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編者按：本文主要從城市軌道交通作為一個(gè)大交通系統(tǒng)，應(yīng)將各種形式的有軌運(yùn)輸方式包括進(jìn)來，這其中當(dāng)然包括輕軌系統(tǒng)；低地板輕軌車輛的主要類型；低地板輕軌交通的關(guān)鍵技術(shù)；對(duì)低地板輕軌交通的設(shè)想與建議，對(duì)低地板輕軌車關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行講述。其中，主要包括：城市軌道交通作為一個(gè)大交通系統(tǒng)，應(yīng)將各種形式的有軌運(yùn)輸方式包括進(jìn)來，這其中當(dāng)然包括輕軌系統(tǒng)、環(huán)境污染小、節(jié)約能源、投資少、乘坐舒適、塑造良好的城市形象、低地板輕軌車輛的主要類型、獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪、線路走向及車站布局應(yīng)合理、車輛應(yīng)易于制造、維修方便、低地板輕軌車產(chǎn)業(yè)應(yīng)成為新經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，具體材料請(qǐng)?jiān)斠姡?/p>

摘要：從環(huán)境、能源、投資等方面分析了發(fā)展低地板輕軌交通的優(yōu)勢(shì);并從獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪車輛、制動(dòng)裝置、牽引電機(jī)懸掛、電氣控制等方面介紹了低地板車輛的主要類型和關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)低地板輕軌系統(tǒng)的線路走向及車輛制造方面提出了建議。

關(guān)鍵詞：輕軌交通，低地板輕軌車，關(guān)鍵技術(shù)

城市軌道交通作為一個(gè)大交通系統(tǒng)，應(yīng)將各種形式的有軌運(yùn)輸方式包括進(jìn)來，這其中當(dāng)然包括輕軌系統(tǒng)。輕軌交通單向高峰小時(shí)客運(yùn)能力為1-3萬人次，最高時(shí)允許達(dá)到4萬人次。其運(yùn)輸能力介于地鐵與道路公共交通之間，尤其適用于50-100萬人的中型城市以及一些大型城市中人口相對(duì)集中、居住密度不大的區(qū)域。我國(guó)50-100萬的城市有44座，100萬以上的大城市已有35座。這些城市的交通方式，除了北京、上海及廣州外，絕大多數(shù)采用傳統(tǒng)的公共汽車和無軌電車。這種結(jié)構(gòu)單一的傳統(tǒng)公共交通方式，己越來越難以滿足現(xiàn)代城市民眾出行的需要，因此發(fā)展多種形式的有軌交通運(yùn)輸已成當(dāng)務(wù)之急[1]。20世紀(jì)80年代以來，城市輕軌車輛技術(shù)迅速發(fā)展，尤其是低地板輕軌交通以其環(huán)境污染小、節(jié)約能源、投資少、便于乘降及乘坐舒適等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。

低地板輕軌交通的發(fā)展優(yōu)勢(shì)

(1)環(huán)境污染小

城市小汽車與地面公共汽車排放的廢氣及產(chǎn)生的噪聲已經(jīng)成為城市公害，使城市居住環(huán)境越來越惡劣。相反，輕軌交通采用電力牽引，不產(chǎn)生廢氣污染，車輛和軌道的良好動(dòng)力性能使運(yùn)行時(shí)的輪軌振動(dòng)及噪聲進(jìn)一步減弱。另外，軌道兩側(cè)的綠化帶也有助于美化環(huán)境，減少噪聲污染。

(2)節(jié)約能源

從每人·km能耗看，軌道交通、道路公共汽車、私人小汽車的能耗比為1：1.8：5.9，可見軌道交通運(yùn)輸方式是最為節(jié)能的。而輕軌交通的能耗又低于地鐵系統(tǒng)。另外，輕軌等軌道交通的發(fā)展，也遏制了由于私人小汽車發(fā)展而引起的耗能型分散居住方式的蔓延[2]。

(3)投資少

輕軌與地鐵的單位社會(huì)成本比汽車低，而輕軌又比地鐵低。我國(guó)已建、在建、擬建的輕軌交通每公里造價(jià)在1.5-3.5億元人民幣，僅為地鐵造價(jià)的1/4-1/2。如北京軌道交通13號(hào)線的單位造價(jià)約為北京地鐵復(fù)入線的1/4。目前，我國(guó)大中城市的建設(shè)資金普遍不足，因此輕軌交通相對(duì)較低的造價(jià)為我國(guó)城市交通大發(fā)展提供了可能[3]。

