城市轨道交通运输设备及应用第二章课件.ppt
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- 城市轨道 交通运输 设备 应用 第二 课件
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1、城市轨道交通运输设备及应用 主编 刘 浏 白 红 第二章城市轨道交通车辆 第一节城市轨道交通车辆概述CS2城市轨道交通车辆是运载乘客的工具,也是城市轨道交通重要的设备。在城市轨道交通中车辆的技术含量较高。车辆的数量、品种、质量和技术水平直接影响城市轨道交通的发展和运营。因此,要求其不仅要保证运行的安全、快速、平稳,而且能为乘客提供良好的服务条件,容量大,使乘客乘车合适、方便,另外还要考虑节能、外观美观、低噪声,既要求车辆具有一定的先进性、可靠性和实用性,也要充分考虑对城市景观和环境的影响。第一节城市轨道交通车辆概述一、城市轨道交通对车辆的要求CS2城市轨道交通车辆作为公共交通工具,主要在市内和
2、市郊运行。它的运营条件与铁路车辆有所不同:车辆要在地下隧道、高架和地面轨道上运行,线路曲线半径较小,坡度较大,站间距短,起动和停车频繁,车辆的起动加速度和制动减速度都比较大;客流量大而集中,高峰时段严重超载。车辆的设计应遵循减少能耗、减少发热设备的原则,以降低隧道内的温度,因此要尽量减轻自重,选择效率高的传动系统。第一节城市轨道交通车辆概述由于运行密度高,为确保行车安全,车载信号和通信设备及车辆的控制系统要有良好的适应能力。CS2车体及其设备应尽量使用高阻燃性、低发烟浓度、低毒性的环保材料。城市轨道交通系统的车辆汇集了多学科领域的新成果,是将机械技术、电子技术和其他领域先进技术有机结合在一起的
3、机电一体化的交通运输设备。第一节城市轨道交通车辆概述为了达到以上要求,城市轨道交通车辆上采用了大量的高新技术,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,直线电动机驱动,直流斩波调速技术,再生制动技术以及交流变频调压技术等。CS2二、城市轨道交通车辆分类1.按牵引动力配置分城市轨道交通车辆按牵引动力配置分为动车和拖车。城市轨道交通列车均为电动车组。第一节城市轨道交通车辆概述动车自身具有动力装置(装有牵引电动机),具有牵引和载客双重功能,动车又可分为带受电弓的动车(图2-1)和不带受电弓的动车(图2-2)。图2-1带受电弓的动车第一节城市轨道交通车辆概述CS2 图2-2不带受电弓的
4、动车第一节城市轨道交通车辆概述拖车无动力装置,需要具有动力牵引功能的车辆牵引拖带,仅有载客功能,可设置驾驶室,也可带受电弓。CS22.按驱动方式分城市轨道交通车辆按驱动方式分为旋转电动机(图2-3)驱动型和直线电动机(图2-4)驱动型。第一节城市轨道交通车辆概述旋转电动机驱动包括直流电动机驱动和交流电动机驱动,都是依靠轮轨黏着作用传递牵引力。直线电动机驱动,是将传统电动机从旋转运动方式改为直线运动方式,由于从旋转运动转换成直线运动的机械变速传动机构,使得转向架结构简单、轻量化。CS2图2-3旋转电动机第一节城市轨道交通车辆概述3.按车辆规格分第一节城市轨道交通车辆概述城市轨道交通车辆按车辆规格
