廣州地鐵十三號(hào)線(xiàn)車(chē)輛技術(shù)特點(diǎn)介紹

尹洪旭+尹智勇+孫闖

【摘 要】本文介紹了廣州地鐵十三號(hào)線(xiàn)車(chē)輛的主要技術(shù)性能及參數(shù)，車(chē)輛主要系統(tǒng)車(chē)體、轉(zhuǎn)向架、牽引系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)、列車(chē)管理系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、空調(diào)、廣播系統(tǒng)、車(chē)門(mén)等主要系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】地鐵車(chē)輛；輪盤(pán)制動(dòng)；可視緊急報(bào)警；鋁合金

0 概述

廣州地鐵十三號(hào)線(xiàn)車(chē)輛是國(guó)內(nèi)城市首個(gè)時(shí)速100km/h，8節(jié)編組的A型地鐵車(chē)輛，該車(chē)型的主要技術(shù)特點(diǎn)是采用了鋁合金焊接結(jié)構(gòu)輕型車(chē)體、高速轉(zhuǎn)向架、適應(yīng)更高速度的鋁制輪盤(pán)制動(dòng)技術(shù)、先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)集成控制技術(shù)、節(jié)能型的空調(diào)系統(tǒng)、可視乘客報(bào)警系統(tǒng)及軸承檢測(cè)系統(tǒng)等大量新技術(shù)，使車(chē)輛具有更高的可靠性、更低的能耗和更舒適的乘坐環(huán)境。

1 技術(shù)性能

1.1 車(chē)型與列車(chē)編組

車(chē)輛采用6動(dòng)2拖8節(jié)編組，編組形式：-Tc+Mp1+M1+Mp2 = M2+M1+Mp1+Tc-。其中Tc：帶司機(jī)室拖車(chē)；Mp1、Mp2：帶受電弓動(dòng)車(chē)；M1、M2 ：不帶受電弓動(dòng)車(chē)；-：全自動(dòng)車(chē)鉤；=：半自動(dòng)車(chē)鉤；+：半永久牽引桿。

1.2 車(chē)輛主要結(jié)構(gòu)尺寸

2 主要系統(tǒng)及部件

2.1 車(chē)體

車(chē)體采用整體承載的輕量化焊接結(jié)構(gòu)的鋁合金車(chē)體，由底架、側(cè)墻、端墻、車(chē)頂和司機(jī)室（僅Tc車(chē)有）等六部分組成。材料采用6000系列時(shí)效硬化型鋁合金，強(qiáng)度、剛度、模態(tài)及穩(wěn)定性滿(mǎn)足EN12663《鐵路車(chē)輛 鐵路車(chē)輛車(chē)體結(jié)構(gòu)要求》要求，并經(jīng)過(guò)有限元分析驗(yàn)證。車(chē)體承受徑向壓縮載荷1250KN，徑向拉伸載荷960KN。

頭車(chē)司機(jī)室設(shè)計(jì)帶有防爬的吸能結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足EN15227《鐵路應(yīng)用 鐵路車(chē)體的防撞性要求》中C-II類(lèi)車(chē)輛25公里碰撞的要求。

2.2 轉(zhuǎn)向架

轉(zhuǎn)向架為無(wú)搖枕兩軸轉(zhuǎn)向架，分為兩種結(jié)構(gòu)相似的動(dòng)車(chē)轉(zhuǎn)向架和拖車(chē)轉(zhuǎn)向架。最高運(yùn)營(yíng)速度100 km/h、構(gòu)造速度110 km/h。動(dòng)車(chē)轉(zhuǎn)向架配備有牽引驅(qū)動(dòng)裝置和相應(yīng)設(shè)備。構(gòu)架采用橫梁為無(wú)縫鋼管的箱形鋼板焊接構(gòu)架，拖車(chē)構(gòu)架留有動(dòng)車(chē)設(shè)備接口，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)拖車(chē)構(gòu)架互換。另外本項(xiàng)目裝有軸箱軸承及齒輪箱軸承檢測(cè)裝置，不僅能檢測(cè)軸承溫升，還能檢測(cè)軸承的振動(dòng)和沖擊，可實(shí)現(xiàn)走行部關(guān)鍵部件的車(chē)載在線(xiàn)實(shí)時(shí)診斷，實(shí)現(xiàn)故障早期預(yù)警和分級(jí)報(bào)警，準(zhǔn)確指導(dǎo)車(chē)輛的運(yùn)用和維修。能保證車(chē)輛的運(yùn)行安全，提高車(chē)輛的可靠性。

2.3 牽引系統(tǒng)

