现代有轨电车系统构成-车辆.ppt

第7章 现代有轨电车系统构成车辆,【问题导入】现代有轨电车更加注重车辆造型设计、外观设计，主要运行于城市道路和高架桥上，线路曲线半径小，个别地段曲线半径在20m以下。为了使车辆能够顺利、快速的通过曲线，采用小半径装置和铰接式结构。车内设施布局和装饰设计应体现“以人为本”的理念，以“安全、舒适、方便、和谐、服务”为原则。【学习目标】1.能掌握现代有轨电车的主要特征。2.能叙述现代有轨电车的分类。3.能掌握现代有轨电车模块结构。【教学建议】1教学场地：在普通教室、能连接互联网的多媒体教室及现代有轨电车系统的各种模型实训室中进行，课后可实地参观。2设备要求：各种现代有轨电车的仿真模型1套，或能播放视频投影的设备及相关课件、视频。3课时要求：共10课时。【理论知识】,1.1 现代有轨电车车辆的特征,1.1 现代有轨电车车辆的特征 现代有轨电车是在传统有轨电车的基础上通过全面改造升级的一种先进交通方式。具有美观、环保、资源节约的适应小曲线半径和大坡度运行，单向可以适应从0.5万1.5万人次/小时的客流需求,设计时速可达7080km/h，一般运营中噪音比城市背景交通还低。普遍能够提供订单化服务，以地面专用道为主的城市公共交通系统。现代有轨电车由至少三个模块铰接组成，两端各有驾驶室，能够独立运行的新型低地板钢轮钢轨车辆。弹性车轮，电力牵引，包括电阻、液压和磁轨等多种制动方式，有较强的起制动能力，具有架空、地面、蓄电池和超级电容等多种供电方式。100低地板现代有轨电车如图7-1和图7-2所示。,1.1 现代有轨电车车辆的特征,图7-1 法国斯特拉斯堡100低地板现代有轨电车图,图7-2 澳大利亚的超低地板现代有轨电车图,1.1 现代有轨电车车辆的特征,1.现代有轨电车的主要特征 现代有轨电车的主要特征包括4个方面。（1)运行速度大幅度提高（2)列车载客量大幅度提高（3)现代有轨电车的造型新颖、乘坐舒适（4)现代有轨电车有多种供电制式、车辆定制服务与模块化设计弹性灵活,表7-1 Alstom公司Ciadis系列部分现代有轨电车客运能力表,1.1 现代有轨电车车辆的特征,2.现代有轨电车的分类与技术性能（1）现代有轨电车的分类 现代有轨电车主要分为钢轮钢轨和胶轮+导轨两种制式。1）钢轮钢轨式现代有轨电车在地面的两条U形钢轨既承担钢轮的重量，又对钢轮起导向限制作用。一般情况下钢轨顶面与城市道路路面平齐，如图7-4所示。,图7-4 钢轮钢轨式现代有轨电车转向架图,1.1 现代有轨电车车辆的特征,代有轨电车采用特有的弹性车轮，减震降噪的弹性车轮。这是一种分体式车轮。根据车轮橡胶元件承受载荷的状态可以分为剪切型、压缩型、剪切压缩型等。其组成部分包括刚性轮箍、刚性轮心、橡胶体。橡胶体嵌在轮箍与轮心之间。用来隔绝轮轨冲击振动，降低车辆运行噪声。原理是将簧下重量的轮心、车轴和轴箱及动轴的传动装置的一部分重量转移到簧上，使簧下重量减少，起到减震降噪的作用，如图7-5所示。,图7-5 弹性车轮垫及簧下重量减少示意图,1.1 现代有轨电车车辆的特征,2）胶轮+导轨式现代有轨电车轨道由类似道路的行车道和一条引导车辆运行的特殊导轨组成，车辆走行系统与汽车一样为橡胶轮胎，导向轮在导轨的限制下引导车辆运行。它有劳尔公司的Translohr系列。现代有轨电车胶轮+导轨式的走行部主要由橡胶轮胎（起承重和地面走行的作用）和导轨（“夹”着固定在地面上的轨道来导向）两大部分组成。导向装置是由V字形的两个导轮从两侧夹住导轨，将车辆固定在导轨上，导轮突出部分的间隙比轨道头部宽度窄，因此，从结构上不会发生脱轨现象，如图7-6所示。,图7-6 胶轮+导轨式的走行部,1.1 现代有轨电车车辆的特征,（2）低地板现代有轨电车的分类 1）低地板现代有轨电车的概念。低地板现代有轨电车是指车辆地板距离轨道面小于小于350 mm的轻轨车辆。按照车辆低地板区域能够达到客室面积的百分比，低地板部分的面积和客室面积之比值而论，如果小于1.0，称为部分低地板，范围宽至9%100%，而常见的是5070%这个比例；如果等于1.0 则称为100%低地板。高地板车辆是指地板面至轨面的高度等于或小于950mm 的有轨电车。2）部分低地板有轨电车、50%70%低地板有轨电车、100%低地板有轨电车。部分低地板：只在车门的入口部位设置低地板面，地板面高度处于350450mm之间，低地板面不相互贯通；低地板面占整个车辆地板面的比例只有15%30%，车辆使用的是传统的刚性轮对转向架。50%70%低地板有轨电车：在车辆的中部全部设置低地板面，各节车的低地板面相互贯通，而列车的端部则为高地板面；低地板面占整个车辆地板面的比例为50%70%。