出口墨西哥蒙特雷市的靈活編組的鉸接輕軌車(chē)輛設(shè)計(jì)

彭鋒 周利 曹文祥 曹增明 張浩

摘 要：中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司自主研制的80 km/h速度等級(jí)、DC1 500 V受電弓受電的墨西哥蒙特雷市鋁合金鉸接輕軌車(chē)輛，為中國(guó)研發(fā)及設(shè)計(jì)的首次進(jìn)入墨西哥國(guó)家市場(chǎng)的城市軌道輕軌訂單車(chē)輛。車(chē)輛可運(yùn)營(yíng)在墨西哥蒙特雷市城市軌道1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)線上，可單列2節(jié)編組運(yùn)營(yíng)，也可2列、3列、4列編組重聯(lián)運(yùn)營(yíng)。現(xiàn)對(duì)該靈活編組的鉸接車(chē)輛進(jìn)行介紹，包括總體技術(shù)性能以及車(chē)體、轉(zhuǎn)向架、制動(dòng)系統(tǒng)、內(nèi)裝、牽引系統(tǒng)、輔助供電、乘客信息系統(tǒng)等部件的基本特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：輕軌車(chē)輛;鉸接;鋁合金車(chē)體;靈活編組;單司機(jī)室

中圖分類號(hào)：U271.92 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ?文章編號(hào)：1671-0797（2022）09-0033-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.09.009

0 ? ?引言

蒙特雷市鉸接輕軌車(chē)輛是中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)的鋁合金車(chē)體的重載鉸接輕軌，車(chē)輛設(shè)計(jì)服務(wù)于蒙特雷市3號(hào)輕軌線路，需滿足在蒙特雷市1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)線路地下、地面、高架線路上運(yùn)行的需求。

該項(xiàng)目車(chē)輛具備以下主要技術(shù)特點(diǎn)[1]：

（1）車(chē)輛采用鋁合金全焊接車(chē)體。（2）采用全新開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的重載鉸接轉(zhuǎn)向架，可滿足最小平面曲線半徑（R25 m），最大軸重≤12 t。（3）采用受電弓受電，走行軌作為回流軌，最高運(yùn)行速度80 km/h。（4）兼容現(xiàn)有車(chē)輛檢修維護(hù)設(shè)備，如架車(chē)機(jī)、復(fù)軌設(shè)備、鏇輪設(shè)備等。（5）滿足蒙特雷市現(xiàn)有1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)線路條件、限界及磁性停車(chē)信號(hào)接口要求。在車(chē)輛設(shè)計(jì)初期，在線路進(jìn)行動(dòng)態(tài)限界試驗(yàn)，確認(rèn)既有線路的限界狀況。（6）列車(chē)采用2節(jié)鉸接編組，2動(dòng)1拖，可實(shí)現(xiàn)2列、3列、4列任意重聯(lián)運(yùn)營(yíng)，并可與既有車(chē)輛進(jìn)行機(jī)械和氣路連掛。（7）車(chē)輛采用單司機(jī)室設(shè)計(jì)，客室頂部設(shè)置客室空調(diào)，司機(jī)室頂部設(shè)置司機(jī)室空調(diào)，提升乘客及司機(jī)的舒適性。

這是中國(guó)自主研發(fā)的城市軌道交通輕軌車(chē)輛首次進(jìn)入墨西哥市場(chǎng)的訂單項(xiàng)目，株機(jī)公司采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及技術(shù)交流，并組織現(xiàn)場(chǎng)車(chē)輛動(dòng)態(tài)限界測(cè)試等方式，調(diào)整了車(chē)輛的設(shè)計(jì)技術(shù)方案。

1 ? ?車(chē)輛的總體技術(shù)性能

1.1 ? ?車(chē)輛型式及列車(chē)編組

1.1.1 ? ?車(chē)輛型式

M1車(chē)：有司機(jī)室?guī)茈姽膭?dòng)車(chē);M2車(chē)：無(wú)司機(jī)室的動(dòng)車(chē);“+”鉸接裝置;車(chē)鉤型式：“=”全自動(dòng)車(chē)鉤。

1.1.2 ? ?列車(chē)編組方式

如圖1所示，列車(chē)編組方式為=M1+M2=。

1.2 ? ?車(chē)輛主要尺寸

車(chē)輛的主要設(shè)計(jì)尺寸如表1所示。

1.3 ? ?車(chē)輛載客能力及車(chē)輛重量

車(chē)輛在各種工況下的載客數(shù)量如表2所示。

列車(chē)重量的計(jì)算方法和公差按照標(biāo)準(zhǔn)BS EN 15528—2015執(zhí)行。人均重量按70 kg計(jì)，車(chē)輛重量為43.2 t，車(chē)輛的最大軸重為11.6 t。