(4)乘坐舒適

低地板輕軌系統(tǒng)的車輛減振性能和軌道穩(wěn)定性能，可保證其運(yùn)行平穩(wěn)流暢。此外，較低的車輛地板以及無縫登車踏板，使乘客乘坐舒適。目前，低地板輕軌交通前景被看好的關(guān)鍵一點(diǎn)是方便乘客上下車。

(5)塑造良好的城市形象

低地板輕軌車輛為乘客提供了足夠的座位，有著美觀的外形設(shè)計(jì)。在許多國(guó)家，輕軌交通已成為城市的一大景觀。國(guó)外大量調(diào)查資料表明[4.5]，人們對(duì)于低地板輕軌交通的滿意度遠(yuǎn)高于道路公交系統(tǒng)。在西方某些城市，低地板輕軌車已成了整座城市的象征，提高了居民生活質(zhì)量，被譽(yù)為“城市的寵物”。

2低地板輕軌車輛的主要類型

1984年，Duewag公司為日內(nèi)瓦制造的低地板車揭開了低地板車發(fā)展的序幕上[6]。1986年，法國(guó)車輛制造廠商為南特市第2條輕軌線路制造的3節(jié)編組的輕軌車輛，由3節(jié)鉸接車體組成，兩端是870mm的高地板面動(dòng)車，中間為350mm的低地板面拖車。這樣，病殘人和幼兒可坐在輪椅或小車上從站臺(tái)直接進(jìn)人車內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)的車輛問世后，很受用戶和乘客的歡迎，標(biāo)志著輕軌車輛由高、中地板向低地板邁開了關(guān)鍵一步。按技術(shù)的復(fù)雜程度，現(xiàn)在世界上已經(jīng)出現(xiàn)了三代低地板輕軌車輛:

(1)第一代低地板輕軌車的中間部分有一個(gè)低地板進(jìn)口，低地板大約占車長(zhǎng)的10%-15%%;隨后該車經(jīng)過改進(jìn)可得到占車長(zhǎng)50%左右的低地板。這種類型的車輛采用常規(guī)轉(zhuǎn)向架、分段式低地板，車內(nèi)需要臺(tái)階過渡。例如，龐巴迪為荷蘭阿姆斯特丹制造的輕軌車輛，低地板部分的地板高度為277mm，占整個(gè)地板長(zhǎng)度的13.5%。

(2)第二代低地板輕軌車輛有較長(zhǎng)的低地板部分，約占整車的60%-70%，但車內(nèi)還需要臺(tái)階向高地板區(qū)過渡。這種輕軌車輛的中間走行部需要一種全新的安裝方式，主要有3種方法:小車輪拖車走行部、獨(dú)立車輪走行部和獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪走行部。例如瑞士Vevey公司為貝爾納制造的輕軌車就采用了車輪直徑為410m。的小車輪拖車走行部，低地板高度為350mm，占整個(gè)地板長(zhǎng)度的72%。阿爾斯通為法國(guó)的格勒諾布爾制造的低地板輕軌車采用獨(dú)立車輪走行部，345mm高的低地板部分占整個(gè)車長(zhǎng)的63%o

(3)第三代低地板輕軌車輛為全低地板式。如果動(dòng)力轉(zhuǎn)向架也采用獨(dú)立車輪，取消車軸，則動(dòng)力轉(zhuǎn)向架上方的中間通道也可以做成低地板，兩側(cè)車輪突起部分可設(shè)置座椅，從而實(shí)現(xiàn)100%低地板，地板面距軌面通常僅為350mm。如西門子公司研制的Combino模塊組合式輕軌車輛，就屬于全低地板輕軌車輛。

3低地板輕軌交通的關(guān)鍵技術(shù)

現(xiàn)代低地板輕軌交通是在繼承了傳統(tǒng)有軌電車和地下鐵道技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其基礎(chǔ)工程、車輛類型、行車控制以及列車保護(hù)、運(yùn)行管理等一系列技術(shù)，都充分體現(xiàn)了上述兩者的完美結(jié)合。低地板輕軌交通的關(guān)鍵技術(shù)主要集中在車輛及控制上。對(duì)于其線路形態(tài)，由于直接影響城市景觀，應(yīng)布局得當(dāng)，構(gòu)思精巧，塑造出一條亮麗的現(xiàn)代化都市流動(dòng)風(fēng)景線。

低地板輕軌車是20世紀(jì)90年代隨著機(jī)車車輛由傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向高新技術(shù)轉(zhuǎn)變，在城市軌道交通方面進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新的結(jié)果[7]，包含了轉(zhuǎn)向架技術(shù)發(fā)展的一系列新成果，如各種輪對(duì)徑向調(diào)整技術(shù)、獨(dú)立車輪技術(shù)、獨(dú)立車輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)等。這些技術(shù)的運(yùn)用，使得低地板輕軌車走行部分的動(dòng)力學(xué)行為較常規(guī)轉(zhuǎn)向架遠(yuǎn)為復(fù)雜[8]。

