菲律賓馬尼拉地鐵車輛設(shè)計(jì)

孫闖

【摘 要】本文介紹了菲律賓馬尼拉地鐵三號(hào)線車輛的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，包括總體技術(shù)性能，主要系統(tǒng)和主要部件的技術(shù)特點(diǎn)等。

【關(guān)鍵詞】菲律賓；馬尼拉；地鐵車輛；技術(shù)特點(diǎn)

0 前言

菲律賓馬尼拉地鐵三號(hào)線車輛是由中車大連機(jī)車車輛有限公司自主研發(fā)的地鐵車輛，該車輛采用國(guó)際設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，最高運(yùn)行速度為65km/h，整車設(shè)計(jì)壽命為30年。

1 車輛總體介紹

1.1 概述

菲律賓馬尼拉地鐵三號(hào)線全長(zhǎng)16.9km，其線路最大坡度5%，最小曲線半徑25m，雙軌軌道中心距3400mm，站臺(tái)距離軌面高度900mm，站臺(tái)長(zhǎng)度130m。

國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)地鐵車輛均無(wú)法滿足此線路參數(shù)要求，為此，大連機(jī)車設(shè)計(jì)了一種新型鉸接式地鐵車輛：?jiǎn)喂?jié)車輛采用三節(jié)車輛模塊鉸接而成（見(jiàn)圖1，其中：A為帶司機(jī)室動(dòng)力模塊，B為無(wú)動(dòng)力模塊；C為帶調(diào)車控制面板動(dòng)力模塊），車輛全長(zhǎng)31720mm，車寬2500mm，A/B、B/C車輛模塊間均采用鉸接懸臂方式連接（見(jiàn)圖3），再通過(guò)鉸接懸臂結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)向架中心銷及搖枕進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)車體與轉(zhuǎn)向架的鉸接方式連接，以滿足線路最小平面曲線半徑要求。

盡管菲律賓馬尼拉地鐵三號(hào)線單節(jié)車輛具備獨(dú)立運(yùn)營(yíng)能力，正線運(yùn)營(yíng)時(shí)，為了增加客運(yùn)量，采用四節(jié)車輛通過(guò)頭尾兩端全自動(dòng)車鉤自動(dòng)連掛的重聯(lián)方式運(yùn)營(yíng)，整列車長(zhǎng)度126.88m，連掛后的車輛亦可滿足線路平縱曲線半徑要求。當(dāng)單節(jié)車輛故障時(shí)，整列車仍可以正常方式完成一個(gè)單程運(yùn)營(yíng)，列車返回檢修庫(kù)后，僅通過(guò)車輛重聯(lián)替換故障的單節(jié)車輛，整列車即恢復(fù)正常運(yùn)營(yíng)，大大減小了整列車的故障?？繒r(shí)間。

菲律賓馬尼拉環(huán)境溫度高，空氣濕度大，且線路坡度大，為了保證車輛動(dòng)力學(xué)性能，車輛采用電制動(dòng)、液壓軸盤制動(dòng)、磁軌制動(dòng)、撒砂裝置等多重制動(dòng)系統(tǒng)相互配合，確保車輛安全。

同時(shí)，為了減小車輛振動(dòng)、噪聲，提高乘客乘坐舒適性，菲律賓馬尼拉地鐵車輛輪對(duì)采用彈性車輪，大大降低了車輛振動(dòng)和車輛內(nèi)外噪聲。

1.2 車輛編組

菲律賓馬尼拉地鐵三號(hào)線車輛采用四輛車輛編組重聯(lián)運(yùn)營(yíng)，本車輛編組型式非常靈活，除了要求編組兩端為司機(jī)室（運(yùn)行安全的要求），中間的兩列車可以任意組合。如-A+B+C--A+B+C--C+B+A--C+B+A-或-A+B+C--C+B+A--C+B+A--C+B+A-。

