成都地鐵1號線一期工程地鐵車輛

耿成幫,朱 均,李 忠

(1 成都軌道交通有限公司,四川成都610031;2 中國南車集團 青島四方機車車輛股份有限公司,山東青島266111)

成都地鐵1號線一期工程地鐵車輛是由中國南車集團青島四方機車車輛股份有限公司在吸取多個地鐵項目經驗的基礎上,通過進一步優化設計后為成都地鐵精心研制的,其中車輛牽引和控制系統采用了在國內有著廣泛運用業績并成熟可靠的日本東洋電機制造株式會社的系統,空氣制動系統采用了日本納博特斯克株式會社的系統。成都地鐵1號線一期工程初期配置標準B型地鐵車輛17列/102輛車,一期工程于2010年9月27日安全順利開通,截止目前列車已累計運行70余萬km,各系統設備功能和狀態良好,滿足運營需要。

1 列車主要性能及指標

1.1 列車編組

1號線一期工程地鐵車輛采用4動2拖6輛編組方式,即=TC×MP×M1×M2×MP×TC=。其中,TC車為帶司機室的拖車,MP車為帶受電弓的動車,M1、M2車為動車(M1車帶有母線開關箱BLB,M2車帶擴展供電裝置),=為半自動車鉤,×為半永久車鉤(棒式車鉤)。

1.2 供電受流方式

采用DC 1 500 V架空接觸網供電,受電弓受流方式,正常運營時同時升雙弓。

供電電壓(額定): DC 1 500 V

網壓變化范圍: DC 1 000～1 800 V

再生制動時不高于: DC 1 980 V

1.3 列車速度及加、減速度

(1)速度

構造速度: ≤110 km/h

最大運行速度: 80 km/h

洗車速度: 3～4 km/h

退行速度: 25 km/h(自動限速)

應急運行速度: 80 km/h(設計為不限速)

連掛速度: ≤5 km/h

與過渡車鉤的連掛速度: ≤3 km/h

(2)平均加速度

在超員情況下,在平直干燥的軌道上,車輪為半磨耗狀態,網壓為額定1 500 V時,列車的平均加速度為:

列車由0 km/h加速到36 km/h:≥1.0 m/s2

列車由0 km/h加速到80 km/h:≥0.6 m/s2

(3)平均減速度

在額定載客情況下,在平直干燥的軌道上,車輪為半磨耗狀態,列車在最高運行速度80 km/h時,從給制動指令到停車,列車的平均減速度為:

最大常用制動: ≥1.0 m/s2緊急制動: ≥1.2 m/s2

1.4 車輛的主要尺寸參數

車體基本長度

TC車 19 380 mm;

MPM1M2車 19 000 mm;

車體基本寬度 2 800 mm;

車輛高度 3 800 mm;

車鉤連接面之間長度

TC車 19 970 mm;

MPM1M2車 19 520 mm;

車內凈高 2 100 mm;

地板面距軌頂面高度 1 100 mm;

車輛定距 12 600 mm;

固定軸距 2 200 mm;

車輪直徑(新輪) 840 mm;

輪對內側距 1 353+3/0 mm;

每側客車門對數 4對/輛;

車鉤高度 660 mm+10 mm;

有效開度 1 300 mm;

有效高度 1 850 mm;

列車的總長度(車鉤連接面處) 118.02 m。

1.5 車輛質量及載客量(表1)

表1 車輛質量及載客量

2 總體布置

1號線車輛車內設備布置時,充分考慮了客室內的整體效果,力求簡潔、通透,車內設備布置的一致性較好;車下設備布置考慮到日系牽引和空氣制動系統設備數量相對較多的情況,主要從總重均衡分配、方便檢修維護易更換、開展模塊化設計、同一系統設備集中布置以方便布管布線等幾個方面進行了優化。

TC車的一位端布置有司機室,后端墻的左側為信號控制柜,右側為電器柜;二位端左側為空調控制柜,右側為電器柜;車頂兩端布置有兩臺單元式空調機組;

MP車一位端左側為空調控制柜,右側為電器柜;車頂兩端布置有兩臺單元式空調機組,在二位端還布置有受電弓、避雷器和3個熔斷器箱;

