出口墨西哥蒙特雷市的靈活編組的鉸接輕軌車輛設計

彭鋒 周利 曹文祥 曹增明 張浩

摘 要：中車株洲電力機車有限公司自主研制的80 km/h速度等級、DC1 500 V受電弓受電的墨西哥蒙特雷市鋁合金鉸接輕軌車輛，為中國研發及設計的首次進入墨西哥國家市場的城市軌道輕軌訂單車輛。車輛可運營在墨西哥蒙特雷市城市軌道1號、2號、3號線上，可單列2節編組運營，也可2列、3列、4列編組重聯運營。現對該靈活編組的鉸接車輛進行介紹，包括總體技術性能以及車體、轉向架、制動系統、內裝、牽引系統、輔助供電、乘客信息系統等部件的基本特點。

關鍵詞：輕軌車輛;鉸接;鋁合金車體;靈活編組;單司機室

中圖分類號：U271.92 ?文獻標志碼：A ?文章編號：1671-0797（2022）09-0033-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.09.009

0 ? ?引言

蒙特雷市鉸接輕軌車輛是中車株洲電力機車有限公司自主研發生產的鋁合金車體的重載鉸接輕軌，車輛設計服務于蒙特雷市3號輕軌線路，需滿足在蒙特雷市1號、2號、3號線路地下、地面、高架線路上運行的需求。

該項目車輛具備以下主要技術特點[1]：

（1）車輛采用鋁合金全焊接車體。（2）采用全新開發設計的重載鉸接轉向架，可滿足最小平面曲線半徑（R25 m），最大軸重≤12 t。（3）采用受電弓受電，走行軌作為回流軌，最高運行速度80 km/h。（4）兼容現有車輛檢修維護設備，如架車機、復軌設備、鏇輪設備等。（5）滿足蒙特雷市現有1號、2號、3號線路條件、限界及磁性停車信號接口要求。在車輛設計初期，在線路進行動態限界試驗，確認既有線路的限界狀況。（6）列車采用2節鉸接編組，2動1拖，可實現2列、3列、4列任意重聯運營，并可與既有車輛進行機械和氣路連掛。（7）車輛采用單司機室設計，客室頂部設置客室空調，司機室頂部設置司機室空調，提升乘客及司機的舒適性。

這是中國自主研發的城市軌道交通輕軌車輛首次進入墨西哥市場的訂單項目，株機公司采用現場調研及技術交流，并組織現場車輛動態限界測試等方式，調整了車輛的設計技術方案。

1 ? ?車輛的總體技術性能

1.1 ? ?車輛型式及列車編組

1.1.1 ? ?車輛型式

M1車：有司機室帶受電弓的動車;M2車：無司機室的動車;“+”鉸接裝置;車鉤型式：“=”全自動車鉤。

1.1.2 ? ?列車編組方式

如圖1所示，列車編組方式為=M1+M2=。

1.2 ? ?車輛主要尺寸

車輛的主要設計尺寸如表1所示。

1.3 ? ?車輛載客能力及車輛重量

車輛在各種工況下的載客數量如表2所示。

列車重量的計算方法和公差按照標準BS EN 15528—2015執行。人均重量按70 kg計，車輛重量為43.2 t，車輛的最大軸重為11.6 t。

1.4 ? ?車輛的主要技術指標

1.4.1 ? ?列車運行速度

車輛最高運行速度為80 km/h，設計構造速度90 km/h，列車連掛速度2.5 km/h，通過洗車機穩定運行速度2 km/h。

1.4.2 ? ?列車牽引加速度

空載到AW2載荷工況下，在平直干燥軌道上，額定電壓時列車最大牽引加速度為1.0 m/s2。AW2以上載荷，加速度可能會隨之降低，同時須維持牽引靜態逆變器3/4載荷下的輸出功率。

1.4.3 ? ?列車制動減速度

列車制動系統分為電制動與空氣制動。

電制動由牽引系統提供，包括再生制動與電阻制動，空載到AW2載荷工況下，在平直干燥軌道上，額定電壓時車輛從80 km/h降低至8 km/h或更低速度時產生的車輛減速度為1.0 m/s2。

空氣制動采用軸盤制動，采用車控方式。空載到AW2載荷工況下，最大常用制動≥1.0 m/s2;空載到AW3載荷工況下，緊急制動≥1.3 m/s2。

1.4.4 ? ?列車救援能力

新造車輛能夠與老車進行機械和氣動連掛，連掛車輛中任意3輛編組的列車，能夠按照要求，以每小時40 km的最高速度和較低的加速度拉動或推動4輛編組的故障列車（空載工況）。

2 ? ?車輛各主要系統及主要部件

2.1 ? ?車體及車鉤裝置

車輛車體為鋁合金V型大斷面擠壓型材整體承載全焊接結構。車體及其部件焊接的設計、生產、試驗和質量認證滿足EN 15085標準相關要求，在搭接點焊的地方使用密封膠，保證車體密封防水性。

