《城市軌道交通車輛》 課件 學(xué)習(xí)領(lǐng)域一 城市軌道交通概要

一、城市軌道交通的發(fā)展

學(xué)習(xí)領(lǐng)域一城市軌道交通概要城市軌道交通簡(jiǎn)稱城軌交通

城市軌道交通是由地鐵、輕軌鐵路、獨(dú)軌鐵路、新交通系統(tǒng)及城市鐵路等組成，是近代高科技的產(chǎn)物，大多采用全封閉道路，立體交叉，自動(dòng)信號(hào)控制和電動(dòng)車組等高科技產(chǎn)品和手段，其行車密度大，旅行速度高，載客能力大，其疏通客流的能力與傳統(tǒng)的道路公共交通工具相比，具有無(wú)與倫比的優(yōu)越性。目前城軌交通主要有3種型式：地鐵、輕軌、獨(dú)軌。一、城市軌道交通的發(fā)展地鐵是地下鐵道交通的簡(jiǎn)稱，它是一種在城市中修建的快速、大運(yùn)量的軌道交通，通常以電力牽引，其單向高峰小時(shí)客運(yùn)能力可達(dá)30000人次以上，它的線路通常設(shè)在地下隧道內(nèi)，也有的在城市中心以外地區(qū)從地下轉(zhuǎn)到地面或高架橋上。

1863年英國(guó)倫敦建成了一條用蒸汽機(jī)車牽引的地鐵線路，開創(chuàng)了世界地鐵建設(shè)的先河。

（一）地鐵第一臺(tái)蒸汽機(jī)車：1829年喬治和羅伯特·史蒂文森父子設(shè)計(jì)并制造的多煙管道蒸汽機(jī)車

目前世界上一些著名的特大城市紐約、倫敦、巴黎、莫斯科、東京等，均已形成一定的城軌交通規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)，且以地鐵為主干，延伸到城市的各個(gè)方向。倫敦是個(gè)國(guó)際大都市，有700多萬(wàn)人口，目前共建有1000ｋｍ以上的軌道交通系統(tǒng)，其中總長(zhǎng)400ｋｍ的地鐵每天運(yùn)送乘客300萬(wàn)人次。東京有1300萬(wàn)人口，軌道交通系統(tǒng)有2000km以上，每天運(yùn)送乘客3000萬(wàn)人次，軌道交通運(yùn)輸擔(dān)當(dāng)了東京全部客運(yùn)量的80%。1000萬(wàn)人口的巴黎，軌道交通系統(tǒng)有1200km，軌道交通運(yùn)輸占全部客運(yùn)量的66%。

（一）地鐵

國(guó)外地鐵車輛巴黎戴高樂(lè)機(jī)場(chǎng)地鐵

國(guó)外地鐵車輛慕尼黑地鐵車輛斯德哥爾摩地鐵車輛

國(guó)內(nèi)地鐵車輛(北京地鐵)

國(guó)內(nèi)地鐵車輛(上海地鐵)

國(guó)內(nèi)地鐵車輛

(廣州地鐵)地鐵一號(hào)線地鐵二號(hào)線

國(guó)內(nèi)地鐵車輛

(深圳地鐵)

國(guó)內(nèi)地鐵車輛

(香港地鐵)地鐵有以下特征：（1）全部或大部分線路建于地面以下。（2）建設(shè)費(fèi)用大、周期長(zhǎng)、成本回收慢。（3）行車密度大、速度高。（4）客運(yùn)量大。（5）地鐵列車的編組數(shù)決定于客運(yùn)量和站臺(tái)的長(zhǎng)度，一般為2輛～8輛。（6）地鐵車輛消音減振和防火均有嚴(yán)格要求，既安全，又舒適。（7）受電的制式主要有直流750V第三軌受電或直流1500V架空線受電弓受電。