M1/M2車一位端左側為空調控制柜,右側為電器柜;車頂兩端布置有兩臺單元式空調機組。

車下主要設備布置如圖1。

3 車輛主要機械系統、部件簡述

3.1 不銹鋼車體

車輛采用高強度不銹鋼板點焊和高耐候結構鋼(僅牽引梁、枕梁)焊接而成的薄壁半鼓形整體承載結構,充分考慮了輕量化、模塊化的結構設計。主要由底架、側墻、端墻、車頂和司機室(僅 TC車)5大部件組成,結構強度滿足EN 12663-2000標準要求。

底架采用無中梁結構,由牽引梁、枕梁、緩沖梁、邊梁、橫梁、波紋地板等組成。

牽引梁和緩沖梁部分采用高耐候結構鋼,使車體結構具有足夠的強度以承受車輛運用過程中的各種載荷。

圖1 車下主要設備布置

側墻采用內層筋板結構,形狀為兩條直線加一段過渡圓弧。以整體沖壓成型的內層筋板來取代傳統不銹鋼車體側墻大量的補強梁,結構簡單,強度、剛度高,質量輕,外表面蒙皮采用進口不銹鋼板,進行拉絲處理,不涂裝,外表美觀。

車頂采用波紋頂板無縱向梁結構,主要由彎梁、波紋頂板、側頂板、側邊梁、平頂板、平頂水管等組成,空調安裝位置設有空調平頂,受電弓安裝位置設受電弓平頂,平頂由異型冷拔鋼管和端頂橫梁組成骨架共同承受載荷。

3.2 轉向架

車輛采用了中國南車集團青島四方機車車輛股份有限公司研制開發的成熟定型產品SDB-80(CD1)型轉向架。分為結構相似的動車轉向架和拖車轉向架,均為無搖枕結構。轉向架結構包括構架組成、輪對、軸箱裝置、一系懸掛、二系懸掛(中央懸掛)、牽引裝置、基礎制動裝置等,動車轉向架還包括齒輪箱傳動裝置和聯軸器。AT P裝置根據要求安裝在拖車轉向架端部。兩種轉向架除構架、傳動裝置、一系懸掛以外均可互換。

其主要特征如下:

(1)轉向架型式:軸承外置式無搖枕轉向架;

(2)構架型式:鋼板焊接H型構架;

(3)軸箱型式:迷宮式軸箱,整體自密封軸承;

(4)承載方式:空氣彈簧;

(5)牽引方式:彈性無磨耗Z字形牽引裝置;

(6)車輪型式:整體輾鋼輪,并裝有降噪阻尼器。

轉向架的主要技術參數如表2。

表2 轉向架主要技術參數

3.3 車門系統

客室門采用雙扇電控電動塞拉門,車門關閉后外表面與車體外表面平齊,密封性及隔聲效果好。每輛車的每側設4套門,其中中間的2套門在車內設有緊急解鎖裝置(手柄),在緊急情況下,乘客可操作手柄將對應的車門打開;同時在每輛車每側的外側設有1個車外緊急解鎖裝置,在緊急情況下,可由站務或乘務通過三角鑰匙從車外將車門打開。客室門采用微機控制的直流電機驅動,皮帶傳動方式,車門的機械鎖閉依靠門機構上的四連桿機構運動過死點實現。客室門具有集控、單門控制及防夾人、障礙物檢測、自診斷和故障記錄等功能。

司機室門采用手動塞拉門。門的上部設置活動式下拉窗,以方便司機對標;門鎖采用旋轉鎖機構,設計為兩級鎖閉;司機室門的關閉狀態納入到車門全關閉的安全回路中進行管理(圖2)。

圖2 司機室門旋轉鎖示意圖

3.4 空調、通風及取暖系統

每輛車安裝兩臺制冷能力為29 kW的單元式單冷空調機組;司機室不設單獨的空調機組,通過一個單獨的送風單元將鄰近空調機組處理后的空氣送入司機室,通過回風裝置單元將司機室回風送入客室。空調制冷系統主要部件包括單元式空調機組、空調控制柜、風道系統(含送風格柵及回風格柵)、通風器、司機室送風單元、司機室回風裝置等。冬季司機室采用帶風機的電熱裝置,客室采用坐椅下設電熱裝置采暖。TC車客室坐椅下設采暖功率為6 kW的電加熱器,中間車客室坐椅下設采暖功率為6.5 kW的電加熱器。