50%70%低地板轻轨车将普通城轨车车距地面1m以上的地板高度降低到0.35m，车厢内低地板面积占整列车的比例达70，大大方便了乘客上下车。,1.1 现代有轨电车车辆的特征,列车端部采用传统的刚性轮对转向架，并作为动力转向架；而列车的中部通常使用不带动力的小轮径刚性轮对转向架或独立车轮转向架；为了便于曲线通过，轻轨车辆通常采用铰接车体结构，如图7-7所示。,图7-7 名古屋铁道美浓町线路70%低地板有轨电车示意图,1.1 现代有轨电车车辆的特征,100%低地板有轨电车：整列车辆车厢内全部为低地板面，几乎感觉不到高度差。地板面高度处于200350之间。所有转向架均为独立车轮转向架。100%超低低地板有轨电车：整列车辆车厢内全部为低地板面，地板面高度处于200mm以下的称为超低地板。3.现代有轨电车车辆运用适应环境及参数现代有轨电车车辆要能够适应当地的自然环境，安全可靠地运营。（1）现代有轨电车车辆使用条件自然环境 1）海拔：不超过1200m。2）环境温度：-2545。3）相对湿度：最湿月份，平均最大湿度为90%，该月平均温度不大于25。4）使用环境：车辆可在地面、地下和高架线路上运行，库内检修和停放时温度不低于0。（2）线路参数 1）轨距：1435mm。2）最小曲线半径：正线30m，车场线25m。3）最大坡度：正线60不含曲线折减。,1.1 现代有轨电车车辆的特征,（3）供电条件 1）供电电压：DC750V。2）变化范围：500900V。3）再生制动时不高于1000V。4）受流方式：接触网受流、地面三轨受流或超级电容+蓄电池方式。（3）现代有轨电车车辆种类及列车编组 1）车辆采用钢轮钢轨铰接低地板有轨电车。2）列车可根据运能需要，采用多个模块进行编组，并形成适合线路条件的布置。每列车可独立运行，也可两列或三列连挂运行。（4）现代有轨电车车辆基本参数 1）车辆轮廓尺寸：列车长度：不少于3模块，长度不少于20m；不大于7模块，长度不大于45m.车体宽度：不大于2650mm。车体高度：不大于3600mm（轨面至车顶高、新轮、落弓）。客室地面距走行轨面高度：不大于350mm。车轮直径：不大于660mm（新轮）。,1.1 现代有轨电车车辆的特征,（5）现代有轨电车载客能力 1）定员按站立6人/计算。2）超员按站立8人/计算。（6）车轮轴重平均轴重不大于12.5t。（7）列车牵引、制动性能：1）列车最高运行速度：不小于70km/h。2）列车构造速度：不小于80km/h。3）平均启动加速度：在040km/h时，不少于1m/s时；在070km/h时，不小于0.6m/s2。4）常用平均制动减速度：（700km/h）：不小于1.1m/s2。5）紧急平均制动减速度：（700km/h）：不小于2.5m/s2。,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,现代有轨电车车辆由7大部分组成。1.车体（1）车体的基本要求 1）同型号车辆应具有统一的基本结构形式。2）车体采用整体承载结构，并应有足够的强度和刚度，能满足修理和纠正脱轨的要求。3）在车体底架上承受相当于车辆整备状态时的垂直载荷时，沿车钩中心水平位置施加规定的纵向载荷，其试验合成应力不应超过许用应力。使用的许用应力值应取自用户与制造商均认可的国家标准或国际标准。4）车体试验用纵向静压缩载荷为400 kN。5）车体的试验用垂直载荷为：1.1(车体重量+最大载客重量)一(车体结构重量-_试验器材重量)。其中，最大载客重量等于司机、坐席定员及最大站立人员的重量之和。6）车体结构设计应尽量避免车体枕梁、冲击座、门口、窗口等结点处的应力集中，不让焊缝出现在 上述部位。避免形成积水区。尽量不用搭接结构。应考虑到装设导管、线槽和可装配电气设备、辅助设备所需的各种附件，这些附件应与钢结构连接牢固。,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,7）车辆密封性应良好。车体以及安装在车体外部的各种设备的外壳和所有的开孔、门窗、孔盖均能防止雨雪侵入。封闭式的箱、柜应做到密闭良好，在机械清洗时不应渗水、漏水。8）整备状态下的车辆，停在平直道上并将其制动缓解，其车体底架和转向架构架以轨面为基准的高度值，应符合产品技术条件规定。9）普通车体钢结构和蒙皮应在去除油污、锈蚀、焊渣后进行磷化处理，应对封闭断面构件的内表面进行防腐蚀处理。10）普通钢车身涂层应符合有关规定。非涂漆部位不应有油污和漆迹。11）车辆应设有架车支座、车体吊装座，并标注允许架车、起吊的位置，以便于拆装起吊和救援。12）车体结构设计寿命不应小于30年。