出口墨西哥蒙特雷市的靈活編組的鉸接輕軌車輛設(shè)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(fā)及設(shè)計的首次進(jìn)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(jié)編組運營，也可2列、3列、4列編組重聯(lián)運營?，F(xiàn)對該靈活編組的鉸接車輛進(jìn)行介紹，包括總體技術(shù)性能以及車體、轉(zhuǎn)向架、制動系統(tǒng)、內(nèi)裝、牽引系統(tǒng)、輔助供電、乘客信息系統(tǒng)等部件的基本特點。

關(guān)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(xiàn)標(biāo)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(fā)生產(chǎn)的鋁合金車體的重載鉸接輕軌，車輛設(shè)計服務(wù)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(shù)特點[1]：

（1）車輛采用鋁合金全焊接車體。（2）采用全新開發(fā)設(shè)計的重載鉸接轉(zhuǎn)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(xiàn)有車輛檢修維護(hù)設(shè)備，如架車機、復(fù)軌設(shè)備、鏇輪設(shè)備等。（5）滿足蒙特雷市現(xiàn)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(shè)計初期，在線路進(jìn)行動態(tài)限界試驗，確認(rèn)既有線路的限界狀況。（6）列車采用2節(jié)鉸接編組，2動1拖，可實現(xiàn)2列、3列、4列任意重聯(lián)運營，并可與既有車輛進(jìn)行機械和氣路連掛。（7）車輛采用單司機室設(shè)計，客室頂部設(shè)置客室空調(diào)，司機室頂部設(shè)置司機室空調(diào)，提升乘客及司機的舒適性。

這是中國自主研發(fā)的城市軌道交通輕軌車輛首次進(jìn)入墨西哥市場的訂單項目，株機公司采用現(xiàn)場調(diào)研及技術(shù)交流，并組織現(xiàn)場車輛動態(tài)限界測試等方式，調(diào)整了車輛的設(shè)計技術(shù)方案。

1 ? ?車輛的總體技術(shù)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?guī)茈姽膭榆?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(shè)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(shù)量如表2所示。

列車重量的計算方法和公差按照標(biāo)準(zhǔn)BS EN 15528—2015執(zhí)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(shù)指標(biāo)

1.4.1 ? ?列車運行速度

車輛最高運行速度為80 km/h，設(shè)計構(gòu)造速度90 km/h，列車連掛速度2.5 km/h，通過洗車機穩(wěn)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(tài)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(tǒng)分為電制動與空氣制動。

電制動由牽引系統(tǒng)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(chǎn)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?？蛰d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(jìn)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(tǒng)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(jié)構(gòu)。車體及其部件焊接的設(shè)計、生產(chǎn)、試驗和質(zhì)量認(rèn)證滿足EN 15085標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)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(xiàn)任何疲勞或永久變形。

列車配置全自動車鉤和鉸接裝置（設(shè)置在鉸接轉(zhuǎn)向架上），本項目車輛間允許以自動方式進(jìn)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(xiàn)有車輛的連掛系統(tǒng)實現(xiàn)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(shè)置連掛時速度按鈕實現(xiàn)。電氣鉤頭設(shè)置在車鉤頭下方，滿足列車重聯(lián)和救援要求。

2.2 ? ?內(nèi)裝系統(tǒng)

客室天花板高度為2 075 mm，客室側(cè)頂板及貫通道區(qū)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(jù)客室的布置要求，局部座椅下方布置座椅屏柜。每節(jié)車設(shè)置6個車窗，采用鋼化安全中空玻璃，車窗上部可以向內(nèi)打開，兼作緊急情況的通風(fēng)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(jié)構(gòu)?？褪业奶旎ò鍍蓚?cè)縱向布置通LED長燈帶。司機室隔墻采用鋁蜂窩和鋁型材結(jié)構(gòu);中頂板兩邊采用活動的側(cè)頂板，由擠壓成型鋁合金型材制成;側(cè)墻采用鋁板材質(zhì)，保證側(cè)墻的強度和隔音要求。每列車設(shè)置一個殘疾人區(qū)域，布置在M1車Ⅰ端端部右側(cè)（車行方向）。

2.3 ? ?車門

客室采用雙開式電動塞拉門，每節(jié)車廂每側(cè)設(shè)置3對雙開電動內(nèi)藏門，電機通過單獨的門控器進(jìn)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(nèi)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(yīng)受到透明、防涂鴉、具有黏性且可互換的薄膜保護(hù)，從而防止玻璃被劃傷。門扇的內(nèi)外側(cè)均設(shè)置扣手和車內(nèi)每對門車門狀態(tài)指示燈;在車外，位于車端設(shè)置一個門關(guān)指示燈，用于指示所有車門是否關(guān)好。客室側(cè)門門檻分為外門檻和內(nèi)門檻，分別安裝有磨耗塊，與門扇上的下部導(dǎo)軌配合，對門扇的運動進(jìn)行導(dǎo)向。門檻采用鋁合金型材。外門檻上設(shè)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(nèi)采用旋鈕式緊急解鎖機構(gòu)，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(yīng)的客室側(cè)門;車外每節(jié)車的單側(cè)各設(shè)置一個車外緊急解鎖裝置，可通過三角鑰匙對對應(yīng)的車門進(jìn)行車外緊急解鎖操作。在M1車司機室的兩側(cè)設(shè)置有用于司機室登車的司機室側(cè)門，采用手動折頁門結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)。

