雙層輕軌系統的設計研究

陳振

摘 ?要：現階段，城市軌道交通最常用的兩種方式為地鐵、輕軌，由于地鐵存在能耗大，造價高昂，建設周期長，技術要求較高，維修困難，和對環境要求苛刻等一系列不可抗拒的因素，建設輕軌成為我國解決交通擁堵問題的首選方案。通過大量的調查，發現目前輕軌存在運量不大等問題，雙層輕軌系統的設計研究，可以很好的解決這一問題。通過計算說明本設計節省的時間;雙層車中心相對高，驗算證明其行車穩定性可靠;雙層車軸載大，對路基要求高以及估算車廂對路基性能的要求等基本問題。

關鍵詞：雙層輕軌系統、地鐵、輕軌、穩定性

1.研究背景

近年來，隨著我國國民經濟的快速增長和城市化進程的加快，客運需求急劇增加，但是我國城市交通基礎設施相對于西方國家嚴重落后，城市交通環境和交通質量存在較大差距。一系列嚴重問題惡化了大城市的投資環境，限制了大城市的發展空間，成為大城市經濟發展的“瓶頸”。根據發達國家的經驗和交通發展的規律，大城市解決交通難題的有效途徑就是發展現代軌道交通。

大運量城市軌道交通包括地鐵、輕軌等。由于地鐵存在能耗大，造價高昂，建設周期長，技術要求較高，維修困難，和對環境要求苛刻等一系列不可抗拒的因素，使得建設輕軌成為目前我國解決交通擁堵問題的首選方案。然而，隨著城市規模的快速發展，輕軌所存在的諸多問題也日益凸顯，運量不足、上下車不便等問題的存在使得普通輕軌已很難滿足人民對交通出行的要求。

2.設計原理

2.1 設計思路

通過調查發現，地鐵自身有運量大、速度快以及準點的優點，但輕軌存在許多地鐵無可比擬的優勢，能源消耗低、污染少、對周邊住宅產生的噪音影響較小、造價較低、建設周期相對較短以及對環境要求低等優勢。然而，隨著城市規模的快速發展，輕軌所存在的諸多問題也日益凸顯，運量不足、上下車不便等問題的存在使得普通輕軌已很難滿足人民對交通出行的要求。雙層輕軌系統及其配套設施的設計研究，汲取了輕軌和地鐵各自的優勢，且能夠很好的解決目前存在的問題。使得輕軌交通能夠得到更好的發展。

2.2 研究方法

模型法：用于附加軌道和單雙站的研究

疊加法：用于車輛傾覆，脫軌和附加軌道受力的研究

控制變量法：用于車輛能耗和車輛最大橫向受力的研究

轉換法：用于車輛傾覆的研究

等效法：用于車輛重心的推論和車輛傾覆的研究

描述法：用于模擬車輛在不同情況下受力的研究

類比法：用于車輛在利用附加軌道轉彎時初始受力的研究

2.3.研究問題

2.3.1.可行性分析

通過查閱資料計算出雙層動車在拐彎時容易產生脫軌問題，因此我們通過加一條附加軌道方式確保列車安全拐彎，附加軌道采用彈簧滾輪的方式通過雷達傳輸信號與列車對接。再者我們把下車的乘客分單站下和雙站下，雙站下的乘客坐上層這樣就解決了下車擁擠問題。

2.3.2.傾覆問題

雙層輕軌車輛軸重14t，4軸重56t，每車540人，行車間隔3分鐘，行駛速度30.6km/h，車長Mc14800mm，M13900mm，車高7350mm，每側車門2對，車輛定員時重心位置1.2m（距行走面） 滿員時重心位置1.3m。當半徑小于250m時，要考慮離心力的作用，離心力按照車輛荷載乘以離心力系數計算，離心力系數：

V為計算行車速度，取V=25km/h

傾覆計算：

最大垂向力（運動時）：

=P（1++） P：靜輪載;：速度系數;：偏載系數

超高△h=0.2672m

=0.5344 ?Vmax=80km/h ?=0.48

=P（1++）=2.0144P

最大垂向力：=（）=16.1152P

=4.938m ????m=（）/g=1.6444P

=8.1205P

tanθ=/

重心為h，軌間距為d

h×tanθ≤（d/3） ?h =1.7199m

單層輕軌重心為1.2m到1.3m，經計算雙層輕軌列車直線行駛不會發生傾覆，轉彎時會有一定的傾覆危險，轉彎處需要設置附加軌道。

2.3.3.脫軌問題

軌即指車輪輪對在列車運行時離開鋼軌的現象。脫軌系指機車車輛的車輪落下軌面（包括脫軌后又自行復軌），或車輪輪緣頂部高于軌面（因作業需要的除外，脫軌會造成列車掉道甚至顛覆。脫軌情況非常復雜，除因線路破壞造成脫軌外，主是車輪橫向力過大或垂向力減小引起的。

脫軌計算：

橫向水平力：單位：KN

，——同一輪軸上兩車輪的靜荷載（KN）

脫軌系數容許值：（H+μ）/≤1.2

脫軌系數安全值：（H+μ）/≤1.0

在上兩式中μ值取0.24，經過計算可得，（H+μ）/=0.54

若用作用于爬軌的車輪上橫向水平力H與垂直力之比作為脫軌系數，則

脫軌系數安全值：H/≤1.0

脫軌系數容許值：H/≤1.2

我國高速列車極限取0.8，所以列車不會產生脫軌問題。

3.創新特色

1. ?雙層車廂：載員翻倍，上下層均設車門，方便快捷。

2.單站：到站時只開一層車門的車站，這種車站人流量較少。車內可設置行車路線圖，表明所達車站是上層開門還是下層開門，乘客上車后可直接去等候。

3.雙站：到站時同時開啟上下車門的車站，這種車站人流量多。乘客通過上下車門同時上下車，加快了上下車速度。

4.附加軌道：由于滿載時雙層輕軌重心（2.0m-2.1m）較普通輕軌重心（1.2m-1.3m）高，通過計算可得出在經過急轉彎時車輛會有傾覆的危險，故在車輛轉彎時增加一條附加軌道，用以承受額外的離心力。

5.以德國低地板式輕軌的經驗是在運送相同數量乘客的前提下，車體每減重1噸，每年節約電量8000千瓦時。雙層輕軌軸重14噸，傳統輕軌軸重11噸，也就是說每輛雙層輕軌列車比兩輛傳統輕軌列車每年節約256000千瓦時。而且上下車時間減少，停車時消耗的能源（空調、排風、照明等）減少。

參考文獻

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