跨坐式單軌車輛組裝后的試驗驗證體系探討

李輝光 羅 唐

(中車浦鎮龐巴迪運輸系統有限公司，241060，蕪湖//第一作者，工程師)

跨坐式單軌是擁有獨立路權的中小運量軌道交通系統，在國內外具有廣泛的應用案例和良好的應用前景[1-2]。軌道交通車輛是高度集成的復雜系統，為驗證多個功能相關的子系統是否能按照設計要求和系統架構協同工作，必須在軌道交通車輛組裝后進行一系列的靜態和動態試驗，用以驗證所有功能要求均已得到滿足，并且安全可靠。在結合已有標準和多年運營經驗的基礎上，眾多學者對地鐵車輛系統及其試驗驗收進行了深入研究[3-6]，但在跨坐式單軌車輛組裝后的檢查與試驗方面，目前還沒有相關的國家標準或行業標準。重慶和蕪湖的單軌線路均是在參考國際電氣協會制定的IEC 61133—2016標準后[7]，分別基于日立或龐巴迪單軌車輛的技術要求和試驗大綱開展試驗驗收工作，因而，并未形成跨坐式單軌車輛完整的試驗標準體系和試驗驗證體系。

建立跨坐式單軌車輛的試驗驗證體系，規范車輛組裝后的試驗項點和試驗條件，能夠更加科學準確地考核車輛的各項性能，進行產品認證，以保證車輛安全、可靠地運行。

1 跨坐式單軌車輛的主要技術特點

與鋼輪鋼軌制式的軌道交通車輛不同，跨坐式單軌車輛采用橡膠輪胎跨行于梁軌合一的軌道梁上。軌道梁的寬度窄、梁柱細、跨度大，對日照和景觀影響小。

跨坐式單軌車輛轉向架除走行輪外，還安裝有導向輪和穩定輪，夾行于軌道梁兩側，用以保證車輛安全平穩地運行，如圖1所示。跨坐式單軌車輛具有爬坡能力強、轉彎半徑小、噪聲低、振動小等優點，可最大限度地減少對現有基礎設施和周圍建筑的影響，選線設站也比較容易。

2 跨坐式單軌車輛組裝后的試驗驗證體系

目前國際通用的軌道交通列車整車試驗標準為IEC 61133—2016《鐵路設施—鐵路車輛—車輛組裝后和運行前的整車試驗》。國內城市軌道交通在車輛組裝后、投入使用前所采用的試驗標準為GB/T 14894—2005《城市軌道交通車輛組裝后的檢查與試驗規則》。但由于上述2個標準在制定時更多的是基于鋼輪鋼軌車輛的技術特點和實踐經驗，對于跨坐式單軌系統并不完全適用。比如：在轉向架結構、輪軌關系、橡膠輪胎爆胎等方面，不能完全應用上述2個標準進行試驗及評價。

本文基于跨坐式單軌車輛的特點，參照IEC 61133—2016和GB 14894—2005，建立了跨坐式單軌車輛組裝后的試驗驗證體系，如表1和表2所示。表中，針對靜態試驗和動態試驗的各個項點明確了試驗類型、載荷工況、試驗地點，并列出了與之相對應的參考標準條款。

3 若干典型試驗項點探討

從上述試驗驗證體系可以看出，雖然大部分試驗項點與GB/T 14894—2005和IEC 61133—2016標準相同，但由于跨坐式單軌膠輪車輛的特點，表2中增加了胎壓監測和爆胎運行試驗。此外，根據跨坐式單軌車輛的特點和配置不同，在列車故障運行、列車運行安全性等試驗的內容和要求上也需要進行修改。

表1 跨坐式單軌車輛靜態試驗項點

表2 跨坐式單軌車輛動態試驗項點

3. 1 列車故障運行能力試驗

1) 試驗目的。驗證跨坐式單軌列車喪失部分牽引動力后的故障運行能力。

2) 試驗要求。地鐵國標和地鐵車輛用戶需求書中通常要求列車在超員載荷和在喪失1/2動力的情況下，應具有在正線最大坡度上啟動和運行至最近車站的能力。此條款主要考慮單點故障造成一列車喪失1/2動力后無法繼續前行的情況，避免列車發生單點故障時影響軌道交通線路的運行秩序。對于采用獨立動力控制的全動力跨坐式單軌列車，在編組數不少于3輛時，同時發生2個及以上動力單元故障的概率極小。跨坐式單軌線路坡度大，若選用過大的電機則性價比降低，建議可以不按上面喪失1/2動力的條款做硬性要求，但仍應滿足列車在超員載荷和最惡劣單點故障的情況下，能在最大坡度上啟動并運行到最近車站，且在清客后可維持運行到終點這一要求，并根據線路條件對允許喪失動力的最大比例進行分析和試驗。