(1)獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪

要想使輕軌車輛的地板面距離軌面小于400mm，采用常規(guī)整體輪對(duì)轉(zhuǎn)向架幾乎是不可能的。于是，人們自然想到了采用獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪轉(zhuǎn)向架，并開始逐步認(rèn)識(shí)到低地板輕軌車輛采用獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪轉(zhuǎn)向架的優(yōu)越性和必要性[9]。

當(dāng)然，獨(dú)立旋轉(zhuǎn)車輪不產(chǎn)生常規(guī)輪對(duì)的縱向蠕滑力，因而不具備常規(guī)輪對(duì)的優(yōu)點(diǎn)而成為獨(dú)立車輪的缺點(diǎn)。如:直道上不能自動(dòng)對(duì)中;通過曲線時(shí)，若輪軌關(guān)系匹配不好，輪緣磨耗較嚴(yán)重;低速時(shí)可能產(chǎn)生明顯的搖頭振動(dòng)。如果加強(qiáng)踏面及一系懸掛水平剛度的設(shè)計(jì)，可以避免這些缺點(diǎn)。

(2)彈性車輪

為了降低輪軌滾動(dòng)噪聲，國(guó)外輕軌車廣泛應(yīng)用彈性車輪。這種車輪在輪心與輪箍之間加一圈橡膠塊(或復(fù)合材料)，使之具有緩沖減振、消聲、改善輪軌動(dòng)作用力、延長(zhǎng)輪軌使用壽命等功能。采用彈性車輪后，只有輪箍是簧下質(zhì)量，輪軌沖擊和振動(dòng)大為減輕。國(guó)外30年來對(duì)彈性車輪的設(shè)計(jì)和運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)輕軌車輛，軸重在15t以下的彈性車輪是成功的。

(3)消聲車輪

消聲車輪是在剛性車輪上施加各種消聲措施，以達(dá)到降低輪軌噪聲的目的。其優(yōu)點(diǎn)是消除了彈性車輪采用輪箍、輪心結(jié)構(gòu)所帶來的種種問題。現(xiàn)在許多發(fā)達(dá)國(guó)家運(yùn)用輪軌動(dòng)力學(xué)及聲學(xué)原理，采用有限元軟件進(jìn)行了聲學(xué)車輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使車輪本身具有消聲功能。

(4)制動(dòng)裝置

低地板輕軌車輛的制動(dòng)通常采用動(dòng)力制動(dòng)、盤形制動(dòng)和磁軌制動(dòng)。動(dòng)力制動(dòng)又分為再生制動(dòng)和電阻制動(dòng)。再生制動(dòng)優(yōu)先，輔以電阻制動(dòng)。德國(guó)輕軌車盤形制動(dòng)采用彈簧油壓方式，液缸裝在主電動(dòng)機(jī)旁，制動(dòng)盤裝在主電動(dòng)機(jī)軸端。另外，每個(gè)轉(zhuǎn)向架設(shè)有磁軌制動(dòng)裝置，用于緊急制動(dòng)。磁軌制動(dòng)的特點(diǎn)是所產(chǎn)生的制動(dòng)力不受輪軌粘著條件的限制。

(5)牽引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及冷卻方式

低地板輕軌車電機(jī)布置方式主要有縱向和橫向兩種。①縱向布置:很多低地板輕軌車采用縱向布置，有萬向軸傳動(dòng)的，也有齒輪箱傳動(dòng)的，都為交流異步電機(jī)。例如Comino輕軌車，將電機(jī)縱向布置在車輪的外側(cè)，通過螺旋圓錐齒輪驅(qū)動(dòng)與車輪固結(jié)的端軸。②橫向布置:很明顯，如將電機(jī)放置在轉(zhuǎn)向架內(nèi)部，無法滿足低地板要求。所以，有些低地板輕軌車轉(zhuǎn)向架將電機(jī)橫向布置在轉(zhuǎn)向架的外側(cè)，出現(xiàn)了輪毅電機(jī)。如阿爾斯通的Citadis模塊化輕軌車就采用輪毅電機(jī)。

為了滿足空間上布置需要及增加牽引電機(jī)裝設(shè)在簧下時(shí)的抗沖擊性，低地板輕軌車的牽引電動(dòng)機(jī)應(yīng)盡量小型化、輕量化，因此廣泛采用水冷方式，改善其可操作性和提高可靠性。