（2）现代有轨电车采用模块化设计 例如 4 模块三动一拖组成的列车为：=MC+M-Tp+Mc=(“=”车钩；“+”单铰链模块；“-”双铰链模块；Mc-带司机室的动车模块；M-动车模块；Tp-带受电弓的拖车模块)，如图7-8所示。,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,1）动车：是指自带动力可自行行走的车。2）拖车：是指没有动力需外力拖动才能行走的车。,图7-8 三动一拖组成的列车图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,（3）车钩 车辆两端可设自动车钩或半自动车钩。可折叠车钩，打开车钩前要先打开前罩。1）每个司机室内下方均配置可折叠式车钩。2）正常情况下车钩隐藏在前罩内，保证行人的安全，车辆美观。3）打开车钩前先打开前罩，前罩可以很方便地打开，如图7-8、图7-9所示。,图7-8 有车钩前罩示意图,图7-9 无车钩前罩示意图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,（4）铰接装置 1）在车辆模块之间应安装铰接装置。2）由上下两个单铰组成的固定铰接装置应只允许两相邻车体有水平相对运动。由下铰和约束两相邻车体问横向运动的横控杆组成的活动铰接装置宜设纵向减振器，以消除和缓解车体间的冲击和振动。3）铰接装置应具有相对运动的功能，其水平转角和纵向折角应满足最小曲线半径和竖曲线半径的运行要求。4）车体各模块之间的铰接有3种形式：弹性铰：两个模块间上部连接，使相邻的两个模块间只有水平旋转运动：自由铰：两个模块间上部连接，使相邻的模块可以进行点头、水平旋转等运动。下铰：固定铰，是模块力纵向力的主要传递机构。两端为铸钢安装座，中间为球状轴承结构。固定绞和弹性铰联合使用，限制了相邻车体间的浮沉运动和侧滚运动，使得相邻车辆仅存在相对摇头的自由度。,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,自由铰不限制相邻车体之间的垂向、纵向平动，它也不承受垂向力和纵向力，仅承受横向力，自由铰主要用于限制车体之间的相对滚动。如图7-10图7-12所示。,a）b）c）图7-10 车辆模块之间铰接装置图a）固定绞 b）自由铰 c）转动铰,图7-11 车辆模块之间铰接装置安装位置图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,图7-12 铰接装置安装实物及铰链位置图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,（5）司机室 现代有轨电车车身组成由两个带司机室动车模块，中间模块为带动力转向架模块和带非动力转向架的模块，如图7-13所示。司机室为独立模块结构，同客室采用螺栓连接，便于拆卸更换。1）司机室应视野宽广，应能使司机在运行中清楚方便地瞭望到前方信号、线路、障碍物、接触网、隧道和站台。2）司机室的前窗玻璃应采用当在任何部位受到击穿或敲击时不会崩散的安全玻璃，前窗应设刮水器与遮阳装置，寒冷地区可采用电加热玻璃或性能良好的电热吹风。前窗玻璃有抗穿透性和抗冲击性。3）司机室与客室之间应设连通门，其净开宽度不应小于550 mm，高度不应低于1 800 mm。4）司机操纵台的外形、结构、各种操纵装置及信息显示方式与司机座位的布置应符合人体工程学 原理，保证司机驾驶舒适，同时能方便观察到信息显示设备和前方线路。5）司机座椅为软式或半软式，其高度、前后位置应可以调节。司机座椅的设计应做到可让司机在 必要时迅速离开。,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,6）司机室照明，在地板中央的亮度，司机控制台面的亮度。指示灯、车载信号显示和人工照明均不应引起司机瞭望行车信号时产生错觉，并应设置较强照度的照明装置，以适应室内设备检查维修时的需要。7）司机台的显示器、仪表和指示灯在日光下或夜间灯光下，应能在500 mm远处清楚地看见其显示内客。,图7-13 车身组成及带司机室动车模块示意图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,现代有轨电车司机室的设备：1）电脑报站器及信息显示屏。2)轨道转辙机车载遥控装置。4）主控器集成在操作台上。5）智能触摸屏仪表盘。6）符合人体工程的座椅舒适、配有空调、杯架和储物柜。如图7-14所示。