城市輕軌車輛走行部技術綜述

許文超 李 芾 黃運華

（1.寧波市軌道交通集團有限公司運營分公司車輛部，315105，寧波；2.西南交通大學機械工程學院，610031，成都∥第一作者，碩士）

城市輕軌具有運量大、污染小、能耗少、準點運行、安全性高等優點。與地鐵相比，城市輕軌投資成本低，每公里造價僅為地鐵的1／4～1／2。作為改善城市交通現狀的有效載體，城市輕軌可有效緩解人口與交通資源、汽車與交通設施之間的緊張關系，方便乘客出行，使居民享受到更高品質的生活。同時，它也符合綠色交通的標準。故從20世紀80年代以來，國外輕軌車輛技術得到了迅速發展。

1 輕軌車輛走行部

走行部是輕軌車輛重要的組成部分，起著支承車體，傳遞載荷及制動力、牽引力等重要作用。隨著輕軌車輛技術的不斷進步，世界各軌道車輛制造商陸續生產了多種輕軌車走行部，以適應不同的運行需要。這些走行部型式繁多，技術特點各不相同。

1.1 小輪徑轉向架

低地板輕軌車是指地板面距離軌面高度在400 mm以內的輕軌車。在獨立旋轉車輪出現以前，降低車體地板面高度使用的方法是采用部分低地板或小輪徑車輪轉向架。

Bombardier（龐巴迪）公司生產了S 1000型小輪徑轉向架，如圖1。它采用的輪對為傳統輪對。地鐵車標準新輪輪徑為840 mm，而該轉向架最大輪徑只有560 mm，因此車體地板面高度得以降低，車內座間通道下轉向架高度只有310 mm。S 1000型轉向架軸距為1 850 mm，自重4.7 t，最大軸重為10 t，最高運行速度為70 km／h。它采用彈性車輪以減小噪聲和振動，一系懸掛為橡膠堆，二系懸掛為鋼彈簧和垂向減振器，制動方式為輪盤制動，牽引電機縱向布置在兩側。S 1000型轉向架用于Bombardier公司的Cityrunner型100%低地板輕軌車［1］，2001年以來，超過150臺該型轉向架已經投入了運營。

1.2 獨立輪對二軸轉向架

獨立輪對技術于20世紀初出現，經過一個多世紀的發展，該技術已經普遍用于低地板輕軌車上。獨立輪對對左右車輪解耦，使它們繞各自的中心軸旋轉，故可以去掉公共車軸而采用下凹曲柄軸或者兩根短車軸的型式，從而降低車體地板面高度。

城市輕軌車獨立輪對二軸轉向架一般采用內側軸箱懸掛的型式。內側軸箱懸掛是指將軸箱懸掛裝置設在車輪內側，轉向架構架在車輪內側與一系懸掛相連［2］。圖2為內側軸箱懸掛和傳統的外側軸箱懸掛示意圖。

內側懸掛可縮短車軸長度近500 mm，減小了簧下質量，有利于減小輪軌動作用力。此外，內側懸掛還縮短了構架橫梁長度，減小了構架質量及慣性矩，有利于實現輕量化，改善列車運行品質。

圖3所示為Siemens（西門子）公司生產的SF30C TWF型轉向架。該轉向架用于其Combino型100%低地板輕軌車［3］。轉向架采用內側軸箱懸掛技術，自重4.3～4.5 t，最大軸重10 t，軸距1 800 mm，輪徑600 mm，最高運行速度為70 km／h。一系懸掛為錐形橡膠堆，二系懸掛為4個高圓彈簧及2個垂向液壓減振器，裝于構架側梁之上。牽引電機布置在構架兩側梁之下。電機、彈性聯軸節和齒輪箱共同組成了縱向驅動單元，左右各一套，分別驅動前后兩個車輪。轉向架采用盤形制動，制動盤安裝在電機輸出軸上。

