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跨座式单轨系统技术交通论文

2019/07/26 阅读:

摘要:与普通城轨交通相比,跨座式单轨交通的特殊性主要体现在车辆、轨道梁和道岔系统这三个方面,文章详细阐述了跨座式单轨交通系统的三大关键技术特点,并对其在国内外的应用现状进行分析研究,为从事相关技术工作的人员提供参考。

关键词:跨座式单轨交通;车辆;转向架;轨道梁;道岔;应用

1跨座式单轨交通的主要特点及适应性

随着我国城市及城镇化进程的持续快速发展,交通问题日益突出,交通拥堵不仅带来环境污染、能源浪费,且严重影响到居民的日常出行。同时由于地面资源越来越稀缺和紧张,使得采用立体化的快速轨道交通来解决日益严重的城市轨道交通问题成为一种城市轨道交通发展的趋势。跨座式单轨交通是一种列车在高架专用轨道梁上行驶的中运量城轨交通系统,不受地面交通堵塞的影响,具有地形地貌适应能力强、噪声低、节能环保性好、景观效果好、建设周期短、投资成本适中等独特Vol.42No.4Jul.20th,2019特点和诸多优势,除了特别适应于风景区和旅游城市的旅游观光线,还可作为中小城市的主要轨道交通干线和连接城市中心与郊区的大城市轨道交通的重要补充线,近年来愈发得到市场的青睐[1-3]。正因如此,跨座式单轨交通在中国、日本、韩国、美国、澳大利亚、新加坡、沙特等国家均有大量的应用和成熟运营线路,而且越来越多的城市正在规划建设单轨交通线路,例如孟买、圣保罗、蚌埠、芜湖、柳州、西安等。跨座式单轨交通与普通城轨交通相比,具有一定的特殊性,这种特殊性主要体现在车辆、轨道梁和道岔系统三个方面,成为跨座式单轨系统的三大关键技术[4]。

2跨座式单轨车辆技术

2.1概述

与地铁车辆一样,跨座式单轨车辆系统也由车体、转向架、牵引系统、制动系统、辅助电气系统、PIS系统、TCMS系统、空调系统等部件组成。跨座式单轨车辆采用独特的骑跨式转向架结构支撑车体在轨道梁上运行,融合了传统城轨铁路列车和重型汽车的相关技术,具有不同于其他轨道列车钢轮双轨运行的显著特点。目前具备跨座式单轨车辆技术开发能力的主要国内外厂家有日立、庞巴迪、斯谷米、中车长客、中车四方、中车株机、通号轨道车辆、比亚迪等,各厂家所研制开发的车型亦各有特点。表1为国内外主流跨座式单轨生产厂家现有车型及其主要技术特征的对比。由表1可见,目前跨座式单轨车辆主要有两种型式,一种是以日立为代表的双轴“高”地板车型,另一种是以斯谷米、庞巴迪为代表的单轴“中、低”地板车型,但各大主机厂的车辆具有各自的特色和优势。例如双轴“高”地板车型具有轴重小、内饰地板平整、车内视野开阔等优势,但会导致车辆重心偏高等不足;而单轴“中、低”地板车型具有曲线通过性好、重心低等优势,同时也带来了轴重大、车辆室内通透性稍差的不足。

2.2跨座式单轨车辆转向架

跨座式单轨车辆转向架是跨座式单轨车辆最为核心的部件,也是最能体现跨座式单轨交通系统的运行特点,及其与其他轨道车辆的主要区别所在。因此跨座式单轨车辆转向架作为跨座式单轨车辆的核心关键技术,亦可称为跨座式单轨系统的三大关键技术之一。跨座式单轨车辆转向架除在轨道上部设有走行轮外,其两侧下垂部分还设有导向轮和稳定轮夹行于轨道两侧,以保证车辆沿轨道安全平稳行驶。走行轮采用具有较高侧偏刚度的轨道交通专用充气橡胶轮胎,以轨道上表面为走行面,起承载、传递牵引力、制动力和缓冲车辆垂向振动的作用;导向轮、稳定轮内充压缩空气,车辆运行时,导向轮与稳定轮骑跨在轨道梁上紧紧“抱住”轨道,以轨道侧面为走行面,起到缓冲车辆横向振动的作用,其中导向轮在过弯道时起导向作用,稳定轮是在车辆受到离心力、风力的时候起稳定作用。目前,跨座式单轨车辆转向架主要有单轴和双轴转向架两种成熟的结构型式,但各主机厂的转向架根据自身的设计理念和研发水平有各自的特点。图1列举了4种典型的转向架总成结构型式。

3跨座式单轨轨道梁技术

跨座式单轨轨道梁既是承载列车载荷和车辆运行导向的结构,承受较大的垂向和扭转载荷;同时也是供电、信号、通信等缆线的载体,要求设计、制作和安装精度高,并且需具备足够的安全度、可靠性和耐久性,是跨座式单轨交通系统的关键技术之一。跨座式单轨轨道梁多以预制混凝土梁为主,特殊地段也有采用现浇混凝土梁、预制钢梁、多跨连续梁等结构形式。梁与梁之间的接缝通常采用指形板,其类型取决于相邻梁的类别和布置形式。轨道梁断面形式应与所选车型相匹配,结构断面形式和尺寸主要由车辆类型和其限界决定的,目前国内外跨座式单轨交通系统采用的断面形式主要为矩形断面和I型断面,具体的断面形式和基准宽度取决于供电接触轨与转向架型式的布置要求,轨道梁高度取决于结构受力和车辆限界要求。庞巴迪、比亚迪的单轴转向架车型采用的是宽度为690mm、700mm的矩形断面轨道梁,断面形式如图2所示;通号轨道车辆、中车株机的双轴转向架车型采用宽度为800mm的I型断面轨道梁,断面形式如图3(a)所示;日立、中车长客、中车四方的双轴转向架车型采用的是宽度为850mm的I型断面轨道梁,断面形式如图3(b)所示。

