基于车体结构造型的现代有轨电车研究

2018-03-29孙帅杨明

机电信息 2018年9期

孙帅杨明

（中车四方车辆有限公司，山东青岛266111）

0 引言

车辆车体结构造型决定车辆走行系统的布置方式，从而影响车辆铰接机构型式、车内座椅布置、列车车门布置等，进而影响车辆轴重、单个车体受力情况、载客量、车辆外观。本文从现代有轨电车项目规划中车辆选型出发，反推车体结构造型对车辆选型的影响，为项目规划阶段车辆选型提供依据。

1 车体结构形式概述

随着国内100%有轨电车的发展，国内各主机厂现代有轨电车制式呈现百花齐放的态势。目前国内有轨电车领域单车型、浮车型已得到普遍应用，随着现代有轨电车技术的进步，铰接型车体结构也逐渐投入商用（图1）。

1.1 单车型

单车型车体结构造型，即每个车体中间底部设置一个走行系统。鉴于每个车体都设置走行系统，整车重量分配均匀，轴重一般小于10.5 t；车辆编组形式灵活多变；采用单车型结构的现代有轨电车，客室模块中部由于走行系统的存在影响整车地板高度设计，导致整车地板面高度一般在350～430 mm之间。

图1 车体结构造型示意

1.2 浮车型

浮车型车体结构，车辆两端和中间车体用走行系统支撑，之间的车体为悬浮车体，利用铰接装置将悬浮车体连接在相邻车体上。采用悬浮型车体设计，车辆相对轴数少，车辆轴重较单车型车辆明显加大，约为12.5 t；另，悬浮模块处铰接装置相对运动极为复杂，致使车辆连接处的铰接装置受力大、磨耗严重；浮车型结构的中间车体模块可以做到地板面贯通，带走行系统的车体模块与单车型类似；受走行系统的影响，整车地板面高度一般在350～450 mm之间。

1.3 铰接型

铰接型车体结构，司机室端使用独立走行系统，中间相邻模块使用铰接走行系统；走行系统设置在车体连接处，客室地板高度较低，一般在250～350 mm之间；采用铰接型车体设计，车辆相对轴数多，车辆轴重一般为10.5～12 t。

2 车体结构造型分析

根据走行系统的不同类型，国内现代有轨电车可分为钢轮钢轨和胶轮导轨两种制式，本文重点研究两种制式车辆的车体结构造型，并以此为现代有轨电车项目车辆制式选型提供经验。

目前，国内各大主机厂通过技术引进或自主研发的方式都推出了各自的现代有轨电车产品。以株机公司、唐山公司、长客股份公司、铺镇公司、大连机车公司、四方股份公司为主的主机厂采用钢轮钢轨制式，三种典型车体结构造型在钢轮钢轨制式中都有应用，且所采用的车体结构形式更趋成熟；以中车四方车辆有限公司（四方有限公司）为主的主机厂采用胶轮导轨制式，车辆出于低地板、轴重小、过弯半径小、爬坡能力强等方面的考虑采用铰接型车体结构造型。

2.1 钢轮钢轨制式车体结构造型分析

2.1.1 单车型结构造型

以株机公司和唐山公司为代表的主机厂采用单车型结构造型，所有车体模块长度相等；每节车体中间下部设有一个转向架；为适应低地板车辆发展的需要，转向架采用区别于传统转向架形式的独立轮对结构。

采用单车型车体结构形式，受转向架布置在车底中部的影响，车门只能分布于车体两侧，同时考虑到残疾车、婴儿车的存放区域车门难以设计成前后对称样式，影响车辆整体外观；另外，转向架布置于车底中部，车厢中部只能设计成座椅（转向架正上方位置），影响车厢整体通过性。

株机公司有轨电车铰接装置由固定铰、旋转铰和纵向拉杆组成；整车由四辆车组成，两辆车为一组，共两组。单组车采用单铰链连接，两辆车间允许相对转动，固定铰位于下部，旋转铰位于上部；组与组之间采用纵向拉杆传递纵向力。

2.1.2 浮车型结构造型

以长客股份公司、铺镇公司、大连机车公司为代表的主机厂采用浮车型结构造型，中间悬浮模块利用铰接装置与相邻车体连接，不设转向架；转向架采用传统轮对结构，转向架的成本相对较小。

采用浮车型车体结构形式的车辆以五编组车辆为主，亦可实现三编组或七编组形式，车辆编组模块化形式较差；浮车模块无转向架影响，车门及车厢内座椅布置形式灵活；受转向架的影响，中间转向架模块车体客室座椅布置以横置为主；两端司机室模块车体，考虑到转向架影响车门设计以单开门为主，外观设计局限性较大。

浮车型车辆铰接装置由固定铰、旋转铰、自由铰和车顶缓冲器组成。车辆采用铰接装置，能够满足小半径曲线和竖曲线的通过能力，同时能够有效提高乘客乘坐舒适性。

2.1.3 铰接型结构造型

以四方股份公司为代表的主机厂采用铰接型结构造型，相邻车体间采用铰接转向架连接，能够实现每个车体两端都有转向架支撑，两个相邻车体之间的转向架为双转盘形式，能够实现车辆灵活通过小曲线半径。

采用铰接型车体结构形式，能够轻松实现车辆编组模块化，满足业主不同运量需求，保证运营效率；采用铰接结构车体车厢内贯通，便于车门和客室座椅布置，布置方案可灵活设计；车辆无悬浮车体，两个车体模块共用一个转向架，车体间无铰接装置，车辆整体动力学性能好。

2.2 胶轮导轨制式车体结构造型分析

胶轮导轨制式的现代有轨电车以四方有限公司的导轨电车为代表，导轨电车采用“钢轮导向，胶轮驱动”的模式，利用胶轮驱动具有更大的爬坡能力（13%）和制动能力；导轨电车车辆采用铰接型车体结构造型，在司机室模块下方设动力走行部，在客室之间的贯通道模块下设非动力走行部，客室地板高度最低可达250 mm。

导轨电车铰接装置由固定铰、弹性铰、自由铰组成，其中固定铰、弹性铰、自由铰各两个。固定铰位于贯通道底部，能够传递垂向力以及大部分的纵向力和横向力；弹性铰和自由铰位于贯通道的顶部，与底部固定铰配合使用；弹性铰和固定铰联合使用，限制相邻车体间的沉浮运动和侧滚运动，使相邻车体在水平面内相互旋转，弹性铰承受加减速、制动、列车连接时引起的冲击；自由铰限制横向的平动，从而保持相连接两车体间相对位置的稳定性。导轨电车采用铰接型车体结构造型，配合铰接装置设计，可实现最小15 m转弯半径。

导轨电车客室下无走行部影响，车厢内贯通，便于座椅灵活布置，车门设计也更加灵活，车辆整体外观可设计性强；车辆贯通道位置采用外饰板防护，既能保证公共交通安全，又能提高车辆整体美观性。