空調機組采用下部出風和下部回風的形式。為改善空調安裝后的防水密封性能,特別對車體空調安裝平頂進行了優化設計,將原來在平頂上開的2個出風口和1個回風口,合并開一個大的孔,將空調沉入安裝到客室內,大大改善了空調經常因幾個口密封不好漏水的情況。

3.5 內裝設備

內裝設備包括坐椅、扶手和立柱、廣告框、滅火器、攝像頭和安全標志等。各種設備的布置和安裝在確保功能完善、齊全的基礎上,充分體現了人性化設計理念,達到造型新穎、簡潔明快、富有現代氣息的效果。

車內所有材料滿足DIN5510防火標準要求。防寒隔熱材料采用超細玻璃絲棉板和自熄性聚乙烯泡沫材料;地板采用鋁蜂窩結構彈性安裝,上面無縫粘接橡膠地板布;側墻板采用鋁板,中頂板采用鋁蜂窩板,側頂板采用聚脂玻璃鋼材料,在坐椅上方的側頂板上安裝有19英寸的LCD(每個拖車 6個,動車8個),每個門區側頂板上安裝有1個LED動態電子地圖;每車設置有2個2 kg的滅火器;在每個動車的一端設有兩個殘疾人輪椅區;兩側水平扶手桿的高度距地板面1 810 mm,在扶手桿上安裝有適量的吊環。

車和車之間安裝有單體式貫通道,貫通道的結構簡單,運行可靠,具有安全、舒適、低噪聲、防漏、防塵、耐侯性強、壽命較高等優點,適應車輛在地下、地面和高架線路上運行,滿足運行環境中存在有風、沙、雪、冰雹、沙塵等惡劣氣候條件的要求。

貫通道的有效凈通過寬度為1 300 mm,高度為1 900 mm。

3.6 空氣制動系統

采用微機控制的閉環數字、模擬式電空制動系統。內設監控終端,具有自診斷和故障記錄功能。能在司機控制器、ATO或ATP的控制下對列車進行階段或一次性的制動與緩解。

制動系統采用車控方式,反應迅速、動作可靠,具有常用制動、緊急制動、停放制動和滑行控制功能等。防滑系統采用軸控式防滑。

基礎制動裝置采用踏面制動單元;空壓機采用活塞式空壓機,同時工作;風壓不足時采用腳踏泵升弓。

4 車輛主要電氣系統

車輛電氣系統充分借鑒了以往項目的經驗,按照成熟、可靠、先進、適應的原則進行設計優化和完善,使各系統之間的功能、性能和接口匹配達到了更優。

4.1 電氣牽引制動系統

牽引制動系統基于在單元內(2動1拖為1個單元)進行牽引和制動力的分配進行設計。系統采用無速度傳感器的矢量控制方式,牽引、空轉和滑行均采用單車控制。具有牽引、電力再生制動和電阻制動的功能。系統主要由受電弓、熔斷器、主開關箱、高速斷路器、VVVF逆變器、制動電阻、牽引電機、接地裝置等構成。主電路圖如圖3。

圖3 主電路圖

VVVF逆變器電路包括:線路接觸器、預充電電路、制動斬波電路、逆變模塊、測量電路、放電電路等。

1臺VVVF逆變器驅動4臺額定電壓1 100 V、額定功率190 kW、額定轉速2 355 r/min的異步感應式交流電動機。

4.2 輔助供電系統

每列車安裝2套輔助電源裝置即靜止逆變器和蓄電池組,2臺逆變器同時工作時,將DC 1 500 V直流電逆變為三相四線制AC 380 V交流電經變壓器箱輸出可滿足6輛編組列車各種負載的用電需求,單臺的容量為185 kVA,逆變器采用走行風熱管冷卻。

當其中一臺逆變器故障時,系統自動轉變為擴展供電方式,由正常的一臺逆變器承擔6輛車的基本負載用電,并保證列車正常運用。此時,空調的壓縮機組減半運行,即1臺空調只允許有1臺壓縮機工作。

靜止逆變器同時給單臺容量為160 Ah的堿性蓄電池浮充電,為直流負載供電。系統設DC 110/24 V電源變換器,提供DC 24 V的用電。

4.3 列車控制系統(TMS)

