城市軌道交通車(chē)輛技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展研究

呂娜璽

摘 要：本文紹了我國(guó)城市軌道交通及城軌車(chē)輛技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，分別從車(chē)輛輕量化、智能化技術(shù)以及安全可靠性、節(jié)能環(huán)保、服務(wù)品質(zhì)提升等多方面指出了城軌車(chē)輛技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的方向。

關(guān)鍵詞：軌道交通;車(chē)輛技術(shù);創(chuàng)新發(fā)展

1 引言

自1971年北京地鐵1號(hào)線(xiàn)開(kāi)通以來(lái)，經(jīng)過(guò)了四十幾年的發(fā)展，城軌交通進(jìn)入快速發(fā)展新時(shí)期，運(yùn)營(yíng)規(guī)模、客運(yùn)量、在建線(xiàn)路長(zhǎng)度、規(guī)劃線(xiàn)路長(zhǎng)度均創(chuàng)歷史新高。城軌交通發(fā)展日漸網(wǎng)絡(luò)化、差異化，制式結(jié)構(gòu)多元化，網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)逐步實(shí)現(xiàn)。截至2018年底，中國(guó)內(nèi)地共計(jì)34個(gè)城市開(kāi)通城市軌道交通并投入運(yùn)營(yíng)，開(kāi)通城軌交通線(xiàn)路165條，運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路長(zhǎng)度達(dá)到5033公里。城軌車(chē)輛作為城市軌道交通運(yùn)輸?shù)妮d體，發(fā)揮著重大的作用。

2 城市軌道交通現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

2.1 三網(wǎng)融合的格局初步呈現(xiàn)

從未來(lái)的趨勢(shì)上看，現(xiàn)在城市經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)，軌道交通的發(fā)展非常迅速，高鐵、城際、城市軌道交通三種網(wǎng)絡(luò)融合的趨勢(shì)越來(lái)越明顯，在這個(gè)層面上考慮則需要在城市規(guī)劃時(shí)從國(guó)家交通網(wǎng)絡(luò)的全局角度出發(fā)，城市格局快速變化帶來(lái)城軌車(chē)輛功能需求的進(jìn)一步拓展。一方面，前期主要以傳統(tǒng)的通行為主，但是現(xiàn)在需要要發(fā)展到通勤加站線(xiàn)的分流，對(duì)其他交通方式，如城際向航空、公路運(yùn)輸?shù)绕鸬郊⒆饔谩Ａ硪环矫妫鞘忻娣e的不斷擴(kuò)充，城市軌道交通必然要向市域的方向發(fā)展，服務(wù)領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步擴(kuò)大，逐漸形成都市的通行圈，到2020年，全國(guó)的城軌運(yùn)營(yíng)里程可能會(huì)達(dá)到7000公里，預(yù)計(jì)地鐵占現(xiàn)在2/3左右。

2.2 產(chǎn)品譜系化日臻完善

目前發(fā)展?fàn)顩r對(duì)交通運(yùn)輸工具的譜系化要求將會(huì)更加完善，在傳統(tǒng)地鐵各種車(chē)型技術(shù)基礎(chǔ)上需要大力的發(fā)展市域車(chē)輛、輕軌車(chē)輛、有軌電車(chē)、單軌、空軌等，這些系統(tǒng)相互補(bǔ)充、共同構(gòu)建出城市交通網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上，可以根據(jù)客流量、運(yùn)營(yíng)的里程、運(yùn)營(yíng)模式等需求，進(jìn)行基于時(shí)間、成本和速度的配置化設(shè)計(jì)。從目前需求狀況來(lái)分析，大容量的軌道交通如地鐵更適合于市中心和市郊等區(qū)域有大客流密度的方向，中等容量的軌道交通如輕軌更適合于在市郊、市區(qū)以及中小城市市區(qū)，較低容量的軌道交通如有軌電車(chē)和單軌電車(chē)更適合于在路權(quán)的地區(qū)。

2.3城軌車(chē)輛技術(shù)發(fā)展迅速

從我國(guó)軌道交通的格局來(lái)講，目前的車(chē)輛技術(shù)主要以地鐵為主力，在我國(guó)的交通線(xiàn)路總里程中地鐵占82%的比重，絕大多數(shù)是以地鐵為主的構(gòu)建城軌交通的網(wǎng)絡(luò)。2000年以后，其他的城軌交通形式諸如輕軌、跨坐式單軌、直線(xiàn)電機(jī)等相繼問(wèn)世，未來(lái)將面臨軌道交通多元化發(fā)展趨勢(shì)。

城軌車(chē)輛技術(shù)可以分成兩代，第一代以直流技術(shù)為特征，1967年我國(guó)自主研發(fā)的第一代的地鐵車(chē)輛標(biāo)志著我國(guó)初步掌握了車(chē)輛的設(shè)計(jì)技術(shù)，以碳鋼車(chē)體、直流方式、非網(wǎng)絡(luò)控制以及人工駕駛為主要的特征，這一代車(chē)為城市交通作出了巨大貢獻(xiàn)，但受制于當(dāng)時(shí)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)和基礎(chǔ)工業(yè)的限制，無(wú)論在安全、節(jié)能、環(huán)保、舒適型和智能化等方面較為落后。第二代以交流技術(shù)為特征，從上世紀(jì)九十年代開(kāi)始，我國(guó)城軌車(chē)輛技術(shù)的快速發(fā)展，在后續(xù)的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程當(dāng)中，我國(guó)逐步掌握了系統(tǒng)集成、車(chē)體、空調(diào)、貫通道、車(chē)門(mén)、廣播系統(tǒng)以及內(nèi)裝技術(shù)這些相繼的實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，此前一直被國(guó)外壟斷的牽引技術(shù)、制動(dòng)技術(shù)，現(xiàn)在也都取得了很大的突破。