圖3 SF30C TWF型轉向架

其他軌道車輛公司的輕軌車獨立輪對二軸轉向架基本上也采用了內側軸箱懸掛的方式，如Alstom（阿爾斯通）公司Citadis系列100%低地板輕軌車的Arpège型和Solfège型轉向架，Bombardier公司Incentro型100%低地板輕軌車的S－1100型轉向架，AnsoldoBreda公司Sirio型的轉向架等。

1.3 單輪對轉向架

相較于常規二軸轉向架，單輪對轉向架只有一個輪對，屬于車輪與車軸裝于一體的傳統輪對單軸轉向架。單軸轉向架代替二軸轉向架，可以減少輪對數量，減輕車組質量，節約牽引功率，降低噪聲。同時，單軸轉向架結構簡單，便于維護，比二軸轉向架更容易進行徑向調節，改善曲線通過性能，降低輪軌作用力和磨耗。

圖4所示的運行于丹麥哥本哈根市的第四代S－tog車組，行駛在市中心到郊區之間，最高運行速度為90～100 km／h。

圖4 哥本哈根市的S－tog車組

S－tog車組采用了 KERF（Kurvengesteuertes Einzel－Radsatz－Fahrwerk）型單輪對轉向架。該轉向架最初由德國著名的F.Frederich教授和LHB公司聯合設計，之后又得到了不斷完善。圖5所示為改進型KERF轉向架。KERF轉向架裝于車體端部，車體另一端由相鄰車體來支撐，故每節車下只有一個轉向架，但位于列車端部的車輛下部裝有兩個轉向架。由于輪對數量減少，所以軸重有所增加，為13～19 t。KERF型轉向架采用“口”字形構架，中間放入單個輪對，采用橡膠堆作為一系懸掛，空氣彈簧、液壓減振器和牽引拉桿構成二系懸掛。低位的單牽引拉桿不僅起到傳遞縱向力的作用，還可以在不影響構架搖頭運動的前提下限制構架的點頭運動。左右兩側的徑向油缸用來進行徑向調整。制動方式為輪盤制動。KERF型轉向架可用于部分低地板輕軌車，但目前主要用于市郊輕軌列車。

圖5 KERF型單輪對轉向架

1.4 獨立輪對單軸轉向架

獨立輪對單軸轉向架具備單軸轉向架的所有優點，是低地板輕軌車輛研究中的重要課題。

圖6所示為德國DUEWAG公司和BSI公司聯合設計的 EEF（Einzelrad－Einzel－Fahrwerk［4］）型單軸轉向架。該轉向架采用獨立旋轉車輪，內側軸箱懸掛，一系懸掛為橡膠堆，二系懸掛有垂向、橫向液壓減振器和垂向鋼彈簧等。轉向架采用輪盤制動，車輪可繞豎直方向旋轉±15°，實現自調節導向。EEF型轉向架應用于德國許多城市的低地板輕軌車上。

圖6 EEF型單軸轉向架

Siemens公司生產的ULF型100%低地板輕軌車是世界上地板面最低的輕軌車，其地板面在車門處的高度不超過200 mm，如圖7所示。它采用了“門式”單軸迫導向徑向獨立輪對轉向架，如圖8所示。ULF型轉向架采用鉸接的型式安裝在兩車體之間。牽引裝置和盤形制動裝置垂直布置在轉向架兩側，磁軌制動裝置也布置于轉向架兩側。一系懸掛為橡膠彈簧，位于軸箱上方。二系懸掛為鋼彈簧并聯減振器，位于“門式”構架上，連接構架和車體中部。轉向架上的迫導向裝置用于在車體間存在相對轉角時進行徑向調節。

1.5 獨軌交通走行部

由架空的單根帶形梁體作為軌道，車輛跨坐于其上或懸掛于其下的交通方式稱為獨軌交通［5］。獨軌交通高峰單向每小時客流量可達1萬～3萬人次／h，故可將其歸類為城市輕軌交通。獨軌車輛的走行部一般采用橡膠輪胎轉向架，通過電力驅動，最高運行速度可達80 km／h。

