基于車體結構造型的現代有軌電車研究

孫帥 楊明

（中車四方車輛有限公司，山東青島266111）

0 引言

車輛車體結構造型決定車輛走行系統的布置方式，從而影響車輛鉸接機構型式、車內座椅布置、列車車門布置等，進而影響車輛軸重、單個車體受力情況、載客量、車輛外觀。本文從現代有軌電車項目規劃中車輛選型出發，反推車體結構造型對車輛選型的影響，為項目規劃階段車輛選型提供依據。

1 車體結構形式概述

隨著國內100%有軌電車的發展，國內各主機廠現代有軌電車制式呈現百花齊放的態勢。目前國內有軌電車領域單車型、浮車型已得到普遍應用，隨著現代有軌電車技術的進步，鉸接型車體結構也逐漸投入商用（圖1）。

1.1 單車型

單車型車體結構造型，即每個車體中間底部設置一個走行系統。鑒于每個車體都設置走行系統，整車重量分配均勻，軸重一般小于10.5 t；車輛編組形式靈活多變；采用單車型結構的現代有軌電車，客室模塊中部由于走行系統的存在影響整車地板高度設計，導致整車地板面高度一般在350～430 mm之間。

圖1 車體結構造型示意

1.2 浮車型

浮車型車體結構，車輛兩端和中間車體用走行系統支撐，之間的車體為懸浮車體，利用鉸接裝置將懸浮車體連接在相鄰車體上。采用懸浮型車體設計，車輛相對軸數少，車輛軸重較單車型車輛明顯加大，約為12.5 t；另，懸浮模塊處鉸接裝置相對運動極為復雜，致使車輛連接處的鉸接裝置受力大、磨耗嚴重；浮車型結構的中間車體模塊可以做到地板面貫通，帶走行系統的車體模塊與單車型類似；受走行系統的影響，整車地板面高度一般在350～450 mm之間。

1.3 鉸接型

鉸接型車體結構，司機室端使用獨立走行系統，中間相鄰模塊使用鉸接走行系統；走行系統設置在車體連接處，客室地板高度較低，一般在250～350 mm之間；采用鉸接型車體設計，車輛相對軸數多，車輛軸重一般為10.5～12 t。

2 車體結構造型分析

根據走行系統的不同類型，國內現代有軌電車可分為鋼輪鋼軌和膠輪導軌兩種制式，本文重點研究兩種制式車輛的車體結構造型，并以此為現代有軌電車項目車輛制式選型提供經驗。

目前，國內各大主機廠通過技術引進或自主研發的方式都推出了各自的現代有軌電車產品。以株機公司、唐山公司、長客股份公司、鋪鎮公司、大連機車公司、四方股份公司為主的主機廠采用鋼輪鋼軌制式，三種典型車體結構造型在鋼輪鋼軌制式中都有應用，且所采用的車體結構形式更趨成熟；以中車四方車輛有限公司（四方有限公司）為主的主機廠采用膠輪導軌制式，車輛出于低地板、軸重小、過彎半徑小、爬坡能力強等方面的考慮采用鉸接型車體結構造型。

2.1 鋼輪鋼軌制式車體結構造型分析

2.1.1 單車型結構造型

以株機公司和唐山公司為代表的主機廠采用單車型結構造型，所有車體模塊長度相等；每節車體中間下部設有一個轉向架；為適應低地板車輛發展的需要，轉向架采用區別于傳統轉向架形式的獨立輪對結構。

采用單車型車體結構形式，受轉向架布置在車底中部的影響，車門只能分布于車體兩側，同時考慮到殘疾車、嬰兒車的存放區域車門難以設計成前后對稱樣式，影響車輛整體外觀；另外，轉向架布置于車底中部，車廂中部只能設計成座椅（轉向架正上方位置），影響車廂整體通過性。

株機公司有軌電車鉸接裝置由固定鉸、旋轉鉸和縱向拉桿組成；整車由四輛車組成，兩輛車為一組，共兩組。單組車采用單鉸鏈連接，兩輛車間允許相對轉動，固定鉸位于下部，旋轉鉸位于上部；組與組之間采用縱向拉桿傳遞縱向力。

