北京城轨八通线电动车组研制万芳

北京城轨八通线电动车组研制

摘要：为北京城轨八通线开发研制的电动车姐为2动2拖4辆编，B型车，流浅形车头设计，鼓形断面，抗冲击车体。车辆间采用大通道，车顶安装单元式空调系统。走行部采用轴承外置式无摇枕转向架。牵引系统采用架控式VVVF交流传动系统.数宇模拟式电空制动系统，具有快速响应的防空转与防滑行控制功能。关键词：城轨车辆；研制；总体布置；技术特点

南车四方机车车辆股份有限公司为北京城轨八通线研制电动车组，共提供电动列车组24列。列车的设计原则是在充分考虑安全性的基础上采用先进的设计和成熟、可靠的技术，适台北京的运行环境要求，节省能源，方便维修和更换最大限度地实现零部件的可互换性，减少维修量，降低维护和使用成本，美观实用。设计中采取了一系列措施，满足车辆运行对环境保护和乘客安全舒适的要求。

列车设计时还考虑了扩编要求，在设计中预留了接口，远期需要时可方便地扩编。列车主要参数见表1。

表一 主要技术参数和规格

l.l列车总体布置 司机室前部布通宽中间操作的司机操纵台，司机操纵台的设计考虑了单司机操作运行模式同时又兼容现有的司机车长操作运行模式。操纵台上设置牵引制动控制手柄、各类显示表、显示屏、列车操作开关等（图2）。在司机室的两侧墙上分别设置有侧墙屏。司机室两侧各设一扇手动塞拉门。前窗采用整体安全玻璃形式，窗玻璃内设电热控制，前窗外上部供站台上乘客观察终点到站的LED区间显示器。每辆车客室两侧共安装8个车门，中间的2扇侧门安装有车外乘务员开关和车内紧急解锁装置。动车客室内靠侧墙共设36人座椅。在客室内设置了带警示色（黄色）的扶手杆，以保证乘客的安全。靠近司机室的一端还专门设置了残疾人乘车区及其轮椅放置空间。客室设有车载列车广播系统、旅客信息显示屏和车端区间显示屏（图3）。客室设有贯通式灯带，在门区布有事故应急照明灯。每节车辆安装2套车顶单元式空调机组（单冷形式），并具备通风功能。座椅下部设置电热采暧装置。

图2司机室

在动力转向架两侧各安装1台受流器，车下吊挂的设备主要布置有电气牵引系统设备、制动系统没备及风源系统设备等。1.2拖车总体布置 拖车客室内靠侧墙纵列对称共设42人座椅，2位端左右对称布置空调柜和客室电器柜，拖车客室不设残疾人乘车区，其它车上设置基本与动车客室相同。拖车的走行部为非动力转向架，车下吊挂的设备主要有辅助供电系统设备、母线控制或扩展供电设备、制动系统设备等。

图3客室

2主要设备与技术特点2.1车体 车体为碳钢车体，列车采用流线形车头设计，鼓形断面。车体基础结构设计成模块化整体承载结构，底架、侧墙、端墙、车顶等模块均承受载荷。车辆间连接采用带缓冲装置的车钩，列车端部采用密接式车钩，中间钩为固定的半永久牵引杆。 车体端部设计成具有抗冲击吸能的结构。当车体进行联挂时，由车钩缓冲系统吸收冲击能量。当冲击速度小于5km／h时，因车钩缓冲系统参与能量吸收，从而使列车的车体、转向架、车钩缓冲装置、贯通道、设备箱和支承等主要部件得到保护。当冲击速度大于5km／h并小于15km／h时，车钩缓冲系统与司机室端底架的前部共同吸收能量，司机室端底架的前部为弹性吸能。当端部受冲击的速度大于15km／h时，车钩缓冲系统继续参与吸收能量。此时司机室端底架前部的吸能结构超出结构的弹性变形，该结构能够压溃吸收能量，保护客室部位的底架，从而保护客室内乘客的安全。没计时采用计算机建模，利用有限元分析对车体的强度和刚度进行计算和分析，保证车体的强度、刚度以及关键焊缝位置处的应力符台要求。采用计算机模拟车体冲击速度5km／h和车辆不同重量时的冲击试验。 车体绍构的固有振动频率保证与转向架的固有振动频率没有产生共振的危险。车体设汁寿命30年。 客室车辆间采用大贯通道形式，全列贯通，乘客在各车厢间可无障碍通行。2.2转向架 每辆车有2台二轴转向架，动车转向架的每根轴由1台交流牵引电机枞驱动。电机采用全悬挂方式安装在转向架构架上。

