邵微

摘 要：地鐵列車通過自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、牽引制動(dòng)裝置，或者是車鉤、轉(zhuǎn)向架等具有高度牽引力的裝置，共同保證地鐵運(yùn)行的高速、平穩(wěn)、安全運(yùn)行。本文通過對(duì)地鐵列車構(gòu)造、性能等基本信息的了解，對(duì)我國地鐵列車結(jié)構(gòu)及構(gòu)造原理進(jìn)行分析，了解地鐵列車的主要組成。

關(guān)鍵詞：交通工具；地鐵列車；結(jié)構(gòu)；構(gòu)造原理

中圖分類號(hào)：U451 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）04-0075-02

地鐵列車大大方便了人們的出行和城市環(huán)境的設(shè)計(jì)，地鐵列車已經(jīng)成為人們出行首選的交通工具，對(duì)人們的生活水平有著很大程度的影響。目前，我國面對(duì)科技化程度不斷提高、人們對(duì)于出行的要求不斷加深的情況，地鐵工程設(shè)計(jì)也在持續(xù)的進(jìn)行改進(jìn)，在符合我國實(shí)際狀況的前提下，不斷完善其性能，對(duì)地鐵列車進(jìn)行提速，并且逐步擴(kuò)大其安全性能，保證地鐵工程建設(shè)的穩(wěn)定。

1 地鐵列車簡介

1.1 構(gòu)造方面

地鐵列車采取動(dòng)力分散的構(gòu)造模式。根據(jù)車輛運(yùn)行的實(shí)際狀況，把地鐵列車以動(dòng)力車和非動(dòng)力車相結(jié)合的方法進(jìn)行組合，并在車輛兩端設(shè)置控制臺(tái)。為了滿足不同列車運(yùn)行區(qū)間、不同地形、客流狀況以及運(yùn)行模式等，地鐵車輛的設(shè)計(jì)是非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。在車輛前期設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合考慮線路條件、客流量、運(yùn)營模式等，同時(shí)也要考慮到地鐵列車維修因素，盡力使用規(guī)范的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.2 結(jié)構(gòu)方面

目前地鐵車輛的設(shè)計(jì)不斷減輕其運(yùn)行重量，采取相對(duì)更簡便的材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，目前主要使用大斷面中空擠壓鋁型材和不銹鋼模塊化進(jìn)行車身的設(shè)計(jì)，使其車身均勻受力；懸掛裝置可以在很大程度上減輕車輛的振動(dòng)；制動(dòng)裝置以電氣和空氣相結(jié)合的綜合裝置；[1]各個(gè)車廂之間的串聯(lián)使用密貼式車鉤進(jìn)行自動(dòng)化的銜接；車廂之間使用通過量強(qiáng)的封閉式全貫通道。

1.3 運(yùn)行性能

地鐵列車的設(shè)計(jì)要求有非常強(qiáng)的安全性以及穩(wěn)定性，因?yàn)樗?wù)于人口密集的城市，是人們信賴的交通工具。另外，要保證地鐵車廂內(nèi)環(huán)境的舒適，為旅客營造一個(gè)舒適、溫馨的出行環(huán)境，滿足人們的出行需求。

1.4 運(yùn)行方式

在運(yùn)行方式上，地鐵列車采取自動(dòng)駕駛系統(tǒng)ATO。主牽引傳動(dòng)使用的是性能突出的調(diào)頻調(diào)壓交流傳動(dòng)；輔助系統(tǒng)采用的是IG-BT技術(shù)。

1.5 基本構(gòu)造

雖然地鐵列車由于實(shí)際狀況的不同，有很多種組成形式，但是萬變不離其宗。在機(jī)械方面，主要有車體、車鉤以緩沖裝置、車門、轉(zhuǎn)向架、空氣制動(dòng)、通風(fēng)裝置等幾部分組成；在電氣部分，主要由牽引制動(dòng)裝置、輔助系統(tǒng)、列車控制系統(tǒng)、故障診斷裝置、通信設(shè)備以及自動(dòng)控制裝置組成。