3. 2 列車運行安全性試驗

1) 試驗目的。檢查跨坐式單軌列車以線路允許的最高速度通過時，其傾覆系數是否滿足運行安全性要求。

2) 試驗要求。與常規的軌道交通車輛相比，跨坐式單軌車輛轉向架多了導向輪與穩定輪，分別起到導向和穩定車輛的作用。因而，跨坐式單軌車輛具有高穩定性。即使走行輪一側受力為0，只要穩定輪的受力不為0，車輛仍可穩定運行。因此，單軌車輛的傾覆穩定性不能僅僅通過走行輪一側受力為0就判斷其失穩。

基于走行輪徑向載荷變化得到傾覆系數D1為：

D1=(Fz,l-Fj,l)/(Fz,l+Fj,l)

(1)

式中:

Fz,l——增載側走行輪徑向力；

Fj,l——減載側走行輪徑向力。

基于穩定輪徑向載荷變化得到傾覆系數D2為：

D2=(Fz,s-Fj,s)/(Fz,s+Fj,s)

(2)

式中：

Fz,s——增載側穩定輪徑向力；

Fj,s——減載側穩定輪徑向力。

定義修訂傾覆系數Dm=max(D1,D2)。當Dm<1時，車輛具有抗傾覆穩定性。為了提高穩定性和安全等級，這里規定Dm<0.8[8]。

3. 3 胎壓監測系統試驗

1) 試驗目的。驗證系統能夠檢測到單軌車輛輪胎的壓力、溫度等關鍵參數，并且可把狀態數據和報警信息上傳至列車管理系統。

2) 試驗要求。胎壓監測系統由胎壓傳感器、接收器、系統主機3個主要部分組成。跨坐式單軌車輛的每個走行輪和導向輪輪胎上均安裝了一個胎壓傳感器。傳感器實時采集輪胎內的壓力、溫度等信息，利用無線高頻傳送方式發送給接收器。每輛車設置胎壓監測系統主機，實時接收接收器上傳的狀態信息，對數據進行存儲、分析和上傳，并將判定的報警數據上傳給列車管理系統。

跨坐式單軌車輛走行部緊湊，無線胎壓監測系統所處的電磁環境復雜，且周邊有較多金屬物遮擋，應結合線路條件在不同速度下進行性能測試，以驗證胎壓監測系統的穩定性。

3. 4 爆胎運行試驗

1) 試驗目的。確保跨坐式單軌列車在負載輪胎漏氣情況下仍可安全運行。

2) 試驗要求。將任意車輛的某一負載輪胎排氣后，在最大乘客載荷(AW3)下加速列車至80 km/h，保持該速度5 s，然后全制動降速至15 km/h后列車可運行距離應大于線路的最大站間距(不小于2.5 km)；將列車上的試驗載荷(AW3)卸載，將列車狀態恢復至空載載荷狀態(AW0)，加速列車至25 km/h后可以該速度勻速運行到車輛段。試驗過程中不得產生濃煙或輪胎脫落，不得超過車輛動態包絡線。試驗后應進行目測檢查，輪胎和防爆支撐體允許出現局部擦傷，但輪輞不得存在永久性殘余變形。

4 結語

跨坐式單軌造價低、環境適應性強、建設周期短，具有良好的應用前景。本文基于跨坐式單軌車輛的特點，在參考IEC 61133—2016和GB/T 14894—2005的基礎上，建立了跨坐式單軌車輛組裝后的試驗驗證體系，明確試驗項點、試驗類型、試驗載荷、試驗地點等要求，能夠規范跨坐式單軌車輛的驗收，指導車輛的試驗，也可為完善或制定相關規范提供參考。