,图7-14 现代有轨电车司机室的设备实物图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,（6）车顶设备布置 现代有轨电车的牵引逆变器、制动器电阻及冷却单元、辅助逆变器、24V直流蓄电池、受电弓、高压箱、客室空调单元、司机空调单元，均安装在车体顶部，如图7-15所示。,01 牵引逆变器、02 制动器电阻及冷却单元、03 辅助逆变器、04 24V直流蓄电池、05 受电弓、06 高压箱、07 客室空调单元、08 司机空调单元图7-15 车顶设备布置图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,（7）客室 1）客室两侧设置适量车窗，车窗为固定式，可在部分车窗上部设可开闭式眉窗。车门、车窗玻璃应 采用一旦发生破坏时其碎片不会对人造成严重伤害的安全玻璃，在遇到紧急情况时能用猛力或尖锐物 将其击碎。车窗采用中空玻璃。2）客室内布置适量的客室座椅，座椅设计应满足人体工程学要求。3）客室内设置数量足够，牢固美观的立柱、扶手杆，并可根据需要加装适量的吊环。4）客室应有足够的灯光照明。5）相邻两模块的连接处应设置贯通道，贯通道应密封、防火、防水、隔热、隔音。贯通道渡板应耐磨、平顺、防滑、防夹，贯通道用密封材料应有足够的抗拉强度，安全可靠、不易老化。6）每列车中至少应设置一处轮椅专用位置并应有乘轮椅者适用的抓握扶手杆或固定装置。,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,7）客室内设置乘客导向显示屏。如图7-16所示。,图7-16 客室内乘客导向显示屏实物图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,8)客室设贯通通道，贯通道宽度不小于1300mm，司机室与客室之间设通过门。9)车辆具有良好的防火性能。10)车辆内部噪声等级，外部噪声等级符合标准。11）客室内设置投币机。如图7-17所示。,图7-17 客室内投币机实物图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,（8）车内装饰 1）车体结构的内外墙板之间及底架与地板之间应敷设吸湿性小、膨胀率低、性能稳定的防寒、隔 热和隔音材料。2）内墙板应采用易清洗、装饰性好的阻燃材料制造。地板应具有耐磨、防滑、防水、防静电和阻燃性能。客室的座椅、装饰等的制作均应使用难燃或高阻燃材料，如图7-18所示。,图7-18 客室内饰效果图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,3）车辆内部设计成空间填充式，根据客户需求可完全满足要求，设计灵活的全新概念，为将来客流量变化而重新调整空间。车辆内饰根据不同需求做出不同选择，让乘客感觉到乘坐舒适，也为城市注入新的元素，如图7-19所示。,图7-19 车辆内部空间安装图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,车内顶棚设有空调风道出口、日光灯灯带、车内喇叭等设施。客室座椅采用横、纵向排布，座椅结构、尺寸采用满足人体工程的设计要求，面料采用高档装饰布包装。车内地面展设高档耐磨地板布，便于清洁，不易磨损。（9）车门 现代有轨电车每列车每侧设不少于4对车门，双页净开度1300mm，单页净开度800mm车门高度不小于1800mm，如图7-20所示。客室侧门的开闭一般采用电气控制方式，电力或压缩空气为动力，其传动和控制应安全可靠。侧门的开闭由司机统一控制；客室侧门应具有零速保护功能，并具有非零速客室侧门要全闭锁的电气联锁装置，确保行驶中门的锁闭无误。,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,单个侧门应具有系统隔离功能，在发生故障时能与门控系统切除，还应有在客室内手动操作解锁开闭车门的功能；车辆每一侧至少应有一个车门可以从外侧使用钥匙进 行开启、关闭操作。侧门关闭时应具有缓冲动作，并具备防夹功能。,图7-20 车门安装位置示意图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,为乘客上车和下车提供足够的婴儿车或轮椅空间。每扇车门都有单独的门控装置和监控。车门具备有联锁、门动开关、停车请求和门启动等功能，并配有车门诊断功能，如图7-21所示。,图7-21 车门实物图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,1）开闭方式：司机集控和乘务员分控两种。