導軌電車車輛的系統設計

馬 凱 孫珉堂 周家林 陳常江

（中車四方車輛有限公司，266111，青島∥第一作者，高級工程師）

導軌電車是一種由膠輪承載及驅動的自導向型中低運量軌道交通系統，可實現3～6節靈活編組，具有方便乘坐、轉彎半徑小、爬坡能力強、制動距離短、線幅占地面積小、基礎設施簡單、建設周期短等優點，適用于中小城市內部、城市與市郊（或衛星城）之間、城市新區或開發區內部及旅游景區等區域，能有效緩解城市交通擁堵。

1 概況

2016年，中車四方車輛有限公司成功研制了國內第1列具有完全自主知識產權的現代導軌電車。該電車采用雙司機室設計，可雙向駕駛，采用橡膠輪胎承載，由單軌鋼輪導向及回流，DC 750 V接觸網供電模式。電車為100%低地板，其地板面高度為270 mm，其客室實現了無障礙通過。電車最高運行速度為80 km/h，最大爬坡坡度為13%，最小轉彎半徑僅為15 m。

電車采用“Mc+Tp+Mc”的編組形式。其中，Mc為帶司機室的動車，Tp為帶受電弓的拖車。

導軌電車車輛編組圖見圖1。導軌電車的運用條件見表1，車輛的主要技術參數見表2。

圖1 導軌電車車輛編組圖

表1 導軌電車的運用條件

表2 導軌電車車輛的主要技術參數

2 車輛系統設計

導軌電車的車輛系統設計主要涵蓋車輛編組方式、車輛動力學分析、車輛曲線通過能力分析、車體與構架強度疲勞分析、車輛牽引制動性能匹配等方面。

2.1 車輛編組方式

導軌電車的3節車體通過2組鉸接裝置連接。導軌電車利用鋼輪與鋼軌之間的橫向作用力來實現自導向，其垂向和縱向力的傳遞通過膠輪實現。導軌電車的車輛編組模型如圖2所示。

圖2 車輛編組模型

導軌電車主要在公路上行駛，所處路況較復雜。當導軌電車經過不平整時路面時，3節車體會先后出現側滾，車體之間會形成較大的扭轉角度。這就要求車體鉸接點處沿縱向軸具有一定旋轉自由度。導軌電車經過坡道時，會出現第一節車體已經上了坡道，另外2節車體還處于水平路面上的情況，這時在2節車體之間形成了1個夾角。這就要求鉸接點處在橫向也具有一定旋轉自由度。因此，在車體與搖架之間選用軸向盤式+球形的復合鉸接式軸承（見圖3），在端部車體與搖架之間安裝抗側滾裝置，在中間車體與搖架之間安裝三角拉桿式彈性鉸及抗側滾裝置（見圖4）。

圖3 復合鉸接軸承

圖4 三角拉桿式彈性鉸及抗側滾裝置

2.2 車輛曲線通過能力

為論證車輛水平小半徑曲線通過性能，設計了模擬計算的曲線軌道。其中小半徑曲線軌道是半徑為15 m的1/4圓曲線，S曲線軌道的半徑也均為15 m。

當頭車、中間車、尾車進入彎道時，通過模擬仿真模型對車下及車端位置干涉情況進行檢查。未發現車輛有干涉點情況。

2.3 車體結構

導軌電車車體由司機室車體、客室車廂和貫通道組成。客室車體采用輕質鋁合金焊接結構。

車體結構強度設計按照EN 12663—1中P-V類軌道交通車輛的車體結構要求。車體結構強度計算的載荷工況及相應計算結果見表3。

2.4 走行結構

導軌電車走行部由動力走行部及非動力走行部組成，采用由膠輪承載及驅動，由單軌鋼輪導向的結構。

動力走行部主要由驅動輪橋、導向機構、懸掛及牽引裝置等組成（見圖5）非動力走行部主要由承載橋組成、導向機構、懸掛及牽引裝置等組成（見圖6）。

表3 車體結構強度計算的載荷工況及相應計算結果

圖5 動力走行部

圖6 非動力走行部

當導軌電車左轉行駛時，導向輪滑塊與導向連桿接觸，使前端導向連桿處于鎖閉狀態，而后端導向輪的滑塊和導向連桿均處于開合狀態，從而實現左轉行駛的導向功能。

當導軌電車反方向行駛時，切換導向機構鎖閉狀態，即可實現反方向導向功能。導向機構組成見圖7。

根據走行部動力學計算的模擬結果，在15 m半徑曲線軌道上，導軌電車所有輪胎的側偏角均未超過4°；在其他半徑曲線軌道上，輪胎的側偏角也均在正常水平。導向輪在重車通過15 m半徑曲線時導向力為12 kN，輪胎最大豎向力為62 kN。

2.5 牽引系統與制動系統

圖7 導向機構組成

導軌電車牽引系統主要由受電弓、高壓斷路器、高壓箱、牽引逆變器、牽引電機、牽引蓄電池和電阻制動裝置等組成。

圖8 牽引特性曲線

牽引電機額定功率為166 kW，最大牽引扭矩為2 200 N·m。牽引特性曲線如圖8所示。

導軌電車采用微機控制式直通式電空制動系統。該制動系統內設監控終端，具有自診斷功能，采取電制動優先設計，有常用制動、快速制動、緊急制動、保持制動、停放制動及極限制動等6種制動模式，具備EBS（電控制動系統）制動力調整及防滑控制功能。

基礎制動采用盤型制動。當制動初速度為80 km/h時，制動距離為68.3 m。

2.6 其他

空調采暖系統采用頂置單元式空調機組，滿足GB/T 23431—2009《城市輕軌交通鉸接車輛通用技術條件》的要求。

采用航空級輕型材料作為內部裝飾的結構設計材料。其輕量化效果明顯較普通玻璃鋼相比可減重約1/3。

3 試驗與驗證

根據GB/T 14894，導軌電車開展了曲線通過、車體及設備密封性、車體及構架強度、牽引性能、制動性能等20余項型式試驗。試驗結果均符合設計要求。

目前導軌電車仍處于運行考核階段，已在試驗線累計完成了3 000 km運行考核目標。按下來將進行載客試運行。

［1］ 高立.淺談一種新型膠輪單軌有軌電車系統［J］.軌道交通，2009.

［2］ 馮京波，郭澤闊，毛勵良，等.沈陽渾南新區100%低地板車輛技術特點［J］.都市快軌交通，2013（6）：136.

［3］ 付穩超，黃烈威，孫加平，等.100%低地板現代有軌電車的研制［J］.現代城市軌道交通，2014（1）：33.

［4］ 蔡天明．鋼輪鋼軌與膠輪導軌電車對比研究及選型思考［C］∥中國土木工程學會城市軌道交通技術工作委員會，世界軌道交通發展研究會.2015中國（天津）區域軌道交通發展及裝備關鍵技術論壇.天津：天津軌道交通集團，2015.