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西南交通大学机械工程学院城市轨道交通车辆新技术城市轨道交通车辆新技术城市轨道交通车辆新技术西南交通大学西南交通大学机械工程学院机械工程学院黄运华黄运华028028--87601196/1354121645987601196/1354121645920092009年年77月月西南交通大学机械工程学院§1单轨交通概述¾单轨（又称独轨）交通（MonorailTransit）是一种轨道为一条带形梁体，车辆跨座于其上或悬挂于其下行驶的交通系统。¾分为跨座式单轨和悬挂式单轨两种西南交通大学机械工程学院跨座式悬挂式西南交通大学机械工程学院¾1821年英国人HenryPalmer就开发了单轨铁路。1824年Palmer在伦敦码头建设了第一条用于货物运输的单轨铁路，在木质轨道上用马牵引车辆；¾世界第一条跨座式单轨诞生于1888年2月，由法国人charleLarhgue设计并在爱尔兰利斯特维尔铺设，由蒸汽机车牵引；¾1952年，瑞典人格林设计制造出单轨车模型，并于1957年在德国科隆研制成单轨样车，以格林名字命名为ALWEG-阿尔威克跨座式单轨车；西南交通大学机械工程学院¾1893年德国人EugenLangen发明了悬挂式单轨交通，并于1898一1901年在著名悬车之城—德国鲁尔区伍拍塔尔市(wuppertaler)修建了13.3km的悬挂式单轨铁路，这是世界上最早、也是历史最悠久的悬挂式单轨交通；¾1960年，法国的雷诺、米西兰、里昂水电公司等十几家公司联合设计出悬挂式单轨车，并以公司第一字母命名为SAFEGE-萨非基悬挂式单轨车。西南交通大学机械工程学院¾十九世纪60年代，美国的飞机制造厂商洛克希德公司研制出了商洛克希德单轨车；¾1960~1965年，日本引进阿尔威克式、商洛克希德式和萨非基式技术，研制出诸多日本式单轨车，并迅速将其发展运用。西南交通大学机械工程学院§2单轨交通优缺点¾单轨交通的优点行驶速度快，运量大最大速度达到80km/h，平均速度30km/h，单向客运量0.5~2万人次/h占地面积小，空间利用率高一般利用城市道路中央隔离带设置结构墩柱,圆墩柱直径约1~1.5m。区间双线轨道结构宽度,跨坐式约5m，悬挂式约7m。地铁与轻轨区间高架结构宽度,地铁约8.5~9m，轻轨约8~8.5m。墩柱直径2m左右。西南交通大学机械工程学院建设周期短，造价低，运营费用低安全舒适，不与其它交通干扰噪音低，环境污染小无电磁波干扰，对居民区干扰少爬坡能力和曲线通过能力好正线最大坡度60‰,最小曲线半径100m西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院¾单轨交通的缺点橡胶车轮大阻力引起大能耗单轨交通的能源消耗比公共汽车节省约15%，但比地铁要高50%落下物会影响道路上的车辆、行人安全和污染环境在车辆底部的构造上,要能保证万一零件脱落时不会掉落到地面上的保护结构；在车窗的结构上要有能防止向窗外投掷空罐盒的设施；西南交通大学机械工程学院在车站上,对悬挂式单轨来说,要在车厢底部设防滚下地面的结构版,跨坐式车站也要有适当防护措施。西南交通大学机械工程学院事故救援困难因多处于高架，在运行区间发生事故，救援工作比较困难；根据不同情况，可以有不同的施救方式。西南交通大学机械工程学院纵向连挂救援纵向疏散救援横向疏散救援垂向疏散救援西南交通大学机械工程学院道岔系统复杂西南交通大学机械工程学院单轨道岔可以分为关节型道岔和关节可挠型道岔两种。前者道岔转辙时道岔梁在转折点前方形成折线线形；后者道岔转辙时可以使道岔梁连续弯成曲线线形。西南交通大学机械工程学院五开关节型单轨道岔西南交通大学机械工程学院§3单轨交通的适用范围¾高峰小时单向断面客流量在0.5~2万人次的交通干线上单轨交通系统的运送能力受诸多因素的影响，首先是车辆的定员数,而定员又和车厢的大小及座位数的多寡有关,同时其还受橡胶轮胎载重的制约。其次是列车编组的车辆数与列车运行间隔的大小等,都直接影响着运送能力。单轨交通道岔转换时间较长,一般需要10秒钟,从而延长了列车的折返时间,因此,列车运行最小间隔一般为3分钟。西南交通大学机械工程学院¾连接大城市中心城和卫星城之间的交通主要干线¾作为城区通往机场、码头、铁路干线等对外交通枢纽中心的客运交通干线¾大城市中心区与郊外大住宅区之间的交通连接线¾作为城市风景观光游览线的交通干线¾博览会、游乐场等处所作为短途交通运输或观光西南交通大学机械工程学院§4单轨交通车辆总体¾跨座式单轨交通车辆车体受橡胶轮胎载重的限制,为了多载乘客必须使车体轻量化，故车体一般采用铝合金焊接结构；司机室设在列车的两端,设侧开门,并与乘客车厢隔开，车厢间设全贯通式通道，车的头部设有紧急出口门；电器设备,设在地板下面的车底部分；为了降低主电动机、减速齿轮装置等主噪声源往外扩散的噪音,车辆两侧都设裙板进行包封,既美观又能减噪西南交通大学机械工程学院•跨座式单轨车辆转向架为无摇枕特殊结构的跨座式两轴转向架，每辆车有两台，动力转向架的每根轴由一台交流牵引电动机驱动。•转向架采用中心牵引装置；构架是钢板焊接结构，具有足够的强度和刚度。转向架与车体之间的悬挂装置为空气弹簧，并装有横向减振器，有良好的动力性能，轴重小于11t。转向架西南交通大学机械工程学院•转向架构架由侧梁、横梁、端梁及导向、稳定车轮的支承架构成，构架内部作空气弹簧辅助空气室。走行轮轴和水平轮轴均为单悬臂式。•采用2级减速直角齿轮传动方式，电机到齿轮箱的联轴节为弹性连轴节，齿轮采用飞溅润滑方式。