2）安全措施：具有防夹再开闭、机械锁闭装置。3）时速5km保护装置（车速在5km以上时司机集控和乘务员分控方式都打不开车门）。2.现代有轨电车转向架（1）基本要求 1）车辆走行装置的性能、主要尺寸应与轨道参数相互匹配。保证其相关部件在允许磨损限度内，仍能确保车辆以最高允许速度安全平稳运行。即使在悬挂或减振系统损坏时，也应能确保车辆在轨道上安全地运行到终点。2）车辆走行装置机可采用传统轮对转向架或独立轮转向架。独立轮转向架的牵引电机可采用纵向布置或横向布置方式。4）构架应采用钢板焊接结构。转向架构架结构强度试验可按照TBT 2368 2005的要求进行。5）转向架构架应做改善内应力处理。,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,6）转向架悬挂系统宜采用如下结构：一系悬挂为金属 橡胶弹簧或金属圆弹簧；二系悬挂为空气弹簧或金属 圆弹簧。转向架构架和车体之间安装横向减振器及横向止挡。7）采用动力转向架，其牵引电机的安装采用架悬式。转向架构架电机吊座与齿轮箱吊座的设计应能 保证其在寿命期内不发生疲劳裂纹。8）宜采用弹性车轮。轴箱应密封良好，轴箱温升不应超过30。9）现代有轨电车使用了两种转向架，即动力转向架和非动力转向架，构成B0-2-B0轴式。采用独立轮转向架；车轮采用弹性车轮，降低运行噪声。（2）转向架的结构 1）构架。构架是转向架的骨架，转向架的各种装置和零部件通过构架组合为一个整体。由于转向架构架要承受和传递各种载荷和作用力，因此构架要具有足够的强度和刚度。,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,动力转向架构架主要由侧梁、横梁和端梁等组成，如图7-22所示。动力转向架采用中心承载方式、二系弹性悬挂装置、电机驱动、齿轮传动、焊接结构构架，车轴安装盘式制动器，侧梁安装磁制度动器。,图7-22 动力转向架示意图a）70%低地板动力转向架 b)100%低地板动力转向架,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,2）非动力转向架主要由构架、轴桥轮组、二系弹性悬挂装置、基础制动装置、横向液压减震器等组成。非动力转向架除不设置牵引电动机和驱动装置外，两轮之间必须设计成下凹形，以便使车厢地板面下沉，实现车辆的70%低地板结构。此外，非动力转向架的轮轴结构采用了中间下凹的轴桥结构，车轮相对于车轴旋转而车轴不转动，这种结构称之为独立车轮，如图7-23所示。,图7-23 非动力转向架示意图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,3）弹簧悬挂装置。由于线路存在着不平顺、道岔、轨面缺陷等，车辆在轨道上行驶时必然要产生冲击和振动。为了提高车辆运行的平稳性，保证乘坐舒适度，在车辆走行部必须设置弹簧悬挂装置。,4）轮对。动力转向架的轮对由车轴、轮芯、轮箍和从动齿轮等组成；非动力转向架轮轴部分是轴桥轮组，轴桥是由端轴、连接轴和立板、盖板等组焊而成的部件，左右连接轴的两侧设置了一系弹簧座，如图7-27、7-28所示。,图7-27 车辆的轮对结构图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,5）轴箱。轴箱与轴承装置是联系构架（或侧架）和轮对的活动关节，使轮对的滚动转化为车体沿钢轨的平动，如图7-28 和图7-29所示。,图7-28 车辆转向架各部名称图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,3.牵引装置 现代有轨电车牵引系统包括：受电装置、输入电路、逆变器、制动电阻和电机等设备。牵引装置的受电装置能在DC500VDC900V的电压范围内正常工作；其输入电路主要有：主断路器、避雷器、线路滤波器、预电电路、线路电流、电压传感器等；主电路采用牵引VVVF主逆变器，一个逆变器单元控制一台或两台牵引电机；牵引电机形式：三相四线鼠笼式异步电动机，每个动力转向架配置2台牵引电机；制动电阻的设计和试验应能满足要求。牵引VVVF逆变器把从接触网提供的750V直流电，转换成电压、频率可调的交流电，满足交流电动机的运行要求。微机监控系统具有车辆运行状态参数的监测与显示；车辆牵引、制动特性控制；系统故障诊断与报警保护；数据通讯与显示等功能。在采用VVVF逆变器的时，只要控制压频比（V/fi）和转差频率（fs）即可自由的控制牵引力和再生制动力。即只需控制3个因素：逆变器输出电压V，逆变频率fi，转差频率fs。