浪琴型懸掛式單軌車輛的研發

(通號軌道車輛有限公司，湖南 長沙 410000)

0 引言

懸掛式單軌系統采用高架線形式，車輛懸吊于軌道梁下方行駛，不占用地面道路資源，有效利用了城市空間。另外，懸掛式單軌運行噪音低、爬坡能力強、轉彎半徑小、造價低、工期短，越來越多的二、三線城市對其產生了濃厚興趣。適應市場的需求，通號軌道車輛有限公司(下文簡稱為通號車輛)與瑞士PROSE公司合作，引進浪琴型懸掛式單軌轉向架技術，利用自身在車體制造和電氣集成方面的技術積累，開始了浪琴型懸掛式單軌的研發設計。

1 世界主要懸掛式單軌制式簡介

1.1 浪琴型懸掛式單軌

1901年，全長約13.3 km的烏帕塔爾懸掛式單軌線路建成通車，被認為是商用懸掛式單軌的開端。該單軌車輛采用鋼輪鋼軌非對稱懸掛制式，由德國人浪琴設計，故稱為浪琴型。該線路已成功運行100多年，運送旅客超過15億人次，成為烏帕塔爾市的一個標志[1]。

1.2 SAFEGE型懸掛式單軌

1960年法國雷諾等公司共同開發出SAFEGE型懸掛式單軌，該單軌車輛采用橡膠輪胎，轉向架在底部開口的箱形梁內運行，車體對稱懸掛在轉向架下方。然而由于經濟和技術上的原因該車輛未能實現商業化運行[2]。

20世紀80年代，德國西門子等公司在SAFEGE單軌的基礎上開發出可實現無人駕駛的懸掛式單軌，稱為H-Bahn。目前已建成的有長度約3 km的多特蒙德大學線和長度約2.5 km的杜塞爾多夫機場線[3-4]。

20世紀60年代，日本在SAFEGE單軌的基礎上，制定了設計標準，設計出了日式單軌。自20世紀70年代以來，懸掛式單軌在日本得到了很大發展。目前已建成的有長度約15.2 km的千葉單軌線和長度約6.6 km的湘南單軌線[5]。

2 浪琴型懸掛式單軌研發

2018年，通號車輛經過長期的研究認為浪琴型懸掛式單軌與SAFEGE型懸掛式單軌相比在市場競爭中將更具優勢。一方面浪琴型懸掛式單軌采用鋼輪，而SAFEGE型懸掛式單軌采用橡膠輪胎，鋼輪的維護成本將更低；另一方面浪琴型懸掛式單軌的軌道采用固定在工字鋼上的鋼軌，而SAFEGE型懸掛式單軌的軌道采用底部開口的箱形梁，在軌道的用鋼量方面浪琴型比SAFEGE型少得多。基于以上研究，通號車輛決定與瑞士PROSE公司合作，引進浪琴型懸掛式單軌轉向架技術，利用自身在車體制造和電氣集成方面的技術積累，開始了浪琴型懸掛式單軌的研發。

通號車輛設計的浪琴型懸掛式單軌的設計壽命不低于30年，采用第三軌受電，鋼軌回流方式。車輛適用于海拔高度不超過1 200 m，環境溫度在-25 ℃～+45 ℃，相對濕度在21%～100%，最大風速不超過110 km/h的環境中。車輛的最大爬坡能力為正線最大坡度不大于60‰，最小轉彎半徑為50 m，最高運行速度為60 km/h。車輛為3編組，每節車廂配有2個動力轉向架，車輛編組如圖1所示。

車輛編組：-B+C+A-

其中：A為帶司機室動車；B為不帶司機室功能動車；C為中間動車；-為半自動車鉤；+為半永久牽引桿。

圖1 車輛編組

3 浪琴型懸掛式單軌優化

3.1 載客能力提升

相較于PROSE設計的歐洲版懸掛式單軌，通號車輛設計的懸掛式單軌的載客能力得到較大提升。兩種車型分別簡稱為PROSE單軌和通號單軌。通號單軌為了提升載客能力，一方面增大車廂空間；另一方面增大車輛動力。

PROSE單軌和通號單軌都是三編組車輛，但PROSE單軌的中間車廂非常短，長度只有1.82 m，極大的限制了車輛的載客能力。PROSE單軌全長24 m，車寬2.2 m，最大載客能力為130人。

