第四節(jié)　車輛

城市軌道交通車輛一般指的是城市公共交通的旅客運載工具，它不僅要保證車輛運行的安全、準點、快速，而且要為乘客提供良好的服務條件，使乘客乘車舒適、方便，同時還考慮對城市景觀和環(huán)境的影響。為了達到這些要求，在設計、制造城市軌道交通車輛上采用了大量高新技術。例如，車體結構材料的輕量化；走行裝置的低噪聲和高平穩(wěn)性設計；線性電機驅動；再生制動技術以及交流變頻調壓技術等。

按照車輛自重、載客量及運營速度的不同，城市軌道交通車輛可分為A型車、B型車、C型車和低地板輕軌車。下面以地鐵和輕軌車輛為例分別介紹。

一、地鐵列車的組成

目前，城市地鐵列車一般由兩個單元電動車組編成，每個單元車采用2動1拖的編組型式為：-A*B*C=C*B*A-。其中：“A”車為帶有一個司機室的拖車，“B”車為裝有受電弓的動車，“C”車為無受電弓的動車，“-”為自動車鉤，“*”為半永久型牽引桿，“=”為半自動車鉤。

A——帶司機室拖車，包括：1個司機室，司機室端部自動車鉤1個，另一端半永久性牽引桿1個；

B——動車，包括：1個受電弓，2個半永久性牽引桿；

C——動車，包括：1個半永久性牽引桿，1個半自動車鉤。

整列車連接方式：單元內車輛之間為半永久牽引桿，兩個單元之間為半自動車鉤，與其他列車連掛為全自動車鉤。A-B-C組合為一個單元，可獨立供電啟動。但只限于慢行和非運營目的。列車可自動駕駛（但司機必須在場）或人工駕駛。列車在特別情況下可與另一個列車連掛以實現(xiàn)救援。如圖1-10所示。

二、輕軌列車的組成

武漢輕軌一期工程電客車采用二動二拖四輛固定編組，其中一動（M1、M2車）—拖（Tc車），為一個獨立的動力單元，兩端頭車為拖車，設有司機室。正常行駛時，由兩端有司機室的拖車進行操縱，一端為頭車、另一端為尾車。通過操縱頭車的頭尾轉換開關鑰匙設定頭車后，操縱頭車的牽引和制動裝置，實現(xiàn)列車安全、正點運行。如圖1-11所示。

武漢輕軌車輛選用半自動車鉤和半永久車鉤兩種型式的密接式鉤緩裝置。每個單元前后端安裝半自動密接式車鉤緩沖裝置，每個單元兩車之間安裝一組半永久車鉤緩沖裝置。

每單元牽引和制動及輔助設備是相同的。其中M車設有受流器、避雷器、隔離開關、高速斷路器、電抗器、VVVF變流裝置、牽引電機、空壓機、干燥器、空壓機啟動控制箱、應急通風逆變器箱、外接電源插座、微機監(jiān)控輔助單元等設備。Tc車設有司機操縱裝置、無線電臺、微機監(jiān)控主單元、ATO自動駕駛系統(tǒng)、外接電源插座、應急通風逆變器箱、電喇叭、輔助電源裝置、蓄電池、母線高速斷路器、母線開關熔斷器、受流器設備。每輛車還設有空調控制柜，可分別獨立控制和列車集中控制各車的空調裝置。

列車由第三軌提供DC 750V電源，經設在各車轉向架上的受流器，分別給每輛M車的VVVF牽引逆變器及T車上的輔助逆變器供電。同時可通過列車母線，將本單元動力線貫通。異步交流牽引電機是由VVVF牽引逆變器提供三相交流電運轉的。可以實現(xiàn)牽引、再生反饋制動、電阻制動，也可采用電空混合制動和純空氣制動，但為充分利用電制動的目的，采用電制動優(yōu)先的原則，盡量減少空氣制動的使用率。

在城市軌道交通車輛中還有另一種車輛，即工程車輛，它們的作用是維護線路設備設施，并承擔突發(fā)事件處置、事故救援工作。按照用途不同可分為內燃機牽引車、軌道牽引車、觸網架線車、起重車、清掃車、平板裝卸車等。