5、分为A型车、B型车和C型车。A型车为高运量地铁车辆的基本车型;B型车为大运量地铁车辆;C型车为轻轨车辆的基本车型,又可分为低地板车型和高地板车型。A型车,轴重较大,载客人数较多,车体尺寸较大;B型车相对A型车各项指标值均较小;C型车更小。第一节城市轨道交通车辆概述图2-4直线电动机表2-1城市轨道交通各类型车辆的主要指标第一节城市轨道交通车辆概述城市轨道交通各类型车辆的主要指标见表2-1。表2-1城市轨道交通各类型车辆的主要指标第一节城市轨道交通车辆概述CS24.按车辆制作材料分城市轨道交通车辆按车辆制作材料分为钢骨车和新型材料车。钢骨车的车底架、车体骨架等受力部分使用钢材制作,其他部分使用木
6、材或合成材料制作。新型材料车采用轻质合金材料,如铝合金和钛合金等,以减轻车辆自重,提高承载能力和运输效率。第一节城市轨道交通车辆概述第一节城市轨道交通车辆概述5.按连接方式分城市轨道交通车辆按连接方式分为贯通式车辆或非贯通式车辆。贯通式车辆的列车载客部分贯通式连接乘客可在列车里走动,以有效调节各车辆的载客拥挤程度,在全列车中均匀分布,也有利于在列车发生意外事故时疏散乘客。非贯通式车辆车厢之间无通道贯通。三、城市轨道交通车辆的组成城市轨道交通车辆不管是动车还是拖车,主要由车体、转向架、车钩缓冲装置、制动装置、受流装置、电气系统和内部设备等部分组成。1.车体第一节城市轨道交通车辆概述车体是容纳乘客
7、的地方,是驾驶员驾驶的处所,又是安装与连接其他设备和部件的基础。车体分为有驾驶室和无驾驶室两种。CS22.转向架转向架位于车体与轨道之间,用来支撑车体,作用是牵引和引导车辆沿着轨道行驶,承受和传递来自车体及线路的各种载荷,并起到缓冲作用。转向架分为动力转向架和非动力转向架,动力转向架安装在动车上,非动力转向架则安装在拖车上。3.车钩缓冲装置第一节城市轨道交通车辆概述车辆借助车钩编组形成列车。为了改善列车的纵向平稳性,在车钩的后部装有缓冲装置,以缓和列车车厢间的冲击力。另外,还必须连接车辆之间的电气和空气管路。CS24.制动装置制动装置是使车辆减速、停车,并保证列车安全行驶的必不可少的装置。在动
8、车和拖车上均设有制动装置,才能使运行中的车辆按着需要减速或在规定的距离内停车。5.空调通风系统第一节城市轨道交通车辆概述随着城市轨道交通车辆服务质量的提高,为改善车厢内的空气质量必须要安装有通风装置,目前均采用空调通风系统。CS26.受流装置受流装置通过接触导线或导电轨将牵引电流引入动车。接触网受流采用受电弓。接触轨受流采用轨道受流器。7.车辆电气牵引系统车辆电气牵引系统是指车辆上的各种电气牵引设备及控制电路。车辆电气牵引系统有直流电气牵引系统和交流电气牵引系统两种。目前几乎所有车辆都采用交流牵引电动机和交流调频调压控制的交流电气牵引系统。第一节城市轨道交通车辆概述CS28.车辆内部设备车辆内
9、部设备包括车内用电、通风、取暖、空调、座椅、拉手等服务于乘客的固定附属装置和蓄电池箱、主控制箱、电动空气压缩机组、总风缸、电源变压器、各种电气开关、接触器箱等服务于车辆运行的设备装置。9.列车控制和诊断系统第一节城市轨道交通车辆概述微型计算机控制系统具有自我监控和诊断功能,能对列车主要设备的运行状态和故障自动进行信息采集、记录和显示。CS2四、城市轨道交通车辆的特点1.乘载性能较强城市轨道交通车辆服务于城市居民的市内交通,车内布置上有其显著特征,如座位少、车门多且开度大、内部设施十分简单等。大型车辆每辆约可载客310人。2.动力性能优越第一节城市轨道交通车辆概述由于城市轨道交通线路曲线半径小、
