单元四城市轨道交通车辆.ppt

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1、2022-5-31阎国强 徐新玉 白继平主 编主 审2022-5-31城市轨道交通概况城市轨道交通规划与设计城市轨道交通线路和车站城市轨道交通车辆单元一单元二单元三单元四单元五单元六单元七城市轨道交通供配电系统城市轨道交通信号与通信系统城市轨道交通运营管理单元八城市轨道交通环境控制系统与安全管理1.了解城市轨道交通车辆技术的发展;2.掌握城市轨道交通车辆机械部件的结构和原理;3.掌握城市轨道交通车辆电气部件的结构和原理;4.了解城市轨道交通车辆检修基地的布局、作用及一般检修项目。10 10学时城市轨道交通车辆的类型和选用要素城市轨道交通车辆的电气组成部分13城市轨道交通车辆的机械组成部分城市轨

2、道交通车辆检修基地24城市轨道交通车辆作为城市公共交通工具，主要在市内和市郊运行。它的运行条件与干线铁道车辆不同：车辆要在地下隧道、高架和地面轨道运行，站距短，线路曲线半径小，坡度大；客流量大而集中，乘客上下车频繁，高峰时会超载。作为公共交通，应尽量缩短乘客的乘坐时间，由于站距短，要提高最高运行速度是很困难的，所以车辆一般有较高的起动加速度和制动减速度，以达到起动快、停车制动距离短、提高车辆平均速度的目的。车辆的设计应遵循减少能耗、减少发热设备的原则，用以降低隧道内温度；为此要尽量减轻自重，选择效率高的传动系统。由于运转密度较高，为确保安全行车， 地下铁道的通信信号比较复杂，所以车载通信信号设

3、备及车辆的控制系统，应有良好的适应能力。城市轨道交通车辆的类型和选用要素城市轨道交通车辆的特殊要求城市轨道交通车辆以地铁车辆为代表。地铁车辆是地铁用来运输乘客的运输工具，按有无动力可分为两大类：第一类是拖车（T），即本身无动力牵引装置的车辆；第二类是动车（M），即本身装有动力牵引装置的车辆，动车又分为带有受电弓的动车和不带受电弓的动车。地铁车辆在运营时一般采用动拖结合、固定编组，形成电动列车组。城市轨道交通车辆的类型和选用要素城市轨道交通车辆的类型由于线路的差异和客运规模的不同，城市轨道交通车辆一般采用不同的车型。主要的选用要素如下：1）客流特点；2）客流量；3）旅行速度；4）线路条件。城市轨

4、道交通车辆的类型和选用要素城市轨道交通车辆的选用要素城市轨道交通车辆的机械组成部分城市轨道交通车辆的主要组成部分及总体结构城市轨道交通车辆的机械组成部分城市轨道交通车辆的主要组成部分及总体结构1）车体(1)车体的特征。城市轨道交通车辆是大城市公共交通或近郊客运所选择的特殊运输工具，因而其车体具有以下特征。由于城市轨道交通车辆服务于市内公共交通，车体的外观造型、色彩协调于城市市容规划；车体内部的布置是座位少、车门多且开度大，服务于乘客的设施较简单。重量限制较严格，以降低高架线路的工程投资。车体采用轻量化设计，其他辅助设施尽量采用轻型高科技新材料。车体的防火要求严格，特别是运行于地下隧道的地铁车辆

5、,一旦发生火灾，后果不堪设想，故采用了防火、阻燃、低烟和低毒的材料。车体的隔音和减噪措施有严格要求，以最大限度地降低车辆噪声对乘客和沿线居民的影响。城市轨道交通车辆的机械组成部分城市轨道交通车辆的主要组成部分及总体结构(2)车体的材料。目前,轨道交通车辆车体材料已由碳素钢发展到不锈钢和铝合金。碳素钢车体,自重能达到1013t，材料和制造成本相对于另两种材料最低，耐腐蚀性最差，维修费用高，因此总成本最高。不锈钢车体,自重比碳素钢可减轻12t，材料和制造成本较碳素钢高，耐腐蚀、基本不需要定期维修保养，所以总成本在三者中是最低的。铝合金车体,自重比钢制车体能减轻35t，是三者中最轻的，材料和制造成本