（转差频率是频率的概念，电机的定子上的电频率转换到转子上的时候，中间有多少被消耗掉了。）,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,牵引VVVF逆变器控制的基本原理为通过改变牵引VVVF逆变器各IGBT元件的开通时间来改变负载的电压，通过改变牵引VVVF逆变器各IGBT元件开通的周期来改变输出的频率。（1）牵引VVVF逆变器电路的基本工作原理,图7-31 三相全桥二极管钳位式逆变器接线示意图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,三相全桥二极管钳位式逆变器三电平逆变器如图7-31所示，每一桥臂4个开关元件有3个种正常的开关模式，以A相位为例，T1和T2导通时，A相输出正电平，T3和T4导通时，A相输出负电平，T2和T3导通时，A相输出零电平。变频器A相4个功率元件的驱动信号为S1、S2、S3、和S$，应满足下列条件S1和S3、S2和S4相反。（2）现代有轨电车交流传动系统的驱动方式 对于现代有轨电车而言，一般采用的是二个二轴动力转向架，整车具有四根动轴，每一个动轴上有一台电动机。当牵引逆变器与牵引电动机配合工作时，牵引逆变器可能的驱动方式有1C4M（1C4M是指一台牵引逆变器给同一辆车四台相互并联的异步电动机供电的方式,也叫“车控”方式）整车控制驱动方式，2C4M架控驱动方式和4C4M轴控驱动方式三种。1）1C4M整车控制驱动方式（图7-32）。1C4M整车控制驱动方式即是现代有轨电车的两个转向架上的四个牵引电动机只有一个逆变器驱动。这种方式的优点是成本低，控制简单，缺点是对各动轴轮径差要求严格。,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,当各动轮轮径差较大时，即使各电动机的转矩-转速特性完全相同，仍将出现负荷分配不均的情况，使各电动机以不同的转差率工作，造成各动轴功率极不均衡，使有轨电车平均输出减少，且功率较大的动轮磨耗严重，同时会使各电动机电流大小不一，温升不一样，且容易出现空转，整车粘着利用率低，而且一旦逆变器出现故障，整车即失去动力，因而故障运行能力差。,图7-32 1C4M原理接线图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,2）2C4M架控驱动方式（图7-33）。此种方式是每个转向架配备一台逆变器，由逆变器驱动一个转向架上的两个并联工作的牵引电动机，粘着系数高，其缺点是一旦逆变器出现故障。将会失去一半的动力，对于运行十分不利。,图7-33 2C4M原理接线图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,3）4C4M轴控驱动方式（图7-34）。此种方式是每个逆变器只为一个牵引电动机供电，每个电动机的力矩均独立控制，它的优点是不存在各牵引电动机并联工作时由于轮径差及电机特性差异引起的功率不平衡问题，故障运行能力强，并且由于电力电子技术的不断提高，逆变器成本逐渐降低，体积不断减小，4C4M轴控驱动方式是一种较为理想的驱动方式。,图7-34 4C4M原理接线图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,（7）牵引电机 现代有轨电车在快速发展的同时，对现代有轨电车的安全性提出了更高更加严格的要求。牵引电机是电传动机车车辆的主要部件之一。作为驱动机车动轮轴的主电动机，它的运行性能直接影响着机车车辆的牵引性能，其质量好坏直接影响机车的正常运行。车轮的旋转力矩是牵引电机通过减速齿轮传递过来的。当车轮获得旋转力矩后，如果无外力作用，车轮将以轴为中心旋转。其旋转力矩M可分解为一对力偶Fk此时作用在轴心的合力为零，当车轮压在钢轨上时，车轮将对钢轨施加一个作用力Fk，钢轨将随之产生一个与之相等的反作用力 TK（即摩擦力），从而使车轮与钢轨接触点瞬间合力为零，则该点的相对速度也为零。这样该轴心的合力仅有Fk，在这个力的作用下轴心将平移，迫使车轮在钢轨上滚动，从而推动有轨电车运行。因此轴心上的力Fk就是牵引力，它的大小与车轮与钢轨摩擦力Fk相等。有轨电车的牵引力；等于所有主动轮牵引力的总和，如图7-35所示。,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,1）牵引电机额定工作情况下的技术数据。牵引电机额定工作情况下的技术数据包括牵引电机形式、额定功率、额定电压、额定电流、额定频率、额定转速和调速范围。2）驱动装置的组成。