通號單軌為了提升載客能力，將中間車廂加長到8.2 m，增加了載客空間。通號單軌全長29.6 m，車寬2.5 m，最大載客能力提升到328人。

為了提升車輛的載客能力，在增大車廂空間的同時還要提升車輛的動力，這樣才能保證車輛具有優秀的啟動和爬坡能力。PROSE單軌采用了4臺60 kW的異步電機，而通號單軌則采用了6臺75 kW的異步電機，車輛動力得到很大提升。

3.2 供電方式優化

PROSE單軌采用2個受電靴，2個牽引逆變器和4臺60 kW的異步電機。每個受電靴給對應的1臺牽引逆變器供電，通過牽引逆變器將電網的750 V直流電逆變為380 V三相交流電，供給與之對應的2臺異步電機。PROSE單軌2套牽引系統是獨立的，當1個受電靴或牽引逆變器故障，車輛將失去50%的動力。

通號單軌同樣采用2個受電靴和2個牽引逆變器，但是在受電靴和牽引逆變器之間增加了1臺高速斷路器，使得2個受電靴的電能在高速斷路器處匯聚，再分配給2個牽引逆變器。這樣做的好處是當1個受電靴故障時，通過另1個受電靴依然可以給2臺牽引逆變器供電，保證所有牽引電機都有動力，提升了整個牽引系統的冗余性。

3.3 乘客救援方式優化

懸掛式單軌由于車廂懸吊于軌道梁下方，導致其無法利用軌道梁進行人員疏散，也難以設置疏散平臺；另外，車輛離地較高，亦不便于乘客由車內疏散到地面。在進行懸掛式單軌設計時充分考慮了車輛出現緊急情況時乘客的救援方式。

1)若車輛在車站內出現故障，司機可以打開車門迅速將乘客疏散到站臺，乘客也可拉動緊急開門裝置打開車門撤離。

2)若車輛在正線上出現故障，如果車輛可以繼續行駛且不會加重故障，車輛可以繼續運行到下一站疏散乘客。如果車輛不能繼續行駛，可由救援車輛將其牽引到下一站進行清客。

3)若車輛在正線上出現故障且車輛無法移動，可由救援車靠近故障車車頭，在兩車司機的配合下打開位于司機室前端的緊急疏散門，將乘客轉移到救援車上。

4)當車輛在正線上出現故障且救援車無法快速到達時，司機可放下位于司機室的逃生筒，組織乘客有序撤離。

5)當故障車輛停留在地面車輛可以到達的區域時，可利用消防云梯車疏散乘客。

3.4 車門系統優化

很多軌道車輛都會在車門處設置車門緊急解鎖裝置，目的是當車輛出現緊急情況時，如車輛起火時，乘客可以拉下車門緊急解鎖裝置，觸發車輛緊急制動并解鎖車門，待車輛挺穩后乘客可以手動推開車門下車逃生。但是這套系統應用在懸掛式單軌上是不適用的，因為懸掛式單軌懸掛于軌道梁下方且距離地面較高，即使乘客打開車門也無法逃生。因此我們對車門系統進行了改進，在車門緊急解鎖裝置中增加了電磁鐵，同時改進了車門的控制電路。當乘客拉下車門緊急解鎖裝置時，不會觸發車輛緊急制動，車門會解鎖但電磁鐵會施加反作用力使乘客無法將車門推開，同時車門的控制電路會將乘客的操作反饋給司機。司機得知乘客操作了緊急解鎖裝置后，可通過安裝在車廂內的攝像頭查看車廂內的情況，進而判斷是否需要觸發緊急制動并打開車門疏散乘客還是運行到下一站再疏散乘客。

3.5 乘客信息系統優化

與PROSE單軌相比，通號單軌為乘客提供了更好的乘客信息系統。車輛的乘客信息系統不僅為乘客提供了車輛到站廣播、緊急廣播等常規功能，還在車廂內設置了大量LCD顯示屏，包括電子動態地圖、超薄雙面顯示屏以及觸摸透明屏等，乘客可以在查看車輛運行信息的同時觀看圖片和視頻形式的廣告或娛樂信息。

4 結語

懸掛式單軌以其運行噪音低、爬坡能力強、轉彎半徑小、造價低、工期短等優點，受到越來越多對中低運量軌道系統有需求的城市的青睞。浪琴型懸掛式單軌相較于SAFEGE型懸掛式單軌在車輛維護成本和軌道梁建設成本上具有明顯優勢，相信未來將受到更多城市的關注。目前通號單軌已經完成了轉向架、車體、電氣等的設計工作，預計在2020年樣車即可下線試運行，為我國不適于修建地鐵、輕軌的中小城市提供一種新選擇。