6、最高,耐腐蚀性较好，需定期维护，所以总成本较高。(3)车体的制造工艺。车体的制造工艺一般采用焊接和铆接，焊接和铆接两种工艺交替使用，但大部件之间组装以铆接为主。城市轨道交通车辆的机械组成部分城市轨道交通车辆的主要组成部分及总体结构(4)车体的构成。地铁车辆的车体是由底架、侧墙、车顶和端墙等部件组成的封闭筒形结构。(5)车体的承载方式。车体的承载方式一般有底架承载和整体承载两种方式。(6)车体的外形特点。地铁车辆车体断面形状类似鼓形。(7)车体的防撞设计。图4-3 车体的构成城市轨道交通车辆的机械组成部分城市轨道交通车辆的主要组成部分及总体结构2）转向架转向架是城市轨道交通车辆的重要走行部件，列

7、车在线路上行驶时，车体与转向架之间、转向架与轨道之间会产生各种力和位移，转向架承受并传递这些力和位移，保证列车沿着轨道安全、可靠地运行。（1）转向架的作用。 增加车辆的载质量、长度和容积，提高列车运行速度。 通过转向架的轴承装置使车轮沿着钢轨的滚动转化为车辆沿线路运动的平动。 支承车体，承受并传递各种载荷及作用力，并使轴重均匀分配。 保证车辆安全运行，使车辆灵活地沿直线线路运行及顺利地通过曲线。 缓和车辆和线路之间的相互作用，减小振动和冲击，减小动应力，提高车辆运行的平稳性和安全性。 充分利用轮轨之间的黏着，传递牵引力和制动力。城市轨道交通车辆的机械组成部分城市轨道交通车辆的主要组成部分及总体

8、结构（2）转向架的种类城市轨道交通车辆所采用的转向架一般有动车转向架和拖车转向架两种。（3）转向架的结构、组成转向架的结构基本相同，如图4-5所示，一般由以下几个部分组成：图4-5 二轴动车转向架的基本结构城市轨道交通车辆的机械组成部分城市轨道交通车辆的主要组成部分及总体结构 构架构架是转向架的基础，它把转向架的零部件组成一个整体。图4-6 转向架构架城市轨道交通车辆的机械组成部分城市轨道交通车辆的主要组成部分及总体结构 弹性悬挂装置为了减少线路的不平顺和轮对运动对车体的动态影响（如垂向振动、横向振动和通过曲线等），在轮对与构架之间、构架与车体之间，设有弹性悬挂装置，前者称为轴箱悬挂（又称一系

9、悬挂），后者称为构架悬挂（又称二系悬挂）。图4-7 二系空气弹簧悬挂城市轨道交通车辆的机械组成部分城市轨道交通车辆的主要组成部分及总体结构 轮对、轴箱装置。轮对沿着钢轨滚动，除了传递车辆重量外，还传递轮轨之间的各种作用力，包括牵引力和制动力。 单元制动装置。传递制动闸缸产生的制动力或单元制动机产生的制动力，使闸瓦与轮对之间产生的转向架的内摩擦力转换成轮轨之间的外摩擦力（即制动力），从而使车辆承受前进方向的阻力，产生制动效果。 中央牵引装置。中央牵引装置是车体与转向架的连接部分，其结构应能满足安全可靠地支承车体，并传递各种载荷和作用力，同时车体与转向架之间应能绕不变的旋转中心相对转动，以使车辆顺

10、利通过曲线。 驱动系统。驱动系统是动车转向架所特有的，主要由牵引电机、联轴器、齿轮箱、齿轮箱悬挂装置以及动力轮对等组成。城市轨道交通车辆的机械组成部分城市轨道交通车辆的主要组成部分及总体结构3）车钩及缓冲装置车钩和缓冲装置固定在车体底架上，车辆运行、牵引、制动时发生的纵向拉力、压缩力经车钩、缓冲器，最后传递给车体底架的牵引梁。缓冲器起到缓解车辆之间互相冲击的作用。（1）刚性车钩和非刚性车钩。城市轨道交通车辆的机械组成部分城市轨道交通车辆的主要组成部分及总体结构（2）密接式车钩。图4-9 密接式车钩城市轨道交通车辆的机械组成部分城市轨道交通车辆的主要组成部分及总体结构（3）全自动车钩、半自动车钩