車體使用壽命不小于30年，在正常運行條件下，不會出現任何疲勞或永久變形。

列車配置全自動車鉤和鉸接裝置（設置在鉸接轉向架上），本項目車輛間允許以自動方式進行機械、電氣和氣動連接，并可與蒙特雷市輕軌1號線和2號線現有車輛的連掛系統實現機械和氣動連掛。整車連掛速度滿足2.5 km/h，通過在司機臺設置連掛時速度按鈕實現。電氣鉤頭設置在車鉤頭下方，滿足列車重聯和救援要求。

2.2 ? ?內裝系統

客室天花板高度為2 075 mm，客室側頂板及貫通道區域的最小高度為1 900 mm。客室座椅沿縱向布置，椅面采用玻璃鋼材料，表面凹坑造型，根據客室的布置要求，局部座椅下方布置座椅屏柜。每節車設置6個車窗，采用鋼化安全中空玻璃，車窗上部可以向內打開，兼作緊急情況的通風窗使用。地板布采用厚度為2.5 mm的PVC地板布，地板采用雙層鋁蜂窩結構。客室的天花板兩側縱向布置通LED長燈帶。司機室隔墻采用鋁蜂窩和鋁型材結構;中頂板兩邊采用活動的側頂板，由擠壓成型鋁合金型材制成;側墻采用鋁板材質，保證側墻的強度和隔音要求。每列車設置一個殘疾人區域，布置在M1車Ⅰ端端部右側（車行方向）。

2.3 ? ?車門

客室采用雙開式電動塞拉門，每節車廂每側設置3對雙開電動內藏門，電機通過單獨的門控器進行控制。車門凈開寬度1 300 mm，車門凈通過高度1 900 mm。門扇的框架采用鋁型材，門扇內部采用鋁蜂窩材料，具有高剛度和良好的隔音性能。客室的門窗玻璃應受到透明、防涂鴉、具有黏性且可互換的薄膜保護，從而防止玻璃被劃傷。門扇的內外側均設置扣手和車內每對門車門狀態指示燈;在車外，位于車端設置一個門關指示燈，用于指示所有車門是否關好。客室側門門檻分為外門檻和內門檻，分別安裝有磨耗塊，與門扇上的下部導軌配合，對門扇的運動進行導向。門檻采用鋁合金型材。外門檻上設置補縫膠條，采用黑色的硬橡膠，車輛停站開門時可減少車輛與站臺的間隙。車內采用旋鈕式緊急解鎖機構，緊急情況下乘客可以將蓋板破壞掉，再操作緊急解鎖手柄解鎖對應的客室側門;車外每節車的單側各設置一個車外緊急解鎖裝置，可通過三角鑰匙對對應的車門進行車外緊急解鎖操作。在M1車司機室的兩側設置有用于司機室登車的司機室側門，采用手動折頁門結構，門凈通過寬度500 mm，凈通過高度1 800 mm。門扇周邊采用整體鋁合金型材密封框結構。

2.4 ? ?空調及通風系統

空調與通風系統由空調機組、空調控制系統、風道系統、廢排裝置、司機室空調等組成，可實現通風、制冷功能。

空調機組為頂置單元式，采用下送下回的送回風型式。兩臺空調機組分別安裝在M1及M2車車廂頂部中間位置，空調控制集成在機組內部。采用制冷量為40 kW的定頻單冷空調機組，每節車送風量為4 500 m3/h，其中新風量3 000 m3/h，無緊急通風。

本項目司機室采用獨立的空調單元，具有通風、制冷及采暖功能，可在司機室內完成空調裝置模式選擇及溫度調節。制冷量為4.5 kW，且內置2 kW電加熱器。

每節車的Ⅱ端車頂各布置兩個廢排裝置。

2.5 ? ?轉向架

本項目整列車配有3個鉸接轉向架，鉸接轉向架分為動力鉸接轉向架和非動力鉸接轉向架，均為帶搖枕H型低合金高強度鋼板焊接轉向架。動力鉸接轉向架和非動力鉸接轉向架主體結構基本相同，主要部件有構架、輪對、一系懸掛（橡膠簧）、二系懸掛（空氣簧）、搖枕（整體鑄造）、回轉支承（動力鉸接轉向架設置兩環回轉支撐，非動力鉸接轉向架設置三環回轉支撐）、基礎制動裝置、電機和齒輪箱傳動裝置（僅動力鉸接轉向架有）、牽引裝置、垂向及橫向減振器、空氣管路、電器裝置、高度調節裝置等。列車的車輛Ⅰ端動力鉸接轉向架設置有掃石器。車輪采用彈性車輪，降低了車輛的運行噪聲。為了降低車輪的輪緣磨耗以及改善車輪踏面和鋼軌之間的摩擦系數，在車輛Ⅰ端動力鉸接轉向架上安裝了干式輪緣潤滑裝置。

