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1、下图1.3是底架装置的概览。 拖车下面的装置有： 两个拖车转向架， 一个连接制动构架，包括： 一个低压箱 一个压缩机 一个制动储风缸 一个悬置机构 一个主供应缸 一个制动控制单元 一个空气干燥机 一个加热控制箱 一个辅助变流器 一个电池箱 带受电弓或不带受电弓的动车下面的设备有： 两个动车转向架， 一个牵引/制动箱， 一个电阻箱 一个变阻抗箱 一个制动模块，包括： 一个辅助变流器（在不含受电弓的动车上） 一个电池箱（在含受电弓的动车上）电气系统 电气系统包括车上的各种电气设备及与之相关的控制电路。它们主要可以分成如下三部分：主电气系统，辅助回路系统和电子与控制系统。 下面是一个地铁车辆的控制模

2、块图解。在图1.4中，A车是一个带驾驶室的拖车，B车是一个带受电弓的动车。2.城市轨道交通车辆的主要技术参数技术参数规定了车辆的技术规格，表明了整车的性能和车辆的结构。它们通常被分成主要的两类：性能参数和主要尺寸。性能参数 性能参数包括以下内容：自重，载重，体积，构造速度，轴重，每延米轨道载重，最小曲线半径，支柱数，最大启动加速度，单位载重功率指示计，电源电压，制动类型，座椅数及每平方米地板面积站立人数等。下面是一些广州地铁1号线的参数。车辆主要尺寸 车辆主要尺寸是车辆长，车辆定距和固定转向架轴距。除此之外，它还包括车辆最大宽度和车辆最大高度，车体长、宽、高，车钩高和地板面高度等。下面是部分广

3、州地铁1号线的尺寸参数。CHAPTER TWO 机械装置 城市轨道交通车辆由许多机械部分构成。为了更好的理解，这一章讲从以下各方面进行描述：车体，转向架，车钩和贯通道。Unit one 车体1.车体结构车体的构架设计，要有平整的侧面，用冷型浇注覆盖。冷型浇注材料是以颗粒橡胶为基础采用聚亚安酯合成树脂来在整个车厢内建立一个连续、顺滑的面。它没有连接点，能很好地防止清洁水浸入。基于上述原则，车体外壳的基本结构采用完全连城一体的设计，旨在为快速运输服务，且在正常操作下不会产生疲劳或永久变形故障。车体结构由六部分组成：基础架构，两边侧墙，车两端的结构和天花板。车体结构要有足够的强度来抵抗规定的压力。车

4、体外壳是一种自支撑的牢固结构，用大型铝制挤压型材焊接而成。外壳设计成罐形：所有的截面都在纵向上焊成一体。这种设计原则被称之为“集成式设计”，提供高强度的车体且用材最小。这种特征对于完成运输大量乘客的重要任务是有益的。车体的强度应满足以下要求：动、静态负载，运行条件下的冲击力。此外，它还应满足各种工作条件，如托、承载、救援、拖拉、连接、多节列车返回仓库。地板横梁用来满足车体的强度要求和支撑地板面下的设备。通常来说，地板为中空金属板，内部支撑结构，在安装地板下的设备的地方有加固。2.车体内部装置（车体）内部的设计风格重点突出在功能需求、生物工程学和美学三个方面。地板面料和工艺地板的整个下表面是热保

5、护的，用一层背面是不锈钢板的绝缘材料来完成的。因此，整个地板结构（冷型浇注，平整的工艺架构和不锈钢绝热底层地板面）能够有效地提供45分钟的防火作用。地板面料能够抵抗任何其外观或性能上的改变，包括在车辆运行中所遇到的不同的气候环境状况。地板上表面的人造橡胶易受灰尘，比如乘客的鞋上，清洁产品，机械清洁设备，食品渣，饮料和香烟烫伤等影响。天花板天花板包括：纵向横梁，由铝制材料制成；横杆，由铝制材料制成；拱形车顶，由铝制材料制成，天花板的上层部分是分节的，并且要适合车辆内部结构；灯；尾部扩散器，由铝制材料制成；扩散片；天花板面板。座椅座椅的形状满足人体工程学的要求，能提供舒服的乘坐状况。长椅经由侧墙上