1.4 ? ?車(chē)輛的主要技術(shù)指標(biāo)

1.4.1 ? ?列車(chē)運(yùn)行速度

車(chē)輛最高運(yùn)行速度為80 km/h，設(shè)計(jì)構(gòu)造速度90 km/h，列車(chē)連掛速度2.5 km/h，通過(guò)洗車(chē)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行速度2 km/h。

1.4.2 ? ?列車(chē)牽引加速度

空載到AW2載荷工況下，在平直干燥軌道上，額定電壓時(shí)列車(chē)最大牽引加速度為1.0 m/s2。AW2以上載荷，加速度可能會(huì)隨之降低，同時(shí)須維持牽引靜態(tài)逆變器3/4載荷下的輸出功率。

1.4.3 ? ?列車(chē)制動(dòng)減速度

列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)分為電制動(dòng)與空氣制動(dòng)。

電制動(dòng)由牽引系統(tǒng)提供，包括再生制動(dòng)與電阻制動(dòng)，空載到AW2載荷工況下，在平直干燥軌道上，額定電壓時(shí)車(chē)輛從80 km/h降低至8 km/h或更低速度時(shí)產(chǎn)生的車(chē)輛減速度為1.0 m/s2。

空氣制動(dòng)采用軸盤(pán)制動(dòng)，采用車(chē)控方式。空載到AW2載荷工況下，最大常用制動(dòng)≥1.0 m/s2;空載到AW3載荷工況下，緊急制動(dòng)≥1.3 m/s2。

1.4.4 ? ?列車(chē)救援能力

新造車(chē)輛能夠與老車(chē)進(jìn)行機(jī)械和氣動(dòng)連掛，連掛車(chē)輛中任意3輛編組的列車(chē)，能夠按照要求，以每小時(shí)40 km的最高速度和較低的加速度拉動(dòng)或推動(dòng)4輛編組的故障列車(chē)（空載工況）。

2 ? ?車(chē)輛各主要系統(tǒng)及主要部件

2.1 ? ?車(chē)體及車(chē)鉤裝置

車(chē)輛車(chē)體為鋁合金V型大斷面擠壓型材整體承載全焊接結(jié)構(gòu)。車(chē)體及其部件焊接的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)和質(zhì)量認(rèn)證滿足EN 15085標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求，在搭接點(diǎn)焊的地方使用密封膠，保證車(chē)體密封防水性。

車(chē)體使用壽命不小于30年，在正常運(yùn)行條件下，不會(huì)出現(xiàn)任何疲勞或永久變形。

列車(chē)配置全自動(dòng)車(chē)鉤和鉸接裝置（設(shè)置在鉸接轉(zhuǎn)向架上），本項(xiàng)目車(chē)輛間允許以自動(dòng)方式進(jìn)行機(jī)械、電氣和氣動(dòng)連接，并可與蒙特雷市輕軌1號(hào)線和2號(hào)線現(xiàn)有車(chē)輛的連掛系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械和氣動(dòng)連掛。整車(chē)連掛速度滿足2.5 km/h，通過(guò)在司機(jī)臺(tái)設(shè)置連掛時(shí)速度按鈕實(shí)現(xiàn)。電氣鉤頭設(shè)置在車(chē)鉤頭下方，滿足列車(chē)重聯(lián)和救援要求。

2.2 ? ?內(nèi)裝系統(tǒng)

客室天花板高度為2 075 mm，客室側(cè)頂板及貫通道區(qū)域的最小高度為1 900 mm。客室座椅沿縱向布置，椅面采用玻璃鋼材料，表面凹坑造型，根據(jù)客室的布置要求，局部座椅下方布置座椅屏柜。每節(jié)車(chē)設(shè)置6個(gè)車(chē)窗，采用鋼化安全中空玻璃，車(chē)窗上部可以向內(nèi)打開(kāi)，兼作緊急情況的通風(fēng)窗使用。地板布采用厚度為2.5 mm的PVC地板布，地板采用雙層鋁蜂窩結(jié)構(gòu)。客室的天花板兩側(cè)縱向布置通LED長(zhǎng)燈帶。司機(jī)室隔墻采用鋁蜂窩和鋁型材結(jié)構(gòu);中頂板兩邊采用活動(dòng)的側(cè)頂板，由擠壓成型鋁合金型材制成;側(cè)墻采用鋁板材質(zhì)，保證側(cè)墻的強(qiáng)度和隔音要求。每列車(chē)設(shè)置一個(gè)殘疾人區(qū)域，布置在M1車(chē)Ⅰ端端部右側(cè)（車(chē)行方向）。

