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对我国城市有轨电车技术发展的思考


第1期  

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对我国城市有轨电车技术发展的思考
  王浩川   郭志方       方 力 刘翠艳
Ξ

       摘 要 简要介绍了城市有轨电车的发展过程及我国 城市有轨电车车辆技术现状 , 阐述了我国现代有轨电车车 辆技术发展趋势 。 关键词   有轨电车 ,车辆技术 ,交流传动<

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式定名为 light rail transit ”即轻轨交通 。 “ , 目前 ,我国仅有大连 、 、 鞍山 长春和香港尚有有 轨电车在运营 。

在 70 年代 ,国外的一些城市在饱受能源危机 、 环境污染和汽车公害的困扰以后 ,开始重新认识有 轨电车 。欧洲的一些保留有轨电车的城市坚持不 懈地攻克了制约有轨电车发展的相关技术 ,并对早 期的有轨电车系统加以技术改造 ,使有轨电车得到 持续发展 。1978 年 , 国际公共交通联合会 ( UITP) 在比利时的布鲁塞尔召开的会议上 ,将在有轨电车 的基础上发展而成的中等运量的城市轨道交通方

1  我国城市有轨电车车辆技术现状
大连 、 、 鞍山 长春所使用的有轨电车均为大连 电车工厂生产制造的 ,有轨电车车辆概况如表 1 所 示 。值得一提的是 ,DL1001 型有轨电车是我国自 行研制的第一种有轨电车。1983 年定型生产的
DL621 型六轴有轨电车是国内首次采用铰接车体

技术的城市轨道车辆 。

表1  我国有轨电车车辆的基本概况 首车生产年份
1951 1982 1983 1997 01 和 02 号车后改为 DL621 G 型

型号
DL1001 DL7001 DL621 DL8001

型式
4轴 4轴 6轴 4轴

传动方式 变阻调速 变阻调速 变阻调速 斩波调速

备注 现改为 DL2001 型

   现阶段我国有轨电车车辆采用的技术设备情 况如下 : ( 1) 可控硅斩波器 我国有轨电车采用可控硅斩波器要比无轨电 车晚 10 年左右 。随着可控硅性能的提高和斩波控 制技术的日臻完善 ,为在有轨电车上应用斩波控制 技术奠定了基础 ,并使有轨电车车辆技术实现重大 突破 。与传统的变阻控制设备相比 ,斩波调速的车 辆有诸多优点 : 具有明显的节能效果 ( 经实测 ,节约 牵引用电 20 %以上 ) ; 车辆实现了起动平稳 , 少冲

击 ,改善了乘坐舒适性 ; 车辆具有无级经济运行位 ; 可以实现可靠的电制动 , 包括再生制动 ; 便于司机 的驾驶操作 ,检修工作量明显减少等 。有轨电车的 可控硅斩波器有用于 DL621 G 型有轨电车和用于 DL8001 、 DL2001 型有轨电车的两种。如表 2 所示。 ( 2) IG 直流辅助电源 BT 由于 IG ( 绝缘栅型双极晶体管) 为电压驱动 BT 型元件 ,兼有 MOSFET ( 功率型场效应管) 和 BJ T ( 大 功率双极晶体管 ) 的优点 。其开关频率高 、 抗干扰 能力强 、 损耗小 、 工作可靠 , 因而得到迅猛的发展 。

Ξ王浩川 : 大连市公共电车公司电车修配厂副厂长 ,工程师 ,大连 116001

?1 7 ?

城市轨道交通研究  
1990 年 ,大连开始了 IG 在直流辅助电源中的应 BT

2000 年

用研究 , 试制成功了 ZB — 型 IG 直流变换电 5 BT 源 。该电源采用半桥式转换电路和脉冲调制控制 技术 PWM ,可将输入的 600 V 直流电变换成 24 V 直流电 ,供车辆低压负载和蓄电池组浮充电使用 。 该电源的技术性能如下 : 工作频率 24 kHz , 输入电

压 DC600 ± 120V , 输出功率 1 kW , 输出电压 DC25 V ,输出电流 40 A ,控制电路为脉宽调制 PWM 集成 电路 ,冷却方式为强迫风冷 。该电源还具有工作可 靠、 少维护 、 有一定的过载能力 、 延长蓄电池的使用 寿命等特点 , 从而成为大连产有轨电车的标准设 备。

表2  有轨电车斩波器的概况 使用车辆 用途功能 线网电压 主电路形式 主电路元件 控制方式 控制功率 最大牵引电流 最大制动电流 冷却方式
DL621 G    DL8001 、 DL2001

