城市有轨电车交通适应性分析Word下载.docx

1、伴随着改革开放和经济的高速发展，人们每天穿梭于城市间甚至不同国家之间,（标点符号用中文的，从别的论文黏贴过来的，需要修改格式，错别字需要修正）这自然增加了对交通方式多样化的需求,无论从出行率、出行距离和出行量上都发生了很大变化,据有关部门统计和预测未来交通需求增长的势头更加迅猛。道路交通设施不足与交通需求的日益增长的供需矛盾要求城市交通必须向多样化发展。就我国当前情况而言,多数城市的交通系统与国外城市相比有较大差距。我国城市交通结构相对比较单一,许多城市主要依靠公共汽车,绝大部分城市缺乏大运量轨道交通系统,交通拥挤和阻塞现象比较严重,影响了城市的发展。大城市如果只靠现有公共汽车,无轨电车和有限

2、的路面则难于根本解决群众“乘车难”.的问题,因此,发展我国轨道交通系统是极为必要的。工业发达国家发展城市轨道交通的经验证明,只有大运量快速轨道交通才能满足日益增长客流的需要。就我国现有技术水平和科技开发能力来说,完全有条件在吸收国外先进技术经验基础上,发展我国自己的城市轨道交通事业。但是,并不是所有百万人口以上大城市都能建设地铁,因为有些城市没有那么大的客运量,而且由于地下铁道的巨额投资使许多城市不堪重负,望而却步,地铁投资运量比较高,技术复杂,建设周期长,难以推广。因此,寻求投资少,运营费用低,安全可靠,满足不同客流需求的轨道交通一直是国内外交通工作者奋斗的目标。既要解决交通拥挤,同时又要解

3、决交通污染和交通方式的单一,建立一种新的绿色的交通方式就迫在眉睫。“绿色”交通是一种全新的理念,是基于可持续发展的交通观念所提出和发展的,旨在缓解交通堵塞、降低环境污染、促进资源合理利用,满足城市环境。1.2研究意义对现代有轨电车适用性的研究,旨在解决现在城市中普遍存在的交通拥挤、交通污染等社会问题;又在于不断改进和完善城市公共客运交通系统,满足居民多样化的出行需求;增强公共交通竞争力和吸引力,构建“畅达、绿色、安全、可持续”的现代化和谐交通体系,提升城市道路通行能力,改善城市居民环境。具体意义如下:（l）提升城市品味由于汽车交通的发展,欧美相当一部分城市出现了中心区空洞化的问题。建设现代有轨

4、电车、连接城市中心地区和郊区、提高中心区交通的可达性、并进一步将中心市街建设成为只有有轨电车和行人准入的充满魅力的休闲购物街,这是国外城市解决城市中心区空洞化的重要规划思路。当然,我国目前城市中心空洞化问.题还未突现出来。但由于低底板车辆的引入及其它辅助设施的完备,现代有轨电车成为了高龄福利社会的相应交通工真,这有利于城市整体的社会文明程度的发展。（2）改善城市环境城市环境的主要污染源就是汽车尾气,据欧美各主要城市检测数据,城市中各种主要废气中来源于汽车尾气的占了40%90%，而由家用小汽车和轻型车排出的占其中的79%。而有轨电车可视为:“绿色交通工具”。现代有轨电车采用电力驱动,不仅节能且不

5、产生尾气污染。现代有轨电车的采用会很大程度降低城市污染程度。交通噪声也是影响城市居民生活的一大公害。现代有轨电车可大大减低这一公害。在车辆方面,车轮采用弹性独立车轮新技术。“弹性”是指在内轮和外轮之间有一层弹性夹层,可以减轻振动和噪音。独立车轮由于其左右轮不固接在一根轴上,因此大幅度减少了传统刚性轮由于纵向蠕滑力导致的轮轨摩擦噪声。在轨道方面,用弹性材料充填钢轨周围、轨道两侧设置灌木分割带、在居住区甚至在轨道范围内种植草坪。上述多方面的技术和措施的采用,使得现代有轨电车与城市环境极为融洽。1.3国内外研究概况1.3.1国外研究概况对于有轨电车,世界各国均有不同的发展情况,以下对法国、布拉格、美