2.3 ? ?車(chē)門(mén)

客室采用雙開(kāi)式電動(dòng)塞拉門(mén)，每節(jié)車(chē)廂每側(cè)設(shè)置3對(duì)雙開(kāi)電動(dòng)內(nèi)藏門(mén)，電機(jī)通過(guò)單獨(dú)的門(mén)控器進(jìn)行控制。車(chē)門(mén)凈開(kāi)寬度1 300 mm，車(chē)門(mén)凈通過(guò)高度1 900 mm。門(mén)扇的框架采用鋁型材，門(mén)扇內(nèi)部采用鋁蜂窩材料，具有高剛度和良好的隔音性能。客室的門(mén)窗玻璃應(yīng)受到透明、防涂鴉、具有黏性且可互換的薄膜保護(hù)，從而防止玻璃被劃傷。門(mén)扇的內(nèi)外側(cè)均設(shè)置扣手和車(chē)內(nèi)每對(duì)門(mén)車(chē)門(mén)狀態(tài)指示燈;在車(chē)外，位于車(chē)端設(shè)置一個(gè)門(mén)關(guān)指示燈，用于指示所有車(chē)門(mén)是否關(guān)好。客室側(cè)門(mén)門(mén)檻分為外門(mén)檻和內(nèi)門(mén)檻，分別安裝有磨耗塊，與門(mén)扇上的下部導(dǎo)軌配合，對(duì)門(mén)扇的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向。門(mén)檻采用鋁合金型材。外門(mén)檻上設(shè)置補(bǔ)縫膠條，采用黑色的硬橡膠，車(chē)輛停站開(kāi)門(mén)時(shí)可減少車(chē)輛與站臺(tái)的間隙。車(chē)內(nèi)采用旋鈕式緊急解鎖機(jī)構(gòu)，緊急情況下乘客可以將蓋板破壞掉，再操作緊急解鎖手柄解鎖對(duì)應(yīng)的客室側(cè)門(mén);車(chē)外每節(jié)車(chē)的單側(cè)各設(shè)置一個(gè)車(chē)外緊急解鎖裝置，可通過(guò)三角鑰匙對(duì)對(duì)應(yīng)的車(chē)門(mén)進(jìn)行車(chē)外緊急解鎖操作。在M1車(chē)司機(jī)室的兩側(cè)設(shè)置有用于司機(jī)室登車(chē)的司機(jī)室側(cè)門(mén)，采用手動(dòng)折頁(yè)門(mén)結(jié)構(gòu)，門(mén)凈通過(guò)寬度500 mm，凈通過(guò)高度1 800 mm。門(mén)扇周邊采用整體鋁合金型材密封框結(jié)構(gòu)。

2.4 ? ?空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)

空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)由空調(diào)機(jī)組、空調(diào)控制系統(tǒng)、風(fēng)道系統(tǒng)、廢排裝置、司機(jī)室空調(diào)等組成，可實(shí)現(xiàn)通風(fēng)、制冷功能。

空調(diào)機(jī)組為頂置單元式，采用下送下回的送回風(fēng)型式。兩臺(tái)空調(diào)機(jī)組分別安裝在M1及M2車(chē)車(chē)廂頂部中間位置，空調(diào)控制集成在機(jī)組內(nèi)部。采用制冷量為40 kW的定頻單冷空調(diào)機(jī)組，每節(jié)車(chē)送風(fēng)量為4 500 m3/h，其中新風(fēng)量3 000 m3/h，無(wú)緊急通風(fēng)。

本項(xiàng)目司機(jī)室采用獨(dú)立的空調(diào)單元，具有通風(fēng)、制冷及采暖功能，可在司機(jī)室內(nèi)完成空調(diào)裝置模式選擇及溫度調(diào)節(jié)。制冷量為4.5 kW，且內(nèi)置2 kW電加熱器。

