城市轨道交通车辆新技术.ppt

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1、第七章第七章第七章第七章现代城轨车辆的主要特点现代城轨车辆集诸多现代高新科学技术于一体，现代城轨车辆集诸多现代高新科学技术于一体，其涉及机械、电气其涉及机械、电气(强电、弱电强电、弱电)、计算机技术、计算机技术、声学与光学技术领域声学与光学技术领域.主要特点有：主要特点有：现代的设计理念：现代的设计理念：轻量化、集成化、讲究性轻量化、集成化、讲究性能优良的同时，更注重安全、舒适、以人为能优良的同时，更注重安全、舒适、以人为本，尽力追求低生命周期成本；本，尽力追求低生命周期成本；现代的设计、制造手段：现代的设计、制造手段：计算机辅助设计及计算机辅助设计及制造制造(、等、等)，三维立，三维立体设计

2、、仿真计算、有限元应力分析等；体设计、仿真计算、有限元应力分析等；现代的检测、试验手段：现代的检测、试验手段：计算机技术、激计算机技术、激光技术以及自动化技术的应用，全天候环光技术以及自动化技术的应用，全天候环境模拟试验、电磁兼容性试验等手段；境模拟试验、电磁兼容性试验等手段；新材料、新工艺、新设备的应用：新材料、新工艺、新设备的应用：大型中大型中空铝型材、薄型不锈钢板材、高强度玻璃空铝型材、薄型不锈钢板材、高强度玻璃钢、焊接铆接新工艺，大量采用钢、焊接铆接新工艺，大量采用 加加工中心机床设备等；工中心机床设备等；严密的质量保证体系：严密的质量保证体系：满足可靠性、可使满足可靠性、可使用性、可

3、维护性、安全性。用性、可维护性、安全性。现代城轨车辆的主要特点城市轨道交通车辆新技术综述城市轨道交通车辆新技术综述 为适应城市轨道交通运输特点，近年来，城市轨道交通车辆主要采用了以下新技术：单轨交通技术；磁浮轨道交通；直线电机车辆；转向架新技术独立旋转车轮独立旋转车轮、内侧轴箱悬挂、橡胶轮车辆、单轴转向架单轴转向架等；车体新技术新材料车体、碰撞吸能车体等；独轨交通技术独轨交通技术独轨交通（Monorail Transit）是一种轨道为一条带形梁体，车辆跨座于其上或悬挂于其下行驶的交通系统。可分为跨座式单轨跨座式单轨和悬挂式单轨悬挂式单轨两种。跨跨座座式式悬悬挂挂式式中国单轨交通系统中国单轨交通

4、系统我国第一条跨座单轨交通线：重庆轻轨一期，较（场口）新（山村），首期开通较场口动物园；该线车辆由日本日立和北车集团长客股份公司提供；西南交通大学机械工程学院重庆单轨交通系统重庆单轨交通系统单轨交通的优点单轨交通的优点行驶速度快，运量大；爬坡能力和曲线通过能力好；建设周期短，造价低；占地面积小，空间利用率高；安全舒适；环境污染小；对居民区干扰少；单轨交通的缺点单轨交通的缺点事故救援困难；事故救援困难；橡胶车轮大阻力引起大能耗；橡胶车轮大阻力引起大能耗；需要严格防止部件松脱；需要严格防止部件松脱；道岔系统复杂。道岔系统复杂。西南交通大学机械工程学院重庆单轨交通系统重庆单轨交通系统跨座式单轨车辆转

5、向架跨座式单轨车辆转向架跨座式单轨车辆转向架为无摇枕特殊结构的跨座式两轴转向架，每辆车有两台，动力转向架的每根轴由一台交流牵引电动机驱动。转向架采用中心牵引装置；构架是钢板焊接结构，具有足够的强度和刚度。转向架与车体之间的悬挂装置为空气弹簧，并装有横向减振器有良好的动力性能，轴重小于 11 t。跨座式单轨车辆转向架跨座式单轨车辆转向架稳定轮稳定轮导向轮导向轮走行轮，导向轮，稳定轮均为橡胶轮胎。走行轮系无内胎钢丝橡胶轮胎，内充氮气，每台转向架有 4 个走行轮胎；导向轮、稳定轮内充压缩空气。走行轮泄气时由安装在转向架两端梁上的实心轮胎作为辅助车轮。水平车轮中，有位于上方的 4 个导向轮和位于下方的