6、国和日本的有轨电车发展概况作简要介绍。法国于20世纪3050年代期间,先后将绝大多数城市的有轨电车线路拆除,用无轨电车、公共汽车等其它交通工具取代。至80年代初,法国有轨电车仅在马赛、圣埃迪安、里尔等三个城市幸存。法国城市有轨电车的兴衰更替,经历了一段曲折的实践过程。1885年,格勒诺布尔市第一次使用蒸汽轨道车,1897年开始使用有轨电车,1943年开始使用公共汽车,1947年无轨电车投入运用,1952年最后一辆有轨电车被无轨电车取代,1978年第一辆关节式公共汽车投入运营。而随着格勒诺布尔市人口的增加,关节式公共汽车每隔4分钟发一趟车都显不足。然而,要想大量增加汽车数量,势必又会在市中心形成

7、“汽车列车”,还会产生严重空气污染,从而引起城市居民的反对和不安,也会给运输部门造成雇员增多,导致过重的经济负担。1983年,格勒诺布尔市举行公民投票,其结果决定修建有轨电车线路,采用新型有轨电车。1986年第一辆新型有轨电车投入运营。格勒诺布尔市第一条现代有轨电车投入使用后,每天可运输63000名旅客。以两辆编组,车组全长可达60m,每组客容量为500名,仅用一名司机乘务管理。该市的现代有轨电车投入运营后,在相同运营费用情况下,可以大幅度提高运输能力。在布拉格市,2003年其公交乘客为11亿多人次,其中41.4%乘地铁,30.2%乘有轨电车。世界许多城市都已取消了有轨电车,但布拉格市有轨电车

8、线路却在不断延长,目前总长已经达到140.9公里,其中有多条是通宵运营的线路。布拉格的有轨电车之所以在今天现代化社会里仍具有生命力并获得发展,是制造商和运营商们不断开发和采用新技术的结果。这里的有轨电车普遍采用无接头长铁轨车厢防震结构等新技术,大幅度降低了噪音,提高了速度,保证了运行的可靠性。另外,为了保证有轨电车优先通行,不受其他车辆干扰,布拉格市用混凝土砌块将有轨电车的车道与其它车辆隔开,并在重要的交又口设置了专用信号灯。因此,布拉格的有轨电车非常准时。综上所述,为了有轨电车能适应城市交通发展的需求,各国均在不同程度地对有轨电车在车辆上、技术上进行不断的更新和改进。1.3.2国内研究概况在

9、我国,1908年中国第一条有轨电车在上海建成通车后,1909年以后在大连、北京、天津、沈阳、哈尔滨、长春等城市都相继修建了有轨电车,并成为城市公共交通系统的干。上海有轨电车于1908年2月开通,到1959年有轨电车发展到顶点,线路总长72.4km,车辆360辆,年运送乘客量达2.72亿人次。上海有轨电车跟随世界的节拍经历了起始、发（避免这种情形，黏贴过来都没有控制好分行）展、衰落到复兴等阶段,截止2009年12月上海市首条现代有轨电车张江有轨电车一期工程建成通车,线路全长约10公里,起点与地铁2号线张江高科站“零换乘”,线路位于张江功能区的核心区域高科技园区范围内,总投资6亿元,张江有轨电车沿

10、线充分覆盖了张江工业园区内主要产业基地、科研院所、医院和生活区域。1904年,英国人在香港引进了有轨电车,当时的头等舱有个隔帘用于保护乘客,随着电车乘客越来越多,顶层开始装备座椅。到了20世纪40年代,双层有轨电车称为香港城市客运的主力。香港有轨电车线路位于香港岛北部,从西端的坚尼地城开始沿着德辅道、金钟道、皇后大道、英皇道一直延伸到东部的答箕湾。另外还有一条从铜锣湾附近通往跑马地的支线。电车轨道总长约30公里行驶其上的电车被亲切地称为“叮当车”91。尽管今天面对着来自地铁和公交车的竞争,香港从来没有取代过有轨电车,因为有轨电车经过的一些路段非常狭窄,无法容纳其他的公共交通工具。2.现代有轨电