（一）地鐵

城市輕軌交通是在老式的地面有軌電車的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它與一般的鐵路相比，其軌道和車輛都是輕型的，其運(yùn)輸系統(tǒng)相對(duì)也比較簡(jiǎn)單，較適宜于中等運(yùn)量的城市客運(yùn)交通。國(guó)外開發(fā)的城市輕軌交通系統(tǒng)主要有3種類型：舊車改進(jìn)型，新線建設(shè)型，新交通系統(tǒng)型。

（二）輕軌

國(guó)外輕軌車輛英國(guó)輕軌車輛法國(guó)輕軌車輛國(guó)內(nèi)輕軌車輛（大連輕軌)國(guó)內(nèi)輕軌車輛（武漢輕軌）

輕軌有以下特征：

（1）它是以鋼輪和鋼軌為車輛提供走行的一種交通方式，車輛以電力提供牽引動(dòng)力，可以采用直流、交流或線性電機(jī)驅(qū)動(dòng)。（2）輕軌的建設(shè)費(fèi)用比地鐵少，每公里線路造價(jià)僅為地鐵的1/5～1/2。（3）輕軌交通的每小時(shí)單向運(yùn)輸能力一般為2萬(wàn)人次～4萬(wàn)人次，它介于地鐵和公共汽車之間，屬于中等運(yùn)能的一種公共交通形式。（4）輕軌線路可以為地面、地下和高架混合型，一般與地面道路完全隔離，采用半封閉或全封閉專用車道。（5）輕軌車輛有單節(jié)4軸車，雙節(jié)單鉸6軸車和3節(jié)雙鉸8軸車等。（6）輕軌交通對(duì)車輛和線路的消音和減振有較高要求。（7）電壓制式以直流750V架空線（或第三軌）供電為主，也有部分采用直流1500V和直流600V供電。（8）輕軌車站分為地面、高架和地下三種形式。

（二）輕軌

獨(dú)軌交通的設(shè)想早在19世紀(jì)末已經(jīng)形成。1901年德國(guó)魯爾地區(qū)的三個(gè)工業(yè)城市之間，在險(xiǎn)峻的烏珀河谷上空建成條快速交通線，車輛吊在架空的導(dǎo)軌下面，沿著導(dǎo)軌行駛，后來(lái)三市合并成為烏珀塔爾市，這個(gè)獨(dú)軌交通系統(tǒng)成為該市的一個(gè)標(biāo)志。

（三）獨(dú)軌1901年德國(guó)的獨(dú)軌交通系統(tǒng)獨(dú)軌交通用作城市公共交通，開始進(jìn)展比較緩慢。日本從德國(guó)引進(jìn)專利，近30年開發(fā)了多種獨(dú)軌鐵路，在世界城軌交通中獨(dú)樹一幟。我國(guó)重慶市從日本引進(jìn)的獨(dú)軌交通系統(tǒng)已經(jīng)開始運(yùn)營(yíng)。獨(dú)軌交通采用高架軌道結(jié)構(gòu)，按結(jié)構(gòu)型式分為跨坐式和懸掛式兩種類型。前者車輛的走行裝置（轉(zhuǎn)向架）跨騎在走行軌道上，其車體重心處于走行軌道的上方。后者車體懸掛于可在軌道梁上行走的走行裝置的下面，其重心處于走行軌道梁的下方。

（三）獨(dú)軌

跨坐式獨(dú)軌車輛

懸掛式獨(dú)軌車輛

國(guó)外獨(dú)軌車輛美國(guó)獨(dú)軌車輛日本獨(dú)軌車輛國(guó)內(nèi)獨(dú)軌車輛（重慶獨(dú)軌）1、城市獨(dú)軌鐵路的優(yōu)點(diǎn)（1）獨(dú)軌鐵路線路占地小，可充分利用城市空間，適宜于在大城市的繁華中心區(qū)建線，對(duì)城市景觀及日照影響小。（2）獨(dú)軌線路構(gòu)造較簡(jiǎn)單，建設(shè)費(fèi)用低，為地鐵的1/3左右。（3）能實(shí)現(xiàn)大坡度和小曲線半徑運(yùn)行，可繞行城市的建筑物。（4）一般采用輕型車輛，列車編組為4～6輛。（5）走行裝置采用空氣彈簧和橡膠輪結(jié)構(gòu)，并采用電力驅(qū)動(dòng)，故運(yùn)行噪聲低，無(wú)廢氣，乘坐舒適。（6）獨(dú)軌鐵路架于空中，具有交通和旅游觀光的雙重作用。（7）跨座式軌道梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁制成，懸掛式軌道梁一般為箱形斷面的鋼結(jié)構(gòu)。