客車、機車、車輛應有識別的標記：即軌道交通公司徽記、車號、制造廠名及日期。

三、城市軌道交通車輛的主要設備

（一）車輛設備作用和分類

按照設備的用途，車輛設備包括車用設備和服務于乘客設備兩大類。

車用設備主要有：牽引動力設備（如受電弓、逆變器、牽引電機）、計算機控制設備（如微機控制單元）、制動設備、風源設備等，它們用于滿足列車運行要求。

服務于乘客設備主要有：旅客乘坐設備（如坐席、扶手等）、照明設備、信息廣播設備、空氣調節(jié)設備等，用于為旅客提供方便和服務，保證乘客良好的乘車環(huán)境。

按照其設備的性質分類有：機械設備、電氣及控制設備。

按照設備的布置位置，車輛設備分為：車頂設備、車內設備和車底設備。如圖1-12～圖1-14所示。

一般城軌車輛以動車組的形式出現(xiàn)，車內空間盡量用于容納乘客，設備的布置應使客室環(huán)境安全、舒適，與乘客無直接關系的車輛運營所需設備盡可能懸掛于車底，以使車內空間最大化。

（二）地鐵車輛的基本組成

地鐵車輛主要由車體、走行部（又稱轉向架）、牽引緩沖連接裝置、制動裝置、受流裝置、電氣系統(tǒng)、列車自動監(jiān)控設備等七大部分組成。

1.車體：作用是容納乘客；安裝與連接其他設備和部件。現(xiàn)代城軌車輛均采用整體承載的鋼結構或輕金屬結構，以達到滿足強度、剛度要求的同時最大限度地減輕自重。它由車頂、側墻、端墻、底架、車門及車窗等組成。

2.走行部（轉向架）：是車輛安全運行的基礎。安裝于車體和軌道之間，用于支撐、引導車體沿軌道行駛；傳遞和緩和來自車體及線路的各種載荷。是保證車輛運行品質的關鍵部件，一般由構架、輪對軸箱裝置、彈簧懸掛裝置和制動裝置等組成。有動力轉向架和非動力轉向架之分。

3.車輛連接裝置：包括車鉤緩沖裝置和貫通道。車鉤緩沖裝置起著傳遞牽引與制動力、緩和車輛間縱向沖擊的作用，同時還起著聯(lián)系車輛之間的電路和氣路的作用。貫通道是車輛與車輛之間的客室連接通道。

4.制動裝置：用于產生制動力，以確保車輛能可靠減速或在規(guī)定的制動距離內停車，它是車輛運行安全、可靠的基本保障。常見的制動方式有摩擦制動、動力制動和磁軌制動等。

5.受流裝置：將接觸網或導電軌的電能引入動車的裝置。城軌車輛的受流器分為三軌受流器和受電弓受流兩種，受流器的選擇主要取決于供電電壓。供電電壓DC 750V，一般采用三軌受流器，其優(yōu)點是對市容景觀影響較小；供電電壓DC 1500V，一般采用架空線接觸網受電弓受流，其優(yōu)點是線路電壓降低，能量損失少，同時需要的牽引變壓站數量少。

6.車輛電氣系統(tǒng)：包括車輛上的各種電氣設備及其控制電路。按其作用和功能可分為主電路、輔助電路和控制電路三個子系統(tǒng)。

7.列車自動監(jiān)控設備：包括列車內部監(jiān)控設備、列車自動控制ATC系統(tǒng)及列車故障自診斷系統(tǒng)等。

（三）車輛的基本設備配置

（1）受電弓

受電弓是一種通過空氣回路（或電動）控制升、降動作的鉸接式機械構件，受電弓從接觸網上獲取電流，并將其傳送到車輛電氣系統(tǒng)。單臂式受電弓一般由底架、框架，集流頭和升降裝置所組成。受電弓一般通過基礎框架安裝在車頂上，并盡量靠近轉向架回轉中心，以避免車輛通過曲線時引起受電弓偏離接觸網導線。

（2）空調單元

空調系統(tǒng)的作用是確保車內有一個舒適的環(huán)境溫度、濕度和充足的新鮮空氣。城軌車輛每車車頂都安裝兩個車頂一體式空調單元。位于1位端的空調單元稱空調單元Ⅰ，位于2位端的空調單元稱空調單元Ⅱ。

（3）牽引逆變器（VVVF）

接觸網直流供電——車輛交流傳動時必須采用牽引逆變器，通過它的電源回路，逆變器驅動四個并聯(lián)的三相交流牽引電機，它還能執(zhí)行電阻制動或再生制動。

在運行工況：VVVF將接觸網得到的直流電源轉換為三相變頻變壓電源，驅動牽引電機。

在制動工況：VVVF將此時由電機產生的三相電源轉換為直流電源，產生的電源反饋回到接觸網供給其他負載或供給其他車上耗電設備。未被消耗的電能由制動電阻轉換為熱能散逸到大氣中去。