列車(chē)電氣牽引系統(tǒng)采用VVVF逆變器-異步鼠籠電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的交流電傳動(dòng)系統(tǒng)，采用車(chē)控方式。IGBT功率元件，VVVF逆變器為熱管散熱器走行風(fēng)冷；采用高性能的交流傳動(dòng)直接轉(zhuǎn)矩控制策略，具有反應(yīng)迅速、可靠的空轉(zhuǎn)/滑行保護(hù)并優(yōu)先使用電制動(dòng)。

主電路采用兩電平電壓型直—交逆變電路。經(jīng)受電弓受流輸入的DC1500V由VVVF逆變器變換成頻率、電壓均可調(diào)的三相交流電，向異步牽引電動(dòng)機(jī)供電。VVVF逆變器由一個(gè)IGBT逆變模塊單元組成，驅(qū)動(dòng)4臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)，逆變模塊單元將逆變單元與制動(dòng)斬波單元集成在一起。當(dāng)電網(wǎng)電壓在1000V～1800V之間變化時(shí)，主電路都能正常工作，并方便地實(shí)現(xiàn)牽引—制動(dòng)的無(wú)接點(diǎn)轉(zhuǎn)換。牽引主電路原理圖見(jiàn)圖1。

2.4 輔助電源系統(tǒng)

列車(chē)裝有4臺(tái)輔助逆變器，分別裝在第Tc、M1車(chē)車(chē)下，輔助逆變器輸出AC380V/220V/50Hz電壓， 蓄電池充電機(jī)輸出DC110V電壓，輔助電源系統(tǒng)AC380V輸出采用并聯(lián)供電技術(shù)，具有冗余度高、可用性高的特點(diǎn)，在任一臺(tái)輔助逆變器箱故障時(shí)，剩余的三臺(tái)輔助逆變器箱仍能滿(mǎn)足列車(chē)負(fù)載供電需求。

輔助電源將直流電壓（DC1500V）逆變成三相交流電壓（AC380V），為空調(diào)、空氣壓縮機(jī)、照明等提供穩(wěn)定的三相四線(xiàn)制的交流電壓；蓄電池充電機(jī)采用DC/DC高頻變換技術(shù)， 將DC1500V輸入電壓變換成穩(wěn)定的DC110V電源，作為列車(chē)直流照明、各系統(tǒng)控制回路以及車(chē)載信號(hào)和通信設(shè)備的直流電源，同時(shí)為DC110V蓄電池組充電。

2.5 列車(chē)管理系統(tǒng)（TCMS）

列車(chē)控制系統(tǒng)采用分布式總線(xiàn)控制方式，采用當(dāng)前軌道交通行業(yè)技術(shù)先進(jìn)的TCN總線(xiàn)，其中主控單元具有熱備冗余功能，最大程度的確保系統(tǒng)安全。同時(shí)通過(guò)使用專(zhuān)用事件記錄儀，將車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中一些重要的行車(chē)數(shù)據(jù)與故障數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，便于車(chē)輛的維護(hù)保養(yǎng)。

該系統(tǒng)使用了兩級(jí)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，其中列車(chē)總線(xiàn)和車(chē)輛總線(xiàn)均采用多功能車(chē)輛總線(xiàn)MVB，其電氣接口為電氣中距離EMD介質(zhì)，傳輸速率為1.5Mbit/s。4個(gè)中繼器之間使用了列車(chē)總線(xiàn)，為MVB列車(chē)網(wǎng)絡(luò)，EMD介質(zhì)；每個(gè)中繼器下面有一個(gè)車(chē)輛總線(xiàn)MVB網(wǎng)絡(luò)，同樣為EMD介質(zhì)；具體網(wǎng)路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.6 制動(dòng)系統(tǒng)

制動(dòng)系統(tǒng)具有常用制動(dòng)、緊急制動(dòng)、快速制動(dòng)、保持制動(dòng)、停放制動(dòng)和滑行控制功能等。常用制動(dòng)中以電制動(dòng)為主，制動(dòng)力不足部分由空氣制動(dòng)補(bǔ)充。采用EP2002 空氣制動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)EP2002的兩個(gè)核心產(chǎn)品來(lái)形成分布式制動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)。包括EP2002網(wǎng)關(guān)閥與EP2002智能閥。每節(jié)TC/MP2/M2車(chē)有一個(gè)EP2002網(wǎng)關(guān)閥和一個(gè)EP2002智能閥，每節(jié)MP1/M1車(chē)有兩個(gè)EP2002智能閥。每個(gè)閥都安裝在相應(yīng)的轉(zhuǎn)向架上（每個(gè)轉(zhuǎn)向架一個(gè)閥）。EP2002智能閥（B07）提供每個(gè)轉(zhuǎn)向架的常用制動(dòng)、緊急制動(dòng)和滑動(dòng)保護(hù)。EP2002網(wǎng)關(guān)閥（B06）除了具備EP2002智能閥的所有功能外，還為制動(dòng)管理與列車(chē)控制系統(tǒng)提供接口。可以將常用制動(dòng)力要求分配至列車(chē)裝有的所有制動(dòng)系統(tǒng)，以達(dá)到司機(jī)/ATO要求的制動(dòng)力。