（三）獨(dú)軌2、獨(dú)軌鐵路交通的缺點(diǎn)（1）能耗大。由于其走行裝置采用橡膠輪，它與混凝土軌面的滾動(dòng)摩擦阻力比鋼輪鋼軌大，故其能耗比一般軌道交通約大40％，且有輕度的橡膠粉塵污染。（2）運(yùn)能較小，一般每小時(shí)單向最大客運(yùn)量為1萬(wàn)人次～2萬(wàn)人次。（3）獨(dú)軌線路不能與常規(guī)的地鐵、輕軌等接軌。（4）道岔結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重、轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)，從而延長(zhǎng)了列車折返時(shí)間。（5）列車運(yùn)行至區(qū)間時(shí)發(fā)生事故，疏散和救援工作困難。

（三）獨(dú)軌

二、城市軌道交通發(fā)展的新趨勢(shì)

三、我國(guó)城市軌道交通發(fā)展概況

學(xué)習(xí)領(lǐng)域一城市軌道交通概要

（一）新交通系統(tǒng)

新交通系統(tǒng)是新開發(fā)的具有高速、準(zhǔn)點(diǎn)、舒適和污染小的交通方式及其運(yùn)行服務(wù)系統(tǒng)的總稱，一般泛指以無(wú)人駕駛的車廂在專用路權(quán)及自動(dòng)化控制條件下運(yùn)行的新型運(yùn)輸系統(tǒng)。按行走方式分為：①自動(dòng)化導(dǎo)軌交通系統(tǒng)。是導(dǎo)入計(jì)算機(jī)和全自動(dòng)控制系統(tǒng)的雙軌鐵路、獨(dú)軌鐵路。屬中量輕軌輸送方式，適于承擔(dān)的運(yùn)輸范圍介于公共汽車和市郊鐵路間；②新型無(wú)軌交通系統(tǒng)或復(fù)合交通系統(tǒng)。是以自動(dòng)控制的新型無(wú)軌電車在導(dǎo)向槽中行駛的系統(tǒng)；③步行者援助系統(tǒng)。由高速人行道、自動(dòng)扶梯和小座艙組成，用于運(yùn)送上下飛機(jī)的旅客和郵件；④公共汽車運(yùn)營(yíng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。是為適應(yīng)非大量的乘客需求，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)收集信息、并將其組織起來(lái)開行無(wú)固定路線的小型公共汽車或公共汽車站間運(yùn)行自動(dòng)預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

二、城市軌道交通發(fā)展的新趨勢(shì)

國(guó)外新交通系統(tǒng)(日本)

國(guó)外新交通系統(tǒng)

PersonalRapidTransit車輛

廣州市珠江新城旅客自動(dòng)輸送系統(tǒng)在林和西正式開工，這是中國(guó)內(nèi)地首個(gè)無(wú)人駕駛的地下膠輪車運(yùn)輸系統(tǒng)，于2010年11月8日正式投入運(yùn)營(yíng)。該線路采用全自動(dòng)無(wú)人駕駛的操作系統(tǒng)，啟動(dòng)、制動(dòng)、停靠均達(dá)到自動(dòng)化水平，命令執(zhí)行相當(dāng)迅速。

國(guó)內(nèi)新交通系統(tǒng)