11、和半永久车钩。图4-10 全自动车钩图4-11 半永久车钩城市轨道交通车辆的机械组成部分城市轨道交通车辆的主要组成部分及总体结构4）制动装置制动装置是使车辆减速、停车，保证列车安全运行的必不可少的装置。在动车、拖车上都设置有制动装置，使运行中的列车按需要减速或在规定的距离内停车。（1）城市轨道交通车辆制动系统的特点。具有足够的制动力，保证城轨列车在规定的制动距离内停车。操作灵活，制动可靠，减速快，停车平稳准确。在制动过程中，采用电制动和空气制动进行联合制动。城轨列车在长大下坡道上运行时，制动力不衰减。根据乘客量的变化，制动力具有空重车调整能力，以减少制动时的纵向冲击。城市轨道交通车辆的机械组成

12、部分城市轨道交通车辆的主要组成部分及总体结构（2）城市轨道交通车辆的制动方式。图4-12 制动系统分类图城市轨道交通车辆的机械组成部分城市轨道交通车辆的主要组成部分及总体结构（3）三种制动方式的制动程序。在城轨车辆制动过程中，城轨车辆首先应充分利用电制动，电制动由列车的动车承担。即动车产生的电制动力不仅供自身制动使用而且还要承担拖住拖车的任务。在电制动初期，动车的电动机转变为发电机，将列车制动产生的动能经过转换，变成直流电输送回第三轨（或接触网）和供给本列车的辅助系统，这时发生的是再生制动。如果列车所在的供电区段上没有其他列车处于牵引状态，而辅助系统的用电量不能完全消耗再生的电能，电荷就会在电

13、容上集聚。当电荷聚集到一定程度时，制动斩波器开始工作，将多余的电能送到制动电阻上消耗掉。这个过程称为电阻制动。随着列车的速度下降其电制动力也将不断地减弱，当列车速度降低至一定的速度时，电制动已不能满足制动的要求，这时电制动力将逐渐被切除，所有的制动力则由气制动产生。同时列车进入停车制动的程序。城市轨道交通车辆的机械组成部分城市轨道交通车辆的主要组成部分及总体结构（4）空气制动系统。空气制动，又称为机械制动或摩擦制动，城轨车辆常用的空气制动有闸瓦制动和盘形制动。空气制动主要以压缩空气为动力，压缩空气由车辆的供气系统供给。空气制动系统的组成。城市轨道交通车辆的空气制动系统由供气设备、基础制动装置、

14、防滑装置和制动控制单元组成。常见的基础制动装置有闸瓦制动装置与盘形制动装置。摩擦制动的结构和原理。摩擦制动分为闸瓦制动和盘式制动两种，闸瓦制动又称为踏面制动，是最常用的一种制动方式。城市轨道交通车辆的机械组成部分城市轨道交通车辆的主要组成部分及总体结构制动时，闸瓦制动装置根据制动指令使制动缸内产生相应的制动缸压力，该压力通过制动缸使制动缸活塞杆产生推力，经基础制动装置中的一系列杆件的传递、分配，使每块闸瓦都贴靠在车轮踏面上，并产生闸瓦压力。车轮与闸瓦之间相对滑动，产生摩擦力，最后转化为轮轨之间的制动力。缓解时，制动控制装置将制动缸压力空气排除，制动缸活塞在制动缸缓解弹簧的作用下退回，通过各杆件