圖7 ULF型100%低地板輕軌車

圖8 ULF型單軸轉向架

獨軌車輛根據走行部型式可分為跨坐式和懸掛式兩類。

跨坐式獨軌車輛一般“騎坐”在預制混凝土軌道梁上，軌道梁跨度為20～22 m。如重慶軌道交通3號線上所開行的列車（見圖9），其走行部為跨坐式二軸轉向架，如圖10所示。該轉向架由轉向架構架、牽引裝置、基礎制動裝置、減振裝置和橡膠輪胎等組成。其中橡膠輪胎包括走行輪、導向輪和穩定輪。構架上有懸臂固定的兩根車軸，每根車軸裝有兩個充有氮氣的走行輪，走行輪主要負責承重以及粘著產生牽引力和制動力。車軸由縱向牽引電機驅動。構架中部每側各有兩個導向輪，底部每側各有一個穩定輪，導向輪和穩定輪內充入空氣，主要負責導向和緩和橫向振動。構架上部裝有兩個空氣彈簧并裝有橫向減振器（圖中未裝配）。制動方式為盤形制動［6］。

圖9 重慶軌道交通3號線獨軌列車

圖10 跨坐式獨軌車輛轉向架

懸掛式獨軌車輛懸掛于單根軌道梁下運行，分為非對稱式和對稱式。非對稱式獨軌車有吊鉤，吊鉤上有鋼制車輪，車輪在鋪設于軌道梁上的單根鋼軌上運行。對稱式獨軌車則用裝有左右兩排橡膠輪胎的轉向架在軌道梁上運行。

圖11所示為行駛在日本千葉縣的Urban Flyer 0－type型懸掛式獨軌列車。它由兩節車體編組而成，每節車廂懸掛于兩臺轉向架之下，轉向架運行于軌道梁之上（見圖12）。轉向架結構如圖13所示。與跨坐式相似，懸掛式轉向架也由轉向架構架、牽引裝置、橡膠輪胎以及制動裝置等組成。兩根車軸上共裝有4個橡膠走行輪胎，由縱向牽引電機驅動。采用盤形制動，制動盤安裝在電機轉軸上。構架4個角落上裝有4個導向輪。走行輪、導向輪的作用與跨坐式轉向架相同。

圖11 日本千葉縣懸掛式獨軌列車

圖12 日本千葉懸掛式獨軌車編組示意圖

圖13 懸掛式獨軌車轉向架

懸掛式獨軌車和跨坐式獨軌車各有優勢。懸掛式車的導電軌、走行部隱藏于鋼梁內部，不易受外部氣候影響，但不方便檢查維護，跨坐式車則正好相反；懸掛式交通軌道梁較高，跨坐式交通軌道梁高度只需滿足下方車輛界限即可；懸掛式車通過的最小曲線半徑可以很小，而跨坐式車最小曲線半徑有一定限制。

1.6 自動導向交通系統走行部

自動導向交通（Automated Guideway Transit，簡為AGT）系統采用橡膠輪胎車輛，其車輪沿著特制的導向裝置運行在專用軌道上，可以實現無人駕駛，最高運行速度在60 km／h左右。

AGT車輛的走行部有3種導向方式［7］，如圖14所示。其中，a）為中央導向方式，由一對導向車輪夾著軌道中央的1根導向軌前進；b）為側導向方式，導向軌設在路面兩側，通過走行輪外側的導向輪貼靠導向軌前進；c）為中央溝導向方式，利用左右路面的內側溝作為導向軌導向。

AGT車輛在日本的應用較多，大多采用側導向的方式。例如，運行在日本橫濱市金沢區海邊線上的橫濱新都市交通2000型電車8（見圖15），其單節車體有前后兩組橡膠輪胎走行輪，每組走行輪兩側布置4個導向輪，構成一個轉向臂，負責承受橫向力以及導向，最高運行速度為60 km／h。