1.3 受流方式

車輛供電方式為受電弓受電，額定電壓為DC750V，網(wǎng)線電壓變化范圍：DC500V～900V。

1.4 車輛載客量（見(jiàn)表1）

表1 車輛載客量

乘客質(zhì)量按照65kg/人計(jì)算，整備狀態(tài)下的車輛重量、軸重差、輪重差均滿足要求。

1.5 車輛動(dòng)力學(xué)性能

車輛最高運(yùn)行速度為65km/h，設(shè)計(jì)速度70km/h，反向退行最大速度為15km/h。

對(duì)于額定載荷，車輪在半磨耗狀態(tài)，0-40km/h平均加速度≥1.03m/s2，

40-65km/h平均加速度≥0.2m/s2。牽引狀態(tài)沖擊極限1.1m/s3。

對(duì)于額定載荷，車輪在半磨耗狀態(tài)，常用制動(dòng)減速度（65-0km/h）≥1.01m/s2，緊急制動(dòng)減速度（65-0km/h）≥1.5m/s2。

2 車輛主要系統(tǒng)和部件

2.1 車體鋼結(jié)構(gòu)

車輛車體鋼結(jié)構(gòu)采用薄壁、筒型整體承載的輕量化結(jié)構(gòu)。車體呈下直上鼓形，主體結(jié)構(gòu)由司機(jī)室外罩（A、C車有）、底架、側(cè)墻、頂棚組成。除了車體底架枕梁、端底架等部分采用耐候鋼外，其余全部采用高強(qiáng)度不銹鋼。車體外表面不涂裝。

車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算按照EN12663標(biāo)準(zhǔn)的P-IV型。利用有限元分析軟件建立A、B、C車體的有限元模型，分別對(duì)A、B車進(jìn)行吊車工況、縱向壓縮工況、縱向拉伸工況、三點(diǎn)支撐。對(duì)-A+B+C-車輛單元進(jìn)行壓縮、拉伸、垂向、吊車、救援等接近20種工況下的靜強(qiáng)度計(jì)算，同時(shí)進(jìn)行碰撞、疲勞強(qiáng)度和模態(tài)分析等相關(guān)模擬分析計(jì)算，均滿足要求。車體的計(jì)算模型和網(wǎng)格見(jiàn)圖2。

在每節(jié)車的底架端部，通過(guò)懸臂結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)向架中心銷及搖枕進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)車體與轉(zhuǎn)向架的鉸接方式連接，見(jiàn)圖3。

2.2 轉(zhuǎn)向架

車輛轉(zhuǎn)向架是適合于新型電動(dòng)軌道鉸接車輛的轉(zhuǎn)向架，分為動(dòng)力轉(zhuǎn)向架和無(wú)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架兩種，兩種轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)相似，動(dòng)力轉(zhuǎn)向架置于車輛端部，無(wú)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架置于車輛鉸接部分。動(dòng)力轉(zhuǎn)向架、無(wú)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架均設(shè)有一系懸掛的橡膠彈簧和二系懸掛的鋼彈簧及鉸接搖枕結(jié)構(gòu)，構(gòu)架采用箱型低合金鋼板焊接結(jié)構(gòu)，H型構(gòu)架；軸箱采用人字橡膠彈簧定位，圓錐滾子整體密封軸承，迷宮式防塵軸箱；基礎(chǔ)制動(dòng)采用輪盤制動(dòng)，無(wú)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架每軸兩臺(tái)制動(dòng)夾鉗，動(dòng)力轉(zhuǎn)向架每軸一臺(tái)制動(dòng)夾鉗；車輪采用橡膠彈性車輪。

車輛垂直載荷由兩系懸掛裝置承載，水平縱向載荷由搖枕裝置傳遞，水平橫向載荷由橡膠彈性止擋傳遞。該轉(zhuǎn)向架具有良好的運(yùn)行性能，具有低噪音、輕量化、性能可靠、檢修方便、易于分解和組裝等特點(diǎn)。

2.3 牽引系統(tǒng)