再生制动 、 电阻制动 、 牵引
DC600 ± 120V

电阻制动 、 牵引
DC600 ± 120V 1C2M

两相不重 ,2C4M 普通可控硅 牵引 : 定频调宽 ,平均值控制 制动 : 瞬时值控制
4 × kW 45 4× 120 A 4 × A ( 再生制动) 90

普通可控硅 牵引 : 瞬时值控制 制动 : 瞬时值控制
2 × kW 3 2× A 90 2× A 75

自然冷却

自然冷却 、 强迫风冷

   ( 3) 转向架 有轨电车的走行部由单电机驱动的 2 轴转向 架组成 。该转向架为轴箱导框定位 、 心盘集中承载 的封闭框架结构 , 采用二系弹簧悬挂 : 一系为轴箱 的螺旋圆簧 ,二系为摇枕的钢板弹簧 。基础制动装 置有杠杆传动的单侧闸瓦制动器 ( DL7001 、 DL21 ) 和盘形制动器 (DL8001 、 DL2001) 两种 , 牵引电机抱 轴悬挂 ,1 级减速齿轮传动 。 有轨电车采用结构简单 、 拆装方便的牵引电机 抱轴悬挂方式和传动方式 ,但在运用中带来的主要 问题有 : 因齿轮传动中心距必须保证 , 约束了电机 尺寸的减小 ; 齿轮直接承受线路冲击 , 啮合不够理 想 ,齿轮易损坏 ; 电机轴与小齿轮的刚性接触 ,对电 刷工作不利 。 盘形制动用于车辆停车制动时 ,其动能转移能 力比踏面制动大 ; 闸片可采用合成材料 , 降低金属 消耗 ; 减轻车轮踏面磨耗 ; 闸调装置减少检修工作 量 。由于采用盘形制动器失去对车轮踏面的清扫 作用和车轮擦伤的自修复作用 ,在驾驶操作不当时 容易出现车轮擦伤甚至导致车轮失圆 。因此盘形 制动器需有高性能的制动机和车轮踏面清扫装置 ?18 ?

的配合作用 。

2  现代有轨电车及轻轨车辆的设计原则
无论是有轨电车的车辆更新 ,线路工程的改扩 建 ,还是新建的有轨电车或轻轨交通系统 , 都涉及 车辆选型的问题 。车辆选型关系到供电 、 轨道 、 站 场、 、 、 信号 通信 运营等相关内容 ,应全面 、 认真地进 行技术经济比选 ,并符合安全 、 、 经济 先进的原则 。 1 ) 安全性 : 有轨电车和轻轨交通作为运量较大
( 相对于公共汽车) 的城市轨道交通 ,具有运输效率

高、 行车间隔小的特点 。车辆及设备必须技术成 熟、 可靠 ,并无不安全隐患 。 2) 经济性 : 经济性不仅仅体现在车辆造价上 , 从长远的角度要考虑运用和检修的问题 ,既要买得 起也要用得起 。因此车辆应是节能的 、 少维护的 , 以降低运营成本和维修支出 。车辆的关键部件和 易损件必须在国内厂家或有国产化依托项目的生 产厂家加以解决 。车辆运用部门或运营公司在初 期负债经营下 ,不可能用巨额的外汇去购买车辆备 件。

第1期  
3) 先进性 : 现代有轨电车和轻轨车辆的绝大部 3. 2   低地板车辆

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分技术上是完全相同的 ,同样要求具有一定的先进 性 ,要符合近年来国外城市轨道交通车辆技术的发 展趋势 。尤其是电力电子元器件的选择 ,不能因日 后元器件的淘汰和停产 ,造成车辆维修困难或维修 支出增加 。

低地板车辆通常是指地板面距轨面高度在 350 mm 以下的车辆 。其优点是方便乘客的乘降 , 对残疾人 、 儿童和老年人尤为方便 , 减少了车辆的 站停时间 , 提高了车辆的运营速度 。另外 , 在新建 半封闭线路的轻轨交通系统和路面有轨电车系统 中 ,建设高站台会对城市道路交通和城市街道景观 产生影响 。采用低地板车辆可避免建设高站台 、 可 使整个系统更好地融入城市景观之中 。 独立车轮转向架是实现低地板轻轨车辆的重 要条件 。目前 ,国外轻轨车辆采用独立车轮转向架 已相当普遍 ,但在我国尚无同类产品问世 。 通常 ,低地板车辆有 3 种解决方法 ,即 : ① 全部 采用常规转向架 , 实现分段低地板的方案 , 低地板 部分长度占车体长度的 30 %~ 50 % ; ② 两端采用 常规转向架 ,中部采用独立车轮转向架 , 实现贯通 低地 板 的 方 案 , 低 地 板 部 分 长 度 占 车 体 长 度 的 70 %以 上 ; ③全 部 采 用 独 立 车 轮 转 向 架 , 实 现 100 %低地板的方案 。根据目前国内车辆厂的情 况 ,采用方案 ② 70 %低地板车型较为有利 ,其两 的 端转向架为动力转向架 ,中部转向架采用独立车轮 无轴转向架为从动转向架 ,可不考虑牵引电机悬挂 的问题 ,减小独立车轮转向架的技术难度 。
3. 3   交流传动的车辆

