地鐵列車的結構及構造原理

楊小琳?宋如意

摘要：地鐵列車作為城市軌道交通的重要形式，是集機電一體化、自動化于一身的高科技產品，為了更好的普及地鐵車輛知識，本文將從更通俗的角度向大家展示地鐵車輛的結構和工作原理。

關鍵詞：地鐵列車；機電一體化；車輛結構；工作原理

一、機械部分

（一）車體

以前，鐵道車輛主要以普通碳鋼為車體材料，為提高車輛性能、服務檔次，降低運營及維修費用，現國內外很多城市選用不銹鋼車輛。為輕量化不銹鋼車體，整車端除底架采用碳鋼材料外，其余各部位全部采用高強度不銹鋼材料。各零部件間采用點焊連接梁、柱間通過連接板相連接，各大部件間也是采用點焊連接。在Tc車前端設計中有一撞擊能量吸收區，當發生事故時車前端的防爬裝置能夠分散碰撞力。列車通過貫通道連接在一起，貫通道上設計有折棚和位于車鉤上的渡板。

（二）車門

從安全可靠性上來講，移動門一般適用于速度低于100km/h的列車上。特別是外掛門，由于外掛門屬于外吊懸掛式結構，下部懸空無支承。當列車在隧道中運行，隨著速度的提高，其空氣的阻塞比大大增加，對外吊的懸掛門產生較大的壓力。如果門的結構及強度不隨速度的提高而改進設計的話，車門會產生晃動等不穩定因數，影響車門的安全可靠性。

（三）車鉤及緩沖裝置

1.將車輛互相聯掛，聯結成為一組列車；2.傳遞縱向牽引力和沖擊力；3.緩和車輛之間的動力作用；4.實現電路和氣路的連接。車鉤緩沖裝置共分三種類型：自動車鉤、半自動車鉤、半永久牽引桿。三種車鉤均設有可復原能量吸收功能，采用橡膠緩沖器。在自動車鉤和半永久牽引桿上還設有超載保護裝置，不可復原的可壓潰變形管。其結構均采用先進的密貼式車鉤，它是依靠相鄰車輛鉤頭上的凸錐和凹錐口互相插接，起緊密連接作用。

（四）轉向架

轉向架是支承車體并擔負車輛沿著軌道走行的支承走行裝置。為了便于通過曲線，在車體和轉向架之間設有心盤或轉軸，轉向架可以繞一中心軸相對車體轉動。為了改善車輛的運行品質和滿足運行要求，在轉向架上設有彈簧裝置和制動裝置。對于動車，轉向架上還裝有牽引電機和減速機構，以驅動車輛運行。轉向架主要由以下部分組成：輪對軸箱裝置、彈性懸掛裝置、構架、制動裝置、牽引電機和齒輪變速傳動裝置、轉向架支承車體裝置。另外，在拖車轉向架上還安裝了ATC的通訊天線。

（五）制動裝置

據成熟地鐵經驗，摩擦制動采用閘瓦制動。為了改善摩擦性能和增加耐磨性，大多數地鐵車輛采用合成閘瓦。但合成閘瓦的導熱性能較差，又選擇了導熱性能良好的產品——粉末冶金閘瓦。既具有較好的摩擦性能，又有良好的耐磨性。在閘瓦制動方式中，動能轉化為熱能的能力大，但熱能散于大氣的能力相對較小。當要求的制動功率較大時，有可能發生產生的熱能不能散失到大氣中，而在閘瓦與車輪踏面積聚集，使他們的溫度升高，嚴重的會導致閘瓦熔化或車輪踏面產生裂紋。

（六）車輛內部設備

車輛內設包括服務于乘客的車體內的固定裝置如車電、取暖、空調、座椅、拉手等，服務于車輛運行的設備裝置大多吊掛于車底架，如蓄電池箱、繼電器箱、主控制箱、電動空氣壓縮機組、總風缸、電源變壓器、各種電器開關和接觸器箱等。故障率較高的空調需要經常清洗，大多采用車頂修和拆卸修。此設備中，控制器的故障率較高，主要是影響客室環境，不對行車造成影響，需要使用大量的備件進行替換。

二、電氣部分

（一）牽引及電制動系統

牽引及電制動系統是列車運行的核心裝置，包括高速斷路器、牽引逆變器及其控制單元、牽引電動機、聯軸節、齒輪箱、制動電阻，其作用是將從電網輸入的電能經轉化后控制牽引電機的運轉，牽引電機輸出的功率傳給輪對驅動列車運行，列車制動時將列車的動能轉化成電能反饋回電網或送到制動電阻上變能為熱散發出去。

電制動一般有再生反饋制動和電阻制動兩種形式。再生制動的能量傳送路徑與牽引的正好相反，電阻制動則是電能從逆變器出來后進入制動電阻消耗掉。現在的電制動系統由于逆變器功率元件的能力不足，在某些情況下如滿載、高速等，還不能滿足列車制動的全部需求，往往需要氣制動來補充。

（二）輔助系統

輔助系統包括輔助電源、蓄電池充電器、輔助逆變器。輔助電源系統指三相交流380V電源和低壓直流電源，其中低壓直流電源包括110V直流電和24V直流電，僅以沈陽地鐵一號線車輛為例，380V交流電的負載有：空氣壓縮機、空調系統、各類風機、220V插座等；110V直流電的負載有：有觸點控制電路、各系統的電子控制電路、照明電路、指示燈、車門驅動系統、廣播系統、乘客信息顯示系統、緊急通風電源等。

（三）空氣制動及供風系統

在目前城軌車輛所采用的制動方式中，制動力的源動力主要為壓縮空氣的壓力。以壓縮空氣為源動力的制動方式稱為空氣制動；以電磁力為源動力的制動方式稱為電制動；還有機械制動、液壓制動等方式。現代動車組因列車控制技術的發展，實現了在車組內制動力預定的、可調節的分配，充分利用輪軌粘著，最大程度地使用再生制動，節省牽引能耗。比如：電制動時可只由動車承擔全部制動力，如不足再按預定模式由拖車氣制動補充；一個轉向架因故障失去制動能力時可按預定模式由其它轉向架相應提高制動力補充。

（四）列車控制系統

列車控制系統就是列車的微機控制單元通過列車/車輛總線與各節車的各子系統/設備的微機控制單元（對有接點電路經過I/O轉換端口）連接在一起，以通信協議方式建立實時的通信聯系，進行指令、狀態信息的傳輸，實現對列車狀態的控制、監測、數據存儲、故障診斷、顯示以及人機界面交流。列車微機控制單元通常在列車的兩端對稱設置，功能相同，工作時一個為主機，另一個為從機。

參考文獻：

[1]喬輝.地鐵列車的結構及構造原理[J].科技信息，2012，04：337-338.