10、坡度大、停站多的运营条件,使得城市轨道交通车辆具有加速能力强、制动效果好的特点。CS23.较高的安全可靠性城市轨道交通车辆设备先进,可靠性和稳定性强,故障率低,在突发情况下适应性强(设有防火、紧急出口等)。4.优越的乘车环境城市轨道交通车辆内设有完善的照明和空调,并且提供了大量的座椅和扶手。第一节城市轨道交通车辆概述CS2五、城市轨道交通列车编组城市轨道交通车辆均采用电动车组,固定编组,辆数为48节,依据客流量而定。一般采用6节编组,其中包含两辆带驾驶室的拖车(A)、两辆无驾驶室而带受电弓的动车(B)、两辆不带受电弓的动车(C),列车排列形式为ABCCBA。带驾驶室的A型车始终编在列车的两端,
11、其他车型在列车中的位置则可以互换,这样能保证所编列车首尾两节车均带有驾驶室。6节编组也可以编成ABCBCA。6节编组的城市轨道交通列车如图2-5所示。第一节城市轨道交通车辆概述CS2图2-56节编组的城市轨道交通列车第一节城市轨道交通车辆概述CS2对于城市轨道交通车辆的横断面,其形状和尺寸要有一定的限制,与隧道或线路上所留出的空间相适应,防止车辆在直线或曲线上运行时与各种建筑物或设备发生接触(图2-6)。车辆限界就是指这个限制车辆横断面最大允许尺寸的轮廓图形。车辆的一切突出部分都必须容纳在车辆限界之内。第一节城市轨道交通车辆概述六、城市轨道交通车辆限界CS2第一节城市轨道交通车辆概述图2-6车
12、辆轮廓线、车辆限界、设备限界CS2七、我国城市轨道交通车辆技术的发展我国从1962年开始研制城市轨道交通车辆,于1967年试制成功第一列车辆。1969年批量生产的DK2型车辆(图2-7),于1969年10月1日开始运行于北京地铁上。以后又对城市轨道交通车辆进行了大量自主科技改革,从20世纪80年代起开展了多种形式的国际技术合作,进行了技术引进、合作生产以及大量的国产化工作,使我国城市轨道交通车辆的生产水平得到了迅速的提高。第一节城市轨道交通车辆概述CS2图2-7DK2型车辆第一节城市轨道交通车辆概述1.车辆牵引技术我国城市轨道交通车辆的牵引技术走过了从直流牵引技术到交流牵引技术的历程,直流牵引
13、技术又经过了凸轮变阻控制、斩波调阻控制和斩波调压控制阶段,目前调压调频调速(VVVF)控制的交流牵引技术已在我国城市轨道交通车辆的使用中得到广泛应用。20世纪60年代,我国地铁车辆采用直流牵引技术,牵引控制系统主要采用凸轮变阻方式。这种方式具有调速容易、运行可靠的优点,但同时也存在直流牵引系统重量重、体积大、维修量大以及能耗大、车辆运行平稳性相对较差,并且车辆长期运行会引起隧道内温升加剧的缺点。第一节城市轨道交通车辆概述20世纪90年代初,微型计算机控制的交流调压调频调速(VVVF)技术被广泛应用,采用三相交流异步电动机作为牵引电动机,牵引控制采用调压调频调速(VVVF)技术。交流调压调频调速
14、(VVVF)控制的优点是:采用交流异步牵引电动机、调压调频调速(VVVF)无接点控制,维修量大大减小;电气牵引系统小型轻量化,重量减少;黏着性能好。我国目前生产的城市轨道交通车辆基本都采用了调压调频调速(VVVF)技术。我国也对调压调频调速(VVVF)技术进行了研究和开发,具有完全自主知识产权的调压调频调速(VVVF)系统已经在我国车辆生产技术中投入使用。第一节城市轨道交通车辆概述2.车体制造技术我国城市轨道交通车辆开始生产时主要采用碳素钢作为车体材料,造价低,但车体重量重、车表易腐蚀、设备维修成本高。20世纪80年代,耐腐蚀性能较好的耐候钢在国内地铁车辆上得到广泛的应用,同时车体的制造工艺不
