出口墨西哥蒙特雷市的灵活编组的较接轻轨车辆设计

引言

蒙特雷市较接轻轨车辆是中车株洲电力机车有限公司自主研发生产的铝合金车体的重载较接轻轨,车辆设计服务于蒙特雷市3号轻轨线路,需满足在蒙特雷市1号、2号、3号线路地下、地面、高架线路上运行的需求。

该项目车辆具备以下主要技术特点:

(1)车辆采用铝合金全焊接车体。(3)采用全新开发设计的重载较接转向架,可满足最小平面曲线半径(R35m),最大轴重≤13t。(3)采用受电弓受电,走行轨作为回流轨,最高运行速度80km/h。(4)兼容现有车辆检修维护设备,如架车机、复轨设备、镞轮设备等。(5)满足蒙特雷市现有1号、2号、3号线路条件、限界及磁性停车信号接口要求。在车辆设计初期,在线路进行动态限界试验,确认既有线路的限界状况。(6)列车采用2节较接编组,2动1拖,可实现2列、3列、4列任意重联运营,并可与既有车辆进行机械和气路连挂。(7)车辆采用单司机室设计,客室顶部设置客室空调,司机室顶部设置司机室空调,提升乘客及司机的舒适性。

这是中国自主研发的城市轨道交通轻轨车辆首次进入墨西哥市场的订单项目,株机公司采用现场调研及技术交流,并组织现场车辆动态限界测试等方式,调整了车辆的设计技术方案。

1车辆的总体技术性能

1.1车辆型式及列车编组

1.1.1车辆型式

M1车:有司机室带受电弓的动车:M3车:无司机室的动车:"+"较接装置:车钩型式:"="全自动车钩。

1.1.3列车编组方式

如图1所示,列车编组方式为=M1+M3=。

1.2车辆主要尺寸

车辆的主要设计尺寸如表1所示。

1.3车辆载客能力及车辆重量

车辆在各种工况下的载客数量如表2所示。

列车重量的计算方法和公差按照标准BSEN15538一3015执行。人均重量按70kg计,车辆重量为43.3t,车辆的最大轴重为11.6t。

1.4车辆的主要技术指标

1.4.1列车运行速度

车辆最高运行速度为80km/h,设计构造速度90km/h,列车连挂速度3.5km/h,通过洗车机稳定运行速度2km/h。

1.4.2列车牵引加速度

空载到AW2载荷工况下,在平直干燥轨道上,额定电压时列车最大牵引加速度为1.Sm/S2。AW2以上载荷,加速度可能会随之降低,同时须维持牵引静态逆变器3/4载荷下的输出功率。

1.4.3列车制动减速度

列车制动系统分为电制动与空气制动。

电制动由牵引系统提供,包括再生制动与电阻制动,空载到AW2载荷工况下,在平直干燥轨道上,额定电压时车辆从8Skm/h降低至8km/h或更低速度时产生的车辆减速度为1.Sm/S2。

空气制动采用轴盘制动,采用车控方式。空载到AW2载荷工况下,最大常用制动≥1.Sm/S2:空载到AW3载荷工况下,紧急制动≥1.3m/S2。

1.4.4列车救援能力

新造车辆能够与老车进行机械和气动连挂,连挂车辆中任意3辆编组的列车,能够按照要求,以每小时4Skm的最高速度和较低的加速度拉动或推动4辆编组的故障列车(空载工况)。

2车辆各主要系统及主要部件

2.1车体及车钩装置

车辆车体为铝合金V型大断面挤压型材整体承载全焊接结构。车体及其部件焊接的设计、生产、试验和质量认证满足EN15S85标准相关要求,在搭接点焊的地方使用密封胶,保证车体密封防水性。

车体使用寿命不小于3S年,在正常运行条件下,不会出现任何疲劳或永久变形。

列车配置全自动车钩和较接装置(设置在较接转向架上),本项目车辆间允许以自动方式进行机械、电气和气动连接,并可与蒙特雷市轻轨1号线和2号线现有车辆的连挂系统实现机械和气动连挂。整车连挂速度满足2.5km/h,通过在司机台设置连挂时速度按钮实现。电气钩头设置在车钩头下方,满足列车重联和救援要求。