2.6 ? ?牽引系統

列車牽引系統采用牽引逆變器—鼠籠異步牽引電機構成的交流電傳動系統。每列車配備一臺牽引逆變器，采用架控方式，同時為4臺交流異步牽引電機供電，制動電阻采用強迫風冷型式。列車在M1車車頂采用氣囊式受電弓，采用單臂輕量化結構設計，靠氣壓驅動，自重降弓。列車主電路圖如圖2所示。

牽引能力滿足：（1）運行速度：80 km/h;（2）加速度：AW2載荷工況下最大加速度1.0 m/s2;（3）減速度：AW2載荷工況下最大減速度1.0 m/s2。

制動電阻能力滿足：要求在水平軌道上承受載荷AW2的最大常用制動（1.0 m/s2）時，制動電阻能夠耗散所產生的100%的制動能量。

2.7 ? ?輔助供電系統

輔助電源系統的運行獨立于列車牽引系統，其主要設備為輔助電源箱（含輔助逆變器和低壓電源），采用強迫風冷的方式，車輛控制系統采用DC110 V電源，交流電源采用AC380 V。在M2車安裝有一個輔助電源箱和一個蓄電池箱。蓄電池采用鎘鎳堿性蓄電池組，在輔助電源系統關閉的情況下，蓄電池能應急供電1.5 h。

2.8 ? ?制動系統

列車制動系統采用KBGM系統，主要包括SL6型螺桿壓縮機、ESRA制動控制單元、軸盤制動器和防滑閥等設備;采用一套BCU（一個EBCU+一個PBCU）控制3個轉向架的制動控制方案。

列車配置兩套制動系統：電制動系統（ED）、空氣制動系統（EP），電制動由牽引系統提供，包括再生制動與電阻制動;緊急制動僅施加空氣制動，是最高等級制動;基礎制動采用軸盤制動形式。常用制動下，電制動優先，電制動不足時空氣制動提供補充，常用制動具有防滑保護和沖動限制（≤0.7 m/s3）功能。

2.9 ? ?列車廣播和乘客信息系統

乘客信息及視頻監控系統是一個集成了列車廣播、對講、LED信息顯示和視頻監控系統的綜合平臺，本系統的設備均采用模塊化、一體化的設計方案。主要的控制器和輔助設備設計為插入式的板卡模塊，集成于3U 19″標準EMC機箱中，大大提高了可維護性。PIS部分的列車總線采用平行以太網，實現本項目PIS系統的全部功能，冗余設置一對模擬音頻線，在以太網完全失效時，降級冗余實現司機的人工廣播功能。

每列車配置獨立的車載視頻監控系統，在每節客室中安裝兩只攝像頭，以便列車司機實時監視本列車上的治安狀況，視頻信息最終保存在視頻錄像機的硬盤中。

2.10 ? ?列車控制系統

列車控制網絡采用WTB+MVB全冗余的分布式總線控制方式[2]，符合IEC 61375標準的要求。單列車運行時，列車使用MVB總線進行數據傳輸，通過MVB總線可以連接牽引系統、輔助系統、制動系統、空調系統、車門系統、乘客信息系統和事件記錄儀等。

列車重聯時，列車與列車之間的數據傳輸使用WTB總線，以實現列車控制網絡快速重聯和自動重新配置的功能。VCU集成了網關，實現列車級總線與車輛級總線的數據轉發功能。

列車配置磁性停車系統，磁性停車系統為列車駕駛安全系統的重要組成部分，在軌道交通燈的指引下，可保證將列車停靠在限制的安全區域內。

2.11 ? ?照明系統

照明系統包括客室照明、司機室照明和外部照明[2]。客室照明采用節能環保的LED照明方案，采用集中式驅動電源供電。車廂內燈具在電氣結構上分為4路燈帶，左右兩側各2路，且間隔分布，分別由直流110 V供電。緊急照明通過降低整體的輸出功率來降低亮度，減少對蓄電池電能的消耗，且能夠保證整個車廂照明的均勻性和一致性。司機室照明在司機室天花板采用LED平面光源。外部照明前照燈采用氙氣燈，指示燈采用LED光源，在列車緊急制動距離處照度不低于2 lx;在M2車尾部指示燈處增加一個重聯連掛照明燈，均采用LED燈。

3 ? ?結語

墨西哥蒙特雷市鉸接輕軌車輛是中國城市軌道交通走進墨西哥國家市場的第一單，本項目列車是中國自主研制的鉸接輕軌車輛出口的成功典范。列車已于2021年3月在蒙特雷市正式投入運營，目前已經安全運營10個多月，單列車運行近10萬km里程，車輛性能得到了業主的充分認可，也為中國軌道交通進入墨西哥國家市場起到了良好的示范作用。

[參考文獻]

[1] 岳譯新，劉厚林，周利，等.安卡拉不銹鋼地鐵車輛總體設計[J].電力機車與城軌車輛，2017，40（5）：19-22.

[2] 陶功安，袁立祥，馬喜成.廣州地鐵3號線地鐵車輛[J].機車電傳動，2006（4）：53-59.

收稿日期：2022-02-17

作者簡介：彭鋒（1985—），男，湖南衡陽人，工程師，主要從事軌道交通車輛設計研發工作。