驱动装置由减速齿轮箱和齿式联轴器组成 减速齿轮箱是由箱体、主动齿轮、从动齿轮和两对滚动轴承组成。齿式联轴器由齿轮套、半联轴节、定位隔板、弹簧、紧固螺母等组成。,图7-35 牵引电机及驱动装置图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,4.制动系统 现代有轨电车运行线路不专用，有平交路口和混行路面，要求车辆具有较高的制动减速度（2.5m/s2以上）。制动、缓解操纵最为频繁的，往往每隔几秒钟的时间就要连续进行制动和缓解操纵。为了能够随时停车，对制动距离要求非常短，这就要求制动系统具有非常高的灵敏度和非常短的空走时间。同时，现代有轨电车采用复合制动方式，所以要具有良好的空电联合制动性能。另外一个特点是必须有完善的备用制动措施，因为现代有轨电车一般都装一套制动控制系统，一旦出现故障，就意味着所有制动系统出现故障，因此必须有完善的备用制动措施来保证停车。（1）构成 现代有轨电车制动系统采用微机控制直通电空制动模式，由空气制动和再生制动两种制动装置组成，主要包括制动指令发生及传输系统、制动控制系统、再生制动装置（属牵引系统）、基础制动装置、防滑系统、风源系统和气动系统附件等，如图7-36所示。,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,图7-36 现代有轨电车制动系统示意图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,再生制动由牵引逆变器控制，利用电机的工作可逆特性，电机把车辆的动能转换成电能，产生的电能将向电网反馈供线路上其他车辆使用或由本车制动电阻吸收，因而只有在动轴上才能够产生电制动力。电磁制动为非粘者制动，不依靠车轮和钢轨之间的粘着进行制动，它是一种将主动侧扭力传达给被动侧的连接器，可以据需要自由的结合、切离或制动，因使用电磁力来制动，也称为电磁离合器、制动器，具有响应速度快，结构简单等优点。同时可以避免因紧急制动的车轮擦伤。原理是激磁线圈通电时形成磁场。制动轴上的电枢旋转切割磁力线而产生涡流。电枢内的涡流与磁场相互作用形成制动力矩，如图7-37所示。,图7-37 电磁制动机图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,（2）制动方式 现代有轨电车制动方式主要有常用制动（再生-电阻制动、空气制动）和紧急制动（电磁制动）组成的综合制动系统，如图7-38所示。,01-ED制动 02-EH制动 03-MT制动 MB-动车转向架 TB-拖车转向架图7-38 制动系统各种制动方式位置示意图01-ED制动 02-EH制动 03-MT制动 MB-动车转向架 TB-拖车转向架,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,5.电控系统（1）组成 现代有轨电车的电控系统由控制电路、主电路和辅助电路组成。电路以电-磁、电-气及电-机械传动等方法相互联系起来，以达到自动或间接控制、协调工作的目的，保证司机能安全正常方便地操纵车辆。控制电路是由司机控制器低压电器主电路与辅助电路中的各电器电磁线圈及各电器的联锁等组成的电路。主电路和辅助电路中各电器的动作均要由控制电路控制。主电路主要由高电压、大功率电气部件及附属测量、保护部件组成，完成电能与机械能之间的转换，产生牵引力和制动力，如图7-39所示。主电路功能大致可分为牵引电路、电气制动电路、保护电路和测量电路等部分。,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,图7-39 主电路图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,辅助电路由辅助电源及各种辅助电气设备组成，用来保证主电路发挥其功率和实现其性能，并为司乘人员改善工作条件，如图7-40所示。,图7-40 辅助电路图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,6.辅助电源系统现代有轨电车辅助电源装置由蓄电池组、低压电源装置和静止逆变器组成。辅助电源系统将以集中供电、体积小型化、智能运行、高可靠性为目标。低压电器采用了直流24V、交流380V、交流220V等多种制式的电压，设备功率从5KW到16KW。为此，辅助电源采用了斩波调压电路、全桥式功率转换电路、强迫风冷、微机控制和保护等新技术。1）辅助电源系统其容量应能满足车辆各种工况下的使用需求。