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1、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 13541216459 20092009年年7 7月月 西南交通大学机械工程学院 1 单轨交通概述 1 单轨交通概述 单轨 又称独轨 交通 Monorail Transit 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 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
2、 跨 座 式 跨 座 式 悬 挂 式 悬 挂 式 西南交通大学机械工程学院 1821年英国人Henry Palmer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 世界第一条跨座式单轨诞生于1888年2 月 由法国人charle Larhgue设计并在 爱尔兰利斯特维尔铺设 由蒸汽机车牵 引 1952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 1893年德国人 Eugen Langen发明了悬 挂式单轨交通 并于
3、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 1960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 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 1960 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 2 单轨交通优缺
4、点 单轨交通的优点单轨交通的优点 行驶速度快 运量大行驶速度快 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 不与其它交通干扰安全舒适 不与其它交通干扰 噪音低 环境污染小噪音低 环境污染小 无电磁波干
5、扰 对居民区干扰少无电磁波干扰 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 单轨交通的缺点单轨交通的缺点 橡胶车轮大阻力引起大能耗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 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 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
6、窗的结构上要有能防止向窗外投掷 空罐盒的设施 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 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 因多处于高架 在运行区间发生 事故 救援工作比较困难 根
7、 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 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 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
8、范围 3 单轨交通的适用范围 高峰小时单向断面客流量在0 5高峰小时单向断面客流量在0 5 2万人 次的交通干线上 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
9、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 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 连接大城市中心城和卫星城之间的交通 主要干线 连接大城市中心城和卫星城之间的交通 主要干线 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 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 大城市中心区与郊外大住宅区之间的交 通连接线 大城市中心区与郊外大住宅区之间的交 通连接线 作为城市风景观光游览线的交通干线作为城市风景观光游览线的交通干线 博览会 游乐场等处所
10、作为短途交通运 输或观光 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 4 单轨交通车辆总体 跨座式单轨交通车辆跨座式单轨交通车辆 车体车体 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
11、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 11 t 转向架转向架 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 中央悬挂装置
12、 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 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 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 悬挂式单轨交通车辆悬挂式单轨交通车辆 车体车体 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
13、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
14、 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 5 单轨车辆轮胎特性分析 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 轮胎的滚动特性 轮胎滚动时的接触力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
15、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定义在驱动力矩作用下的轮胎滑转率S S为 为 100 1 100 1 0 r r r V S 轮胎的有效滚动半径 纯滚动时轮胎的滚动半径 轮胎的有效滚动半径 纯滚动时轮胎的滚动半径 0 r r 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 轮胎的侧偏特性轮胎的侧偏特性 当车轮的水平运动方
16、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 一般值在一般值在20 000 1000 000N rad20 000 1000 000N rad之间 是 钢轮与钢轨间蠕滑系数的几十至十几分之一 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 表明轮胎的弹性滑动量大大高于钢轮与钢轨间的 蠕滑量 k 西南交通大学机械工程学院 轮胎的回正力矩轮胎的回正力矩 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