（4）牽引單元

牽引單元包括牽引電機、聯(lián)軸節(jié)和齒輪箱等。三相牽引電機的轉矩通過聯(lián)軸節(jié)和齒輪箱驅動輪對。

從牽引變電所來的直流電經接觸網→受電弓→高速斷路器→線路濾波器→牽引逆變器（VVVF）→方向接觸器（受主控制器控制）→牽引電動機→斬波器（GTO）→接地裝置→輪對→鋼軌（回流線）→牽引變電所。

（5）輔助設備

輔助設備是城軌車輛上的一個必不可少的電氣部分，它可為列車空調、通風機、空壓機、蓄電池充電器及照明等輔助設備提供供電電源。

輔助電源系統(tǒng)的電力主要來自牽引供電接觸網（或第三軌），經受電弓（或集電靴）進入列車；當電力不來自牽引供電接觸網（或第三軌）時，采用外接電源（例如車間電源）或者蓄電池供電。

（6）空氣制動系統(tǒng)

用于產生空氣制動力，以確保車輛能可靠減速或在規(guī)定的制動距離內停車，它是車輛運行安全、可靠的基本保障。主要包括空壓機單元、空氣控制屏、空氣干燥器、儲風缸（主風缸、制動供風缸、空氣彈簧缸、門控風缸等）和裝在轉向架上的基礎制動單元。

（7）車門系統(tǒng)

一般城市軌道交通車輛共有四種車門，即客室車門、司機室車門、緊急疏散門、司機室通道門。

地鐵每輛A型車分別安裝了10個客室車門（每側5個），供乘客上下車使用。在A車司機室安裝有2個司機室車門，1個緊急疏散門，1個司機室通道門，整列車共4個司機室車門，2個緊急疏散門，2個司機室通道門。

在每扇客室車門的上方車體內外部各裝設有一個警示燈，開關門時警示燈將會亮并閃爍。當車門被切除時或遇障礙物六次激活后，警示燈將常亮。同時在開關門時光電管式的蜂鳴器將會發(fā)出蜂鳴聲音，并持續(xù)3s，以警告乘客車門將要打開或關閉。

（8）乘客信息設備

為了方便乘客知悉列車信息，特別是弱視和弱聽乘客的上下車，一般客室安裝了揚聲器和顯示屏可以廣播和顯示站名等信息。

（9）車輛連接裝置

車輛連接裝置包括：車鉤緩沖裝置和貫通道裝置，通過它們使列車中各車輛相互連接，實現(xiàn)相鄰車輛之間的縱向力傳遞和通道的連接。

按照車輛牽引連掛裝置的連接方法的不同，可分為全自動車鉤、半自動車鉤和半永久牽引桿三種類型車鉤。

①自動車鉤：機械、電氣、氣路連接都自動連接。用于兩列車之間的連接。

②半自動車鉤：機械和氣路自動連接。電氣手動連接。用于兩個單元之間的連接。

③半永久牽引桿：只有機械連接。電氣和氣路都手動連接。用于單元內車輛連接。

（10）列車故障自診斷系統(tǒng)

列車采用微機故障自診斷系統(tǒng)，用便攜式數據采集器采集各種有關數據。

另外在軸箱上還裝有速度傳感器、接地裝置，防滑傳感器；在列車前端裝有ATC傳感器；還有輪緣潤滑裝置等。

四、電客車車體的特征

地鐵車輛的車體與一般鐵路客車車體有許多相同之處，主要包括底架、側墻、端墻（司機室）、車頂等部分。它是從強度上保證乘客安全的主要部件，也是減輕車輛自重的關鍵部件。一般車體結構的自重約占車輛自重的20％～25％。相對較輕的車體不僅可以節(jié)省制造費用，還可以減少車輛走行部分和線路的磨耗，延長部件使用壽命，減少牽引能耗，帶來巨大的經濟效益。

地鐵車輛的車體由于其特殊的用途，又具有其自身的特征：

1.編組方面看，地鐵列車一般采用動力分散型電動車組，有單節(jié)、雙節(jié)、三節(jié)式等編組形式，有頭車（即帶司機室的車輛）和中間車，以及動車與拖車之分。