15、带动闸瓦离开车轮踏面。城市轨道交通车辆的机械组成部分城市轨道交通车辆的主要组成部分及总体结构图4-14 PC7Y型单元制动缸1-制动缓解弹簧；2-活塞杆；3-制动杠杆；4-制动杠杆转动中心；5-闸瓦间隙调整器体；6-透气滤清器；7-单向闸瓦间隙调整器；8-闸瓦托；9-闸瓦托吊；10-制动缸；11-闸瓦托复位弹簧；12-制动活塞图4-15 PC7YF型单元制动缸1-活塞；2-弹簧；3-缓解拉簧；4-活塞杆；5-制动杠杆；6-活塞杆；7-制动杠杆；8-闸瓦间隙调整器；9-闸瓦托吊；10-闸瓦托；11-制动缸；12-制动活塞；13-缓解风缸单元制动缸的类型有两种，即一般的PC7Y型单元制动缸(图4-

16、14)和具有弹簧制动器(也称停放制动器)的PC7YF型单元制动缸(图4-15)。城市轨道交通车辆的机械组成部分城市轨道交通车辆的主要组成部分及总体结构5）车辆空调系统城市轨道交通车辆由于客流密度大，为改善车厢的空气质量必须要有通风装置。车辆的通风方式有自然通风、强迫通风、空气调节。车厢空气质量是影响乘客舒适性的重要方面，随着城市轨道交通车辆服务质量的提高，自然通风已不被采用，单一的机械式强迫通风系统也逐渐被空调通风系统所代替。空调通风系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器、冷凝风机等组成。车厢内部分空气和车厢外新风混合，经空调机组处理后送入车厢。根据城市的自然条件和列车的运行环境，一些车辆还设置采暖

17、装置，采暖一般采用电热器，安装在车厢的坐椅或侧墙下方。城市轨道交通车辆的机械组成部分城市轨道交通车辆的主要组成部分及总体结构图4-17 上海地铁直流电动列车车辆空调制冷循环流程图1-储液罐；2-压缩机；3-冷凝器；4-蒸发器；5-干燥过滤器；6-视液镜；7-截止阀；8-单向阀；9-电磁阀；10-膨胀阀；11-热气旁路阀；12-软管；13-低压压力继电器；14-抽空压力继电器；15-高压压力继电器；16-加注阀；17-填充阀城市轨道交通车辆的电气组成部分车辆电气牵引系统城市轨道交通车辆电气部分主要包括电力牵引系统、辅助供电系统、列车控制和故障诊断系统和乘客信息系统等。车辆电气牵引系统包括车辆上的

18、受流器和各种电气牵引设备及其控制电路。1）受流器受流设备是列车将外部电源引入车辆电源系统的重要设备。根据线路供电方式的不同，列车受流设备分为集电靴和受电弓两种形式。集电靴装置主要应用于第三轨方式供电的线路。受电弓装置主要应用于以接触网方式供电的线路。图4-18 集电靴示意图图4-19 受电弓示意图城市轨道交通车辆的电气组成部分车辆电气牵引系统车间电源是列车辅助的受流设备，主要应用于列车在检修库内整车调试或部分设备电检查时使用。车间电源只向列车辅助系统供电，一般通过隔离二极管或接触器与列车主电路隔离。车间电源系统由电源插座盖、电源插座、熔断器、接触器及隔离二极管组成。图4-20 车间电源城市轨道

19、交通车辆的电气组成部分车辆电气牵引系统）电气牵引设备及其控制电路车辆电气牵引系统有直流电气牵引系统和交流电气牵引系统两种。（1）直流电气牵引系统随着电子技术的发展，直流电气牵引系统的控制方式发展为计算机控制的斩波调压变速方式，可将车辆动能转化的电能存储在电抗器再反馈到电网。直流斩波调压变速方式的主要优点是：只有在列车电制动电网不能吸收再生电能时才由电阻消耗电能，节约能量；电机的电流波动小，提高黏着能力；结构简单，便于检修。（2）交流电气牵引系统车辆交流电气牵引系统的控制方式是采用计算机控制的交流调频调压技术。牵引逆变器主要由输入滤波器、三相逆变线路、制动斩波线路和控制线路组成。交流调频调压变速

