第四节　车辆

城市轨道交通车辆一般指的是城市公共交通的旅客运载工具，它不仅要保证车辆运行的安全、准点、快速，而且要为乘客提供良好的服务条件，使乘客乘车舒适、方便，同时还考虑对城市景观和环境的影响。为了达到这些要求，在设计、制造城市轨道交通车辆上采用了大量高新技术。例如，车体结构材料的轻量化；走行装置的低噪声和高平稳性设计；线性电机驱动；再生制动技术以及交流变频调压技术等。

按照车辆自重、载客量及运营速度的不同，城市轨道交通车辆可分为A型车、B型车、C型车和低地板轻轨车。下面以地铁和轻轨车辆为例分别介绍。

一、地铁列车的组成

目前，城市地铁列车一般由两个单元电动车组编成，每个单元车采用2动1拖的编组型式为：-A*B*C=C*B*A-。其中：“A”车为带有一个司机室的拖车，“B”车为装有受电弓的动车，“C”车为无受电弓的动车，“-”为自动车钩，“*”为半永久型牵引杆，“=”为半自动车钩。

A——带司机室拖车，包括：1个司机室，司机室端部自动车钩1个，另一端半永久性牵引杆1个；

B——动车，包括：1个受电弓，2个半永久性牵引杆；

C——动车，包括：1个半永久性牵引杆，1个半自动车钩。

整列车连接方式：单元内车辆之间为半永久牵引杆，两个单元之间为半自动车钩，与其他列车连挂为全自动车钩。A-B-C组合为一个单元，可独立供电启动。但只限于慢行和非运营目的。列车可自动驾驶（但司机必须在场）或人工驾驶。列车在特别情况下可与另一个列车连挂以实现救援。如图1-10所示。

二、轻轨列车的组成

武汉轻轨一期工程电客车采用二动二拖四辆固定编组，其中一动（M1、M2车）—拖（Tc车），为一个独立的动力单元，两端头车为拖车，设有司机室。正常行驶时，由两端有司机室的拖车进行操纵，一端为头车、另一端为尾车。通过操纵头车的头尾转换开关钥匙设定头车后，操纵头车的牵引和制动装置，实现列车安全、正点运行。如图1-11所示。

武汉轻轨车辆选用半自动车钩和半永久车钩两种型式的密接式钩缓装置。每个单元前后端安装半自动密接式车钩缓冲装置，每个单元两车之间安装一组半永久车钩缓冲装置。

每单元牵引和制动及辅助设备是相同的。其中M车设有受流器、避雷器、隔离开关、高速断路器、电抗器、VVVF变流装置、牵引电机、空压机、干燥器、空压机启动控制箱、应急通风逆变器箱、外接电源插座、微机监控辅助单元等设备。Tc车设有司机操纵装置、无线电台、微机监控主单元、ATO自动驾驶系统、外接电源插座、应急通风逆变器箱、电喇叭、辅助电源装置、蓄电池、母线高速断路器、母线开关熔断器、受流器设备。每辆车还设有空调控制柜，可分别独立控制和列车集中控制各车的空调装置。

列车由第三轨提供DC 750V电源，经设在各车转向架上的受流器，分别给每辆M车的VVVF牵引逆变器及T车上的辅助逆变器供电。同时可通过列车母线，将本单元动力线贯通。异步交流牵引电机是由VVVF牵引逆变器提供三相交流电运转的。可以实现牵引、再生反馈制动、电阻制动，也可采用电空混合制动和纯空气制动，但为充分利用电制动的目的，采用电制动优先的原则，尽量减少空气制动的使用率。

在城市轨道交通车辆中还有另一种车辆，即工程车辆，它们的作用是维护线路设备设施，并承担突发事件处置、事故救援工作。按照用途不同可分为内燃机牵引车、轨道牵引车、触网架线车、起重车、清扫车、平板装卸车等。

