跨座式單軌交通系統車輛技術體系研究

曾令會，楊 陽 ，王孔明

(1.成都地鐵運營有限公司，四川 成都 610031； 2.中鐵二院工程集團有限責任公司 科學技術研究院，四川 成都 610031)

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，交通擁堵的城市病逐漸向中小城市蔓延。為進一步促進旅游產業發展，國家正大力推動軌道交通與旅游融合發展[1]。國內中小型城市以及旅游景區對便捷高效、經濟適用的交通系統需求急迫，中低運量軌道交通迎來爆發式增長的窗口期。

跨座式交通是一種列車在高架專用軌道梁上行駛的軌道交通系統，具有適應能力強、噪聲低、占用道路資源少等優點。該系統緩堵效果明顯，契合國內中小型城市以及旅游景區的需求，具有廣闊的應用空間[2]。

目前，世界上掌握單軌車輛和設備技術的國家較少，并且各國均形成了自己獨特的技術體系。本文將對跨座式單軌交通系統車輛技術體系及特點進行分析，以期為跨座式單軌車輛工程應用提供指導。

1 跨座式單軌車輛技術體系

1876年，美國建國100周年博覽會期間，在賓夕法尼亞州的費爾蒙特公園建造了一條長度約為170 m的蒸汽機車牽引的單軌系統，該系統當時被稱為“鞍式鐵路”，可以視為跨座式單軌交通系統的雛形。經過一個多世紀的發展，跨座式單軌系統不斷完善，在數十個國家得到應用。但是世界上掌握單軌車輛和相關設備技術的國家屈指可數，其中技術較為成熟且在城市軌道交通建設中得到應用的更是寥寥無幾。世界上掌握單軌車輛和相關設備技術的主要有：

(1) 日本：車輛技術供應商為日立(HITACHI)。

(2) 加拿大：車輛技術供應商為龐巴迪(BOMBARDIER)。

(3) 中國：車輛技術供應商為中車長客(CRRCGC)、比亞迪(BYD)、中車浦鎮龐巴迪(PBTS)、中車特裝(CRRCTK)等。

(4) 馬來西亞：車輛技術供應商為斯古米(SCOMI)。

(5) 其他：單軌車輛供應商還包括在實際工作中應用案例非常有限的德國西門子(SIMENS)和旅游觀光用的小型單軌車的瑞士英特敏(INTAMIN)。

每個國家都形成了其獨特的技術體系，各技術體系車輛的功能定位也不相同，對每種技術體系的車輛關鍵技術進行分析，可為車輛選型提供指導。

2 日本日立跨座式單軌車輛技術

1960年，日本鑒于對多制式軌道交通系統的需求，開始引進阿爾威格式、洛克希德式跨座式單軌系統，并在上述技術的基礎上再創新。

2.1 中大型跨座式單軌系統

日本日立大型跨座式單軌車輛結構與一般軌道交通車輛車體結構基本相同。由于車輛采用充氣輪胎，承載能力有限，一般車體采用鋁合金焊接結構。該單軌車輛采用雙軸轉向架(如圖1所示)，每根軸上裝有一對走行輪，轉向架設置一對安全輪；在軌道梁的單側設置一對導向輪和單個穩定輪；為保證導向輪和穩定輪在故障工況下的安全性，附設鋼制輔助車輪。

圖1 日本日立單軌車輛采用的雙軸轉向架

2.2 小型化跨座式單軌系統

為了適應小型城市的通勤需求，日本單軌協會對輕型跨座式單軌列車進行了研究[3]。其中日立公司作為牽頭單位，設計的小型化跨座式單軌車輛如圖2所示。該小型化跨座式單軌交通車輛與傳統的跨座式單軌車輛的最大區別是使用了鉸接式結構，兩輛車輛之間共用一個轉向架。鉸接結構能夠減少轉向架數量，降低車輛總重量，減少運行阻力，也可以為車輛車體下方節約更多的空間用于安裝設備，同時，由于車軸數量減少，會造成軸重增加。

圖2 日立公司設計的小型化跨座式單軌車輛

小型化跨座式單軌車輛由于本身結構尺寸較小，使用鉸接結構后其平均軸重在8 t以內。日立該小型化跨座式單軌車輛在新加坡圣淘沙公園等地區得到了應用，車輛及內部結構如圖3所示。車輛采用鋁合金車體，750 V DC供電，最高運營速度為80 km/h，考慮到運量與成本問題，車輛采用兩輛編組，總長為25 m，寬為2.7 m，車門寬度為1.4 m，每列車共有4個車門、24個座位。

圖3 新加坡圣陶沙跨座式單軌系統

3 加拿大龐巴迪跨座式單軌車輛技術

20世紀60年代，龐巴迪收購了ALWEG公司在北美的業務，開始跨座式單軌的研發工作。龐巴迪跨座式單軌經歷了100型-200型-300型的演變過程。最初的100型車輛尺寸較小，在游樂場例如迪士尼樂園等地方使用。隨后發展到了200型，用在較大運量的地方，例如拉斯維加斯。龐巴迪最新的車型為300型，該車型每小時運量可達到4萬人[4]。