2.2内装系统

客室天花板高度为2S75mm,客室侧顶板及贯通道区域的最小高度为19SSmm。客室座椅沿纵向布置,椅面采用玻璃钢材料,表面凹坑造型,根据客室的布置要求,局部座椅下方布置座椅屏柜。每节车设置6个车窗,采用钢化安全中空玻璃,车窗上部可以向内打开,兼作紧急情况的通风窗使用。地板布采用厚度为2.5mm的PVC地板布,地板采用双层铝蜂窝结构。客室的天花板两侧纵向布置通LED长灯带。司机室隔墙采用铝蜂窝和铝型材结构:中顶板两边采用活动的侧顶板,由挤压成型铝合金型材制成:侧墙采用铝板材质,保证侧墙的强度和隔音要求。每列车设置一个残疾人区域,布置在M1车I端端部右侧(车行方向)。

2.3车门

客室采用双开式电动塞拉门,每节车厢每侧设置3对双开电动内藏门,电机通过单独的门控器进行控制。车门净开宽度13SSmm,车门净通过高度19SSmm。门扇的框架采用铝型材,门扇内部采用铝蜂窝材料,具有高刚度和良好的隔音性能。客室的门窗玻璃应受到透明、防涂鸦、具有黏性且可互换的薄膜保护,从而防止玻璃被划伤。门扇的内外侧均设置扣手和车内每对门车门状态指示灯:在车外,位于车端设置一个门关指示灯,用于指示所有车门是否关好。客室侧门门槛分为外门槛和内门槛,分别安装有磨耗块,与门扇上的下部导轨配合,对门扇的运动进行导向。门槛采用铝合金型材。外门槛上设置补缝胶条,采用黑色的硬橡胶,车辆停站开门时可减少车辆与站台的间隙。车内采用旋钮式紧急解锁机构,紧急情况下乘客可以将盖板破坏掉,再操作紧急解锁手柄解锁对应的客室侧门:车外每节车的单侧各设置一个车外紧急解锁装置,可通过三角钥匙对对应的车门进行车外紧急解锁操作。在M1车司机室的两侧设置有用于司机室登车的司机室侧门,采用手动折页门结构,门净通过宽度500mm,净通过高度1800mm。门扇周边采用整体铝合金型材密封框结构。

2.4空调及通风系统

空调与通风系统由空调机组、空调控制系统、风道系统、废排装置、司机室空调等组成,可实现通风、制冷功能。

空调机组为顶置单元式,采用下送下回的送回风型式。两台空调机组分别安装在M1及M2车车厢顶部中间位置,空调控制集成在机组内部。采用制冷量为40kW的定频单冷空调机组,每节车送风量为4500m3/h,其中新风量3000m3/h,无紧急通风。

本项目司机室采用独立的空调单元,具有通风、制冷及采暖功能,可在司机室内完成空调装置模式选择及温度调节。制冷量为4.5kW,且内置2kW电加热器。

每节车的Ⅱ端车顶各布置两个废排装置。

2.5转向架

本项目整列车配有3个较接转向架,较接转向架分为动力较接转向架和非动力较接转向架,均为带摇枕H型低合金高强度钢板焊接转向架。动力较接转向架和非动力较接转向架主体结构基本相同,主要部件有构架、轮对、一系悬挂(橡胶簧)、二系悬挂(空气簧)、摇枕(整体铸造)、回转支承(动力较接转向架设置两环回转支撑,非动力较接转向架设置三环回转支撑)、基础制动装置、电机和齿轮箱传动装置(仅动力较接转向架有)、牵引装置、垂向及横向减振器、空气管路、电器装置、高度调节装置等。列车的车辆I端动力较接转向架设置有扫石器。车轮采用弹性车轮,降低了车辆的运行噪声。为了降低车轮的轮缘磨耗以及改善车轮踏面和钢轨之间的摩擦系数,在车辆J端动力较接转向架上安装了干式轮缘润滑装置。

2.6牵引系统

列车牵引系统采用牵引逆变器一鼠笼异步牵引电机构成的交流电传动系统。每列车配备一台牵引逆变器,采用架控方式,同时为4台交流异步牵引电机供电,制动电阻采用强迫风冷型式。列车在M1车车顶采用气囊式受电弓,采用单臂轻量化结构设计,靠气压驱动,自重降弓。列车主电路图如图2所示。