15、断提高、完善,自重逐步减小,使用寿命得到很大的提高。随着大型铝合金型材及焊接技术和不锈钢以点焊为主要生产工艺的成熟,铝合金及不锈钢轻型车体结构被大量应用。尽管这种新型车体价格相对较高,但由于其重量轻、耐腐蚀、使用寿命长,可以免除大量日常维护保养工作,使得铝合金及不锈钢车辆得到飞速发展。第一节城市轨道交通车辆概述20世纪90年代,引进的车辆均采用了铝合金车体。目前,我国生产的城市轨道交通车辆已采用了铝合金车体。我国在引进不锈钢车体生产技术的基础上自行设计、生产的DKZ6型无涂装不锈钢地铁车辆(图2-8)采用高强度不锈钢材料和轻量化结构设计,并已成功投入运行。图2-8DKZ6型无涂装不锈钢地铁车辆
16、第一节城市轨道交通车辆概述3.车辆制动技术我国城市轨道交通车辆最初采用DK型电空制动系统,空气制动和电气控制作用同时产生,一旦电气控制失效,空气制动还能发生作用。在之后研制和开发了数字式直通电控制动系统,该制动系统缩短了控制时间和制动距离,改善了车辆制动的一致性。1989年,在引进、吸收并消化国外模拟制动技术和装备的基础上,成功研制出电气控制模拟式直通电控制动系统,具有制动力空重车调整功能,可与ATC装置配合,但尚未采用微型计算机控制技术。20世纪90年代引进的车辆以及目前国内生产的城市轨道交通车辆都是采用微型计算机控制的模拟式直通电空制动系统。对这个系统国内也进行了研发,已进入实用化阶段。第
17、一节城市轨道交通车辆概述4.车辆整体制造技术在转向架、车钩缓冲装置、通风空调、内饰件和乘客服务设施等方面多年来都不断地得到改进和完善,也采用了世界先进技术。我国城市轨道交通车辆在引进、吸收并消化世界先进技术的同时进行创新,国产化工作正蓬勃发展,整列车辆的国产化生产也取得很大的进展,2005年使用完全自主技术联合研发并生产的城市轨道交通车辆已经正式投入运行,技术性能和技术水平都接近了世界现代化水平。我国还生产了单轨车辆和直线电动机车辆。第一节城市轨道交通车辆概述第二节城市轨道交通车辆的机械部分简介CS2车体是城市轨道交通车辆的主体结构,它支撑在转向架上,属于车辆的上部结构,用以载客。在车体底架下
18、部及车顶上部安装传动机构、电气设备和内饰设施。车体要承受和传递各种动、静载荷及振动,还要隔声、减振、隔热、防火,在事故状态下尽可能保证乘客的安全。一、车体第二节城市轨道交通车辆的机械部分简介CS2第二节城市轨道交通车辆的机械部分简介1.对车体的要求由于城市轨道交通条件的特殊性对车体提出了以下要求:(1)对重量的限制较为严格特别是高架车和单轨车,要求轴重轻,以减少线路的工程投资。(2)对防火要求严格城市轨道交通车辆大多运行线路为地下隧道线路,一旦发生火灾,后果不堪设想,因此在车体的结构及选材上必须进行防火设计和阻燃处理,必须采用防火、阻燃、低烟和低毒的材料。(3)对隔声和降噪有严格要求车辆要最大
19、限度地降低噪声,减少对乘客和沿线居民的影响。CS2(4)对外观造型和色彩有较高要求由于用于市内交通,对车辆的外观造型和色彩都要美化,以与城市景观相协调。(5)有良好的密封性和排水功能车辆需要具有良好的密封性和排水功能,以适应全天候运行的要求,并为乘客创造良好的乘车环境。第二节城市轨道交通车辆的机械部分简介(6)车体的外形特点一般类似矩形绝大多数列车外形是类似矩形的,个别车型因为用途不同也有车体外形类似鼓形的,选取这样的外形是为了使车辆获得最大的空间横截面积,从而使城市轨道交通工程取得较好的整体经济效益,同时也提高了车辆在隧道内的活塞效应,加强了隧道的自然通风能力。CS2(7)车体有防撞功能 A