每節(jié)車(chē)的Ⅱ端車(chē)頂各布置兩個(gè)廢排裝置。

2.5 ? ?轉(zhuǎn)向架

本項(xiàng)目整列車(chē)配有3個(gè)鉸接轉(zhuǎn)向架，鉸接轉(zhuǎn)向架分為動(dòng)力鉸接轉(zhuǎn)向架和非動(dòng)力鉸接轉(zhuǎn)向架，均為帶搖枕H型低合金高強(qiáng)度鋼板焊接轉(zhuǎn)向架。動(dòng)力鉸接轉(zhuǎn)向架和非動(dòng)力鉸接轉(zhuǎn)向架主體結(jié)構(gòu)基本相同，主要部件有構(gòu)架、輪對(duì)、一系懸掛（橡膠簧）、二系懸掛（空氣簧）、搖枕（整體鑄造）、回轉(zhuǎn)支承（動(dòng)力鉸接轉(zhuǎn)向架設(shè)置兩環(huán)回轉(zhuǎn)支撐，非動(dòng)力鉸接轉(zhuǎn)向架設(shè)置三環(huán)回轉(zhuǎn)支撐）、基礎(chǔ)制動(dòng)裝置、電機(jī)和齒輪箱傳動(dòng)裝置（僅動(dòng)力鉸接轉(zhuǎn)向架有）、牽引裝置、垂向及橫向減振器、空氣管路、電器裝置、高度調(diào)節(jié)裝置等。列車(chē)的車(chē)輛Ⅰ端動(dòng)力鉸接轉(zhuǎn)向架設(shè)置有掃石器。車(chē)輪采用彈性車(chē)輪，降低了車(chē)輛的運(yùn)行噪聲。為了降低車(chē)輪的輪緣磨耗以及改善車(chē)輪踏面和鋼軌之間的摩擦系數(shù)，在車(chē)輛Ⅰ端動(dòng)力鉸接轉(zhuǎn)向架上安裝了干式輪緣潤(rùn)滑裝置。

2.6 ? ?牽引系統(tǒng)

列車(chē)牽引系統(tǒng)采用牽引逆變器—鼠籠異步牽引電機(jī)構(gòu)成的交流電傳動(dòng)系統(tǒng)。每列車(chē)配備一臺(tái)牽引逆變器，采用架控方式，同時(shí)為4臺(tái)交流異步牽引電機(jī)供電，制動(dòng)電阻采用強(qiáng)迫風(fēng)冷型式。列車(chē)在M1車(chē)車(chē)頂采用氣囊式受電弓，采用單臂輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，靠氣壓驅(qū)動(dòng)，自重降弓。列車(chē)主電路圖如圖2所示。

牽引能力滿足：（1）運(yùn)行速度：80 km/h;（2）加速度：AW2載荷工況下最大加速度1.0 m/s2;（3）減速度：AW2載荷工況下最大減速度1.0 m/s2。

制動(dòng)電阻能力滿足：要求在水平軌道上承受載荷AW2的最大常用制動(dòng)（1.0 m/s2）時(shí)，制動(dòng)電阻能夠耗散所產(chǎn)生的100%的制動(dòng)能量。

2.7 ? ?輔助供電系統(tǒng)

輔助電源系統(tǒng)的運(yùn)行獨(dú)立于列車(chē)牽引系統(tǒng)，其主要設(shè)備為輔助電源箱（含輔助逆變器和低壓電源），采用強(qiáng)迫風(fēng)冷的方式，車(chē)輛控制系統(tǒng)采用DC110 V電源，交流電源采用AC380 V。在M2車(chē)安裝有一個(gè)輔助電源箱和一個(gè)蓄電池箱。蓄電池采用鎘鎳堿性蓄電池組，在輔助電源系統(tǒng)關(guān)閉的情況下，蓄電池能應(yīng)急供電1.5 h。

2.8 ? ?制動(dòng)系統(tǒng)

列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)采用KBGM系統(tǒng)，主要包括SL6型螺桿壓縮機(jī)、ESRA制動(dòng)控制單元、軸盤(pán)制動(dòng)器和防滑閥等設(shè)備;采用一套BCU（一個(gè)EBCU+一個(gè)PBCU）控制3個(gè)轉(zhuǎn)向架的制動(dòng)控制方案。

列車(chē)配置兩套制動(dòng)系統(tǒng)：電制動(dòng)系統(tǒng)（ED）、空氣制動(dòng)系統(tǒng)（EP），電制動(dòng)由牽引系統(tǒng)提供，包括再生制動(dòng)與電阻制動(dòng);緊急制動(dòng)僅施加空氣制動(dòng)，是最高等級(jí)制動(dòng);基礎(chǔ)制動(dòng)采用軸盤(pán)制動(dòng)形式。常用制動(dòng)下，電制動(dòng)優(yōu)先，電制動(dòng)不足時(shí)空氣制動(dòng)提供補(bǔ)充，常用制動(dòng)具有防滑保護(hù)和沖動(dòng)限制（≤0.7 m/s3）功能。