2.交通范疇，在車內的平面布置上有其特征，如座位少、車門數量多且開度大，內部服務乘客的設備較為簡單等。

3.車輛質量的限制較為嚴格，要求軸重小，以降低線路的工程投資。

4.車體采用輕量化概念設計，車體材料一般采用大中型中空鋁合金擠壓型材、高強度復合材料或不銹鋼。車體其他設施多采用輕型高科技新材料。

5.車體的防火性能要求高，在車體的結構及選材上多采用防火阻燃、低煙低毒的材料。

6.車輛的隔音和減噪有嚴格要求，以最大限度地降低噪聲對乘客和沿線居民的影響。

7.列車前后端安裝有防爬器，防爬器不僅可以起到車輛之間的防爬作用，同時還具有能量吸收功能。以保護司機、乘客的安全，避免車體的損壞。

8.車輛外觀造型和色彩具有美化和與城市景觀相協(xié)調的要求等。

五、城市軌道交通車輛的運用特點

城市軌道交通車輛的牽引力來自于動車，而拖車沒有，所以稱之為動車牽引力。從牽引電氣化、自動化角度來看，雖然城市軌道交通列車（簡稱電客車）和普通鐵路的電力機車都是由受流器接受來自接觸網的電能、再在控制系統(tǒng)的指揮下，經主回路、牽引電機將電能轉換為驅動列車所需機械能，并且在必要時使車輛實施制動；但為了滿足城市公眾對大容量快速交通的需求，主要在市內和市郊運行的城市軌道交通車輛，需要在地下隧道、高架和地面軌道運行，而且站距短，線路曲線半徑小，坡度大；客流量大而集中，乘客上下車頻繁，高峰時可能嚴重超載；為了盡量縮短乘客的乘坐時間，要求有較高的運行速度，特別是較大的啟動加速度和制動減速度；傳動系統(tǒng)應效率高、能耗少，盡量減少發(fā)熱，減輕自重；控制系統(tǒng)更可靠、精確，并有良好的適應能力；對乘坐舒適性和對城市環(huán)境無公害的要求也越來越高。因此，城市軌道交通相對于普速鐵路運輸在編組形式、動力配置、軌道線路、操縱方式上仍有一定的區(qū)別。這些區(qū)別如下：

1.列車動力配置與編組形式不同

對于中國鐵路而言，普通客運列車動力集中在一個或兩個機車上，編組輛數一般為14～20輛左右，編組輛數比較靈活，運營過程中，可以隨著客流量的變化調整；而城市軌道交通的列車一般是動力分散的，編組一般為4～8輛，在運用過程中，列車編組基本固定。動力分散型與動力集中型兩者不同的特性以及編組輛數的不同，決定了兩種軌道交通在列車啟動加速性能、爬坡性能、調速制動性能等控制性能上的差異。因此，在理解相關概念時要注意上述兩者的區(qū)別。

2.區(qū)間長度短、線路縱斷面變化大

城市軌道交通為了方便人們出行，市區(qū)站間距約為0.8～1.8km，市郊線路站間距約為1～3km，遠遠小于普通鐵路的站間距。而且線路坡度變化較大，20‰左右的大上坡及大下坡較普通鐵路多，造成線路附加阻力較大；曲線半徑較小，一般在1000m以下，甚至困難地段有300m以下的曲線半徑。因此，城市軌道交通的線路條件，決定地鐵列車在運行中存在啟動頻繁、啟動加速快和制動減速快，目標速度低的特點。

3.城軌列車緊急制動距離短、操縱要求更加嚴格

普速列車一般條件下的緊急制動距離規(guī)定為800m，地鐵列車一般條件下的緊急制動距離是180m；同時要體現(xiàn)公交的特點，對乘坐舒適要求較高，運行要平穩(wěn)；它的制動方式主要是電制動與閘瓦制動相結合，對停站要求更嚴格，要停得準，停得穩(wěn)。實際的停站誤差在米級甚至20cm以下。因此，城市軌道交通對于列車的操縱方式要求更加嚴格。

城市軌道交通電力牽引系統(tǒng)薈萃了電力電子、計算機檢測與控制、電機與電器制造等多學科的先進技術，正朝著智能化、模塊化、輕量化、節(jié)能型、免維修方向發(fā)展。特別是地鐵列車，普遍具有自動保護（ATP）、自動駕駛（ATO）、自動監(jiān)控（ATS）等功能，其安全性、舒適性以及正點率都有較高要求，這些特點都對城市軌道交通車輛運用提出了更高的要求。