員和維護作業人員的身體健康，在高架及地面的路段還會影響周圍居民生活，造成不良的社會影響。而電動軌道車采用電機牽引，電能直接轉化為機械能，沒有柴油機燃油點燃爆發的過程，因此電機發出的聲音與之相比幾乎可以忽略，避免了柴油機的噪音問題。

2.2 廢氣排放

燃油燃燒后會產生大量的一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物等有害氣體，再加上燃燒不充分而產生的煙霧等，在地下隧道這種相對封閉的作業空間難以擴散排出，不利于作業人員的身心健康，對隧道內的機械設備造成損害，同時嚴重的污染了城市的空氣。而電動軌道車則接近零排放，按其30年的使用壽命來計算，每替代一臺內燃軌道車將直接減少二氧化碳排放量近2100噸。在目前國家大力提倡節能減排，計劃到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40～45%這一目標已作為約束性指標納入國民經濟和社會發展中長期規劃的背景下，用電動軌道車替代內燃軌道車，不失為一個明智的選擇。從應對導致全球溫度日益上升的溫室效應方面來說，亦可作出貢獻。

2.3 能源利用率

內燃機的能量利用率為35～45%，再加上液力傳動箱、萬向軸等方面的耗損，機車總效率低于33%，而電機的能源利用率高達89%，加上其傳動方式為直接輸出到車軸齒輪箱，傳動行程短，損耗小，機車總效率在85%以上。兩者相比，可知電動軌道車的能源利用率是內燃軌道車的2.58倍以上。如果考慮到中后期部件老化帶來的影響，這個倍率將更大。

3 制動系統比較

JMY420型軌道車的制動方式有兩種：以JZ-7制動機為核心的空氣制動和液力制動。電動軌道車的制動方式同樣有兩種：以DK-1制動機為核心的空氣制動和再生制動+電阻制動。

3.1 JZ-7制動機與DK-1制動機

JZ-7型空氣制動機是我國自行設計制造的，在鐵路內燃機車上廣泛應用的制動機。它以壓力空氣為動力來源，用壓力空氣的壓力變化來操縱機車的緩解及制動。DK-1電空制動機以空氣為動力來源，用電來操縱制動裝置的制動、緩解等作用。通過參考資料[2]中的具體性能對比可知，DK-1制動機與JZ-7制動機相比，反應時間更迅速：充風快、停車快，控制性能更靈活，運用更方便。由于控制部分基本上都是電氣控制，因此無空氣排放時的噪音，結構上簡單、便于掌握、便于檢修，改善了作業環境。

3.2 液力制動和再生制動+電阻制動

液力制動作為空氣制動的一種補充，是通過向與機車運轉方向相反的變扭器充油，使得傳動油與使得機車的動能轉變為傳動油的熱能，再散發到空氣中。這樣，在制動的過程中，依然要消耗柴油機發出來的能量。再生制動則是將牽引電機的電動機工況轉變為發電機工況，將機車動能轉化為電能，電能通過轉換電器和受電弓反饋給供電觸網或者通過轉換器后到車載蓄電池組，將能量儲存起來的制動方式。再生制動是一種綠色、環保的制動方式，能夠起到節約能源的作用。而電阻制動即是利用直流電機可逆的工作原理，將牽引電動機轉為發電機工況時發出的電能消耗于制動電阻，利用電機產生的反轉矩使機車減速的一種電制動形式。電阻制動僅僅消耗機車的動能，而不需額外消耗其他能量，再加上獨立性強，可以與接觸網不發生聯系，易于調節、控制。作為輔助制動方式，再生制動+電阻制動與液力制動相比，有著相當大的優勢。

4 控制系統比較

控制系統作為車輛的控制和通信系統，主要完成通信管理、功能控制、故障診斷、事件記錄等功能。電動軌道車為分布式列車電子控制系統，采用不同功能的模塊化設計，如車輛控制模塊、事件記錄模塊、數字量輸入輸出模塊等。內燃軌道車采用的是PLC為中心，外加繼電器的控制系統。

4.1 系統可靠性

與內燃軌道車相比，電動軌道車的模塊化使車輛的電氣設備間接口標準化，模塊間的通訊也是采用相關的標準通訊線，而內燃軌道車則是采用常見的電線連接，電動軌道車的電氣接觸更加優良，加之電動軌道車比內燃軌道車的車身震動要小得多，因此電動軌道車系統運行可靠性更高。此外電動軌道車控制模塊、通信等采用冗余機制，實現故障自動切換等功能，進一步提高其可靠性。

4.2 智能化

電動軌道車電氣化程度比內燃軌道車的要高得多，其控制、數據采集及故障診斷功能豐富。模塊化設計，便于診斷系統快速、精準的檢測出故障點，易于維修。而內燃軌道車在出現故障時無法準確定位，整個故障維修過程通常要耗時2小時以上，在正線運行時尤為不利。

5 綜合成本比較

5.1 運營成本

采購成本內燃軌道車約300萬，電動軌道車約700萬。應用時在理想狀態下，內燃軌道車柴油機功率為313千瓦，燃油消耗率208克/（千瓦·時），目前柴油價格為7.51元/升，也即8.94元/千克，所以柴油機功率消耗價格為1.86元/（千瓦·時），而深圳市110千伏級別的工業用電按高峰期用電價格算也僅0.9721元/（千瓦·時），如果再考慮到整車的綜合效率，則差距更大。同時，隨著不斷的開采，石化能源將逐漸變得稀缺，價格也必將更加昂貴，而新能源開發效率的提升，未來的電價將會相對平穩的多。

5.2 維護成本

內燃軌道車車上除了電氣部分外，還有柴油機、液力傳動箱等，在使用年限達到五年左右時，柴油機等部件將會老化，需要進行大修程維護，若不及時進行維護，將會給運營帶來巨大風險，因為柴油機等部件結構復雜，目前公司尚無具備對進口柴油機進行大修程的維修保養的能力與條件。以竹子林車輛段的鋼軌打磨車為例，2011年上半年因為水泵老化磨損，造成冷卻水進入柴油機內部，使得機車無法正常運營，就是因為已經達到年限卻因為條件及能力無法滿足而沒有及時進行維修而造成的，后來只能委外維修，價格高達30萬元人民幣。而電動軌道車基本上是電氣部分的維修、更換，維護的復雜程度要大大的降低。加上其多個重要部件均與電客車相同，而深圳地鐵在2014年已經具備了電客車各部件的大修維修能力，因此可大幅度節省委外維修費用。根據參考資料[1]的分析，電動軌道車全壽命周期的成本將比內燃軌道車的低700萬以上。

6 結束語

作為國內第一輛的電動軌道車，截至目前已經安全運營了2年多，該車故障率相比內燃軌道車要低很多，加上排放、噪音等優勢，日常中深得維護、運用部門的喜愛。而在深圳地鐵7、9、11號線的設備采購中，共計劃采購6輛電動軌道車，顯示了其強大的生命力。相信電動軌道車將成為我國城市軌道交通行業的里程碑，引領城市軌道行業發展新方向。

參考文獻

[1]楊志華，陳成，毛如香.地鐵工程維護車的新發展-電力蓄電池雙能源工程車[J].電力機車與城軌車輛，2010，33（4）.

[2]劉豫湘，陸縉華，潘傳熙.DK-1型電空制動機與電力機車空氣管路系統[M].中國鐵道出版社.

[3]遲卓剛，張貴良.內燃機車制動機[M].中國鐵道出版社.