6、的铝制支撑结构安装。车厢内都纵向安装座椅。这种布置能够在非高峰时段里提供足够的座椅，又能在高峰时段内够更多的乘客站着。扶手和扶手杆车辆提供有足够的扶手柱和扶手杆以满足站在车厢里的人们能够抓住扶手。扶手柱、杆由不锈钢制造，经久耐用。墙壁衬里和窗户封条侧墙配件如下：墙板，在窗户和墙板之后的低窗台，每一侧门的拐角。图2.1是墙壁衬里和窗户封条的简图。驾驶室的布置 司机室通过分界墙与乘客室隔开。未经许可，乘客禁止入内。然而，从司机室到乘客室有一个很便捷的通道。 如图2.2所示，司机室由下列要素组成：驾驶员座椅；天花板；驾驶室的门；驾驶室空调系统；内部照明；驾驶室乘客信息系统由外部可见的指示器展现；光源

7、探测器；内衬；驾驶室隔墙；驾驶员桌；驾驶室储物柜；遮阳板；驾驶室灭火器；音频设备；挡风玻璃和雨刮器；外部照明；无线电天线；除了上述之外，车体内部装置还包括通风板，电力柜，列车自动控制间等。3.车体外部装置4.车体绝缘车体上的地板，车顶，侧墙和端墙都是隔热隔音的。对于隔热来说，使用防腐蚀、防降解性质的绝热材料来限制热传导来达到特定的冷却性能。地面薄板与地面金属板之间的隔离物是耐高温的石棉以达到指定的防火性能。隔音材料就是隔热材料以及内衬。为了使隔音效果最优，其中一部分由隔热材料提供，车顶，侧墙和地面下侧（外面）均喷涂了特殊材料。地板的隔音依靠铺在转向架区域的地板上的厚垫子。Unit two 转向

8、架 转向架是地铁车辆最重要的部件。它的结构直接影响了列车运行，动力性能和行车安全。转向架通过中心销转动连接到车体底架上，这些都采用很轻的转向架结构。拖车安装拖车转向架，动车有动车转向架。动车转向架构架与拖车转向架构架是相同的，因此可以互换。简要来说转向架具有以下功能： 支撑车体；对列车起缓冲作用；列车运行；列车制动；由于列车不同的用途、情况和要求，转向架有很多种类型。然而，它们的基础组成和功能仍然相同。总的来说，转向架可被分成以下几个部分：（1）轮对，包括轮子、车轴、轴箱、接地地刷，滑动电机和加速电机；（2）两个弹簧悬挂装置，一系悬挂（人字形弹簧）和二系悬挂；（3）转向架构架；（4）刹车；（5

9、）牵引驱动单元；（6）转向架与车体的连接。轮对轮对装有实心车轮。通常，轮子被收缩到轴上，轴由标准的锥形轴承单元TBU支撑，这些TBU被按压在轴上。拖车转向架和动车转向架之间的轮对是不能调换的。设计时，每个轮对的一端安装了一个接地装置，另一端安装了一个速度传感器。悬挂系统 对于大多数地铁车辆，在每个转向架上有两个悬挂系统：一系悬挂和二系悬挂。 一系悬挂工作在轮对和转向架构架上。见图2.13，它通过人字型弹簧来内部缓冲。轮对由人字形一系弹簧引导方向，这种弹簧是耐磨损、耐疲劳的。并且，这种一系悬挂弹簧传递着从轮对到转向架支架的所有三个方向的力。正是由于橡胶弹簧的这种特点，一系悬挂弹簧不再需要平行地安