2 地鐵列車結(jié)構(gòu)及構(gòu)造原理

2.1 機(jī)械部分

2.1.1 車體

車體按照材質(zhì)可分為碳鋼車體、不銹鋼車體以及鋁合金車體，地鐵車輛主流車體為不銹鋼車體和鋁合金車體，車體采用模塊化設(shè)計(jì)，主要由底架、側(cè)墻、端墻和車頂組成。不銹鋼車體不僅輕量化，而且耐腐蝕性優(yōu)越，不但減少了維修工作量和維修費(fèi)用，而且延長了車輛的使用壽命。不銹鋼車輛金屬板件之間連接的主要形式就是點(diǎn)焊，它分布在車身的各個(gè)部位，數(shù)量多達(dá)數(shù)萬個(gè)。鋁合金車體采用大型中空型材，重量輕、耐腐蝕、外觀平整度好和易于制造復(fù)雜美觀曲面車體的優(yōu)點(diǎn)。頭車司機(jī)室外部采用玻璃鋼材質(zhì)，不僅外觀優(yōu)美，同時(shí)具有較好的流線型來減小風(fēng)阻，通過螺栓或者鉚釘與車體骨架連接。對(duì)于車身的裝扮和車輛內(nèi)部的內(nèi)飾，可以通過城市的特點(diǎn)，以及贊助商的不同狀況進(jìn)行裝飾，滿足人們的不同視覺感受。

各個(gè)車廂之間的連接通過貫通道銜接，它具有良好的防雨、防風(fēng)、防塵、隔音、隔熱等功能，能夠使旅客安全地穿行于車廂之間，保護(hù)不受外力損害，同時(shí)可適應(yīng)車體在任何轉(zhuǎn)變及穿越路口時(shí)車廂之間產(chǎn)生的移動(dòng)。貫通道方案根據(jù)有無側(cè)護(hù)板可劃分為無側(cè)護(hù)板式貫通道、一塊側(cè)護(hù)板式貫通道、三塊側(cè)護(hù)板式貫通道，從曲線運(yùn)動(dòng)、安裝維護(hù)、隔聲降噪等多個(gè)技術(shù)要求上考慮，無側(cè)護(hù)板技術(shù)性能最佳。

2.1.2 車門

車門是地鐵車輛的重要組成部分，目前客室車門主要有外掛式門、塞拉門和內(nèi)藏式水平移門?？褪臆囬T從物理、熱能和噪音將內(nèi)部和外部環(huán)境隔離開并由駕駛室經(jīng)車輛控制器控制。車輛控制器和每個(gè)客室車門帶的門控器連接。 門控器處理所有與門系統(tǒng)各門相關(guān)驅(qū)動(dòng)指令。每個(gè)客室車門安裝有手動(dòng)緊急操作系統(tǒng)。車門驅(qū)動(dòng)力一般以雙向工作的電機(jī)或者壓縮空氣驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)風(fēng)缸，運(yùn)用皮帶傳動(dòng)與絲桿設(shè)備進(jìn)行傳動(dòng)。車門的開關(guān)主要是通過電子門控單元來實(shí)現(xiàn)，駕駛室有車門的控制裝置，通過電子門控單元傳達(dá)的信號(hào)進(jìn)行車門的開啟與關(guān)閉。車門機(jī)構(gòu)處設(shè)置有行程開關(guān)或微動(dòng)開關(guān)，用于監(jiān)測(cè)車門的位置以及狀態(tài)，保證車門開啟和關(guān)閉正常，防止出現(xiàn)安全問題。

移動(dòng)門特別是外掛門的安全性較低，只適合配備在運(yùn)行速度較慢的地鐵列車上。因?yàn)橥鈷扉T處于懸掛狀態(tài)，沒有有力的支撐，在車輛運(yùn)行遭遇到大的阻力時(shí)，這時(shí)懸掛門便會(huì)有一定的安全隱患，對(duì)車輛運(yùn)行的安全造成影響。而移動(dòng)門要去車身與車門之間有很大的間隙，會(huì)降低密封性，使得車廂內(nèi)隔音效果很大，容易造成噪音污染。同時(shí)當(dāng)車輛運(yùn)行的速度不斷加快，車廂內(nèi)便會(huì)有風(fēng)吹入，影響車廂內(nèi)部空間的舒適度。并且在車輛經(jīng)過特殊的地形時(shí)，車廂內(nèi)壓力的變化會(huì)對(duì)車門的移動(dòng)造成一定的影響，降低其開關(guān)門的速度，同時(shí)壓力變動(dòng)也會(huì)造成箱體內(nèi)部舒適度的減低。塞拉門密封性好，且與車體保持較好的流線型，外觀優(yōu)美，空氣阻力小，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修量大，且故障率也偏高。