采用轴承外置式无摇枕转向架，空气弹簧承载，钢板焊接H型构架，迷宫式轴箱及滚柱轴承，车轮为整体辗钢轮。 转向架主要特征如下： （l）轻量化设计。没有播枕；转向架横梁使用无缝钢管兼作空气弹簧附加空气室；由于使用锥形橡胶弹簧等，使得重量降低。 （2）采用横向刚度小的空气弹簧来改善车辆乘坐舒适性。 （3）由于采用了低横向刚度的轴箱橡胶弹簧，减轻了车辆通过曲线时的横向力，从而提高了车辆在曲线上的运行性能。 （4）无摇枕车体支承方式和橡胶弹簧式轴箱定位，这些措施取消了摩擦部位，可以简化转向架结构和减少零部件数数量，有利于简化维修和降低维修费用。 （5）采用z字形全弹性无间隙牵引装置，提供足够的牵引刚度，又避免间隙引发高频冲击传至车体。牵引装置可以在整车起吊时同时吊起转向架。 （6）ATP装置及排障器安装梁为全弹性连接，在小横梁端部有一段橡胶弹性部件，抵消转向架构架端梁在各种模态下产生的扭曲变形量，保证安装梁及连接座不会产生裂纹现象。2.3电气牵引系统 每一组列车单元（l动l拖）设有一套电气牵引系统。每套电气牵引系统主要由受流器、主隔离开关、主熔断器、高速断路器、线路接触器、滤波器、VVVF牵引逆变器（包括制动斩披器和控制装置等）、交流牵引电动机、制动电阻、接地开关、司机控制装置、电力母线与互联装置、母线隔离开关、母线熔断器、母线高速断路器以及车辆间电气联结器等组成。 主要技术特征如下： （l）电气牵引系统为架控式驱动系统，l辆动车上有2台VVVF牵引逆变器，分别驱动2个转向架上的牵引电机，当一个逆变器出现故障时，可通过接触器切除故障逆变器，并且不影响另一个逆变器的正常工作。 （2）牵引逆变器单元是由IGBT模块、牵引控制装置、传感器、保护器件等组成的2点式电压型VVVF牵引逆变器。与牵引逆变器配套配置的制动斩波器负责控制制动电阻的投入与切除，同祥由IGBT模块及其控制、传感器、保护等组成。每辆动车的电阻制动斩波器、制动电阻均设2组，并与每个VVVF逆变器相对应。电气牵引系统具有完善的保护功能。逆变器的冷却方式为非氟热管自冷方式。 （3）牵引逆变器系统具有牵引与电制动（包括再生制动和电阻制动）等功能。制动工况时，采用电制动（含再生和电阻制动）与空气制动联合制动的控制方式。电制动与空气制动随时自动配合、平滑转换，使列车不至产生过大的冲动。列车冲动率限制小于0.75m／S3。 （4）系统具有快速响应的防空转与防滑行的控制功能，能对列车速度进行实时监控，通过矢量控制的快速计算与控制，迅速重新恢复轮轨间的粘着，实现车轮防空转／防滑行控制，有效抑制空转与滑行。牵引逆变器系统通过与制动设备的联合控制实现防滑行的控制。 当检测到列车发生空转后，如图4所示在25ms的时间内即可控制牵引力降到原牵引力的50％，维持约50ms后，即待粘着恢复后，很快地将牵引力恢复到原牵引力的80％，之后保持较长些的时间（大约150ms），再慢慢恢复到原牵引力的牵引状态。

图4防滑控制牵引力变化

在此过程中若由于快速地恢复牵引力使得重又发生新的滑行或空转，则采取同祥的措施，使粘着恢复，这样实现快速的防滑行与防空转的控制。实际的测试结果如图5所示。 牵引系统对轮径的允差范围大，同一轴的2个车轮的轮径差许用最大值为lmm；同一转向架的2个轮