2）蓄电池的充电性能良好，其容量应能够满足车辆在故障情况下的应急照明、外部照明、车载安全 设备、广播、通讯、应急通风等系统工作不低于30 min。3）车体外安装的需要保持内部清洁的电气设备箱应具有良好的防护性能。4）电线电缆端头与接头压接应牢固、导电良好，两接线端子间的电线不允许有接头。每根电线电缆的两端应有清晰耐久的线号标记。,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,5）电线电缆的敷设应合理排列汇集，主电路、辅助电路、控制电路的电线电缆应分开走线，满足电 磁兼容性的要求，纳入专用电线管槽内，并用线卡、扎带等捆扎固定牢。不得已交叉时，高压线缆的接触部分应有附加绝缘加强。穿越电器箱壳的线缆应用线夹卡牢，与箱壳临靠部位应加装护套。电线管槽 应安装稳同，防止车辆运行引起损伤；线管、线槽应防止油、水及其他污染物侵入。6）各电路的电气设备联结导线应采用多股铜芯电缆，电气耐压等级、导电性能、阻燃性能均符合要求，电缆所用材料在燃烧和热分解时不应产生有害和危险的烟气。使用光缆和通信电缆应符合产品技术条件要求。束芯线数应有不小于10的冗余量。7.空调通风系统 现代有轨电车空调通风系统对于一年四季不同变化的气候是很有必要的，合理的空调及通风系统系统也是很重要的一部分。现代有轨电车采用司机室和客室空调分开，同时满足司机和乘客的不同需求。,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,图7-41 空调和采暖设备实物及安装位置图,1.2 现代有轨电车车辆基本构造,01 司机室空调；02 客室空调；03 辅助变流器；04 出风口；图7-42 空调制冷及采暖和通风示意图,1.3车载终端设备,车载终端设备担负着整个车辆的基本运行控制作业任务，其控制性能将直接影响车辆的运行性能。车载终端设备主要由车地双向无线通信设备、车载天线、主机、GPS终端、显示单元、车载多媒体终端以及信号优先系统在车上的终端设备，还包括用于收费的公共交通卡POS机和投币箱构成。车载设备实时接收控制中心的运行间隔计划，并实时显示当前电车位置、前后车车距和车速、进路表示器和道岔定反位状态等信息，当前后车距和车速不满足设定的行车安全要求时进行报警提示等，如图7-43所示。,图7-43 车载设备整合模型,1.3车载终端设备,1.车载多媒体终端 车载多媒体终端在车内实现视频信息的发布：在每辆车上安装移动数字机顶盒，实现基于移动数字信号的接收和播放；实现移动数字机顶盒和媒体播放器之间的协调控制，也就是当切换到移动数字电视进行节目播放时，关闭媒体播放器播放，当切换到播放媒体播放器播放内容时，关闭移动数字电视节目的播放；移动数字电视的播放控制由GPS车载终端进行控制，在每辆车上安装液晶屏，实现同步视频信息的播放，如图7-44所示。,图7-44 系统构架及屏幕显示图,1.3车载终端设备,2.车载智能终端系统 车载智能终端子系统设备包括GPS终端和天线，其中GPS终端由GPS模块、速度方向传感器、无线通信模块、电源模块及接口设备等构成。列车两端驾驶室各设一套车载设备。车载智能终端系统能准确确定车辆位置，从而实现对车辆的实时位置监控，为运营调度和应急处理（抢修和应急指挥调度）提供协助服务。同时通过对有轨电车行车间隔的控制，更好地保证有轨电车遵守行车计划，并向在车站候车的乘客提供实时的车辆时刻表信息等。车载智能终端包括车载主机、人机界面、配套线缆等。车载智能终端功能：以GPS为主要定位方式，在进入盲区时，能自动切换辅助定位模块；以GPRS为通信平台，将实时采集到的数据（车辆定位、车辆营运、车辆违规、安全等）传送到控制中心服务器，同时接收控制中心服务器传送过来各种消息和指令，实现双向通信功能；支持语音和文字（LED或LED）方式智能报站，兼备服务用语、违规提示、语音提示、电子站牌等功能；,1.3车载终端设备,接收和显示来自系统平台的单项调度和集群调度指令信息；如出现超速、滞站、非正常开关门、异常情况、路堵、事故、故障、纠纷等实现信息即时报警，如图7-45所示。,图7-45 列车驾驶室车载设备图,1.3车载终端设备,【实践操作】1操作练习（1)根据本章所学的知识，掌握现代有轨电车的结构。（2)在课余时间，结合所在城市有轨电车公司学习，了解现代有轨电车。2书面练习（1)简述现代有轨电车的转向架结构。（2)简述现代有轨电车的电控系统的组成及作用。（3)简述车载运行控制设备。,1.3车载终端设备,【评价跟进】教师的评价 由教师在完成本章的教学任务后填写，在相应表格中画“”,1.3车载终端设备,学员的评价 由学员在完成本章的教学任务后填写，在相应表格中画“”,