(6)電氣控制部分

到了90年代，電機(jī)控制已發(fā)展到直接轉(zhuǎn)矩控制階段，列車總線通信系統(tǒng)微機(jī)控制已發(fā)展到32位高速處理器，變頻器和電機(jī)已發(fā)展到水冷。新的傳動(dòng)系統(tǒng)把輸入的直流電經(jīng)過L一C濾波裝置，由VVVF逆變器變成三相交流電，驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)。新一代電力電子器件絕緣門極雙極晶體管(IGBT)開發(fā)后，又進(jìn)展到性能優(yōu)越的智能功率模塊(IPM)、輕軌交通行車密度小，時(shí)間不需太精確，因此其列車自動(dòng)控制系統(tǒng)(ATC)不像地鐵那樣要求嚴(yán)格。輕軌車輛發(fā)展到現(xiàn)在，基本上是有司機(jī)駕駛，全自動(dòng)的輕軌系統(tǒng)比較少。但通常輕軌系統(tǒng)也都裝有ATC。

4對(duì)低地板輕軌交通的設(shè)想與建議

(1)線路走向及車站布局應(yīng)合理

現(xiàn)代低地板輕軌交通的線路形態(tài)和走向，主要沿城市街道布局來定線，多數(shù)情況下不能隨意拆遷障礙物，因而小半徑曲線(≥25m)和大坡度(≤7%)現(xiàn)象較多。低地板輕軌交通主要采取專用軌道線路方式，其線路形態(tài)以地面線或高架線為主;在條件特別困難時(shí)，可以采用地下線路，但應(yīng)盡量避免設(shè)置地下車站，最好將區(qū)間線路布設(shè)在地下，用淺埋隧道方式通過;在城市的特殊地段，必要時(shí)也可將輕軌線路鋪設(shè)在市區(qū)道路上，與其它交通共用路面和混合運(yùn)行，其站臺(tái)應(yīng)因地制宜設(shè)置，可利用路邊人行道或道路分隔帶設(shè)施，作為旅客乘降用。低地板輕軌車輛的運(yùn)行速度一般可達(dá)25-40km/h，可根據(jù)線路每天客運(yùn)量的疏密規(guī)律，采用單節(jié)車或多節(jié)聯(lián)掛的方式滿足客運(yùn)要求。以上這些特征，體現(xiàn)了低地板輕軌交通的機(jī)動(dòng)性與靈活性。

(2)車輛應(yīng)易于制造、維修方便

低地板輕軌車技術(shù)比較復(fù)雜，其價(jià)格相對(duì)高地板車要高出15%-20%。低地板輕軌車輛若要得到廣泛應(yīng)用，必須通過降低成本來獲得合理的車輛價(jià)格，因此現(xiàn)在幾乎所有的低地板輕軌車輛都引入了模塊化制造技術(shù)。所謂模塊化，是指在車輛設(shè)計(jì)過程中，對(duì)整車結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解，形成若干個(gè)各自獨(dú)立而又相互聯(lián)系的分系統(tǒng)，即模塊。模塊的形式可以是車輛的某一大部件，也可以是整個(gè)車輛的一部分，還可以是車輛的某些附屬設(shè)備。如今，輕軌車輛采用模塊化設(shè)計(jì)后，車輛長(zhǎng)短、編組方式、載客人數(shù)都可根據(jù)需要靈活調(diào)整。

現(xiàn)代輕軌車輛都裝有故障診斷與顯示系統(tǒng)，維護(hù)十分簡(jiǎn)便。必須培養(yǎng)能維護(hù)和管理新型輕軌車輛的技術(shù)人員。低損耗、低磨耗及低運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的運(yùn)營(yíng)技術(shù)，是低地板輕軌車輛維護(hù)的重要方面之一。

(3)低地板輕軌車產(chǎn)業(yè)應(yīng)成為新經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高，在可持續(xù)發(fā)展思想的指導(dǎo)下，資源及環(huán)境保護(hù)問題將日益受到關(guān)注。當(dāng)前，我國(guó)大、中城市要求改善公共交通的壓力很大，使經(jīng)濟(jì)實(shí)用的中運(yùn)量輕軌交通系統(tǒng)面臨著難得的發(fā)展機(jī)遇。建設(shè)我國(guó)低地板輕軌交通，既要向國(guó)際先進(jìn)技術(shù)靠近，又要充分利用我國(guó)現(xiàn)有的技術(shù)條件和科技能力，使低地板輕軌產(chǎn)業(yè)成為我國(guó)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

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