2.3.1 受電弓

每輛車配置一套受電弓（A車）。受電弓采用電動(dòng)弓，當(dāng)車輛重聯(lián)運(yùn)營(yíng)時(shí)，四輛車受電弓互為冗余。

受電弓配備ADD裝置：ADD由安裝在車頂上的ADD控制箱及安裝在碳滑條內(nèi)的電阻式感應(yīng)器組成；當(dāng)受電弓弓頭與接觸網(wǎng)系統(tǒng)的剛性部件發(fā)生碰撞而碳滑板被損壞時(shí)，感應(yīng)器觸發(fā)ADD控制系統(tǒng)，受電弓可進(jìn)行自動(dòng)降弓。目前，國(guó)內(nèi)地鐵項(xiàng)目使用的電動(dòng)弓均無(wú)ADD保護(hù)功能。

2.3.2 牽引逆變器

每輛車配置兩套牽引逆變器（A車、C車）。牽引逆變器采用了IGBT模塊、信號(hào)處理技術(shù)、磁場(chǎng)導(dǎo)向控制等最新技術(shù)，集成了可靠運(yùn)行所需的部件，如功率堆棧、制動(dòng)斬波器、控制電子元件、主接觸器、充電接觸器、濾波扼流圈、冷卻風(fēng)扇和防護(hù)裝置等，牽引逆變器的額定視在功率為350kVA，最大輸出電流為700A。

牽引控制單元TCU位于牽引逆變器內(nèi)部，采用微機(jī)控制的矢量控制方式，是帶有強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理功能、靈活微控制器（軟核處理器）和FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）的電子控制裝置，它具有控制、監(jiān)視和保護(hù)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)所需的全部功能，如IGBT的控制、根據(jù)實(shí)際粘著條件自動(dòng)降低扭矩、防止驅(qū)動(dòng)裝置在輸出處出現(xiàn)過(guò)電流，在直流鏈路處出現(xiàn)過(guò)電壓，防止逆變器溫度過(guò)高，防止電機(jī)溫度過(guò)高等保護(hù)。

2.4 輔助系統(tǒng)

每輛車配置一套輔助電源系統(tǒng)APS（B車），APS通過(guò)受電弓從接觸網(wǎng)取電，然后經(jīng)過(guò)熔斷器的保護(hù)，進(jìn)入到APS的輸入回路，為車輛提供440V，60Hz三相交流電輸出；220V，60Hz交流電輸出；DC110V輸出；DC24V輸出。正常操作模式下，APS單元可以獨(dú)立于車輛控制系統(tǒng)單獨(dú)操作。

2.5 車輛管理系統(tǒng)（TMS）

車輛管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由三級(jí)總線組成，分別為列車總線、車輛總線和設(shè)備級(jí)總線。列車總線用于車輛的重聯(lián)，采用符合UIC556規(guī)范的CAN Powerline總線；車輛總線是管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的主體，采用符合IEC61375-3-3標(biāo)準(zhǔn)的CANopen網(wǎng)絡(luò)；設(shè)備總線采用RS485總線。車輛管理系統(tǒng)系統(tǒng)用于監(jiān)視車載牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)和列車內(nèi)各主要設(shè)備的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)車輛的控制、監(jiān)視和診斷功能。同時(shí)TMS具有重聯(lián)控制功能，可以實(shí)現(xiàn)4列車的自動(dòng)編組。車輛控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見(jiàn)圖4。

2.6 制動(dòng)系統(tǒng)

車輛采用KBGM-H液壓制動(dòng)系統(tǒng)。車輛制動(dòng)系統(tǒng)具有常用制動(dòng)、保持制動(dòng)、緊急制動(dòng)、安全制動(dòng)等功能，車輛制動(dòng)時(shí)，優(yōu)先使用電力再生制動(dòng)，當(dāng)電網(wǎng)不能吸收再生能量時(shí)轉(zhuǎn)為電阻制動(dòng)。當(dāng)電制動(dòng)力不足或失效時(shí)，由液壓制動(dòng)補(bǔ)足或替代。