2.1.3 車鉤及緩沖裝置

車鉤緩沖裝置是車輛最基本的也是最重要的部件之一。它是用來連接列車中各車輛使之彼此保持一定的距離，并且傳遞和緩和列車在運(yùn)行中或在調(diào)車時(shí)所產(chǎn)生的縱向力或沖擊力，并且實(shí)現(xiàn)電路裝置和氣路裝置的完美銜接。

車鉤及緩沖裝置主要有三種種類，分別是自動(dòng)車鉤、半自動(dòng)車鉤以及半永久牽引桿。三種車鉤普遍的特點(diǎn)是設(shè)置可復(fù)原能量吸收裝置，能保證車輛受到的傷害降低。不同點(diǎn)表現(xiàn)在自動(dòng)車鉤和半永久牽引桿還配備超載保護(hù)系統(tǒng)，不可復(fù)原的可壓潰變形管，采用性能突出的密接式車鉤，通過車廂盡頭的凹凸槽進(jìn)行連接，能夠增加連接的緊密性[2]。密接式車鉤連掛時(shí)兩鉤間的間隙很小，彼此不能作相對(duì)移動(dòng)。旅客列車采用這種車鉤能減輕起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)車輛前后沖撞，從而提高舒適性；在發(fā)生事故時(shí)，可防止車輛傾覆、攀爬和套車等，以增進(jìn)安全性。有的密接式車鉤還帶有風(fēng)管和電路的自動(dòng)連結(jié)接頭，稱為多功能密接式車鉤、地鐵車輛的全自動(dòng)車鉤和半自動(dòng)車鉤基本都是用密接式車鉤這種類型。

2.2 電器部分

2.2.1 牽引及電制動(dòng)裝置

列車牽引系統(tǒng)一般采用VVVF逆變器-異步牽引電動(dòng)機(jī)構(gòu)成的交流電傳動(dòng)系統(tǒng)，牽引電制動(dòng)裝置主要由高壓電器箱、母線高速斷路器及接觸器箱、線路電抗器、牽引逆變器箱、制動(dòng)電阻箱、牽引電機(jī)等裝置組成，經(jīng)受流裝置將直流電由牽引逆變器變換成頻率、電壓均可調(diào)的三相交流電，向異步牽引電動(dòng)機(jī)供電，牽引電機(jī)產(chǎn)生的扭矩經(jīng)過齒輪驅(qū)動(dòng)列車的運(yùn)行，并在列車制動(dòng)時(shí)把動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能從新傳達(dá)給電網(wǎng)，或者轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢詡鬏數(shù)臒崮堋?/p>

電制動(dòng)裝置主要有再生反饋制動(dòng)以及電阻制動(dòng)。再生反饋制動(dòng)以與牽引相反的運(yùn)行模式，電阻制動(dòng)將產(chǎn)生的電能通過電阻分解掉。目前由于電阻制動(dòng)性能的不穩(wěn)定，在載客人數(shù)較多或者速度較快的情況下，不能到達(dá)列車運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)，通常還需要?dú)庵苿?dòng)與其相互照應(yīng)，共同完成制動(dòng)工作。

2.2.2 輔助系統(tǒng)

輔助電源系統(tǒng)的運(yùn)行獨(dú)立于牽引系統(tǒng)， 為保證輔助電源系統(tǒng)的高可用性及避免電壓中斷，設(shè)置采用列車輔助專用高壓母線，并設(shè)置輔助高壓母線熔斷器，通過高壓輔助母線將列車的輔助電源輸入端并行連接起來。

輔助電源系統(tǒng)主要由輔助電源（含逆變器、DC110V充電機(jī)）、DC24V電源、輔助高壓電路、擴(kuò)展供電電路等組成。輔助電源將直流電壓逆變成三相交流電壓（AC380V），為空調(diào)、空氣壓縮機(jī)、照明及控制電路等提供穩(wěn)定的三相四線制的交流電壓，并將交流電壓（AC380V）通過蓄電池充電機(jī)變換成蓄電池與低壓直流負(fù)載使用的DC110V電壓，DC24V則由DC/DC模塊提供。