基礎(chǔ)制動(dòng)裝置采用鋁制輪盤(pán)制動(dòng)方式，每輛車(chē)每個(gè)輪均配備盤(pán)式制動(dòng)裝置，每列車(chē)的基礎(chǔ)制動(dòng)單元為同一種型式。采用鋁盤(pán)材質(zhì)制動(dòng)盤(pán)，與標(biāo)準(zhǔn)鐵盤(pán)相比，重量更輕；并且鋁盤(pán)的高導(dǎo)熱性降低了盤(pán)的溫度，使制動(dòng)盤(pán)熱容量性能更優(yōu)，有效降低了熱裂紋出現(xiàn)幾率。

2.7 空調(diào)系統(tǒng)

每個(gè)客室裝有2 臺(tái)變頻空調(diào)機(jī)組，分別位于列車(chē)車(chē)頂?shù)?/4 和3/4 位置，采用兩端送風(fēng)、回風(fēng)的形式。每個(gè)機(jī)組采用兩套獨(dú)立的制冷回路，可根據(jù)客室需要自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率，實(shí)現(xiàn)能力調(diào)節(jié)。保證在任何工況下實(shí)現(xiàn)空調(diào)機(jī)組的最大制冷能力輸出。高效節(jié)能直流變頻技術(shù)，使壓縮機(jī)振動(dòng)噪音小，效率高；能效比提高，更加節(jié)能環(huán)保。

2.8 廣播系統(tǒng)

采用以太網(wǎng)傳輸?shù)娜珨?shù)字列車(chē)廣播系統(tǒng)，所有音頻信息都是以數(shù)字形式通過(guò)以太網(wǎng)傳輸，系統(tǒng)中的功率放大器采用全數(shù)字D類(lèi)功放，效率高達(dá)90%，同時(shí)系統(tǒng)滿(mǎn)足冗余要求，任何一個(gè)單點(diǎn)故障不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，分別在列車(chē)兩端的司機(jī)室配置兩套控制設(shè)備，彼此相為冗余。

乘客緊急報(bào)警具有可視對(duì)講功能，當(dāng)客室出現(xiàn)緊急情況或突發(fā)事件時(shí)，乘客按下緊急報(bào)警器上的報(bào)警按鍵，可與司機(jī)進(jìn)行通話(huà)；同時(shí)司機(jī)室內(nèi)廣播觸摸屏自動(dòng)顯示該緊急報(bào)警器的視頻圖像，司機(jī)可以清晰地觀察到報(bào)警人的狀態(tài)，從而方便司機(jī)采取有效措施。

2.9 車(chē)門(mén)

整列車(chē)客室車(chē)門(mén)采用等間距布置方式，間距為4560mm；每輛車(chē)每測(cè)設(shè)置5套電動(dòng)塞拉門(mén)，當(dāng)門(mén)完全關(guān)閉時(shí)，門(mén)扇與車(chē)輛的外表面平齊。在客室內(nèi)每套車(chē)門(mén)右上方設(shè)置有緊急解鎖裝置。每輛車(chē)外兩側(cè)各設(shè)1個(gè)車(chē)外解鎖裝置，使工作人員在緊急情況下可以通過(guò)方孔鑰匙從車(chē)外打開(kāi)車(chē)門(mén)。

此外，司機(jī)室兩側(cè)各設(shè)置一套手動(dòng)內(nèi)藏門(mén)，車(chē)兩端的司機(jī)室中部設(shè)置緊急逃生門(mén)。其中逃生門(mén)鎖閉裝態(tài)時(shí)緊急疏散坡道折疊并固定在逃生門(mén)后面，占用空間小，不影響逃生門(mén)窗戶(hù)的可見(jiàn)度。打開(kāi)后是帶有扶手的坡道式結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單堅(jiān)固、安全可靠且易于操作，坡道板能自動(dòng)展開(kāi)，以用于疏散人群。使用結(jié)束后，逃生門(mén)系統(tǒng)可手動(dòng)回收。

3 結(jié)束語(yǔ)

廣州地鐵十三號(hào)線(xiàn)車(chē)輛采用的多項(xiàng)新技術(shù)，使車(chē)輛更加安全可靠、節(jié)能環(huán)保，為今后對(duì)高速、高端地鐵車(chē)輛的需求打下基礎(chǔ)。

目前車(chē)輛研制工作已經(jīng)完成，正在進(jìn)行型式試驗(yàn)，預(yù)計(jì)2017年末正式投入運(yùn)營(yíng)。

【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(hào)線(xiàn)地鐵車(chē)輛[J].機(jī)車(chē)電傳動(dòng)，2006，4∶53-59.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]