11、车的系统构成2.1车辆现代有轨电车车辆是现代有轨电车系统运载乘客的工具,是系统中最重要的技术设备。车辆直接为乘客服务,现代有轨电车系统中的一切设施都是保证车辆正常运行而设计的。现代有轨电车车辆关系到供电、轨道、车站、信号、运营等相关内容,具有安全、经济、先进的特性。（1）安全性：现代有轨电车作为中低运量的城市轨道交通系统,具有运输效率高、行车间隔小的特点,车辆及设备技术成熟、可靠。（2）经济性：经济性不仅体现在车辆造价上,从长远的角度要考虑运用和检修的问题,综合使用费用才是最为关键的。因此车辆是节能的、维护少的,以降低其运营成本和维修支出。现代有轨电车车辆技术国内己经得到了很大的提高,许多关键

12、部件己经实现了国产化。（3）先进性：随着近年来国外城市轨道交通车辆技术的发展,尤其是电气元件的改进,现代的有轨电车车辆技术已经得到了极大的提高,低地板、低噪音等新型车辆的技术都己经非常的成熟。2.2现代有轨电车车辆的选型及主要技术参数（1）车辆基本型式城市轨道车辆按车体宽度一般分为三种车型,A型车宽度3m、B型车宽度2.8m、C型车宽度2.6m。A、B型车均为四轴车,长度分别为22m、19m,C型车有四轴、六轴、八轴三种类型,长度分别为18.9m,22.3m、29.5m按牵引控制系统可分为直流变阻车、直流斩波调阻车、直流斩波调压车和交流变压变频车按车体材料可分为耐候钢车、不锈钢车和铝合金车按受

13、电方式可分为受电弓和受流器受电的车。按电压等级则可分为直流1500V和750V。（2）现代有轨电车车辆的主要技术参数现代有轨电车车辆属于电力驱动车辆,其性能可用一些主要技术经济数据概括表示并进行分析比较。为便于组织生产、降低成本和增加零部件的互换性,车辆的车体、转向架、制动以及机电装备可采用地下铁道电动车辆的通用部件。车辆全长车辆全长通常指车辆两端车钩钩舌内侧面之间的距离。对于采用密接式车钩的车辆,指两车钩接触面间距离。随着城市公交客流量的增加,现代有轨电车车辆长度有增加的趋势,但因轨道交通曲线半径较小,车辆长度受到车辆在曲线上偏移量、生产及运用条件的限制。国外一般单车全长最小不能低于13m,

14、香港的电车长度为20.2m,铰接车最长不超过30m。我国研制的现代有轨电车最大长度为25m。车辆全高车辆全高指钢轨水平面到车顶集电器挂钩端的垂直距离。全高指标关系到地板高度和车内高度,影响踏步机构的设计以及车辆运行稳定性。我国研制的现代有轨电车全高3170mm。车辆全宽车辆全宽是指车体最宽部分尺寸。现代有轨电车车辆的全宽关系到车辆的载客量,是按线路客流量通过计算确定的,并需考虑车辆在曲线上偏移量、最大长度和最大宽度两者都不能超过车辆限界规定的尺寸。目前路面现代有轨电车宽度一般为2600mm。地板面高度地板面高度指新造地板面到轨面高度尺寸。现代有轨电车车辆的地板面高度要尽量降低尺寸,这样可以减少

15、踏步级数,加快乘客上下车速度。如果车辆要考虑地上地下联运,为适应高架站台及地下隧道,地板面尺寸应与站台高度一致。地板面高度还受车辆本身某些结构高度的限制,如转向架心盘高度及轮径尺寸等。我国研制的路面现代有轨电车低地板高度仅为400mm,高地板高度为885mm。轴距车辆的轴距可分为全轴距和固定轴距。无论是四轴车、六轴车、还是八轴车,最前位轮轴中心线和最后位轮轴中心线间的距离成为全轴距。同一转向架两车轴中心线间距离为固定轴距。现代有轨电车车辆的动转向架固定轴距1600mm左右,最大达到1900mm,从转向架固定轴距左右,最小有1060mm。车辆定距车辆定距为车体两端支承间的距离。四轴单节车,因由两