图 5 发生滑行时转矩的变化控制

对的轮径差许用最大值为6mm；同一辆车的2台转向架的轮径差许用最大值为llmm。 （5）牵引系统能通过通信接口方便地与制动控制系统进行数据交换；具有故障记录与自存储功能，并能通过通信接口方便地向列车监枧系统传输数据。2.4制动系统 制动系统采用微机控制的数字模拟式电空制动，并进行单元控制，它能在司机控制器或ATP的控制下对列车进行阶段或一次性的制动与缓解。制动系统包括常用制动、紧急制动和停放制动。 l辆动车和1辆拖车组成一制动单元，动车主要包括风源系统、司机制动控制器、电空制动装置（含紧急制动装置和电子控制装置）、基础制动装置、停放制动装置、空气弹簧控制装置等。拖车无风源系统和司机制动控制器，其它与动车相同。 常用制动力和紧急制动力均可根据列车载荷进行调节，以保证列车减速度从空车到超员基本不变（任意级位）。车辆载荷信息取自空气弹簧的压力。 列车电制动和空气制动的混合方式是：二者均由司机控制器或ATP控制，根据制动指令随时产生常用制动或紧急制动。常用制动时，在每一制动单元内电制动和空气制动之间可进行连续混合，按列车制动力的需求，优先使用动车的电制动。再生制动具有最高优先权，当再生电能吸收不足时，由电阻制动补足。当电制动力不足时，由空气制动自动补足。通常在列车制动工况运行时，复合电制动能力可达常用制动的80％左右。电子控制装置能随时根据车辆载荷及施加的电制动力对空气制动力进行修正。连续混合可随时调整制动缸的空气压力，从而使电制动力和空气制动力之和保持不变，以满足制动要求。

列车具有事故导向安全的紧急制动系统，紧急制动完全由空气制动承担。2.5辅助电源系统

每列车（4辆和6辆编组时）均只设2套静态逆变器（SIV）系统，主要设备安装在拖车上。当4辆车编组运行时，由1套SIV系统向1个动拖单元提供辅助用电，当6辆车编组运行时，由1套SIV系统分别向3辆车提供辅助用电。系统主要由如下部件组成：输人滤波器；采用IGBT器件构成的直一交三相逆变器系统；三相交流滤波器；隔离开关和熔断器；高速断路器；输出变压器；llOV／24V整流装置；蓄电池组。

辅助电源系统提供3种输出电源，即工频三相交流380V、直流llOV和直流24V作为列车照明、空调与采暧、列车监视系统、电动门、蓄电池充电及各系统控制和显示回路以及车载信号和通信设备的电源。

辅助电源系统具有足够的过载能力，在短时间内能承受住负载起动电流的冲击；并在负载突变条件下，瞬问输出电压变化小，不影响所有负载的正常工作。主要技术满足下列要求。

（1）可以在150％额定负载工况维持运行20s，在200％额定负载工况维持运行lOs。

（2）负载在额定负载的100％和70％之间变换时，其输出电压的瞬间变化在额定电压的±20％范围内，且在50ms内恢复。

（3）输出波形畸变率小，输出的交流电压基波为正弦波，精度为±5％，输出的直流电压精度为±5％，波形的畸变率均小于5％。

（4）具有自动扩展供电功能。

（5）满足对蓄电池组的浮充电要求。

（6）具有故障自存储功能并能通过通信接口方便地向列车监视系统传输数据。2.6列车监视系统 列车监视系统能够收集列车的每辆车中各类的设备故障信息和运行状态，同时列车的实时运行情况在两端头车的驾驶室里显示出来，车辆之间的传输线路连接了各车辆的监视中央与监视终端单元，以实现这些功能。

监视系统还支持车辆的维护工作，包括支持检查功能和自诊断功能。通过设在司机操纵台内的数据读取接口或设在车下牵引逆变器、辅助逆变器等设备内的数据读取接口，可方便地下载运行记录或故障记录数据，用于分析运行状况或分析故障原因等。3结束语

该电动车组首批2列样车的研制和各项调试与试验工作于2003年11月底在南车四方机车车辆工厂完成，2003年12月27日在北京城轨八通线正式通车剪彩并开始载客运行。到目前均已安全载客运营2万多km。运营情况表明，电动车组能适应北京城铁八通线的运行环境，满足运用需要，各项性能指标符合设计要求。龚明：南车四方机车车辆股份有限公司副总工程师青岛266111查阅：已获批28个城市的轨道交通线路规划详解图（更新中）查阅：2012年全国各省市城市轨道交通项目概览（更新中）查阅：城市轨道交通中标企业

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