孫帥 楊明
(中車四方車輛有限公司,山東青島266111)
車輛車體結(jié)構(gòu)造型決定車輛走行系統(tǒng)的布置方式,從而影響車輛鉸接機構(gòu)型式、車內(nèi)座椅布置、列車車門布置等,進而影響車輛軸重、單個車體受力情況、載客量、車輛外觀。本文從現(xiàn)代有軌電車項目規(guī)劃中車輛選型出發(fā),反推車體結(jié)構(gòu)造型對車輛選型的影響,為項目規(guī)劃階段車輛選型提供依據(jù)。
隨著國內(nèi)100%有軌電車的發(fā)展,國內(nèi)各主機廠現(xiàn)代有軌電車制式呈現(xiàn)百花齊放的態(tài)勢。目前國內(nèi)有軌電車領(lǐng)域單車型、浮車型已得到普遍應(yīng)用,隨著現(xiàn)代有軌電車技術(shù)的進步,鉸接型車體結(jié)構(gòu)也逐漸投入商用(圖1)。
單車型車體結(jié)構(gòu)造型,即每個車體中間底部設(shè)置一個走行系統(tǒng)。鑒于每個車體都設(shè)置走行系統(tǒng),整車重量分配均勻,軸重一般小于10.5 t;車輛編組形式靈活多變;采用單車型結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代有軌電車,客室模塊中部由于走行系統(tǒng)的存在影響整車地板高度設(shè)計,導致整車地板面高度一般在350~430 mm之間。
圖1 車體結(jié)構(gòu)造型示意
浮車型車體結(jié)構(gòu),車輛兩端和中間車體用走行系統(tǒng)支撐,之間的車體為懸浮車體,利用鉸接裝置將懸浮車體連接在相鄰車體上。采用懸浮型車體設(shè)計,車輛相對軸數(shù)少,車輛軸重較單車型車輛明顯加大,約為12.5 t;另,懸浮模塊處鉸接裝置相對運動極為復雜,致使車輛連接處的鉸接裝置受力大、磨耗嚴重;浮車型結(jié)構(gòu)的中間車體模塊可以做到地板面貫通,帶走行系統(tǒng)的車體模塊與單車型類似;受走行系統(tǒng)的影響,整車地板面高度一般在350~450 mm之間。
鉸接型車體結(jié)構(gòu),司機室端使用獨立走行系統(tǒng),中間相鄰模塊使用鉸接走行系統(tǒng);走行系統(tǒng)設(shè)置在車體連接處,客室地板高度較低,一般在250~350 mm之間;采用鉸接型車體設(shè)計,車輛相對軸數(shù)多,車輛軸重一般為10.5~12 t。
根據(jù)走行系統(tǒng)的不同類型,國內(nèi)現(xiàn)代有軌電車可分為鋼輪鋼軌和膠輪導軌兩種制式,本文重點研究兩種制式車輛的車體結(jié)構(gòu)造型,并以此為現(xiàn)代有軌電車項目車輛制式選型提供經(jīng)驗。
目前,國內(nèi)各大主機廠通過技術(shù)引進或自主研發(fā)的方式都推出了各自的現(xiàn)代有軌電車產(chǎn)品。以株機公司、唐山公司、長客股份公司、鋪鎮(zhèn)公司、大連機車公司、四方股份公司為主的主機廠采用鋼輪鋼軌制式,三種典型車體結(jié)構(gòu)造型在鋼輪鋼軌制式中都有應(yīng)用,且所采用的車體結(jié)構(gòu)形式更趨成熟;以中車四方車輛有限公司(四方有限公司)為主的主機廠采用膠輪導軌制式,車輛出于低地板、軸重小、過彎半徑小、爬坡能力強等方面的考慮采用鉸接型車體結(jié)構(gòu)造型。
2.1.1 單車型結(jié)構(gòu)造型
以株機公司和唐山公司為代表的主機廠采用單車型結(jié)構(gòu)造型,所有車體模塊長度相等;每節(jié)車體中間下部設(shè)有一個轉(zhuǎn)向架;為適應(yīng)低地板車輛發(fā)展的需要,轉(zhuǎn)向架采用區(qū)別于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向架形式的獨立輪對結(jié)構(gòu)。
采用單車型車體結(jié)構(gòu)形式,受轉(zhuǎn)向架布置在車底中部的影響,車門只能分布于車體兩側(cè),同時考慮到殘疾車、嬰兒車的存放區(qū)域車門難以設(shè)計成前后對稱樣式,影響車輛整體外觀;另外,轉(zhuǎn)向架布置于車底中部,車廂中部只能設(shè)計成座椅(轉(zhuǎn)向架正上方位置),影響車廂整體通過性。