16、个转向架,定距即为两心盘间的距离对于六轴、八轴铰接车辆,车辆分别有三个或四个转向架,定距仍以两支承间距离为准,定距影响到车辆在曲线上的偏移量。定员定员指现代有轨电车车辆座位数和预期站立数的之和。座席是指车辆的乘坐位数,一般不包括司机和乘务员的座位。站席是指车辆地板上站立人数,一般以48人/计算。对车辆舒适性要求较高时,每平方米站立人数较少。座席比是指高峰期座席数与定员数的百分比,座席比一般为0.30.5,车辆服务质量越高,座席比越大。车辆重量车辆的重量有自重、总重两个概念。车辆自重是指车辆空载时的质量,包括车体自重和车辆装备重。车辆总重是指车辆满载时的质量,包括车辆自重和乘客重,设计时每位乘客

17、质量按60计算。车辆的轴重车辆的轴重是指车辆每根轴实际担负的平均总质量。现代有轨电车车辆的轴重一般低于10吨,轴数越多,轴重越低。对车辆转向架来说,轴重是计算其构建强度的依据。轴重的另一含义是指按车辆形式及运行的速度范围,车轴允许负担的最大总质量。轴重的选择和线路、桥梁及车辆走行部的设计标准有关,一般要由线路构造状态规定一个线路的允许轴重。（3）现代有轨电车车辆的选型根据车辆的型式和现代有轨电车车辆的主要技术要求,我们针对现代有轨电车系统的封闭、半封闭系统和路面混行系统分别选型。现代有轨电车系统的封闭、半封闭系统一般选择B型车。现代有轨电车的路面混行系统,其主要技术参数为70%低地板、IGBT

18、（Insulated Gate Bipolar Transistor绝缘栅双极型晶体管）斩波调速、车长25m、宽2.6m、高3.2m。2.3车体现代有轨电车车辆的车体根据乘客的多少,可以是单节车体或由23个分车体通过铰接装置连接成整个车体。车体的宽度由早时期的2.2m2.4m发展到现在的2.5m2.65m,一般取宽度2.65m。我国新研制的现代有轨电车宽度是2.6m。车体的前后两端必须呈尖形,目的是防止轻轨车载弯道上会车时头部侧面相接触。车体是车辆的重要部件,它要承受来自各个方向的多种作用力,因此车体要求重量轻、强度高、耐腐蚀,以确保其运营的安全性,车体材料由普通碳素钢逐步发展到采用耐候钢、不

19、锈钢及铝合金挤压型材车体内衬、座椅、端面采用纤维增强塑料司机台、窗框等选用热塑料模压成型车底架采用铝合金锻压件,地板为铝质蜂窝结构。车体一般采用铝合金,但目前我国还没生产铝合金车体的能力,采用耐候钢,通过结构优化设计也能达到降低自重的目的,满足运营的要求。为了提高车内乘客的乘坐舒适度,根据车辆运行地域,车体设计时须考虑防噪声措施以及是否需要空调。例如美国匹兹堡市现代有轨电车,铰接装置的铰、车窗、车门等都用橡胶密封车顶、侧墙和端墙内侧装有厚的吸音涂层,用矿物纤维垫隔热,窗玻璃都是隔热的复合玻璃地板下有空调设备,司机可根据需要调节室内温度、湿度和进入车内的新鲜空气量。车体的地板有高地板和低地板之分

20、。高地板车地板离地高度900mm1000mm。因为它主要是在地面上运行,必须建造0.9m高、长100m的高站台,或建造低站台但在车门口设置23级踏步机构。前者影响市容,后者对乘客上下车很不方便,延长行车时间。两者都会影响城市交通的混合运行。而且高地板车队残疾人、坐轮椅的人、携带童车的人、带行李的人以及老人都特别不利。因此低地板车尤其是100%的低地板车辆就成为人们追求的目标,我国大部分现代有轨电车均采用70%低地板。2.4转向架转向架是车辆的一个重要组成部分,它的主要作用是支撑车体及其载重,并传给钢轨,引导车辆沿轨道运行。由于车辆在线路上运行时,通过道岔、曲线以及车辆加速、减速等原因将产生各种