蓄電池充電器的功能是在電力供應(yīng)出現(xiàn)問題時(shí)，及時(shí)通過蓄電池中的電力恢復(fù)車輛運(yùn)行，是車輛運(yùn)行的必要保證。車輛上的蓄電池充電器設(shè)置要能夠滿足45分鐘內(nèi)電壓在110V時(shí)電力的持續(xù)供應(yīng)，保證控制系統(tǒng)、照明、廣播、通風(fēng)、車門等系統(tǒng)的正常運(yùn)行。輔助逆變器通過高壓反饋線與列車上的受電裝置相連，保證如果出現(xiàn)一個(gè)受電裝置出現(xiàn)故障，輔助逆變器也不會(huì)與電源分離，保證列車運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。

2.2.3 空調(diào)系統(tǒng)

空調(diào)機(jī)組的結(jié)構(gòu)型式一般為車頂單元式，只有制冷功能，安裝在車輛頂部，每節(jié)車安裝2臺(tái)。機(jī)組從蒸發(fā)腔底部回風(fēng)、蒸發(fā)腔底部送風(fēng)，新風(fēng)從機(jī)組蒸發(fā)腔兩側(cè)導(dǎo)入。新風(fēng)和回風(fēng)在回風(fēng)蒸發(fā)腔內(nèi)混合，經(jīng)回風(fēng)濾塵網(wǎng)過濾后，由蒸發(fā)器冷卻并通過送風(fēng)機(jī)送入客室內(nèi)，調(diào)整室內(nèi)溫度下降，并使其維持在較舒適的范圍內(nèi)?？照{(diào)機(jī)組的冷凝水通過機(jī)組底部的排水孔，直接排至車頂。空調(diào)機(jī)組的室外冷凝風(fēng)從機(jī)組頂部進(jìn)入，通過冷凝器后，再從機(jī)組兩側(cè)面排出。司機(jī)室通過風(fēng)道將客室主風(fēng)道內(nèi)處理后空氣引入司機(jī)室，通風(fēng)單元設(shè)有風(fēng)量和風(fēng)向的調(diào)節(jié)裝置，達(dá)到司機(jī)室降溫目的。

客室座椅電加熱器均勻安裝在客室座椅下方，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)客室內(nèi)空氣進(jìn)行加熱。

2.2.4 列車自動(dòng)控制和診斷系統(tǒng)

列車控制和診斷系統(tǒng)TCMS作為整車控制系統(tǒng)，通過信號(hào)采集模塊，采集司機(jī)的操作指令、列車各個(gè)工況下的狀態(tài)等信號(hào)，經(jīng)過運(yùn)算及邏輯處理，給出操作列車各部件的控制指令，通過MVB總線實(shí)現(xiàn)與牽引控制系統(tǒng)、空氣制動(dòng)控制系統(tǒng)、輔助供電系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、車門系統(tǒng)、廣播和視頻監(jiān)控系統(tǒng)等部件的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)列車的通信管理、控制與故障診斷、信息顯示和事件記錄等主要功能。

TCMS可實(shí)現(xiàn)司機(jī)室激活控制、操作模式管理、牽引制動(dòng)控制、方向控制、電制動(dòng)管理、空調(diào)啟動(dòng)控制、列車載荷管理、限速管理、通信狀態(tài)診斷等功能。

列車自動(dòng)控制系統(tǒng)由自動(dòng)駕駛、自動(dòng)保護(hù)以及自動(dòng)監(jiān)控三個(gè)方面組成。通過該控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)列車的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)在速度變化出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)制止，在對(duì)列車實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控的基礎(chǔ)上，保證列車各個(gè)運(yùn)行狀況的穩(wěn)定。自動(dòng)駕駛控制列車的調(diào)速以及停車的相關(guān)過程；自動(dòng)駕駛保證列車運(yùn)行的速度與間隔達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)出現(xiàn)與既定標(biāo)準(zhǔn)相異的狀況出現(xiàn)時(shí)，進(jìn)行及時(shí)的制動(dòng)，保護(hù)列車運(yùn)行的安全；自動(dòng)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)列車的自動(dòng)換道、變軌等任務(wù)。

3 結(jié)語

地鐵由于其運(yùn)行地點(diǎn)的特殊性，還具有高舒適性、高速性以及其他優(yōu)點(diǎn)，這就保證地鐵在我國的普及程度。我國地鐵列車的設(shè)計(jì)會(huì)隨著技術(shù)的發(fā)展，不斷向著輕便型、自動(dòng)化方面發(fā)展，這些都會(huì)促進(jìn)我國地鐵的高速發(fā)展，解決出行問題，提升我國城市化程度。

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