株機公司有軌電車鉸接裝置由固定鉸、旋轉(zhuǎn)鉸和縱向拉桿組成;整車由四輛車組成,兩輛車為一組,共兩組。單組車采用單鉸鏈連接,兩輛車間允許相對轉(zhuǎn)動,固定鉸位于下部,旋轉(zhuǎn)鉸位于上部;組與組之間采用縱向拉桿傳遞縱向力。
2.1.2 浮車型結(jié)構(gòu)造型
以長客股份公司、鋪鎮(zhèn)公司、大連機車公司為代表的主機廠采用浮車型結(jié)構(gòu)造型,中間懸浮模塊利用鉸接裝置與相鄰車體連接,不設(shè)轉(zhuǎn)向架;轉(zhuǎn)向架采用傳統(tǒng)輪對結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)向架的成本相對較小。
采用浮車型車體結(jié)構(gòu)形式的車輛以五編組車輛為主,亦可實現(xiàn)三編組或七編組形式,車輛編組模塊化形式較差;浮車模塊無轉(zhuǎn)向架影響,車門及車廂內(nèi)座椅布置形式靈活;受轉(zhuǎn)向架的影響,中間轉(zhuǎn)向架模塊車體客室座椅布置以橫置為主;兩端司機室模塊車體,考慮到轉(zhuǎn)向架影響車門設(shè)計以單開門為主,外觀設(shè)計局限性較大。
浮車型車輛鉸接裝置由固定鉸、旋轉(zhuǎn)鉸、自由鉸和車頂緩沖器組成。車輛采用鉸接裝置,能夠滿足小半徑曲線和豎曲線的通過能力,同時能夠有效提高乘客乘坐舒適性。
2.1.3 鉸接型結(jié)構(gòu)造型
以四方股份公司為代表的主機廠采用鉸接型結(jié)構(gòu)造型,相鄰車體間采用鉸接轉(zhuǎn)向架連接,能夠?qū)崿F(xiàn)每個車體兩端都有轉(zhuǎn)向架支撐,兩個相鄰車體之間的轉(zhuǎn)向架為雙轉(zhuǎn)盤形式,能夠?qū)崿F(xiàn)車輛靈活通過小曲線半徑。
采用鉸接型車體結(jié)構(gòu)形式,能夠輕松實現(xiàn)車輛編組模塊化,滿足業(yè)主不同運量需求,保證運營效率;采用鉸接結(jié)構(gòu)車體車廂內(nèi)貫通,便于車門和客室座椅布置,布置方案可靈活設(shè)計;車輛無懸浮車體,兩個車體模塊共用一個轉(zhuǎn)向架,車體間無鉸接裝置,車輛整體動力學性能好。
膠輪導軌制式的現(xiàn)代有軌電車以四方有限公司的導軌電車為代表,導軌電車采用“鋼輪導向,膠輪驅(qū)動”的模式,利用膠輪驅(qū)動具有更大的爬坡能力(13%)和制動能力;導軌電車車輛采用鉸接型車體結(jié)構(gòu)造型,在司機室模塊下方設(shè)動力走行部,在客室之間的貫通道模塊下設(shè)非動力走行部,客室地板高度最低可達250 mm。
導軌電車鉸接裝置由固定鉸、彈性鉸、自由鉸組成,其中固定鉸、彈性鉸、自由鉸各兩個。固定鉸位于貫通道底部,能夠傳遞垂向力以及大部分的縱向力和橫向力;彈性鉸和自由鉸位于貫通道的頂部,與底部固定鉸配合使用;彈性鉸和固定鉸聯(lián)合使用,限制相鄰車體間的沉浮運動和側(cè)滾運動,使相鄰車體在水平面內(nèi)相互旋轉(zhuǎn),彈性鉸承受加減速、制動、列車連接時引起的沖擊;自由鉸限制橫向的平動,從而保持相連接兩車體間相對位置的穩(wěn)定性。導軌電車采用鉸接型車體結(jié)構(gòu)造型,配合鉸接裝置設(shè)計,可實現(xiàn)最小15 m轉(zhuǎn)彎半徑。
導軌電車客室下無走行部影響,車廂內(nèi)貫通,便于座椅靈活布置,車門設(shè)計也更加靈活,車輛整體外觀可設(shè)計性強;車輛貫通道位置采用外飾板防護,既能保證公共交通安全,又能提高車輛整體美觀性。
本文通過對車輛車體結(jié)構(gòu)形式的分析,研究了車體結(jié)構(gòu)形式對車門布置、車廂內(nèi)座椅布置的影響;重點研究了車輛模塊化設(shè)計、地板高度、車輛曲線通過能力和車輛軸重等技術(shù)性能,可從車輛通過能力、乘客舒適度、運營載客量等方面為現(xiàn)代有軌電車車輛選型提供理論借鑒。
[1]王忠杰.國內(nèi)現(xiàn)代有軌電車技術(shù)特征分析[J].裝備機械,2014(3):7-11.
[2]梁旭.關(guān)于現(xiàn)代有軌電車在國內(nèi)發(fā)展的研究[J].價值工程,2011,30(9):210.
[3]戰(zhàn)成一,王曉鋒.膠輪導軌有軌電車的組成、性能及特點[J].城市軌道交通研究,2014,17(8):后插12-后插13.