線性電機(jī)車輛采用直線電機(jī)作為牽引動(dòng)力，它改變傳統(tǒng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方式為直線運(yùn)動(dòng)方式，工作原理與一般的旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)類似，可看成是將旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿半徑方向剖開展平，定子部分沿縱向固定安裝于車輛底架下部或轉(zhuǎn)向架構(gòu)架下部，轉(zhuǎn)子部分展平變?yōu)橐粭l感應(yīng)軌，鋪設(shè)在兩走行軌之間，定子與轉(zhuǎn)子感應(yīng)軌之間保持8mm～10mm間隙。當(dāng)通過(guò)交流電流時(shí)，由于磁場(chǎng)的相互作用產(chǎn)生推力，軌道車輛就是利用該力驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)行或使車輛制動(dòng)，從而突破了長(zhǎng)期以來(lái)依靠輪軌粘著作用傳遞牽引力的傳統(tǒng)技術(shù)。

（二）線性電機(jī)車輛

直線電機(jī)作用原理

1、車身降低導(dǎo)致隧道斷面面積減小，減低了地鐵投資成本。

直線電機(jī)車輛技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2、非粘著驅(qū)動(dòng)形式使加減速可靠、磨耗少，爬坡能力大大增強(qiáng)。

直線電機(jī)車輛技術(shù)優(yōu)勢(shì)

3、取消了齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，曲線通過(guò)能力增加，并降低了噪音。

直線電機(jī)車輛技術(shù)優(yōu)勢(shì)

4、磨損部件少，車輛維護(hù)量降低，車輪壽命長(zhǎng)。

直線電機(jī)車輛技術(shù)優(yōu)勢(shì)

國(guó)外直線電機(jī)車輛日本東京12號(hào)線直線電機(jī)車輛

國(guó)外直線電機(jī)車輛加拿大直線電機(jī)車輛

廣州地鐵四號(hào)線直線電機(jī)車輛

國(guó)內(nèi)直線電機(jī)車輛

（三）磁懸浮列車

磁懸浮列車是利用電磁鐵同性相斥、異性相吸的原理實(shí)現(xiàn)對(duì)列車的支撐、導(dǎo)向和牽引。磁懸浮列車與輪軌牽引列車的根本區(qū)別

支撐導(dǎo)向牽引輪軌牽引列車車輪落在鋼軌上，由鋼軌支撐列車的全部重量。利用鋼軌和輪緣進(jìn)行導(dǎo)向。采用電力牽引提供牽引動(dòng)力。

磁浮列車依靠車輛與軌道之間的電磁系統(tǒng)產(chǎn)生吸引力(或排斥力)將車輛托起，使列車懸浮于軌道之上。利用電磁力進(jìn)行導(dǎo)向。由直線牽引電動(dòng)機(jī)提供列車的推進(jìn)動(dòng)力。目前的懸浮技術(shù)主要包括磁懸浮、光懸浮、聲懸浮、氣流懸浮、電懸浮、粒子束懸浮等，其中磁懸浮技術(shù)比較成熟。

磁懸浮技術(shù)主要由懸浮系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)三大部分組成，這三部分的功能均由磁力來(lái)完成。

磁懸浮列車的懸浮、推進(jìn)和導(dǎo)向原理

（三）磁懸浮列車

懸浮系統(tǒng)：可以分為兩個(gè)方向，分別是德國(guó)的常導(dǎo)型和日本的超導(dǎo)型。從懸浮技術(shù)上講就是電磁懸浮系統(tǒng)和電力懸浮系統(tǒng)。電磁懸浮系統(tǒng)

電力懸浮系統(tǒng)

（三）磁懸浮列車

電磁懸浮系統(tǒng)是一種吸力懸浮系統(tǒng)，是車輛上的電磁鐵和導(dǎo)軌相互吸引產(chǎn)生懸浮。常導(dǎo)磁懸浮列車工作時(shí)，首先調(diào)整車輛下部的懸浮和導(dǎo)向電磁鐵的電磁吸力，與地面軌道兩側(cè)的繞組發(fā)生磁鐵反作用將列車浮起。在車輛下部的導(dǎo)向電磁鐵與軌道磁鐵的反作用下，使車輪與軌道保持一定的側(cè)向距離，實(shí)現(xiàn)輪軌在水平方向和垂直方向的無(wú)接觸支撐和無(wú)接觸導(dǎo)向。此外由于懸浮和導(dǎo)向與列車運(yùn)行速度無(wú)關(guān)，即使在停車狀態(tài)下列車仍然可以進(jìn)入懸浮狀態(tài)。