客车、机车、车辆应有识别的标记：即轨道交通公司徽记、车号、制造厂名及日期。

三、城市轨道交通车辆的主要设备

（一）车辆设备作用和分类

按照设备的用途，车辆设备包括车用设备和服务于乘客设备两大类。

车用设备主要有：牵引动力设备（如受电弓、逆变器、牵引电机）、计算机控制设备（如微机控制单元）、制动设备、风源设备等，它们用于满足列车运行要求。

服务于乘客设备主要有：旅客乘坐设备（如坐席、扶手等）、照明设备、信息广播设备、空气调节设备等，用于为旅客提供方便和服务，保证乘客良好的乘车环境。

按照其设备的性质分类有：机械设备、电气及控制设备。

按照设备的布置位置，车辆设备分为：车顶设备、车内设备和车底设备。如图1-12～图1-14所示。

一般城轨车辆以动车组的形式出现，车内空间尽量用于容纳乘客，设备的布置应使客室环境安全、舒适，与乘客无直接关系的车辆运营所需设备尽可能悬挂于车底，以使车内空间最大化。

（二）地铁车辆的基本组成

地铁车辆主要由车体、走行部（又称转向架）、牵引缓冲连接装置、制动装置、受流装置、电气系统、列车自动监控设备等七大部分组成。

1.车体：作用是容纳乘客；安装与连接其他设备和部件。现代城轨车辆均采用整体承载的钢结构或轻金属结构，以达到满足强度、刚度要求的同时最大限度地减轻自重。它由车顶、侧墙、端墙、底架、车门及车窗等组成。

2.走行部（转向架）：是车辆安全运行的基础。安装于车体和轨道之间，用于支撑、引导车体沿轨道行驶；传递和缓和来自车体及线路的各种载荷。是保证车辆运行品质的关键部件，一般由构架、轮对轴箱装置、弹簧悬挂装置和制动装置等组成。有动力转向架和非动力转向架之分。

3.车辆连接装置：包括车钩缓冲装置和贯通道。车钩缓冲装置起着传递牵引与制动力、缓和车辆间纵向冲击的作用，同时还起着联系车辆之间的电路和气路的作用。贯通道是车辆与车辆之间的客室连接通道。

4.制动装置：用于产生制动力，以确保车辆能可靠减速或在规定的制动距离内停车，它是车辆运行安全、可靠的基本保障。常见的制动方式有摩擦制动、动力制动和磁轨制动等。

5.受流装置：将接触网或导电轨的电能引入动车的装置。城轨车辆的受流器分为三轨受流器和受电弓受流两种，受流器的选择主要取决于供电电压。供电电压DC 750V，一般采用三轨受流器，其优点是对市容景观影响较小；供电电压DC 1500V，一般采用架空线接触网受电弓受流，其优点是线路电压降低，能量损失少，同时需要的牵引变压站数量少。

6.车辆电气系统：包括车辆上的各种电气设备及其控制电路。按其作用和功能可分为主电路、辅助电路和控制电路三个子系统。

7.列车自动监控设备：包括列车内部监控设备、列车自动控制ATC系统及列车故障自诊断系统等。

（三）车辆的基本设备配置

（1）受电弓

受电弓是一种通过空气回路（或电动）控制升、降动作的铰接式机械构件，受电弓从接触网上获取电流，并将其传送到车辆电气系统。单臂式受电弓一般由底架、框架，集流头和升降装置所组成。受电弓一般通过基础框架安装在车顶上，并尽量靠近转向架回转中心，以避免车辆通过曲线时引起受电弓偏离接触网导线。

（2）空调单元

空调系统的作用是确保车内有一个舒适的环境温度、湿度和充足的新鲜空气。城轨车辆每车车顶都安装两个车顶一体式空调单元。位于1位端的空调单元称空调单元Ⅰ，位于2位端的空调单元称空调单元Ⅱ。

（3）牵引逆变器（VVVF）

接触网直流供电——车辆交流传动时必须采用牵引逆变器，通过它的电源回路，逆变器驱动四个并联的三相交流牵引电机，它还能执行电阻制动或再生制动。

在运行工况：VVVF将接触网得到的直流电源转换为三相变频变压电源，驱动牵引电机。

在制动工况：VVVF将此时由电机产生的三相电源转换为直流电源，产生的电源反馈回到接触网供给其他负载或供给其他车上耗电设备。未被消耗的电能由制动电阻转换为热能散逸到大气中去。