液壓制動(dòng)系統(tǒng)主要由電子制動(dòng)控制裝置（BCU）、儲(chǔ)能器、液壓控制單元（EHU）、輔助緩解單元（EDHL）、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、磁軌制動(dòng)裝置、載荷傳感器、撒砂裝置等組成。該系統(tǒng)與空氣制動(dòng)相比，具有響應(yīng)迅速、重量輕、設(shè)備體積小、實(shí)現(xiàn)更高的減速度等優(yōu)點(diǎn)。

2.7 廣播系統(tǒng)

廣播系統(tǒng)采用集中控制，在司機(jī)室操縱臺(tái)內(nèi)安裝有一套相互冗余的電源系統(tǒng)，控制主機(jī)采用3U機(jī)柜，各控制模塊集中于機(jī)柜中，采用可插拔式的嵌入結(jié)構(gòu)。廣播系統(tǒng)拓?fù)鋱D見(jiàn)圖5。

2.8 空調(diào)系統(tǒng)

空調(diào)機(jī)組采用微機(jī)控制方式和司機(jī)手動(dòng)控制。兩種控制方式中，司機(jī)手動(dòng)控制優(yōu)先級(jí)最高。空調(diào)微機(jī)控制方式設(shè)有4種工況：手動(dòng)、自動(dòng)、通風(fēng)和停止，并可通過(guò)本車空調(diào)控制柜對(duì)空調(diào)進(jìn)行控制，也可通過(guò)TMS系統(tǒng)進(jìn)行控制和溫度設(shè)定。在手動(dòng)工況時(shí)，空調(diào)機(jī)組根據(jù)各自的溫度控制器所設(shè)定的溫度進(jìn)行客室內(nèi)溫度控制；在自動(dòng)工況時(shí)，空調(diào)機(jī)組根據(jù)外界環(huán)境溫度和客室溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)制冷量。

2.9 車門系統(tǒng)

車輛采用雙扇電動(dòng)塞拉門，在每節(jié)車廂內(nèi)的每個(gè)車門驅(qū)動(dòng)裝置均配備一獨(dú)立門控器，實(shí)現(xiàn)對(duì)每一車門的單獨(dú)控制；在整個(gè)車廂內(nèi)，門控器通過(guò)CANopen總線和本車廂的所有門控器通訊，并通過(guò)CANopen總線與該車廂的中央控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)相連接，實(shí)現(xiàn)整列車門的集中控制和車門狀態(tài)及故障的監(jiān)控和顯示。

2.10 照明

車輛設(shè)有外部照明和內(nèi)部照明。車輛外部照明有前照燈、制動(dòng)燈和標(biāo)志燈三種。前照燈能提供“亮”和“暗”兩種照度，在“亮”照度工況下，晴天、黑夜工作時(shí)，列車前端緊急制動(dòng)距離處的照度不小于2lx（無(wú)其他光源）。制動(dòng)燈和標(biāo)志燈均設(shè)在列車兩端部。客室內(nèi)部照明設(shè)有正常照明和緊急照明。照明方式采用熒光燈燈帶方式，客室照明能保證在離地板面高800mm處測(cè)得的照明強(qiáng)度等于或大于400lx。

3 結(jié)束語(yǔ)

菲律賓馬尼拉地鐵三號(hào)線車輛技術(shù)先進(jìn)，具有通過(guò)線路小曲線和大坡道的能力、列車靈活多編組的能力；具有先進(jìn)的受電弓ADD裝置和多重制動(dòng)系統(tǒng)；具備低振動(dòng)、低噪聲、高載客量、高冗余等優(yōu)點(diǎn)，整體性能安全、可靠。

目前，車輛已順利通過(guò)試驗(yàn)并交車，預(yù)計(jì)將于今年進(jìn)行運(yùn)營(yíng)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]嚴(yán)雋耄.車輛工程[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1992.

[2]內(nèi)田博行.日本不銹鋼車輛技術(shù)[J].國(guó)外鐵道車輛，2001.

[3]沈繼強(qiáng)，卜繼玲，黃運(yùn)華.城軌列車鉸接式轉(zhuǎn)向架方案及其動(dòng)力學(xué)性能研究[J].鐵道機(jī)車車輛，2008.

[責(zé)任編輯：王楠]