牵引能力满足:(1)运行速度:80km/h:(2)加速度:AW2载荷工况下最大加速度1.0m/.2:(3)减速度:AW2载荷工况下最大减速度1.0m/.2。

制动电阻能力满足:要求在水平轨道上承受载荷AW2的最大常用制动(1.0m/.2)时,制动电阻能够耗散所产生的100%的制动能量。

2.7辅助供电系统

辅助电源系统的运行独立于列车牵引系统,其主要设备为辅助电源箱(含辅助逆变器和低压电源),采用强迫风冷的方式,车辆控制系统采用DC110V电源,交流电源采用AC380V。在M2车安装有一个辅助电源箱和一个蓄电池箱。蓄电池采用镉镍碱性蓄电池组,在辅助电源系统关闭的情况下,蓄电池能应急供电1.5h。

2.8制动系统

列车制动系统采用KBGM系统,主要包括SL6型螺杆压缩机、ESRA制动控制单元、轴盘制动器和防滑阀等设备:采用一套BCU(一个EBCU＋一个PBCU)控制3个转向架的制动控制方案。

列车配置两套制动系统:电制动系统(ED)、空气制动系统(EP),电制动由牵引系统提供,包括再生制动与电阻制动:紧急制动仅施加空气制动,是最高等级制动:基础制动采用轴盘制动形式。常用制动下,电制动优先,电制动不足时空气制动提供补充,常用制动具有防滑保护和冲动限制(≤0.7m/.3)功能。

2.9列车广播和乘客信息系统

乘客信息及视频监控系统是一个集成了列车广播、对讲、LED信息显示和视频监控系统的综合平台,本系统的设备均采用模块化、一体化的设计方案。主要的控制器和辅助设备设计为插入式的板卡模块,集成于3U19"标准EMC机箱中,大大提高了可维护性。PIS部分的列车总线采用平行以太网,实现本项目PIS系统的全部功能,冗余设置一对模拟音频线,在以太网完全失效时,降级冗余实现司机的人工广播功能。

每列车配置独立的车载视频监控系统,在每节客室中安装两只摄像头,以便列车司机实时监视本列车上的治安状况,视频信息最终保存在视频录像机的硬盘中。

2.10列车控制系统

列车控制网络采用WTB＋MVB全冗余的分布式总线控制方式,符合IEC61375标准的要求。单列车运行时,列车使用MVB总线进行数据传输,通过MVB总线可以连接牵引系统、辅助系统、制动系统、空调系统、车门系统、乘客信息系统和事件记录仪等。

列车重联时,列车与列车之间的数据传输使用WTB总线,以实现列车控制网络快速重联和自动重新配置的功能。VCU集成了网关,实现列车级总线与车辆级总线的数据转发功能。

列车配置磁性停车系统,磁性停车系统为列车驾驶安全系统的重要组成部分,在轨道交通灯的指引下,可保证将列车停靠在限制的安全区域内。

2.11照明系统

照明系统包括客室照明、司机室照明和外部照明。客室照明采用节能环保的LED照明方案,采用集中式驱动电源供电。车厢内灯具在电气结构上分为4路灯带,左右两侧各2路,且间隔分布,分别由直流110V供电。紧急照明通过降低整体的输出功率来降低亮度,减少对蓄电池电能的消耗,且能够保证整个车厢照明的均匀性和一致性。司机室照明在司机室天花板采用LED平面光源。外部照明前照灯采用氩气灯,指示灯采用LED光源,在列车紧急制动距离处照度不低于21x:在M2车尾部指示灯处增加一个重联连挂照明灯,均采用LED灯。

3结语

墨西哥蒙特雷市较接轻轨车辆是中国城市轨道交通走进墨西哥国家市场的第一单,本项目列车是中国自主研制的较接轻轨车辆出口的成功典范。列车已于2021年3月在蒙特雷市正式投入运营,目前已经安全运营10个多月,单列车运行近10万km里程,车辆性能得到了业主的充分认可,也为中国轨道交通进入墨西哥国家市场起到了良好的示范作用。