21、冲击和振动,转向架具有减震降噪的作用。转向架还有一个作用就是通过空气制动机将车辆的惯性功转化为热量、逸散到大气中,从而使车辆减速或停车。对于运行中的车辆还有将牵引电机的转矩通过齿轮传动,转化为列车牵引力的作用。因此转向架的选型和设计是车辆选型中的一个重要部分。现代有轨电车的转向架可选用两轴无摇振转向架钢质焊接H型构架;两系弹簧悬挂,一系为锥形橡胶弹簧,二系为Diabolo橡胶弹簧,一、二系均配有垂向液压器减振器,二系设水平液压减振器,可吸收振动,提高运行稳定性;单元式基础制动,设停车制动。2.5电气传动控制系统车辆传动控制方式是代表车辆技术水平的主要标志。目前主要有变阻控制、斩波调压控制和变频

22、变压控制三种方式。变阻控制的基本原理是通过调节串联在直流牵引电动机回路上的电阻值来改变牵引电动机的端电压。调节电阻,可以利用凸轮变阻控制器,也可以利用先进的晶闸管直流斩波变阻控制器,达到调节车辆运行速度的目的。变阻控制的优点是技术成熟、结构简单、价格低廉,国内已有多年的运用经验。变阻控制的缺点就是耗能大,一是列车启动时,在串联电阻上耗费大量电能,二是变阻控制不易实现再生制动而采用电阻制动,大量的电能因不能再生而浪费。在地铁站距短、起制动频繁的运行情况下尤为突出,大量的电能转换为热能耗散在隧道内,不仅提高运营成本,同时会使隧道内的温度逐渐上升,破坏了地铁环境,已成为地铁运营过程中难于解决的问题。

23、斩波调压基本原理是通过直流斩波器调节直流牵引电动机的电压,实现车辆的速度调节,这种控制方式随着大功率开关电力电子元件的出现,发展并成熟起来。近年来大功率可关断晶闸管（GTO：Gate-Turn-Off Thyristor、IGBT）的出现并用于直流斩波装置,该装置可取消换流装置并可提高斩波频率,减少滤波电抗和电容器的尺寸,体积和重量都可以减少,目前采用GTO作功率开关元件的直流斩波调压车辆在国外己普遍采用。这种控制方式主要有以下几大优点可以实现无级调速,使车辆起、制动平稳由于无需启动电阻并可实现再生制动,可大大节约电能,降低运营成本。研究认为,采用直流斩波控制比变阻控制节能20%30%,还可以

24、实现全功率电阻制动,实现空气再生、电阻制动全功能控制。直流斩波控制的缺点是仍然使用直流牵引电机,直流电动机的一些缺点或不利之处仍然存在。变频变压控制是随着大功率开关晶闸管及微机控制技术的发展、普及而发展起来的,主要原理是通过变频变压装置将直流电压换成电压与频率可变的三相交流电压给交流牵引电动机供电,通过调节交流电动机的端电压与频率调节转速,从而达到调节车辆的速度。交流电机调速系统已被公认为近代最优越的一种调速系统,它的调速性能和节能效果有无可比拟的优点。根据上述分析比较,从技术性能、维修等方面,采用变频变压控制（VVVF：Variable Voltage and Variable Freque

25、ncy）方式是车辆传动技术的发展方向。目前,国外直流斩波调压车辆生产量已大大减少,代之以变频变压交流传动车辆,我国研制的现代有轨电车采用的是IGBT斩波调压电器传动装置。2.6线路线路设置要和城市总体规划相结合,考虑最大客流方向和主要客流集散点、以及住宅区、购物中心。商业街区、工业、企业及事业单位等公共集中地、旅游地联系起来,考虑同大容量的轨道交通线路的协调,以及为其驳送客流,方便城市居民出行,以减少出行时间。线路应以地面线路为主,设有专用行车道。在平交道口,必须设置控制信号,以保证现代有轨电车优先通过。在交通量大,干扰比较严重的交叉口,可以考虑采用隧道或者高架桥的方式,并且尽量减少长度,降低