（4）牵引单元

牵引单元包括牵引电机、联轴节和齿轮箱等。三相牵引电机的转矩通过联轴节和齿轮箱驱动轮对。

从牵引变电所来的直流电经接触网→受电弓→高速断路器→线路滤波器→牵引逆变器（VVVF）→方向接触器（受主控制器控制）→牵引电动机→斩波器（GTO）→接地装置→轮对→钢轨（回流线）→牵引变电所。

（5）辅助设备

辅助设备是城轨车辆上的一个必不可少的电气部分，它可为列车空调、通风机、空压机、蓄电池充电器及照明等辅助设备提供供电电源。

辅助电源系统的电力主要来自牵引供电接触网（或第三轨），经受电弓（或集电靴）进入列车；当电力不来自牵引供电接触网（或第三轨）时，采用外接电源（例如车间电源）或者蓄电池供电。

（6）空气制动系统

用于产生空气制动力，以确保车辆能可靠减速或在规定的制动距离内停车，它是车辆运行安全、可靠的基本保障。主要包括空压机单元、空气控制屏、空气干燥器、储风缸（主风缸、制动供风缸、空气弹簧缸、门控风缸等）和装在转向架上的基础制动单元。

（7）车门系统

一般城市轨道交通车辆共有四种车门，即客室车门、司机室车门、紧急疏散门、司机室通道门。

地铁每辆A型车分别安装了10个客室车门（每侧5个），供乘客上下车使用。在A车司机室安装有2个司机室车门，1个紧急疏散门，1个司机室通道门，整列车共4个司机室车门，2个紧急疏散门，2个司机室通道门。

在每扇客室车门的上方车体内外部各装设有一个警示灯，开关门时警示灯将会亮并闪烁。当车门被切除时或遇障碍物六次激活后，警示灯将常亮。同时在开关门时光电管式的蜂鸣器将会发出蜂鸣声音，并持续3s，以警告乘客车门将要打开或关闭。

（8）乘客信息设备

为了方便乘客知悉列车信息，特别是弱视和弱听乘客的上下车，一般客室安装了扬声器和显示屏可以广播和显示站名等信息。

（9）车辆连接装置

车辆连接装置包括：车钩缓冲装置和贯通道装置，通过它们使列车中各车辆相互连接，实现相邻车辆之间的纵向力传递和通道的连接。

按照车辆牵引连挂装置的连接方法的不同，可分为全自动车钩、半自动车钩和半永久牵引杆三种类型车钩。

①自动车钩：机械、电气、气路连接都自动连接。用于两列车之间的连接。

②半自动车钩：机械和气路自动连接。电气手动连接。用于两个单元之间的连接。

③半永久牵引杆：只有机械连接。电气和气路都手动连接。用于单元内车辆连接。

（10）列车故障自诊断系统

列车采用微机故障自诊断系统，用便携式数据采集器采集各种有关数据。

另外在轴箱上还装有速度传感器、接地装置，防滑传感器；在列车前端装有ATC传感器；还有轮缘润滑装置等。

四、电客车车体的特征

地铁车辆的车体与一般铁路客车车体有许多相同之处，主要包括底架、侧墙、端墙（司机室）、车顶等部分。它是从强度上保证乘客安全的主要部件，也是减轻车辆自重的关键部件。一般车体结构的自重约占车辆自重的20％～25％。相对较轻的车体不仅可以节省制造费用，还可以减少车辆走行部分和线路的磨耗，延长部件使用寿命，减少牵引能耗，带来巨大的经济效益。