4跨座式单轨道岔技术

跨座式单轨道岔是跨座式单轨交通系统中用于实现列车转线、调车需求的一种特殊的机电设备,主要使用场景为双线折返、运行区间渡线、运行区间避让、出入运行线和车场线等。跨座式单轨道岔根据结构型式不同,单轨道岔可以分为关节型和整体型两种,关节型又可细分为关节型(不可挠)和关节可挠型;整体型又可细分为平移型、换梁型和枢轴型。根据实际运营场景需要,关节型道岔又分为单开、对开、三开、五开、单渡线、双渡线、交叉渡线等型式,关节可挠型道岔又分为单开、对开、单渡线、双渡线、交叉渡线等型式。

4.1关节型道岔

关节型(不可挠)道岔的梁体由数节钢制轨道梁铰接组成,由台车支撑,采用电力等动力驱动,道岔梁一端固定,转辙时道岔梁整体移动并使道岔梁的活动端与另一条线路轨道梁衔接形成岔道,转换列车行驶路线。关节型道岔转辙后道岔梁纵向呈折线状。关节可挠型道岔的梁体由数节钢制轨道梁铰接组成,由台车支撑,其梁两侧装有导向面板和稳定面板,转辙时道岔梁一端固定,梁整体移动并使梁的活动端与另一条线路轨道梁衔接形成岔道,转换列车行驶路线,转辙时挠曲装置在挠曲电机驱动下,将导向面板和稳定面板挠曲成设定的曲线面,能使列车以较高的速度平稳地通过道岔。道岔梁呈直线时,侧面的导向面板和稳定面板恢复成直线状。

4.2整体型道岔

平移型道岔的梁体通常由直梁和曲梁组成,道岔锁定时,道岔梁体相对于轨道梁固定,列车在其上方通过,当列车需要转线时,道岔的锁定装置先进行解锁,解锁到位后,道岔梁在驱动装置的驱动下,沿着与直梁成90°方向直线移动,形成过渡线与相邻轨道梁对接,锁定装置锁定到位后,完成道岔转辙[5]。换梁型道岔由两根道岔梁构成,道岔梁可以由直梁和曲梁或曲梁和曲梁组成,梁间通过连杆连接,由台车支撑,转辙时道岔梁以各自的转轴为回转中心,通过驱动装置使道岔梁整体转动,完成道岔梁的替换,实现与相邻线路的轨道梁连接,从而改变车辆行驶线路。根据列车侧向通过时对过岔速度和舒适度要求,可设置不同曲线半径的道岔,并可根据舒适度要求设置缓和曲线。形状分别对应各自线路所需的线形,道岔曲梁导向面、稳定面按照所需圆曲线由机械加工而成,线形流畅。枢轴型道岔由一根道岔直梁构成,由台车支撑,转辙时道岔梁以一端为回转中心,通过驱动装置使道岔梁整体转动,以折线方式实现与相邻线路的轨道梁连接,从而改变车辆行驶线路。表2针对跨座式单轨关节型及整体型道岔类型的优缺点进行了研究分析,同时对两种道岔类型在国内外主要工程运营线上的应用情况进行了说明。

5跨座式单轨交通其他重要技术

1)供电系统:目前跨座式单轨车辆主要有DC1500V和DC750V两种供电制式,供电接触轨设置在轨道梁侧面,通常为刚性接触悬挂方式,并且列车运行时车辆完全将其包住。针对中运量的跨座式单轨车型,随着大功率IGBT、熔断器等电子器件技术的发展与规模化,考虑列车牵引性能、线路扩展性、电气安全、供电系统综合工程成本等因素,DC1500V供电制式将会更具优势。2)电气信号系统:跨座式单轨交通电气信号系统通常采用基于TD环线的ATC系统或CBTC系统。基于TD环线的ATC系统为国外引进技术,国内开发的CBTC系统可满足国产化技术要求。

6结束语

跨座式单轨交通以其独有特点和诸多优势,在国内外得到了快速发展和大量应用,近年来越来越受到市场的青睐,成为城市轨道交通选择的一种重要交通制式,因此,对其关键技术的分析和研究十分必要。本文针对跨座式单轨交通系统三大关键技术进行了系统深入的介绍,同时对其国内外应用情况进了客观的研究分析,可为从事相关技术工作的人员在车辆开发和研制、系统选择等过程中提供参考。

参考文献:

[1]王省茜.跨座式单轨铁路的特点及其应用前景[J].中国铁道科学,2004,25(1):132-136.

[2]武农,雷慧锋,郭锴.跨座式单轨作为中等规模城市轨道交通模式的适应性分析[J].隧道建设,2015,35(7):623-628.

[3]宫文平.跨座式单轨车辆特点及国内外应用情况[J].国外铁道车辆,2013,50(1):5-7.

[4]雷慧锋,刘永锋.跨座式轨道交通建设中的关键技术[J].铁道标准设计,2001,21(1):1-4.

[5]仲建华,杜子学,何希和.跨座式单轨交通车辆道岔结构及分析[M].北京:人民交通出版社,2013.

作者:闾志明 单位:通号轨道车辆有限公司

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