20、控制的优点是：采用交流异步牵引电机、VVVF无接点控制，维修量大大减少；电气牵引系统小型化、轻量化，减轻了质量；黏着性能好，提高了黏着能力。城市轨道交通车辆的电气组成部分辅助供电系统城市轨道交通车辆上的辅助设施，如车厢通风、空调及牵引等系统设备的通风和空气压缩机电机、照明（采用交流电源）等交流负载，以及乘客信息系统、列车控制系统、车辆及其子系统控制系统、电动车门驱动装置、蓄电池充电器、照明（采用直流电源）等交流负载，都是由车辆辅助供电系统供给电源。辅助供电系统主要由辅助逆变器、充电器、蓄电池三大部分组成。1）辅助逆变器列车主要通过辅助逆变器输出三相交流电供辅助电机工作，同时再经过整流输出直流电

21、供列车蓄电池及应急电池充电使用。对于采用交流供电的照明系统，逆变器还负责向照明系统供电。2）蓄电池蓄电池是车辆辅助供电系统的低压直流备用电源，在辅助静态逆变器正常工作时处于浮充电状态；在网压供电或辅助静态逆变器发生故障、不能正常工作时，作为紧急电源向车辆辅助直流紧急负载如车厢紧急通风、紧急照明、各控制系统进行供电。城市轨道交通车辆的电气组成部分列车控制和诊断系统城市轨道交通车辆及其主要系统都采用计算机进行自动控制。计算机控制系统还有自我监控和诊断功能，能够对列车主要设备的运行状态和故障自动进行信息采集、记录和显示。使用计算机控制设备的监控和诊断系统，还可用手提数据收集器通过列车上的USB维修接

22、口来收集各种有关数据。同时也能在各系统微处理器的本地维修接口收集到相关数据。所收集数据的种类和精确度能满足维修和分析故障的需要。城市轨道交通车辆的电气组成部分乘客信息系统城市轨道交通车辆乘客信息系统向乘客提供列车运行信息、安全信息和其他公共信息，如列车的终点站、停车车站、换乘信息等；在列车发生故障或事故时，向乘客提供回避危险的指挥、指导信息等。乘客信息系统包括广播、列车运行线路电子显示图、LED显示器、VCD显示器，以及各种文字、图示固定信息。向乘客播报和显示的各种形式的信息应简洁、明了，还要正确并同步，避免对乘客产生误导。城市轨道交通车辆检修基地城市轨道交通车辆检修基地的功能1）停车场停车场

23、是车辆停放的场所，承担的任务有：车辆的停放、洗刷、清扫以及车辆列检和乘务工作；停车场所在正线运营列车的故障处理和救援工作；车辆定修（年检）以下车辆的各级日常检查维修的修程。遇到车辆的重大临修则采用部件互换的修理方式。每条地铁线路按其线路长度和配属车辆的多少，设置停车场或根据需要再增加设置辅助停车场，辅助停车场仅设置停车、列检设施，只承担车辆的停放、清洁、列检工作。停车场配备车辆运用、整备和日常检查维修及配套设施，主要有停车列检库、不落轮镟轮库、调机库、临修库和车辆自动洗刷库及出入段线、洗车线、试车线、各种车库线，以及牵出线、存车线、走行线等各种辅助线路；主要设备有调机车（内燃机）、不落轮镟床、

24、自动洗车机和车辆救援设备，以及为车辆重大临修服务的架车机、起重机等。城市轨道交通车辆检修基地城市轨道交通车辆检修基地的功能2）车辆段车辆段除具有停车场的功能外，还是对城市轨道交通车辆进行较大修程的场所，主要有以下功能： 承担所属线路的车辆停放、清洁、列检工作。 承担所在线路车辆的定修（年检）及以下车辆检查维修和临修工作。 承担所属线路和由多条联络线互相沟通的线路车辆架的设置及大修工作。 承担车辆部件的检测、修理工作，满足车辆各修程对互换部件的需求。图4-21 车辆段示意图城市轨道交通车辆检修基地车辆检修基地的主要线路1）停车线停车线应为平直线路，一般设成车库，停放车辆的同时兼作检修线，分为尽端