3.1 INNOVIA Monorail 100系列

美國佛羅里達州的杰克遜威爾市于1999年建成一條跨座式單軌線路，該線路采用龐巴迪Mark-Ⅲ車型，車輛最高運行速度為56 km/h，如圖4所示。

圖4 美國佛羅里達州杰克遜威爾市的跨座式單軌系統

龐巴迪Mark-Ⅲ車輛結構如圖5所示，兩車體中間采用兩軸鉸接轉向架，兩節車體共用一個轉向架，端車采用單軸轉向架。轉向架每軸僅使用一個輪胎，可有效減小軌道梁的寬度。

圖5 龐巴迪Mark-Ⅲ車輛結構

3.2 INNOVIA Monorail 200系列

INNOVIA Monorail 200型跨座式單軌車輛長度在12 m以內，寬度約為2.66 m，最大載客量為376人，適用于客運量不大的中小城市或旅游景區。

龐巴迪的INNOVIA Monorail 200型在美國拉斯維加斯跨座式系統中應用，如圖6所示。

圖6 美國拉斯維加斯跨座式單軌系統

3.3 INNOVIA Monorail 300系列

INNOVIA Monorail 300系列單軌車采用了先進的全自動無人駕駛技術，是龐巴迪最新型號車輛。龐巴迪單軌單軸轉向架及車體結構如圖7所示[5]。車輛采用鋼制底架，鋁制車身，輕盈且高效；采用低能耗高性能的永磁電機驅動，最高行駛速度可達80 km/h。

圖7 龐巴迪單軌單軸轉向架及車體結構

4 中國跨座式單軌車輛技術

4.1 中車長客(CRRCGC)

中車長客主要采用日立的跨座式單軌技術[6]，并在重慶推廣應用。重慶跨座式單軌轉向架如圖8所示。

圖8 重慶單軌雙軸轉向架圖9 比亞迪云軌轉向架圖10 浦鎮龐巴迪跨座式單軌轉向架

4.2 比亞迪(BYD)

比亞迪云軌轉向架如圖9所示，每個轉向架均安裝4個導向輪和2個穩定輪，軌道梁采用矩形結構。

4.3 中車浦鎮龐巴迪(PBTS)

浦鎮龐巴迪跨座式單軌轉向架如圖10所示，該轉向架采用龐巴迪INNOVIA Monorail 300車輛轉向架技術。轉向架走行輪直徑為1 006 mm，導向輪、穩定輪直徑為537 mm，地板面至走行面高度為450 mm，采用盤形制動。

4.4 中車特裝

中車特種裝備為六盤水設計生產的輕量化跨座式單軌車輛(如圖11所示)，8輛編組，1節頭車與7節車廂采用鉸接式結構。列車共設置9個轉向架，其中兩端車坐落在非動力轉向架上，相鄰兩節車輛鉸接在動力轉向架上。非動力轉向架在端車下部，動力轉向架在兩車輛連接處，通過鉸接裝置將兩車輛連接。為降低端車的地板面高度，非動力轉向架的輪胎直徑小于動力轉向架輪胎直徑。輕量化跨座式轉向架如圖12所示。

導向輪以軌道梁側面為導向面，迫使車輛沿軌道行駛。安全輪以軌道梁上蓋板突出邊緣為接觸面，安全輪主要起到防側滾、防脫軌作用，保證車輛在軌道上安全行駛。輕量化跨座式安全導向輪如圖13所示。

圖11 中車特種裝備輕量化跨座式單軌車輛 圖12 輕量化跨座式轉向架 圖13 輕量化跨座式安全導向輪

5 其他跨座式單軌車輛技術

5.1 馬來西亞斯古米車輛技術

20世紀90年代中期馬來西亞計劃從日本引進單軌技術，由于金融危機一度停工，后期自主研發，并于2003年完成了項目建設。與日本單軌車輛相比，最終投入運行的吉隆坡單軌車輛外型上發生了很大的差異，車輛體積和載客能力也大大減小，最重要的是其技術體系也發生了重大改變。吉隆坡單軌車輛系統及轉向架如圖14所示。

圖14 吉隆坡單軌車輛系統及轉向架

5.2 瑞士英特敏車輛技術

瑞士英特敏車輛技術在澳大利亞悉尼和俄羅斯莫斯科等地區有小型化跨座式交通車輛案例，其主要的特點是以鋼箱梁伸出的頂板作為單軌走行軌道。車輛采用鉸接結構，每個轉向架由2個驅動橡膠輪、4個導向輪和2個上推力輪組成，如圖15所示。

圖15 瑞士英特敏單軌轉向架

6 車輛及系統技術對比

車輛是跨座式單軌系統的核心部件，對整個跨座式單軌系統的技術有較大的影響。當前跨座式單軌系統的主要技術及特點對比見表1[7]。

表1 跨座式單軌系統的主要技術及特點對比

7 展望

跨座式單軌作為中低運量軌道交通系統之一，特別適合于山地城市、海濱城市、地形復雜城市和建筑集中度高的城區和城郊，且在旅游景區也有很好的適應性。隨著我國經濟的快速發展，中低運量軌道交通迎來爆發式增長的窗口期，跨座式單軌系統具有廣闊的應用空間。

目前，國內既有的跨座式單軌系統基本為中大型跨座式單軌系統，不適用于中小城市及旅游景區。后續應重點研發低運量跨座式單軌系統以及適用于大坡度景區的跨座式單軌系統，豐富跨座式單軌適用范圍。