基础制动机构采用盘形制动西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院z中央悬挂装置西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院z走行装置走行轮胎总成由空心车轴、轮芯、滚动轴承和橡胶轮胎组成西南交通大学机械工程学院z驱动制动装置驱动和制动装置合为一体，使结构紧凑，体积和质量大大减小，而且基础制动采用盘形制动，制动效率高，制动盘与闸片耐磨性好,检修工作量小西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院车辆主要技术参数西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院¾悬挂式单轨交通车辆车体车辆分大、中型两种,列车通常为4辆或6辆编组；两端设司机室,端部还设有紧急出口门；车辆的结构、车厢内的布设与车门的设置要求,以及车辆的连接方式等都同跨坐式车辆一样；唯有不同之处是走行部分设在车辆的上方,车体从转向架上悬挂而下,故名悬挂式；设备也不是布置在车辆的底部,而是布置在顶部,连接器同样设在车辆的上部；既美观又能减噪。西南交通大学机械工程学院转向架和悬挂装置转向架为钢板焊接结构,齿轮箱为铸钢,设两轴；每个转向架设走行轮和导向轮各4个,均为充气橡胶轮,并配有备用轮胎；连接转向架和车体的悬挂装置是由连接杆、安全钢索、油压减振器和制动器构成；连接杆为钢板焊接结构,万一损坏,安全钢索就会起到安全保障作用。西南交通大学机械工程学院1-正电流受电弓2-负电流受电弓3-牵引电机4-驱动装置5-构架6减振器7-走行轮8导向轮西南交通大学机械工程学院车辆主要技术参数西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院§5单轨车辆轮胎特性分析¾轮胎的振动特性（a）简单线性模型（b）常用复杂模型西南交通大学机械工程学院¾轮胎的滚动特性轮胎滚动时的接触力由于轮胎是很好的弹性体，类似钢轮与钢轨间的蠕滑现象也非常明显西南交通大学机械工程学院轮胎的滑转现象在驱动力矩作用下，胎面在进入接触区前受到压缩，因此轮胎的前进距离将比纯滚动时小，这种现象叫变形滑转。在同样的切向力，它比钢轮与钢轨之间的蠕滑量更明显。定义在驱动力矩作用下的轮胎滑转率S为：%100)1(%100)1(0×−=×−=rrrVSω——轮胎的有效滚动半径——纯滚动时轮胎的滚动半径0rr西南交通大学机械工程学院牵引时S为正值。在小滑转率下，粘着力与滑转率成正比。当滑转率达到15%左右时，粘着力达到最大值，然后逐渐下降，直到达到完全滑动时的滑动摩擦力。制动时S为负值，过大的制动力矩将抱死轮胎，导致轮胎向前滑动。西南交通大学机械工程学院轮胎的侧偏特性当车轮的水平运动方向与滚动方向不同时，具有侧向弹性的轮胎与路面接触处将发生侧向变形，这表明轮胎与路面之间存在着横向切向力——侧偏力。西南交通大学机械工程学院一般值在20000～1000000N/rad之间，是钢轮与钢轨间蠕滑系数的几十至十几分之一；表明轮胎的弹性滑动量大大高于钢轮与钢轨间的蠕滑量。αk西南交通大学机械工程学院轮胎的回正力矩当轮胎产生侧偏时，侧偏力在接触面上的分布对横向轴不对称，因而对接地印迹几何中心取矩并非为零，这以合力矩作用点落在滚动方向后侧，从而使发生转向的轮胎滚动方向重新回复到直线行驶的方向上取，故称回正力矩。同样，在牵引制动工况时，回正力矩的大小也会发生变化。西南交通大学机械工程学院轮胎外倾角下的受力当车辆或转向架侧滚时，轮胎将产生倾角，同地面形成倾角的旋转主轴与地面的交点则是车轮几何运动的中心。绕的运动使轮胎偏离前进方向，因而轮胎与地面接触处有一侧向力,其方向指向几何运动中心。定义外倾侧向力与外倾角的比值为外倾刚度OOγyFOγyFγkγγγ•=kFy西南交通大学机械工程学院在侧偏角、外倾角同时存在的情况下，轮胎的地面侧向反作用力为：αγαγαγ•+•=+=kkFFFyyy¾问题探讨•单轨车辆动力学性能如何评定？西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院§6世界单轨交通博览¾日本西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院¾韩国西南交通大学机械工程学院¾马来西亚西南交通大学机械工程学院¾新加坡西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院¾泰国西南交通大学机械工程学院¾美国西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院美国弗罗里达州的杰克逊威尔市也于1999年3月建成一条作为城市公共交通自动化程度较高的跨座式独轨交通西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院¾德国西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院¾俄罗斯西南交通大学机械工程学院¾巴西西南交通大学机械工程学院¾澳大利亚西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院悉尼市于1998年建成一条长度为3.6km的跨座式独轨，每小时可运送2250人西南交通大学机械工程学院¾中国西南交通大学机械工程学院西南交通大学机械工程学院)北京首都机场三号航站楼为实现机场航站楼内旅客出行的方便，在航站楼内的捷运系统使用了无人驾驶的摆渡车西南交通大学机械工程学院)深圳欢乐干线是华侨城旅游度假区最新发展的一个项目，该项目采用国际先进的无人驾驶的高架单轨列车西南交通大学机械工程学院Theend