2.1.2 浮車型結構造型

以長客股份公司、鋪鎮公司、大連機車公司為代表的主機廠采用浮車型結構造型，中間懸浮模塊利用鉸接裝置與相鄰車體連接，不設轉向架；轉向架采用傳統輪對結構，轉向架的成本相對較小。

采用浮車型車體結構形式的車輛以五編組車輛為主，亦可實現三編組或七編組形式，車輛編組模塊化形式較差；浮車模塊無轉向架影響，車門及車廂內座椅布置形式靈活；受轉向架的影響，中間轉向架模塊車體客室座椅布置以橫置為主；兩端司機室模塊車體，考慮到轉向架影響車門設計以單開門為主，外觀設計局限性較大。

浮車型車輛鉸接裝置由固定鉸、旋轉鉸、自由鉸和車頂緩沖器組成。車輛采用鉸接裝置，能夠滿足小半徑曲線和豎曲線的通過能力，同時能夠有效提高乘客乘坐舒適性。

2.1.3 鉸接型結構造型

以四方股份公司為代表的主機廠采用鉸接型結構造型，相鄰車體間采用鉸接轉向架連接，能夠實現每個車體兩端都有轉向架支撐，兩個相鄰車體之間的轉向架為雙轉盤形式，能夠實現車輛靈活通過小曲線半徑。

采用鉸接型車體結構形式，能夠輕松實現車輛編組模塊化，滿足業主不同運量需求，保證運營效率；采用鉸接結構車體車廂內貫通，便于車門和客室座椅布置，布置方案可靈活設計；車輛無懸浮車體，兩個車體模塊共用一個轉向架，車體間無鉸接裝置，車輛整體動力學性能好。

2.2 膠輪導軌制式車體結構造型分析

膠輪導軌制式的現代有軌電車以四方有限公司的導軌電車為代表，導軌電車采用“鋼輪導向，膠輪驅動”的模式，利用膠輪驅動具有更大的爬坡能力（13%）和制動能力；導軌電車車輛采用鉸接型車體結構造型，在司機室模塊下方設動力走行部，在客室之間的貫通道模塊下設非動力走行部，客室地板高度最低可達250 mm。

導軌電車鉸接裝置由固定鉸、彈性鉸、自由鉸組成，其中固定鉸、彈性鉸、自由鉸各兩個。固定鉸位于貫通道底部，能夠傳遞垂向力以及大部分的縱向力和橫向力；彈性鉸和自由鉸位于貫通道的頂部，與底部固定鉸配合使用；彈性鉸和固定鉸聯合使用，限制相鄰車體間的沉浮運動和側滾運動，使相鄰車體在水平面內相互旋轉，彈性鉸承受加減速、制動、列車連接時引起的沖擊；自由鉸限制橫向的平動，從而保持相連接兩車體間相對位置的穩定性。導軌電車采用鉸接型車體結構造型，配合鉸接裝置設計，可實現最小15 m轉彎半徑。

導軌電車客室下無走行部影響，車廂內貫通，便于座椅靈活布置，車門設計也更加靈活，車輛整體外觀可設計性強；車輛貫通道位置采用外飾板防護，既能保證公共交通安全，又能提高車輛整體美觀性。

3 結語

本文通過對車輛車體結構形式的分析，研究了車體結構形式對車門布置、車廂內座椅布置的影響；重點研究了車輛模塊化設計、地板高度、車輛曲線通過能力和車輛軸重等技術性能，可從車輛通過能力、乘客舒適度、運營載客量等方面為現代有軌電車車輛選型提供理論借鑒。

[1]王忠杰.國內現代有軌電車技術特征分析[J].裝備機械，2014（3）：7-11.

[2]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.

[3]戰成一，王曉鋒.膠輪導軌有軌電車的組成、性能及特點[J].城市軌道交通研究，2014，17（8）：后插12-后插13.