城市轨道交通概论

绪论0.1城市轨道交通的意义城市轨道交通是指服务于城市客运交通，通常以电力为动力，采用轮轨方式运行的快速大运量公共交通工具。意义：是一种快速、安全、便捷的城市交通工具，并被誉为绿色交通工具。种类：一般包括地铁（轻轨）、高架铁路、市郊铁路等（有轨电车、磁浮铁路、缆索轨道交通）。界定依据是公共交通服务方式和运行方式，最主要是运送能力和运送速度两项主要指标。城市轨道交通概论0.2城市轨道交通的地位与作用1）缓解城市交通压力2）引领城市规划，以适应城市可持续发展（改变时空、规模扩大）3）保护环境，满足人们出行的舒适要求4）节约资源，降低能耗5）拉动城市其他产业的发展6）可以作为战备防空、突发事件的避难场所0.3城市轨道交通的特点快捷、准时、舒适、运量大、能耗低、污染小、占地少等优点，也存在投资规模大、技术复杂、建设周期长、投资回报慢、盈利能力低的缺点0.4城市轨道交通运营的设备系统和主要指标设备系统：一般由车辆及车辆段设备、供电设备、线路、通信、信号、车站设备监控、防灾报警、气体灭火、环控、电扶梯、屏蔽门、自动售检票等设备和系统组成。运营主要指标：日均载客量、行车间隔、运行车辆、停站时间、列车速度、交路周期、票价等0.5国外部分城市轨道交通简介城市轨道交通的发展阶段：第一阶段：以战备防空为主，兼顾城市交通；第二阶段：主要用于改善和解决城市交通压力；第三阶段：引领城市规划，改善城市交通，以适应城市的可持续性发展。0.6国内主要城市轨道交通现状与发展规划1线路及设施线路是机车车辆和列车运行的基础。城轨线路分为三类：正线、辅助线（含折返线、停车线、渡线、联络线、安全线及车辆段出入线）和车场线。城轨线路城市中心宜设于地下、其他地区可设于高架桥或地面上。正线指连接车站并贯穿或直股伸入车站的线路。设为双线且列车单向右侧行车。以60kg/m以上类型钢轨铺设。连接车站+贯穿车站直股伸入车站辅助线为保证正线运营而配置的不载客列车运行的线路，包括车辆试车线、区间折返线、存车线、停车线、渡线、安全线和联络线（包括国铁专用线）等折返线：用于组织列车的折返（包括始发、终点站的的折返和小交路），实现行车的合理调度和正常运行。示例：存车线：用于列车夜间停放和技术检查，以便早/晚按运行图发/收车，减少列车的空走时间，确保列车正点运行。停车线：用于运行中故障列车的临时停放，可用于组织临时交路和夜间设备维修时工程车折返。渡线：主要是配合折返线、存车线、停车线而设，有时也用于两正线之间。设于两正线之间的渡线主要作用是增加运行的灵活性，特别是方便组织临时交路和夜间工程车折返。安全线：是列车运行进路的隔开设备之一，其主要功能是防止车辆段出入段线、折返线和岔线（支线）上运行的列车未经许可进入正线，确保正线列车安全、正常运行联络线：用于两条线路立交处（一般在车站交叉），主要用于线网中两条线路间列车（工程车）跨线作业。车场线：车辆段内厂区作业与停放列车的线路。2.1城市轨道交通线路的平面和纵断面线路在空间的位置是用线路的中心线来表示的。线路中心线在水平面上的投影称为线路的平面，线路平面可反映出线路的曲直方向变化；线路中心线垂直面上的投影称为线路的纵断面，线路纵断面可以反映线路的坡度变化。2.1.1线路平面及其组成要素城轨线路平面组成要素是：直线和曲线。曲线又由圆曲线和缓和曲线组成。2.1.2线路纵断面及其组成要素曲线的纵断面由坡段和连接相邻坡段的竖曲线组成。1-22.2轨道系统的组成2.2.1轨道系统的组成部分1）钢轨：功用是支撑和引导机车车辆的车轮运行，并把车轮传来的压力传给轨枕，以及为车轮滚动提供阻力最小的表面；有的线路钢轨还有为供电、信号电路提供回路的作用。2）连接零件：有夹板（鱼尾板）、螺栓、道钉、扣件等。3）轨枕：直接支撑钢轨，并通过扣件与钢轨牢固连接。4）道床：作用是支撑轨枕，把轨枕传来的压力均匀传递给路基，同时道床还有缓冲车轮对钢轨冲击、固定轨枕的作用，地面线道床还能起到排除轨道上雨水的作用。