圖14 AGT車輛導向方式

圖15 橫濱新都市交通2000型電車

2 對我國輕軌交通建設的思考

近年來我國掀起了一股低地板輕軌車熱，尤其是100%低地板輕軌車受到了各大城市的追捧。2012年6月，Siemens公司將Combino Plus型100%低地板輕軌車技術轉讓給了株洲電力機車有限公司，之后株洲電力機車有限公司為廣州市生產100%低地板儲能式輕軌車；2012年10月19日，由長春軌道客車股份有限公司研制的中國首列100%低地板輕軌車在長春輕軌線上正式開始試運營；2012年11月，蘇州市對其首條市內軌道交通線進行招標，也采用100%多模塊低地板輕軌車。100%低地板輕軌車技術先進、綠色環保，是輕軌車技術的發展方向，作為國家“十一五”科技支撐項目在我國有著良好的發展前景。就目前情況來看，100%低地板技術在我國發展有一定難度，我國不能照搬歐洲城市的經驗。具體有以下幾點原因：

（1）歐洲城市的低地板輕軌車行駛在既有有軌電車線路上，軌道直接在現有道路上鋪設，到站時車輛在地面停靠。我國人口眾多，市民流動隨意性大，道路交通擁擠，在無法保證道路暢通的情況下，若將輕軌線鋪設在既有道路上，勢必難以管理。

（2）我國城市新建輕軌一般會修建專用線路，通過設置封閉站臺來管理乘客上下車，同時也方便票務管理。既然設置了站臺，則可通過合適的站臺高度來適應車體地板面，100%低地板就失去了意義。

（3）雖然我國各大車輛廠紛紛與國外廠商簽訂了100%低地板技術轉讓協議，但獨立輪對動力轉向架等關鍵部件還是無法獨自生產，購買價格相當高。如廣州投資新建的輕軌列車工程融超級電容和100%低地板技術于一體，項目投資估算總額為89.26億元，由于其耗資巨大而運力又與公交車差不多，引起了廣州市民的關注。

因此，從效益出發，我國若要發展路面有軌電車，可先考慮發展70%低地板輕軌車，在列車兩端采用傳統輪對動力轉向架降低列車制造成本，同時像公共汽車那樣在車內地板面高度變化處設置臺階，乘客也不至于不適應；然后，在70%低地板輕軌車的運營中積累經驗，待國產化研究成熟時發展100%低地板輕軌車。若要修建專用線路，則可以采用高地板輕軌車，設置高站臺，既方便人員和票務管理，又經濟實惠［9］。

獨軌交通是另一種值得我國嘗試的輕軌交通。隨著高密度的城市開發，我國城市布局越來越緊湊，城市交通構成越來越復雜，而獨軌交通則能夠適應這一城市化特點。獨軌線路施工簡單、費用低、工期短，最大的特點是它只占用地面支座的面積就可在城市上空建成一條空中軌道，對地面建筑影響不大，與地面交通互不干擾，可以準點運行。獨軌車輛采用橡膠輪胎，爬坡能力和曲線通過能力強，噪聲低，乘坐舒適。獨軌交通還可建在機場與市區之間以及山地旅游景區內。我國可借鑒日本的經驗，在100萬人口以下、中等運量需求的大中城市建設獨軌交通系統。

AGT屬于中等運量的城市輕軌交通系統，在我國屬于新型的交通系統。它具有橡膠輪胎走行部的優點，如安全舒適、噪聲低、曲線通過半徑小等，比較適合用于中短途交通干線、機場專用線、大型娛樂場所和城市商業區等；同時，其車輛結構簡單、生產成本較低，比較容易實現國產化。日本幾十年發展AGT交通的實踐證明，若要將AGT系統列入我國輕軌交通建設的規劃之中，就必須制定AGT系統設計規范，將其標準化；同時地方政府要保證充足的資金投入，調動經營者的積極性，以促進AGT交通的發展。

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［5］張建全，黃運華，李芾，等.獨軌交通的發展及其在城市軌道交通中的應用［J］.鐵道機車車輛，2009，29（1）：25.

［6］宮文平.跨座式單軌車輛特點及國內外應用情況［J］.國外鐵道車輛，2013，50（1）：5.

［7］俞展猷.自動導向新交通系統——AGT［J］.電力機車與城軌車輛，2005，28（3）：48.

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