双层轻轨系统的设计研究

陈振

摘  要：现阶段，城市轨道交通最常用的两种方式为地铁、轻轨，由于地铁存在能耗大，造价高昂，建设周期长，技术要求较高，维修困难，和对环境要求苛刻等一系列不可抗拒的因素，建设轻轨成为我国解决交通拥堵问题的首选方案。通过大量的调查，发现目前轻轨存在运量不大等问题，双层轻轨系统的设计研究，可以很好的解决这一问题。通过计算说明本设计节省的时间;双层车中心相对高，验算证明其行车稳定性可靠;双层车轴载大，对路基要求高以及估算车厢对路基性能的要求等基本问题。

关键词：双层轻轨系统、地铁、轻轨、稳定性

1.研究背景

近年来，随着我国国民经济的快速增长和城市化进程的加快，客运需求急剧增加，但是我国城市交通基础设施相对于西方国家严重落后，城市交通环境和交通质量存在较大差距。一系列严重问题恶化了大城市的投资环境，限制了大城市的发展空间，成为大城市经济发展的“瓶颈”。根据发达国家的经验和交通发展的规律，大城市解决交通难题的有效途径就是发展现代轨道交通。

大运量城市轨道交通包括地铁、轻轨等。由于地铁存在能耗大，造价高昂，建设周期长，技术要求较高，维修困难，和对环境要求苛刻等一系列不可抗拒的因素，使得建设轻轨成为目前我国解决交通拥堵问题的首选方案。然而，随着城市规模的快速发展，轻轨所存在的诸多问题也日益凸显，运量不足、上下车不便等问题的存在使得普通轻轨已很难满足人民对交通出行的要求。

2.设计原理

2.1 设计思路

通过调查发现，地铁自身有运量大、速度快以及准点的优点，但轻轨存在许多地铁无可比拟的优势，能源消耗低、污染少、对周边住宅产生的噪音影响较小、造价较低、建设周期相对较短以及对环境要求低等优势。然而，随着城市规模的快速发展，轻轨所存在的诸多问题也日益凸显，运量不足、上下车不便等问题的存在使得普通轻轨已很难满足人民对交通出行的要求。双层轻轨系统及其配套设施的设计研究，汲取了轻轨和地铁各自的优势，且能够很好的解决目前存在的问题。使得轻轨交通能够得到更好的发展。

2.2 研究方法

模型法：用于附加轨道和单双站的研究

叠加法：用于车辆倾覆，脱轨和附加轨道受力的研究

控制变量法：用于车辆能耗和车辆最大横向受力的研究

转换法：用于车辆倾覆的研究

等效法：用于车辆重心的推论和车辆倾覆的研究

描述法：用于模拟车辆在不同情况下受力的研究

类比法：用于车辆在利用附加轨道转弯时初始受力的研究

2.3.研究问题

2.3.1.可行性分析

通过查阅资料计算出双层动车在拐弯时容易产生脱轨问题，因此我们通过加一条附加轨道方式确保列车安全拐弯，附加轨道采用弹簧滚轮的方式通过雷达传输信号与列车对接。再者我们把下车的乘客分单站下和双站下，双站下的乘客坐上层这样就解决了下车拥挤问题。

2.3.2.倾覆问题

双层轻轨车辆轴重14t，4轴重56t，每车540人，行车间隔3分钟，行驶速度30.6km/h，车长Mc14800mm，M13900mm，车高7350mm，每侧车门2对，车辆定员时重心位置1.2m（距行走面） 满员时重心位置1.3m。当半径小于250m时，要考虑离心力的作用，离心力按照车辆荷载乘以离心力系数计算，离心力系数：

V为计算行车速度，取V=25km/h

倾覆计算：

最大垂向力（运动时）：

=P（1++） P：静轮载;：速度系数;：偏载系数

超高△h=0.2672m

=0.5344  Vmax=80km/h  =0.48

=P（1++）=2.0144P

最大垂向力：=（）=16.1152P

=4.938m     m=（）/g=1.6444P

=8.1205P

tanθ=/

重心为h，轨间距为d

h×tanθ≤（d/3）  h =1.7199m

单层轻轨重心为1.2m到1.3m，经计算双层轻轨列车直线行驶不会发生倾覆，转弯时会有一定的傾覆危险，转弯处需要设置附加轨道。

2.3.3.脱轨问题

轨即指车轮轮对在列车运行时离开钢轨的现象。脱轨系指机车车辆的车轮落下轨面（包括脱轨后又自行复轨），或车轮轮缘顶部高于轨面（因作业需要的除外，脱轨会造成列车掉道甚至颠覆。脱轨情况非常复杂，除因线路破坏造成脱轨外，主是车轮横向力过大或垂向力减小引起的。

脱轨计算：

横向水平力：单位：KN

，——同一轮轴上两车轮的静荷载（KN）

脱轨系数容许值：（H+μ）/≤1.2

脱轨系数安全值：（H+μ）/≤1.0

在上两式中μ值取0.24，经过计算可得，（H+μ）/=0.54

若用作用于爬轨的车轮上横向水平力H与垂直力之比作为脱轨系数，则

脱轨系数安全值：H/≤1.0

脱轨系数容许值：H/≤1.2

我国高速列车极限取0.8，所以列车不会产生脱轨问题。

3.创新特色

1.  双层车厢：载员翻倍，上下层均设车门，方便快捷。

2.单站：到站时只开一层车门的车站，这种车站人流量较少。车内可设置行车路线图，表明所达车站是上层开门还是下层开门，乘客上车后可直接去等候。

3.双站：到站时同时开启上下车门的车站，这种车站人流量多。乘客通过上下车门同时上下车，加快了上下车速度。

4.附加轨道：由于满载时双层轻轨重心（2.0m-2.1m）较普通轻轨重心（1.2m-1.3m）高，通过计算可得出在经过急转弯时车辆会有倾覆的危险，故在车辆转弯时增加一条附加轨道，用以承受额外的离心力。

5.以德国低地板式轻轨的经验是在运送相同数量乘客的前提下，车体每减重1吨，每年节约电量8000千瓦时。双层轻轨轴重14吨，传统轻轨轴重11吨，也就是说每辆双层轻轨列车比两辆传统轻轨列车每年节约256000千瓦时。而且上下车时间减少，停车时消耗的能源（空调、排风、照明等）减少。

参考文献

[1]  《城市单轨交通国际高级论坛论文集》   中国铁道车版社

[2]  David BAYLISS.世界范围的城市交通可达性现状（英文）[J].TRI杂志（交通版），2006（2）：17—18.

[3]  樊颖玮.城市交通可持续发展问题的思考[J].交通与运输，2006（2）：67.

[4]  全永棠，孙壮志.关于BRT与轨道交通的理性思考[J].交通运输系统工程与信息，2006，6（2）：117.

[5]  孙章.城市轨道交通的世纪回眸[J].上海交通运输，2006（3）：14.

[6]  P.Y.Loo，L.Y.Chow.可持续城市交通：理念，政策与方法（英文）[J].ASCE，2006（6）：76—77.

[7]  施仲衡.城市轨道交通技术发展战略探讨[J]. 都市快轨交通，2004，7（4）：4-8.

[8]  顾岷. 我国城市轨道交通发展现状与展望 [J].中国铁路，2011：53-56.