5）道岔：引导机车车辆从一股道转入另一股道的线路设备，是轨道系统的重要组成设备，也是轨道的薄弱环节之一。道岔的种类：单式对称道岔交分道岔正线、辅助线和试车线应采用不小于9号的各类道岔，车场线咽喉区应采用不大于7号的各类道岔，并宜采用AT尖轨、高锰钢辙叉和可调式护轨。单开道岔是由转辙器、连接部分和辙叉及护轨组成，其示意图如下：道岔用号数N表示，N=ctgα，号数小则夹角大。2.2.2轨道上两股钢轨的相互位置1、轨距轨距为两股钢轨轨头内侧之间的距离，我国铁路规范规定直线地段的轨距在钢轨头部内侧顶面下16mm处测量，为1435mm.轨距误差不得超过+6mm、-2mm。轨距加宽：见书P12表1-32.3线路标志与限界2.3.1线路标志2.3.2限界2.4城市轨道交通建筑物2.4.1路基与桥隧建筑物1、路基2、高架桥3、地下隧道2.4.2车站建筑1、车站的规模2、车站出入口与站厅3、站台不同形式站台优缺点比较，见P16表1-42车辆2.1概述城市轨道交通车辆是用来运送乘客的运输工具。深圳地铁列车成都地铁列车线路运能分类高运量大运量中运量适用的车型A型车A、B型车B、C型车、单轨、直线电机车、胶轮车单向运能（万人次/h）5～73～51.5～3.01～2线路技术标准：最小平曲线半径（m）R350R300R100最大纵坡（%）3060综合造价（亿元/km）6～75～61.5～3.0城轨车辆主要性能参数城轨主流车以A型或B型车基础，基本编组单元为2M+1T或1M+1T的电动车组立体化运行，整个轨道交通系统采用地下铁道、高架轻轨和近郊地面的三位一体的立体化、网络化城轨系统2.1.1车辆的主要编组形式车辆编组：一般一电动车组为一个单元车，有单节、双节、三节、四节等编组形式，有头车（带司机室，大多为拖车）和中间车（动车）。我国国内大多数采用两个单元车进行连挂组成一列整车的编组。广州地铁主要采用两动四拖的两个单元车（一个单元车由三节车组成）编组，两个单元车的C车与C车连挂成一列车编组。即-A+B+C=C+B+A-。2.1.2列车主要设备布置主要设备有：1）牵引逆变器（MCM)2）辅助逆变器（ACM）3）蓄电池充电器4）牵引电机5）受电弓（或集电靴）6）列车空调2.2车体：是容纳乘客和司机的处所，也是安装与连接其他设备和部件的基础。2.2.1车体特点：车辆的车体结构主要包括底架、侧墙、端墙、车顶等部分。2.2.2车体结构车体结构的分类：1）按使用材料可分为：普通碳钢车体、高耐候结构钢车体、不锈钢车体和铝合金车体4种。2）按承载方式可分为：底架承载、侧墙承载和整体承载3种方式。3）按结构形式可分为：板梁组合结构、开口型材与大型中空型材组合结构、大型中空型材结构3种形式。这些结构都属于整体承载结构。4）按结合方式可分为焊接、铆接、螺栓连接或混合连接结构。5）按车体组合方式可分为：一体化设计和模块化设计。2.2.3几种典型的车体1、钢制车体：采用普碳钢，自重大，使用中易腐蚀。其强度随着腐蚀而降低，维修工作量大、维修成本高。一般为钢制薄壁筒形整体焊接结构。2、不锈钢车体：3、铝合金车体4、模块化结构的车体2.2.4车体各部分组成车体要求具有良好的隔音、隔热，且造型美观、色彩新颖，为乘客创造良好的乘坐条件；还要保证乘客的安全。车体一般分为底架、侧墙、端墙、车顶、车窗、贯通道、车内设施等。1、底架由地板、地板布、支撑梁、隔声、隔热材料和阻尼浆等组成。现主要采用铝蜂窝夹层复合铝板制成，主要是解决防火问题。一般由聚氯乙烯（PVC)制成，具有耐磨、防滑、防火、抗化学腐蚀和易清洗等特点。为了防火，现多采用金属支撑梁2、侧墙和端墙这两种墙的结构基本相似，均由墙板、支撑梁、隔声、隔热材料和阻尼浆组成。现生产的车辆侧墙和端墙均采用复合铝板，使防火性能得到提高。3、车顶它属于内装设计，车顶需要安装风扇或空调风道及风口、灯具、立柱等设备。早期的顶板由钢板或铝板表面涂漆而成。现多采用由表面涂漆的铝蜂窝复合铝板制成4、车内设备1）客室侧门。