3  我国现代有轨电车及轻轨车辆技术的发

展趋势
   从目前国外轻轨车辆的技术发展趋势来看 ,我 国城市有轨电车和轻轨车辆的技术水平亟待提高 。 研制模块化车体结构 、 独立车轮转向架 、 低地板 、 交 流传动的车辆势在必行 , 且潜在的市场巨大 , 对推 动我国城市轨道交通建设事业的发展必将起到积 极的促进作用 。
3. 1   模块化结构车体的车辆

由于各个城市的具体情况差异而出现的车辆 多样性 ,给车辆厂带来一定的困难 。采用模块化结 构车体有利于车辆的标准化设计和组织生产 ,便于 运用部门调整车辆编组 。在运营初期 ,由于客流量 较小可采用基本模块编组 。随着客流量的增加 ,可 在原车的基础上增加相应的模块 。如图 1 所示为 德国 SIEMENS 公司 DUEWAG 工厂生产的 COMBI2
图1  德国 SIEMENS 公司生产的 COMBINO 系列轻轨车辆

NO 系列轻轨车辆 。

有轨电车和轻轨车辆采用交流传动装置具有 如下优点 : 交流异步电机体积小 、 重量轻 、 维护容 易、 故障少等优点 ; 牵引装置的小型化 ,有利于在总 体布局相对紧凑的城市轨道交通车辆上安装 ; 实现 再生制动的范围扩大 , 节能效果显著 ; 车辆粘着特 性有所改善等 。近年来 ,交流变频控制技术和微机 控制技术在应用上取得突破 ,尤其是国外在大功率 电力电子元器件方面的发展 ,如 IG , IPM ( 智能功 BT 率模块) 等元件的问世 , 更加促进了交流传动装置 的迅猛发展 。目前又开发出了 IGCT ( 集成门极换 流晶闸管) 。我国十分重视交流传动技术的研究 。 但由于我国大功率电力电子元件的研制水平和电 子工业的发展水平与国外的差距较大 ,影响了交流 传动装置的开发和应用 。目前 ,我国广州地铁 1 号 线和北京地铁复八线车辆采用的 VVVF 交流传动 装置均为国外产品 。开发交流传动装置对降低城 市轨道交通工程造价和装备  ( 下转第 22 页) ?1 9 ?

城市轨道交通研究  
异 。在借鉴和引用其他城市在这方面的研究成果 的同时 ,需要对当地客流情况进行调查和分析来取 得适合本地的相关资料 。 总之 ,影响地铁票价的因素是多方面的 , 票价 总体水平的高低一方面取决于政府的物价调控政

2000 年

策 ,另一方面又决定于城市和地铁自身的特征 。只 有将众多的因素进行全面的综合策划 ,充分顾及到 地铁公益性及其独立经济实体的需要 ,才能确定一 个较为科学合理的票价 。

Factors Considered in makings of Metro Ticket Price Policy
He Yujiang
(Booking Office of Guangzhou Metro Corporation , Guangzhou 510380)

cial benefit and charging facilities , the author argues that a scientifically rational price of metro ticket shall be made through the way of a comprehensive survey of various factors , which have the main inflccences on the price of ticket . Keywords   metro , ticket price , ticket price structure , passenger flow , cost
( 收稿日期 :1999 - 09 - 16)

( 上接第 19 页)

实现车辆国产化具有重要的现实意义 。在国产有 轨电车和轻轨车辆上尽快应用交流传动技术 ,可以

1  陈培风 . 大连市有轨电车的主导作用及发展历史 . 城市公共交通 ,1991 , ( 3) 2  苗彦英 . 城市轨道交通 . 北京 : 北京科学技术出版社 ,1994

3  方力 . 大连 DL8000 型四轴式有轨电车的技术特点 . 城市轨道交通研究 ,1999 , ( 2) :66~68

ogy in China , the author holds that the development of modern urban tramcar shall be the trend in urban public trans2 portation. Keywords   tramcar , vehicle technology , AC drive
( 收稿日期 :1999 - 09 - 01)

?22 ?

Abstract   raising factors in the making of metro ticket price on the aspects of the government policy , finan2 By

为国产地铁电动车组等大功率车辆应用交流传动 技术奠定基础 。

参      考 资 料

Ho w to Develop Tramcar Technology for Chinese Cities
Wang Haochuan  Guo Zhif ang  Fang Li   Liu Cuiyan

( Repair and Spare Parts Factory of Dalian Bus & Trmacar Company , Dalian 116001)

Abstract   With a brief introduction to the history of urban tramcar and the present conditions of tramcar technol2


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