20、型车底架的前端设有撞击能量耗散区,其上开有数排椭圆孔,当车辆受到迎面意外撞击时,它能产生较大的塑性变形,从而吸收纵向冲击能量;驾驶室前端安装防爬器,不仅可以起到相撞时车辆间防爬的作用,而且还可以通过对防爬器内部剪切部件的破坏实现能量的吸收,从而起到保护驾驶员、乘客和车体的作用。第二节城市轨道交通车辆的机械部分简介CS32.车体结构城市轨道交通车辆车体分有有驾驶室车体和无驾驶室车体两种。车体按结构功能分为车体(壳体)、车门、车窗、贯通道和内饰。车体是搭载乘客的地方,采用美观、舒适的内部装饰。两侧装有车门的传动装置。车体内还布置有座椅、扶手、立柱、乘客信息系统等各种乘客服务设施,以及车门紧急手柄、
21、紧急对讲机、灭火器等安全措施。车体上还安装了车辆电子、电器、机械等各种设备和部件。第二节城市轨道交通车辆的机械部分简介CS3二、车门车门包括客室车门、紧急疏散安全门和驾驶室通道门。客室车门(图2-9)通常称为车门,用于乘客上、下车。图2-9客室车门第二节城市轨道交通车辆的机械部分简介CS3(1)对车门的基本要求 根据城市轨道交通的特点,车门应有足够的有效宽度,要分布均匀,以方便乘客上、下车;车门数量足够,加快乘客上、下车时间;车门附近要留有足够的空间,以方便乘客上、下车周转,更要确保乘客的安全,要具有较高的可靠性。(2)车门的驱动方式 按驱动系统的动力来源,车门可分为电动式车门(电动门)和气动
22、式车门(风动门)。电动式车门的动力来源是直流电动机或交流电动机。气动式车门是以压缩空气为动力,动力来源是驱动气缸。城市轨道交通车辆一般采用气动式车门。(3)车门的开启方式按车门的运动轨迹以及与车体的安装方式,分为内藏嵌入式侧移门、外挂式侧移门、塞拉门和外摆式车门四种形式。第二节城市轨道交通车辆的机械部分简介CS31)内藏嵌入式侧移门。2)外挂式侧移门。图2-10地铁车辆双叶内藏门第二节城市轨道交通车辆的机械部分简介CS3图2-11地铁车辆外挂门第二节城市轨道交通车辆的机械部分简介CS3图2-12地铁车辆塞拉门3)塞拉门。第二节城市轨道交通车辆的机械部分简介CS3图2-13地铁车辆外摆门第二节城
23、市轨道交通车辆的机械部分简介4)外摆式车门。CS3表2-2四种车门的性能比较第二节城市轨道交通车辆的机械部分简介CS3第二节城市轨道交通车辆的机械部分简介三、转向架转向架是支承车体及其荷载并使车辆沿着轨道走行的装置,每辆车均装有两台转向架。转向架是保证车辆运行质量、动力性能和运行安全的关键部件,其结构是否合理直接影响着车辆的性能和行车安全。CS3转向架的作用如下:1)转向架利用车轮的轮缘和钢轨引导车辆沿着轨道行驶,利用转向架对踏面和钢轨的黏着力传递牵引力和制动力,通过转向架的轴承装置使车轮沿着钢轨的滚动转换为车辆沿线路运行的平移。2)转向架相对于车体可自由回转,使车辆能灵活地通过曲线,减小了运
24、行阻力并降低了噪声,提高了运行速度。第二节城市轨道交通车辆的机械部分简介3)支承车体,承受并传递从车体到轮轨的各种载荷及作用力,使各轴重量达到均匀分配。4)采用转向架可增加车辆的载重、长度和容积,提高车辆的运行速度。CS36)在转向架上安装制动装置,传递制动力,以满足安全运行的要求。7)在转向架上安装牵引电动机及减速装置,驱动轮对(或车轮)使车辆沿着轨道运行。第二节城市轨道交通车辆的机械部分简介5)在转向架上安装弹簧减振装置,缓和车辆与线路之间的摩擦,减小振动和冲击,提高车辆运行的平稳性,保证车辆具有良好的动力性能。CS3四、车钩缓冲装置解了车辆间的互相冲击,并且使各车辆间保持一定的距离,另外
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