三2）车窗一般在客室侧门之间设有车窗，其结构形式有单层玻璃、双层玻璃；有有楣窗与无楣窗；有有窗框与无窗框；有连续式与非连续式。3）司机室其内部设备随车型的不同而各有差异。一般而言，主司机台放在右侧，副司机台放在左侧；与客室的隔墙上设有隔门，左右侧各有一扇侧门，前端一般有疏散门；司机座椅与地板紧固可前后及上下调整；前端挡风玻璃设有电阻丝加热装置、雨刮器和遮光板等。4）疏散门。其功能是为了在紧急情况下打开，使乘客安全转移，一般设在司机室前端正中央。2.2.5车钩1、车钩的功能车钩是用来连接列车的各车辆，并使彼此间保持一定的距离，以及传递和缓冲列车在运行中或在调车时所产生的纵向力或冲击力的一种部件。2、车钩的分类2.3转向架2.3.1转向架概述转向架又称走行部，位于车体底架和钢轨之间，它是支撑车体及其载重并引导车辆沿着轨道运行的走行装置。每一车辆的两端设有一台两轴转向架，其结构是否合理直接影响车辆的运行安全、动力学性能和行车安全，因此，转向架是车辆最重要的部件之一。2.3.2转向架的主要功能及结构1、支撑车体、传递载荷2、使车辆顺利通过曲线3、传递牵引力和制动力4、缓和振动和冲击，提高乘坐舒适性2.3.3转向架结构的分类其特点是：目前，城市轨道交通车辆大多采用无摇枕、构架外置式转向架。构架的作用：2.3.4轮对及轴箱装置1、轮对1）车轴用优质碳素钢加热锻压成型，经过热处理和机械加工制成。绝大多数为截面实心轴。•轴颈：用以安装滚动轴承，即轴箱安装位置。•轮座：车轴与车轮配合部位。•齿轮座、齿轮箱轴承：动车车轴一端有传动齿轮安装座和齿轮箱轴承安装座。2）车轮车轮包括踏面、轮缘、轮辋、辐板、和轮毂等部分。踏面为车轮与钢轨的接触面。轮辋是踏面下、车轮最外的一圈。轮毂是轮与轴相互配合部分。辐板是连接轮辋和轮毂的部分。（3）车轮踏面斜度。其作用是：1）便于通过曲线线路。2）可自动调中。3）由于踏面与钢轨接触面可以不断变化，所以能使踏面磨耗沿宽度方向比较均匀。城轨车辆一般采用磨耗形踏面，其优点是：A.可增大轮轨接触面积，减小轮轨接触应力，明显减少车轮与钢轨的磨耗；B.发生磨耗后外形变化小，减少车轮修复原形时镟切掉的材料，延长车轮使用寿命；C.磨耗形踏面能保证车辆直线运行的横向稳定，有利于通过曲线线路。锥形踏面轮对便于通过曲线及自激蛇形运动。2.轴箱装置：有滑动轴承和滚动轴承轴箱装置。滑动轴承装置承载重载荷，但运行阻力较大，使用和保养不慎时易发生事故；滚动轴承装置具有运行阻力小，适用速度高，维修工作量小等优点。城市轨道交通车辆一般采用滚动轴承装置。2.3.5悬挂系统一系悬挂：二系悬挂：抗侧滚扭力杆减振器及其他减振部件2.3.6传动系统1.联轴器2.齿轮箱3.牵引连接装置2.3.7径向转向架1.优点：减小通过曲线时的摩擦及噪声；曲线通过速度可提高1/4。2.分类：自导型和迫导型2.4牵引系统2.4.1基本组成2.4.2工作原理将接触网（轨）来的高压直流电通过逆变器转换成频率和电压均可调的三相交流电，供给驱动用牵引电机。牵引电机为三相交流感应电机，由于采用这种电传动方式可使车辆具有良好的制动性能。2.4.3牵引控制单元1、结构2、基本功能3、基本工作原理4、逆变器保护单元的基本功能2.5制动系统2.5.1制动类型1、电制动：再生制动和电阻制动。2、空气制动：2.5.2制动方式1、弹簧停放制动2、紧急制动3、快速制动4、常用制动5、保压制动2.6辅助系统2.6.1系统功能辅助系统的任务：将电网的高压直流变成交流、低压电流和直流110V电源地铁早期采用直流电机作为动力，直流电机笨重且电刷易损坏。现在也采用交流电机作为动力，使用具有VVVF（变频调速系统，可变电压也可变频率）控制技术的直交车辆，在车辆上将直流电变成三相交流电来驱动交流电机。采用电动发电机组变压的缺点是噪声大、振动大、维修量大。采用静态逆变器变压，控制简单，简化了主电路和控制电路。辅助逆变器对其负载供电具有交叉供电功能，使列车不会因单个逆变器故障而造成停