2.4 ? ?空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)

空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)由空調(diào)機組、空調(diào)控制系統(tǒng)、風(fēng)道系統(tǒng)、廢排裝置、司機室空調(diào)等組成，可實現(xiàn)通風(fēng)、制冷功能。

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

本項目司機室采用獨立的空調(diào)單元，具有通風(fēng)、制冷及采暖功能，可在司機室內(nèi)完成空調(diào)裝置模式選擇及溫度調(diào)節(jié)。制冷量為4.5 kW，且內(nèi)置2 kW電加熱器。

每節(jié)車的Ⅱ端車頂各布置兩個廢排裝置。

2.5 ? ?轉(zhuǎn)向架

本項目整列車配有3個鉸接轉(zhuǎn)向架，鉸接轉(zhuǎn)向架分為動力鉸接轉(zhuǎn)向架和非動力鉸接轉(zhuǎn)向架，均為帶搖枕H型低合金高強度鋼板焊接轉(zhuǎn)向架。動力鉸接轉(zhuǎn)向架和非動力鉸接轉(zhuǎn)向架主體結(jié)構(gòu)基本相同，主要部件有構(gòu)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(zhuǎn)支承（動力鉸接轉(zhuǎn)向架設(shè)置兩環(huán)回轉(zhuǎn)支撐，非動力鉸接轉(zhuǎn)向架設(shè)置三環(huán)回轉(zhuǎn)支撐）、基礎(chǔ)制動裝置、電機和齒輪箱傳動裝置（僅動力鉸接轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)裝置等。列車的車輛Ⅰ端動力鉸接轉(zhuǎn)向架設(shè)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(shù)，在車輛Ⅰ端動力鉸接轉(zhuǎn)向架上安裝了干式輪緣潤滑裝置。

2.6 ? ?牽引系統(tǒng)

列車牽引系統(tǒng)采用牽引逆變器—鼠籠異步牽引電機構(gòu)成的交流電傳動系統(tǒng)。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(fēng)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(jié)構(gòu)設(shè)計，靠氣壓驅(qū)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(chǎn)生的100%的制動能量。

2.7 ? ?輔助供電系統(tǒng)

輔助電源系統(tǒng)的運行獨立于列車牽引系統(tǒng)，其主要設(shè)備為輔助電源箱（含輔助逆變器和低壓電源），采用強迫風(fēng)冷的方式，車輛控制系統(tǒng)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(tǒng)關(guān)閉的情況下，蓄電池能應(yīng)急供電1.5 h。

2.8 ? ?制動系統(tǒng)

列車制動系統(tǒng)采用KBGM系統(tǒng)，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(shè)備;采用一套BCU（一個EBCU+一個PBCU）控制3個轉(zhuǎn)向架的制動控制方案。

列車配置兩套制動系統(tǒng)：電制動系統(tǒng)（ED）、空氣制動系統(tǒng)（EP），電制動由牽引系統(tǒng)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(chǔ)制動采用軸盤制動形式。常用制動下，電制動優(yōu)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(hù)和沖動限制（≤0.7 m/s3）功能。

2.9 ? ?列車廣播和乘客信息系統(tǒng)

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

每列車配置獨立的車載視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在每節(jié)客室中安裝兩只攝像頭，以便列車司機實時監(jiān)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(tǒng)

列車控制網(wǎng)絡(luò)采用WTB+MVB全冗余的分布式總線控制方式[2]，符合IEC 61375標(biāo)準(zhǔn)的要求。單列車運行時，列車使用MVB總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過MVB總線可以連接牽引系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、車門系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)和事件記錄儀等。

列車重聯(lián)時，列車與列車之間的數(shù)據(jù)傳輸使用WTB總線，以實現(xiàn)列車控制網(wǎng)絡(luò)快速重聯(lián)和自動重新配置的功能。VCU集成了網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)列車級總線與車輛級總線的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。

列車配置磁性停車系統(tǒng)，磁性停車系統(tǒng)為列車駕駛安全系統(tǒng)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(qū)域內(nèi)。

2.11 ? ?照明系統(tǒng)

照明系統(tǒng)包括客室照明、司機室照明和外部照明[2]。客室照明采用節(jié)能環(huán)保的LED照明方案，采用集中式驅(qū)動電源供電。車廂內(nèi)燈具在電氣結(jié)構(gòu)上分為4路燈帶，左右兩側(cè)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(lián)連掛照明燈，均采用LED燈。

3 ? ?結(jié)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(jìn)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(jīng)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(yè)主的充分認(rèn)可，也為中國軌道交通進(jìn)入墨西哥國家市場起到了良好的示范作用。

[參考文獻(xiàn)]

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[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(shè)計研發(fā)工作。