26、造价。针对现代有轨电车混行系统的线路,其曲线地段一般选择较大半径,半径一般大于200m,困难地段曲线半径不宜小于30m,特别困难地段可采用19m,采用较小曲线半径的地段,车辆通过曲线时应限速。对于线路纵断面基本维持既有道路纵断面不变,相邻坡度间采用竖曲线连接,竖曲线采用圆曲线形式,一般竖曲线半径为2000m,困难条件下不小于1000m,车站两端应大于1500m。最小坡段长度为50m,困难条件下不小于25m。沿线控制高程以设计轨面与既有路面一致为原则确定。2.7车站车站是乘客候车和乘降的场所,是有轨电车系统重要组成部分。同时车站也是多条交通系统停靠站集合的地方,具有一定的设施为乘客和运营服务,因

27、此,也具有与其它交通工具换乘的功能。车站选址应该以能吸引到更多的乘客,方便乘客为原则,适当考虑技术与经济上的合理性。车站注重运营组织,便于疏导客流,讲究功能完善,不追求豪华装修,地面车站与环境相协调。随着经济的发展,为进一步改善乘客的乘车条件,应该考虑车站的无障碍设计,以便为残疾人等交通弱者的乘车创造方便的条件。针对现代有轨电车路面混行系统的车站要求如下（1）车站平面。车站一般设在直线上,困难条件下可以设在曲线上。（2）车站纵断面。车站一般设在平坡上,但为了与沿线两侧既有道路的衔接,不引起地下管线以及两侧建筑物的迁移,车站地段不宜软化坡度。（3）车站站台、栅栏。为了方便乘客上下车方便和安全,有

28、条件的车站均应设置站台,站台用彩色防滑地砖铺面,长、宽、高一般为25m、0.90m、0.3m；站台栅栏采用不锈钢材料,一般高度在1.0m。（4）车站应设雨棚。车站雨棚的大小应该根据乘客聚集人数来适当确定。（5）无缝线路的道岔前后应设置应力释放区。2.8供电系统2.8.1供电方式现代有轨电车系统都采用架空接触网的方式进行供电,而无需备用的供电设备。为了保证对电动车组良好的供电,接触网应顺直平滑,高度一致,在高速行车中能始终保持正常稳定的接触授流接触网用线必须强度高、耐磨、高温下机械性能好、导电性能好,常采用铜合金或者铜包钢接触线。由于列车的运行会对接触网产生一定的振动,因此接触网应满足列车最高运

29、行速度70/h,旅行速度20/h的运营要求。同时接触网供电系统设备除与机车车辆有相互作用的设备外,在任何情况下不得侵入设备限界,以确保行车安全。2.8.2供电系统供电系统是有轨电车车辆运营的基础,安全的保障,总成本中其耗电又占较大比例,是加强管理、控制成本、预防事故的工作重点。由于现代有轨电车的供电电压不是很高,我国DL6W（DL6W系列轻轨电车是大连研制,在2001年5月8日、9日在大连202路沿线试运行。它采用70%低地板、三节车厢、双铰接编组型式,有座位62个,定员242位,时速可达到100公里/小时）系列有轨电车的供电电压是DC600士120V,唐山机车车辆厂生产的新型低地板有轨电车供

30、电电压是DC750V,国外主流有轨电车的供电电压一般也不超过DC750V。牵引变电站具体位置应根据牵引供电计算沿线设置。牵引变电站在线路上设置的数量和容量,需根据车站位置、线路情况、远期运行高峰小时的车流密度、车辆编组及车辆型式进行牵引供电负荷计算,经多方案的比选后确定。由于站址的选择受到周边用地限制,随着城市规模的扩大,取得用地也会越来越困难,因此可能需要和其它工程联合建设。如果规划的有轨电车线路是在城市的外围地区,用地难度相对来说会小些,但是同样应该根据规划尽早做好土地的预留和保障。2.9信号设备通信信号设备是提高运输效率和保证行车安全的重要技术装备。现代有轨电车路面混行系统主要装备是实现信号优先的道口信号系统。道口信号系统的主要任务是将现代有轨电车接近道口的信息传给道口信号控制器并传输给交警指挥中心,由交警指挥中心给予现代有轨电车一定的优先权,以达到提高其运行速度的目的。另外现代有轨