電力懸浮系統(tǒng)是運(yùn)動(dòng)的車輛上的磁鐵使導(dǎo)軌產(chǎn)生電流。由于車輛和導(dǎo)軌的縫隙減少時(shí)電磁斥力會(huì)增大，產(chǎn)生的電磁斥力提供了穩(wěn)定的車輛支撐和導(dǎo)向，這種車輛必須安裝類似車輪一樣的裝置對(duì)車輛的起飛和著陸進(jìn)行有效支撐。

（三）磁懸浮列車

推進(jìn)系統(tǒng)：車輛下部支撐電磁鐵線圈的作用就是同步直線電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁線圈，地面軌道內(nèi)側(cè)的三相移動(dòng)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)繞組起到電樞的作用。當(dāng)沿線布置的變電所向軌道內(nèi)側(cè)的驅(qū)動(dòng)繞組提供三相調(diào)頻調(diào)幅電力時(shí)，由于電磁感應(yīng)作用承載系統(tǒng)連同列車一起就像電機(jī)的轉(zhuǎn)子一樣被推動(dòng)做直線運(yùn)動(dòng)。

導(dǎo)向系統(tǒng)：導(dǎo)向系統(tǒng)是由一種側(cè)向力來(lái)保證懸浮的車輛能沿著導(dǎo)軌的方向運(yùn)動(dòng)。推進(jìn)系統(tǒng)原理

（三）磁懸浮列車日本磁懸浮列車及導(dǎo)軌

國(guó)外磁懸浮列車

我國(guó)上海引進(jìn)德國(guó)技術(shù)修建了一條常導(dǎo)磁懸浮列車商運(yùn)示范線，于2002年12月31日進(jìn)行首次試運(yùn)行，該線西起上海地鐵2號(hào)線龍陽(yáng)路站南側(cè)，東到浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)一期航站樓東側(cè)，正線全長(zhǎng)29.863公里。

國(guó)內(nèi)磁懸浮列車?yán)冒惭b在列車兩側(cè)轉(zhuǎn)向架上的懸浮電磁鐵，和鋪設(shè)在軌道上的磁鐵，在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的排斥力使車輛浮起來(lái)。

三、我國(guó)城市軌道交通發(fā)展概況

以前我國(guó)城市交通的技術(shù)水平一直較低，發(fā)展滯緩，設(shè)施落后。80年以后，我國(guó)用于城市道路建設(shè)的資金比例增加，道路交通設(shè)施建設(shè)的速度有所加快。根據(jù)城市經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展客觀需求及國(guó)外城市交通發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，在我國(guó)大中城市發(fā)展大、中客運(yùn)量的軌道交通系統(tǒng)已是刻不容緩。60年代我國(guó)北京、天津開始修建地鐵，數(shù)量不多，北京地鐵一期工程長(zhǎng)23.6km，于69年10月1日建成通車，二期工程線路長(zhǎng)19.9km，于84年9月建成通車，二條線路總長(zhǎng)43.5km，日均客運(yùn)量達(dá)135萬(wàn)人次以上。天津地鐵南北線長(zhǎng)7.4km，于84年12月3日通車，日均客運(yùn)量約3萬(wàn)人次。

我國(guó)城市軌道交通發(fā)展迅速，前景廣闊，城市軌道交通建設(shè)將在我國(guó)中心城市全面展開，北京、上海、廣州、深圳、武漢等城市相繼開展了新一輪的地鐵建設(shè)高潮。河南省鄭州市軌道交通網(wǎng)的建設(shè)項(xiàng)目也已經(jīng)立項(xiàng)，近期規(guī)劃了4條線，總長(zhǎng)149公里，已于2008年開工。同時(shí)還規(guī)劃建設(shè)有鄭州——洛陽(yáng)、鄭州——開封等地的城際快速軌道交通網(wǎng)。目前廣州地鐵已開通了1