3城軌車(chē)輛技術(shù)創(chuàng)新研究

從目前城市軌道交通發(fā)展需求分析，城軌車(chē)輛技術(shù)將會(huì)發(fā)生更新?lián)Q代的變化，未來(lái)軌道交通的車(chē)輛研發(fā)將會(huì)遵循人性化的設(shè)計(jì)理念，注重節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用，要更加安全、更加可靠、更加智能，服務(wù)品質(zhì)要更加提高，同時(shí)技術(shù)上實(shí)現(xiàn)列車(chē)的譜系化技術(shù)。

3.1 車(chē)輛系統(tǒng)輕量化技術(shù)

從輕量化技術(shù)發(fā)展考慮，首先是車(chē)體，現(xiàn)在的車(chē)體是碳鋼、不銹鋼或者鋁合金，輕量化逐步在提升，但是輕量化一直是列車(chē)設(shè)計(jì)的一個(gè)永恒課題，研究部分或整體采用碳纖維以及復(fù)合材料等在車(chē)體主結(jié)構(gòu)或部分結(jié)構(gòu)的使用;其次，轉(zhuǎn)向架實(shí)現(xiàn)輕量化，一方面采用永磁同步電機(jī)的軸驅(qū)，取消變速箱及聯(lián)軸節(jié)，簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)向架動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)，另一方面采用空心車(chē)軸、波壁大斷面承載結(jié)構(gòu)，降低轉(zhuǎn)向架部件重量，從新材料方面而言，研究鋁合金、高分子聚合材料等新材料在轉(zhuǎn)向架部分部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)。

3.2 車(chē)輛智能化技術(shù)

在信息化和智能化方面，利用工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)，在目前已有的列控網(wǎng)技術(shù)上構(gòu)建多網(wǎng)融合的一體化列車(chē)網(wǎng)絡(luò)，集成服務(wù)系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和實(shí)時(shí)響應(yīng)。工業(yè)多網(wǎng)融合能夠有效的提升列車(chē)的控制和服務(wù)水平，采用基于4G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)南到y(tǒng)，為乘客提供各種現(xiàn)代通訊服務(wù)，同時(shí)發(fā)展智能化檢修維護(hù)服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)施在線(xiàn)的監(jiān)測(cè)、在線(xiàn)的診斷。

3.3 車(chē)輛安全可靠技術(shù)

從安全可靠性方面，首先要發(fā)展列車(chē)的在線(xiàn)預(yù)警技術(shù)，采用實(shí)時(shí)智能列車(chē)狀態(tài)感知、監(jiān)測(cè)和高精度定位追蹤技術(shù)，對(duì)列車(chē)各關(guān)鍵系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、診斷和預(yù)警，提高安全可靠性;另一個(gè)方面是關(guān)于列車(chē)的安全防護(hù)，把列車(chē)的防撞擊結(jié)構(gòu)從傳統(tǒng)的依靠防爬器提升到車(chē)體結(jié)構(gòu)參與性能變形的新理念，把現(xiàn)代的撞擊技術(shù)應(yīng)用到城軌車(chē)輛上，以此來(lái)發(fā)展新的耐沖擊車(chē)體結(jié)構(gòu)。

3.4 車(chē)輛節(jié)能環(huán)保技術(shù)

從節(jié)能環(huán)保方面，第一，在空調(diào)技術(shù)方面采用變頻控制的技術(shù)，采用熱循環(huán)、新風(fēng)調(diào)節(jié)技術(shù)，通過(guò)這些技術(shù)來(lái)節(jié)省能量和能耗;第二，在牽引輔助供電系統(tǒng)方面，發(fā)展以永磁同步電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，降低傳動(dòng)噪音和重量，提高能源利用率;第三，能量回饋技術(shù)，要解決目前城市軌道車(chē)輛制動(dòng)能量的回收利用問(wèn)題，研究車(chē)載再生能量?jī)?chǔ)存設(shè)備，吸收再生反饋剩余能量，降低能耗，另外發(fā)展新型的儲(chǔ)能系統(tǒng)，如超級(jí)電容電池等，研究制動(dòng)能量回饋率和儲(chǔ)能率評(píng)價(jià)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，優(yōu)化制動(dòng)分配管理及電制動(dòng)發(fā)揮至零速技術(shù);第四，是開(kāi)發(fā)智能光感照明控制技，在保證客室照度前提下，提高舒適性、降低能耗。

4 總結(jié)

我國(guó)的城市軌道交通正處在跨越式的發(fā)展階段，技術(shù)創(chuàng)新是實(shí)現(xiàn)城市軌道交通快速發(fā)展的必由之路。本文從車(chē)輛輕量化技術(shù)、信息智能化技術(shù)以及安全可靠性、節(jié)能環(huán)保、服務(wù)品質(zhì)提升等多方面指出了城軌車(chē)輛技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì)思路，為城市軌道交通車(chē)輛技術(shù)發(fā)展指明了方向。

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