6、 2 个稳定轮，都是带有尼龙丝的橡胶轮胎。跨座式单轨车辆转向架跨座式单轨车辆转向架跨座式单轨车辆转向架跨座式单轨车辆转向架转向架构架由侧梁、横梁、端梁及导向、稳定车轮的支承架构成，构架内部作空气弹簧辅助空气室。走行轮轴和水平轮轴均为单悬臂式。采用二级减速直角齿轮传动方式，电机到齿轮箱的联轴节为弹性连轴节，齿轮采用飞溅润滑方式。基础制动机构采用盘形制动跨座式单轨车辆转向架跨座式单轨车辆转向架直线电机驱动城市轨道交通车辆直线电机驱动城市轨道交通车辆直线电机结构相当于将旋转电机切割展开成直线状。城市轨道交通用的直线电机(LIM)定子（初级线圈）设置在车辆上的直线电机里、转子（次级线圈）设置在轨道上的

7、感应板内。直线电机一般分为直线同步电机和直线感应电机。城市轨道交通中一般使用直线感应电机，简称直线电机。直线电机直线电机分类分类1 1：按直线电机磁场是否同步分：按直线电机磁场是否同步分直线同步电机LSM(Linear Synchronous Motor)导轨上的转子磁场与车辆上的定子磁场同步运行，控制定子磁场的移动速度就可以准确控制列车的运行速度，德国的运捷TR和日本的MLX系统均使用这种直线同步电机。直线感应电机LIM(Linear Induction Motor)转子磁场与定子磁场不同步运行，故也称为直线异步电机，中低速磁悬浮铁路及直线电机轮轨交通一般使用该种电机。分类分类2 2：按驱动

8、方式分：按驱动方式分 列列车车的的运运行行工工况况（牵牵引引、惰惰行行、制制动动）及及运运行行速速度度完完全全由由定定子子绕绕组组中中的的移移动动磁磁场场控制。控制。按按照照直直线线电电机机的的初初级级线线圈圈（定定子子线线圈圈）的的安安设设位位置置不不同同，直直线线电电机机牵牵引引的的铁铁路路可可以划分为以划分为导轨驱动导轨驱动和和车辆驱动车辆驱动两种类型。两种类型。直线电机城市轨道车辆基本原理直线电机城市轨道车辆基本原理利用车轮起支承导向作用，这与传统轮轨系统相似。但在牵引方面却采用了短定子列车驱动直线异步电机（LIM）驱动，定子（初级线圈）设置在车辆上，转子（次级线圈）设置在感应轨上，工

9、作原理与日本HSST系统基本相同。车辆平稳运行时，定子与感应轨之间的间隙一般保持在10mm左右。日本日本HSST 磁浮车磁浮车直线电机城市轨道车辆直线电机城市轨道车辆 感应板要安置在轨道道床上，其与钢轨、道床以及三轨的尺寸链感应板要安置在轨道道床上，其与钢轨、道床以及三轨的尺寸链关系至为重要。关系至为重要。直线电机城市轨道车辆基本原理直线电机城市轨道车辆基本原理 当电流通过定子电磁铁线圈时，会产生向前方向的磁场，通过与轨道反应板当电流通过定子电磁铁线圈时，会产生向前方向的磁场，通过与轨道反应板的相互作用产生牵引力。列车靠车轮支撑在轨道上，由于反应板固定在轨道上，的相互作用产生牵引力。列车靠车轮

10、支撑在轨道上，由于反应板固定在轨道上，反作用力推动定子，带动转向架和列车向前运行。反作用力推动定子，带动转向架和列车向前运行。感感 应应 板板 感应板安装在走行轨之间感应板安装在走行轨之间。加拿大加拿大在道床或轨枕上预埋螺栓，感应板固定在螺栓上在道床或轨枕上预埋螺栓，感应板固定在螺栓上，铺装方便，易调整，端头可悬空铺装方便，易调整，端头可悬空。日本日本在轨枕上预埋螺栓，采用扣压件扣压感应板；在轨枕上预埋螺栓，采用扣压件扣压感应板；优点是优点是稳定性较好；稳定性较好；缺点是感应板的调整量很小，对轨道的要求过高，缺点是感应板的调整量很小，对轨道的要求过高，感应板端头不能悬空。感应板端头不能悬空。直

11、线电机驱动轮轨车辆在中国的运用直线电机驱动轮轨车辆在中国的运用广州地铁47号线。其中4号线已经开通；车体由南车四方股份提供；转向架由庞巴迪(Bombardier)提供。广州地铁广州地铁4号线号线直线电机驱动轨道交通系统的优点直线电机驱动轨道交通系统的优点技术先进：牵引力不受粘着限制；坡道、曲线限制可以放宽；起动加速性能好；转向架上可以不安装旋转电机和齿轮箱，空间大，易于采用径向转向架等技术；安全可靠：安全可靠：依靠轮轨导向保证安全；依靠轮轨导向保证安全；l经济合理：经济合理：隧道土建规模小隧道土建规模小轨道结构简单轨道结构简单道岔结构简单、号码小道岔结构简单、号码小车站规模小车站规模小车辆段规