地铁车辆的车体由于其特殊的用途，又具有其自身的特征：

1.编组方面看，地铁列车一般采用动力分散型电动车组，有单节、双节、三节式等编组形式，有头车（即带司机室的车辆）和中间车，以及动车与拖车之分。

2.交通范畴，在车内的平面布置上有其特征，如座位少、车门数量多且开度大，内部服务乘客的设备较为简单等。

3.车辆质量的限制较为严格，要求轴重小，以降低线路的工程投资。

4.车体采用轻量化概念设计，车体材料一般采用大中型中空铝合金挤压型材、高强度复合材料或不锈钢。车体其他设施多采用轻型高科技新材料。

5.车体的防火性能要求高，在车体的结构及选材上多采用防火阻燃、低烟低毒的材料。

6.车辆的隔音和减噪有严格要求，以最大限度地降低噪声对乘客和沿线居民的影响。

7.列车前后端安装有防爬器，防爬器不仅可以起到车辆之间的防爬作用，同时还具有能量吸收功能。以保护司机、乘客的安全，避免车体的损坏。

8.车辆外观造型和色彩具有美化和与城市景观相协调的要求等。

五、城市轨道交通车辆的运用特点

城市轨道交通车辆的牵引力来自于动车，而拖车没有，所以称之为动车牵引力。从牵引电气化、自动化角度来看，虽然城市轨道交通列车（简称电客车）和普通铁路的电力机车都是由受流器接受来自接触网的电能、再在控制系统的指挥下，经主回路、牵引电机将电能转换为驱动列车所需机械能，并且在必要时使车辆实施制动；但为了满足城市公众对大容量快速交通的需求，主要在市内和市郊运行的城市轨道交通车辆，需要在地下隧道、高架和地面轨道运行，而且站距短，线路曲线半径小，坡度大；客流量大而集中，乘客上下车频繁，高峰时可能严重超载；为了尽量缩短乘客的乘坐时间，要求有较高的运行速度，特别是较大的启动加速度和制动减速度；传动系统应效率高、能耗少，尽量减少发热，减轻自重；控制系统更可靠、精确，并有良好的适应能力；对乘坐舒适性和对城市环境无公害的要求也越来越高。因此，城市轨道交通相对于普速铁路运输在编组形式、动力配置、轨道线路、操纵方式上仍有一定的区别。这些区别如下：

1.列车动力配置与编组形式不同

对于中国铁路而言，普通客运列车动力集中在一个或两个机车上，编组辆数一般为14～20辆左右，编组辆数比较灵活，运营过程中，可以随着客流量的变化调整；而城市轨道交通的列车一般是动力分散的，编组一般为4～8辆，在运用过程中，列车编组基本固定。动力分散型与动力集中型两者不同的特性以及编组辆数的不同，决定了两种轨道交通在列车启动加速性能、爬坡性能、调速制动性能等控制性能上的差异。因此，在理解相关概念时要注意上述两者的区别。

2.区间长度短、线路纵断面变化大

城市轨道交通为了方便人们出行，市区站间距约为0.8～1.8km，市郊线路站间距约为1～3km，远远小于普通铁路的站间距。而且线路坡度变化较大，20‰左右的大上坡及大下坡较普通铁路多，造成线路附加阻力较大；曲线半径较小，一般在1000m以下，甚至困难地段有300m以下的曲线半径。因此，城市轨道交通的线路条件，决定地铁列车在运行中存在启动频繁、启动加速快和制动减速快，目标速度低的特点。

3.城轨列车紧急制动距离短、操纵要求更加严格

普速列车一般条件下的紧急制动距离规定为800m，地铁列车一般条件下的紧急制动距离是180m；同时要体现公交的特点，对乘坐舒适要求较高，运行要平稳；它的制动方式主要是电制动与闸瓦制动相结合，对停站要求更严格，要停得准，停得稳。实际的停站误差在米级甚至20cm以下。因此，城市轨道交通对于列车的操纵方式要求更加严格。

城市轨道交通电力牵引系统荟萃了电力电子、计算机检测与控制、电机与电器制造等多学科的先进技术，正朝着智能化、模块化、轻量化、节能型、免维修方向发展。特别是地铁列车，普遍具有自动保护（ATP）、自动驾驶（ATO）、自动监控（ATS）等功能，其安全性、舒适性以及正点率都有较高要求，这些特点都对城市轨道交通车辆运用提出了更高的要求。