25、式和贯通式，但贯通式便于列车的灵活调度，因此尽可能采用贯通式。2）出入段线供车辆出入停车场或车辆段的线路，除特殊条件限制外都要设置为双线，并避免切割正线，根据行车和信号要求留有必要的段（场）线路与运营正线的转换长度。3）牵出线牵出线应适应段（场）内调车的需要，牵出线的长度和数量根据列车的编组长度和调车作业的方式和工作量确定。4）静调线静调线设在静调库内，列车检修完毕到试车线试车之前，要在静调库对列车进行静态调试，检查列车各部分的技术状态，对各种电气设备和控制回路的逻辑动作及整定值进行测试和调整。城市轨道交通车辆检修基地车辆检修基地的主要线路5）试车线试车线供定修、架修、大修后列车在验收前的动态

26、调试。6）洗车线供列车停运时洗刷车辆用，洗车线中部设有洗车库。7）检修线检修线为平直线路，布置在检修、定修、架修、大修库内，专门对车辆进行检修。8）临修线列车发生临时故障和破损，需在临修线上完成对车辆的临修工作。城市轨道交通车辆检修基地车辆运用、检修库房和车间及其主要设备1）停车列检库及其附属车间停车库兼有停车、整备、清扫、日常检查、司机出乘等多种功能。为实现这些功能，停车库除设有停车线外，还设有运用车间、运转值班室、司机待班室等司机出乘用房，还设有列车以及列车车载信号检修用房。2）检修库及其辅助车间检修库及其辅助车间的平面布置主要取决于车辆的配属量、车辆的修程、检修方式及其工艺流程，同时要综

27、合考虑自然地形条件、工件运输线路以及安全、防火和环保要求等因素。（1）双周、双月检库。双周、双月检都要在库内对列车的走行部、车体及车顶设备进行检查。为便于作业和保证安全，线路采用架空形式。城市轨道交通车辆检修基地车辆运用、检修库房和车间及其主要设备图4-22 双周、双月检库立体检修平台城市轨道交通车辆检修基地车辆运用、检修库房和车间及其主要设备（2）定修库。定修库和周、月检库一样，线路采用架空形式，线路中间设置检修地沟，线路两侧设置三层检修场地。（3）架修、大修库。架修、大修库的布置应根据车辆检修工艺流程确定。对车辆设备和零部件的检修方式采用互换修为主，作业流程根据实际情况，一般采用流水作业和

28、定位修方式相结合。架修、大修库内主要设备有：地下式架车机、移车台、假转向架、桥式起重机、公铁两用牵引车、必要的运输工具、工作平台等。图423为地下式架车机架车的情景。（4）辅助检修车间及其设备。地铁车辆是一种涉及多种专业、极其复杂的设备，在对车辆进行架修、大修时，都要架车、分解，对部件进行检修。这些检修工作都在辅助检修车间进行。辅助检修车间根据列车架修、大修的工艺流程，大部分都布置在检修主库的周围。城市轨道交通车辆检修基地车辆运用、检修库房和车间及其主要设备转向架、轮对间。电机间。电器、电子间。图4-24 牵引电机试验台城市轨道交通车辆检修基地车辆运用、检修库房和车间及其主要设备3）其他库房及

29、车间（1）不落轮镟床库。（2）列车洗刷库。（3）蓄电池间。（4）中心仓库。图4-25 列车自动洗刷机城市轨道交通车辆检修基地综合维修基地综合维修基地承担全线各种设备、设施的定期维修、维护和故障维修。综合检修基地的功能和任务如下：承担所辖线路沿线隧道、线路和桥梁等设施的检查、维护和修理工作。承担所辖线路车站建筑和地面建筑的维护和修理工作。承担所辖线路变电所、接触网、供电线路和设备的运行管理、检查、维护和修理工作。承担所辖线路各机电系统及设备的运行管理、检查、维护和修理工作。承担所辖线路通信、信号系统的运行管理、检查、维护和修理工作。承担所辖线路自动售检票系统和设备的运行管理、检查、维护和修理工作。承担所辖线路防灾报警系统、设备监控系统的检查、维护和修理工作，基地各系统和设备的大、中修等工作。承担所辖线路运营、检修所需的各类材料、设备、备品配件的采购、储备、保管和发放工作。 谢谢观看！