12、模小车辆段规模小养护维修、运营费用低养护维修、运营费用低利用直线电机驱动可降低地板面高，减小限界尺寸利用直线电机驱动可降低地板面高，减小限界尺寸不采用旋转电机，轮对尺寸减小，可以使转向架设计不采用旋转电机，轮对尺寸减小，可以使转向架设计更紧凑；更紧凑；l绿色环保：绿色环保：低噪音、低磨耗、小振动低噪音、低磨耗、小振动直线电机驱动轨道交通系统的优点直线电机驱动轨道交通系统的优点效率不及旋转电机：由于直线电机气隙比旋转电机大，故其传动效率一般为70%左右，而旋转电机本身与驱动系统的总效率在90%左右；需要复杂的调整机构：由于存在轮轨磨耗等因素，为保证气隙，直线电机驱动车辆转向架需要设置复杂的调整机

13、构；直线电机驱动轨道交通系统的缺点直线电机驱动轨道交通系统的缺点磁浮轨道交通系统磁浮轨道交通系统磁浮列车利用常导磁铁或超导磁体产生的吸力或斥力使车辆浮起，用以上复合技术产生导向力，用直线电机产生牵引动力的交通工具，可分为：常导磁悬浮车，如德国TR01、TR02、MBB和日本HSST；超导磁悬浮车，如日本MLX；德国常导磁悬浮德国常导磁悬浮TR系统系统德国常导磁悬浮TR系统的悬浮和导向采用电磁悬浮EMS原理采用长定子直线同步电机牵引列车与轨道之间的平均悬浮间隙保持在10mm上海磁浮示范线采用该技术德国常导磁悬浮德国常导磁悬浮TR系统系统德国德国TR08上海磁悬浮列车（德国上海磁悬浮列车（德国EM

14、SEMS技术）技术）上海磁悬浮列车（德国上海磁悬浮列车（德国EMSEMS技术）技术）上海磁悬浮列车（德国上海磁悬浮列车（德国EMSEMS技术）技术）上海磁悬浮列车（德国上海磁悬浮列车（德国EMSEMS技术）技术）德国德国TR磁浮系统与轮轨的对比磁浮系统与轮轨的对比 德国常导磁吸型德国常导磁吸型(EMS)(EMS)磁悬浮列车磁悬浮列车德国德国TR系统悬浮导向原理系统悬浮导向原理德国德国TR系统系统的驱动原理的驱动原理 线性电机定子包布线中的交流电会产生移动磁场移动磁场移动磁场移动磁场，推动列车无接触向前行。通过改变电流强度，列车的前行速度会作无极调整。当列车制动时，电动机则变成发电机。日本超导磁

15、悬浮日本超导磁悬浮MLX系统系统采用电动悬浮EDS原理采用长定子直线同步电机牵引列车与轨道之间的平均悬浮间隙保持在100mm日本磁悬浮列车日本磁悬浮列车MLX-01磁悬浮高速列车磁悬浮高速列车磁悬浮列车导轨装置磁悬浮列车导轨装置日本磁悬浮列车日本磁悬浮列车日本日本MLX系统系统的的悬浮原理悬浮原理日本超导磁悬浮MLX系统在导轨侧壁安装有悬浮及导向绕组。当车辆高速通过时，车辆上的超导磁场会在导轨侧壁的悬浮绕组中产生感应电流和感应磁场，控制每组悬浮绕组上侧的磁场极性与车辆超导磁场的极性相反从而产生引力、下侧极性与超导磁场极性相同产生斥力，使得车辆悬浮起来。悬浮高度为100mm。如果车辆在平面上远离

16、了导轨的中心位置，系统会自动在导轨每侧的悬浮绕组中产生磁场，并且使得偏离侧的地面磁场与车体的超导磁场产生吸引力，靠近侧的地面磁场与车体磁场产生排斥力，从而保持车体不偏离导轨的中心位置。日本日本MLX系统系统的的导向原理导向原理悬浮导向线圈NNSS超导磁铁车辆中央SSNN复原力排斥力NS吸引力车车 辆辆 向向 右右 偏偏 移移超导磁铁N悬浮导向线圈S日本日本MLX系统系统的的导向原理导向原理日本日本MLX系统系统的驱动原理的驱动原理 车体车体车体车体导轨导轨导轨导轨供电系统供电系统供电系统供电系统中国对磁浮轨道交通的研究中国对磁浮轨道交通的研究中国对磁浮轨道交通的研究主要是中低速磁悬浮系统；西南交通大学的研究及其与长春客车厂合作生产的样车；国防科技大学的研究及其与唐山机车车辆厂合作生产的样车；西南交通大学的研究样车西南交通大学的研究样车国防科技大学的研究样车国防科技大学的研究样车