2.9 ? ?列車(chē)廣播和乘客信息系統(tǒng)

乘客信息及視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)集成了列車(chē)廣播、對(duì)講、LED信息顯示和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的綜合平臺(tái)，本系統(tǒng)的設(shè)備均采用模塊化、一體化的設(shè)計(jì)方案。主要的控制器和輔助設(shè)備設(shè)計(jì)為插入式的板卡模塊，集成于3U 19″標(biāo)準(zhǔn)EMC機(jī)箱中，大大提高了可維護(hù)性。PIS部分的列車(chē)總線采用平行以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目PIS系統(tǒng)的全部功能，冗余設(shè)置一對(duì)模擬音頻線，在以太網(wǎng)完全失效時(shí)，降級(jí)冗余實(shí)現(xiàn)司機(jī)的人工廣播功能。

每列車(chē)配置獨(dú)立的車(chē)載視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在每節(jié)客室中安裝兩只攝像頭，以便列車(chē)司機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)視本列車(chē)上的治安狀況，視頻信息最終保存在視頻錄像機(jī)的硬盤(pán)中。

2.10 ? ?列車(chē)控制系統(tǒng)

列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)采用WTB+MVB全冗余的分布式總線控制方式[2]，符合IEC 61375標(biāo)準(zhǔn)的要求。單列車(chē)運(yùn)行時(shí)，列車(chē)使用MVB總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)MVB總線可以連接牽引系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、車(chē)門(mén)系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)和事件記錄儀等。

列車(chē)重聯(lián)時(shí)，列車(chē)與列車(chē)之間的數(shù)據(jù)傳輸使用WTB總線，以實(shí)現(xiàn)列車(chē)控制網(wǎng)絡(luò)快速重聯(lián)和自動(dòng)重新配置的功能。VCU集成了網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)列車(chē)級(jí)總線與車(chē)輛級(jí)總線的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。

列車(chē)配置磁性停車(chē)系統(tǒng)，磁性停車(chē)系統(tǒng)為列車(chē)駕駛安全系統(tǒng)的重要組成部分，在軌道交通燈的指引下，可保證將列車(chē)停靠在限制的安全區(qū)域內(nèi)。

2.11 ? ?照明系統(tǒng)

照明系統(tǒng)包括客室照明、司機(jī)室照明和外部照明[2]。客室照明采用節(jié)能環(huán)保的LED照明方案，采用集中式驅(qū)動(dòng)電源供電。車(chē)廂內(nèi)燈具在電氣結(jié)構(gòu)上分為4路燈帶，左右兩側(cè)各2路，且間隔分布，分別由直流110 V供電。緊急照明通過(guò)降低整體的輸出功率來(lái)降低亮度，減少對(duì)蓄電池電能的消耗，且能夠保證整個(gè)車(chē)廂照明的均勻性和一致性。司機(jī)室照明在司機(jī)室天花板采用LED平面光源。外部照明前照燈采用氙氣燈，指示燈采用LED光源，在列車(chē)緊急制動(dòng)距離處照度不低于2 lx;在M2車(chē)尾部指示燈處增加一個(gè)重聯(lián)連掛照明燈，均采用LED燈。

3 ? ?結(jié)語(yǔ)

墨西哥蒙特雷市鉸接輕軌車(chē)輛是中國(guó)城市軌道交通走進(jìn)墨西哥國(guó)家市場(chǎng)的第一單，本項(xiàng)目列車(chē)是中國(guó)自主研制的鉸接輕軌車(chē)輛出口的成功典范。列車(chē)已于2021年3月在蒙特雷市正式投入運(yùn)營(yíng)，目前已經(jīng)安全運(yùn)營(yíng)10個(gè)多月，單列車(chē)運(yùn)行近10萬(wàn)km里程，車(chē)輛性能得到了業(yè)主的充分認(rèn)可，也為中國(guó)軌道交通進(jìn)入墨西哥國(guó)家市場(chǎng)起到了良好的示范作用。

[參考文獻(xiàn)]

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收稿日期：2022-02-17

作者簡(jiǎn)介：彭鋒（1985—），男，湖南衡陽(yáng)人，工程師，主要從事軌道交通車(chē)輛設(shè)計(jì)研發(fā)工作。