列車網絡系統采用3層結構:列車級總線、車輛級總線、子系統級總線。

(1)列車級總線。WTB有兩條線路,互為備用,用于兩端CCU的通訊,將每個CCU監控的3輛車信息相互傳遞,同時主控端CCU發出的命令信息傳給從控CCU。

(2)車輛級總線。MVB有兩條線路,互為備用,用于本單元(TC、MP、M 為一個單元)間的數據通信,如MVB總線從CCU開始把TC車遠程接口單元RIO模塊,MP車MGW和MP車遠程接口單元RIO模塊,M1車MGW和M1車遠程接口單元RIO模塊連起來。在每個設備通訊接口內部均有總線控制器,當一條線路正常時,另一條備用;一旦使用的線路故障,總線控制器馬上切換到另一路;當通訊設備本身故障時,總線控制器會馬上將兩個同類型接口對應短接起來,使下面的設備正常進行通訊。

(3)子系統級總線。CANopen為單條線路,拓撲結構為總線型,用于CCU或MGW與各個子系統間的通訊:

①CCU 或MGW 與車門、空調、PIDS(僅 TC車)、CCTV(僅 TC車)進行通訊;

②CCU與ATO、SIV、無線車載臺間通過IF-UT轉換模塊進行通訊。

③TMS系統通過接口單元 RIO模塊連續采集主要車載設備的工作數據,并傳輸到司機室的顯示器,司機可以輕松了解運行過程中的設備狀態;同時RIO模塊還輸出擴展供電、TMS工作正常信號。TMS系統不斷監控主要的車載設備,發生故障時馬上通知司機,并予以記錄,同時提供PTU接口和設備方便導出故障記錄。

TMS控制網絡系統的拓撲結構圖如圖4所示。

4.4 列車廣播及乘客信息系統

系統由列車廣播及通信系統PA、乘客信息顯示系統PIDS和中央電視監控系統CCTV組成,系統主要由控制單元PCU、司機室控制單元DCP、車輛網絡接口單元VIU、乘客緊急報警器PAU、揚聲器SP,媒體系統服務器MSS、乘客信息顯示器LCD、電子地圖LED,視頻監視系統服務器CSS、視頻監視系統終端CSC、攝像頭等組成。

廣播系統具有自動廣播、人工廣播、無線強制廣播、司機對講、乘客緊急報警對講等功能。

乘客信息顯示系統具有站點及時更新顯示、媒體播放、文字信息顯示等功能。

圖4 控制網絡系統拓樸結構圖

視頻監控系統具有實時監視車廂,緊急情況錄像,通過PIS系統回傳視頻給OCC等功能。

5 車輛運用與改進

自2009年8月首列車運抵成都以來,通過一系列的調試和試驗及5 000 km穩定運行后,地鐵1號線于2010年9月27日正式開通試運營,截止目前1號線17列車已累計運行70余萬km。車輛各系統設備總體運行狀況良好,基本滿足正線運營的需要。

開通運營以來,車輛主要進行了以下改進工作:

(1)避雷器因絕緣異常下降導致擊穿,進行了批量更換,更換后的避雷器經跟蹤測量絕緣電阻值穩定;

(2)曾在庫內發生信號CC啟機過程中,信號左右開門的觸點同時導通,構成迂回電路,在司機操作開一側門時,兩側車門同時打開的故障,通過控制電路上的改造用兩組連鎖開關觸點NMR將信號左、右側開關門的電路進行單獨控制,改造后未再發生同類故障;

(3)司機室門曾出現導輪脫出滑槽,無法關閉的故障,通過在滑槽內粘貼防脫條,減小司機室門跳動的間隙,有效的解決了該類故障;

(4)客室門在車輛到車輛段初期,發生上下滾輪破損、脫落的情況,通過重新調整機構,滾輪軸的安裝涂打螺紋鎖固劑,有效減少和控制了該類故障的發生頻次;

(5)客室內個別LCD出現黑屏,初步分析主要受冬季溫度低的影響,通過采用低溫特性更好的高壓條后,黑屏問題得到了解決。

6 結束語

成都地鐵1號線開通運營近5個月來車輛各方面的表現良好,地鐵"安全、準點、舒適、快捷"的優點得到了體現。

[1] GB7928-2003.地鐵車輛通用技術條件[S].