10、装进一步的减震装置。 图2.4描述了二系悬挂。二系悬挂工作在转向架支架和车体之间。它由两个空气弹簧提供装备，也被用来实现由空气弹簧高度阀控制的不同负载下车体高度的自动调整。所以，两个弹簧悬挂系统可以保护转向架构架和车辆免受从轨道到负载过多的冲击，确保列车在特定轨道上行驶不会脱轨，同时还能达到好的曲线行驶性能。制动 总体而言，制动系统由动力制动（仅在动车转向架上）和在每个动车转向架及拖车转向架上的四个闸瓦制动单元。每个转向架的两个闸瓦制动单元都附加装备了弹性制动操作机构，以备停车制动使用。其他装置 为了得到更好的性能，转向架上还有许多其他装置。比如，牵引连杆装有无声橡胶块来传递车辆与转向架间的牵

11、引力和制动力。整个转向架各个方向（侧面，垂直，俯仰和偏转）都可以移动，但车辆与转向架间不能有纵向位移。抗侧滚扭杆控制着车的任何横向运动，并在转向架和车体之间进行连接。它上面安装着橡胶套管，用来减少从轨道到车体的噪声与传递振动。减震器缓冲垂直和水平方向的力。缓冲器仅限于车体的水平运动。导向杆装有无声橡胶块，来传递对车体的推动力和制动力。并且，一些拖车转向架还为了列车自动运行系统（ATP）装有接收天线。图2.15是一个动车转向架。它装有两个滑动电机和两个接地点。Unit three 车钩 车钩装置普遍应用于铁路车辆上，它是城市轨道交通车辆的重要组成部分。它用来连接车辆，实现机械连接，电气连接和空气

12、管路的连接。并且，它传递和衰减当车辆工作和转轨时引起的纵向力。至于城市轨道交通车辆，根据牵引联轴装置连接方法，车钩被分为自动车钩和半自动车钩以及半永久挂钩。图2.19描述了城市轨道交通车辆的车钩分布。1.自动车钩自动车钩设计用来连接车辆并且保护车辆免受振动吸收器的损伤。它允许连接的车辆通过水平和垂直方向上的曲线以及旋转运动。自动车钩的钩头由一个壳体构成，其中装有系钩和解钩的组合体。自动车钩由车辆间的撞击连接上。一旦车钩匹配好，电路和气路连接便会自动建立。也就是说，当车钩机械连接上后，电气和空气管路的连接便会自动完成。一旦车辆电气连接成功，连接状态会显示在驾驶台上。解钩通过两个驾驶室中的任一个发

13、出遥控指令进行气动解钩。它也可以用一个六边形扳手从一个车钩处移开钩头下面未连钩的操作杆手动实现。自动车钩锁紧有三种操作位置，如图2.20所示。 “准备系钩”位在这种位置下，车辆连接杆被棘齿来回且固定同时靠近圆锥体边缘。连接板被弹簧绷紧。棘齿在钩头上方套接在捕获装置的机头处。 “已系钩”位 “未系钩”位2.半自动车钩半自动车钩是用来连接两个分离的列车以形成一列整车，采用一个减震器来保护编组免受撞车情况下因过载带来的破坏。联轴器单元经由半自动车钩不用人工让一个单元安在另一个上。当车钩机械连接后空气管路就会自动完成连接。列车组的电气连接是由人工扳手连接的。解钩也是人工的，通过用六边形扳手移除一个车钩

14、钩头处的中心销完成。也就是说，半自动车钩的解钩电气钩头必须第一个用扳手解钩。接着，机械解钩可采用扳手或者通过气动解钩阀来实现。在解钩和车辆分离之后，车钩重新进入待连接状态。以防意外解钩，每一节车厢均可启动紧急制动。相似地，半自动车钩有可能在水平和垂直方向上未对准的情况下自动连接。车钩允许已连接的编组通过垂向和水平弯道，允许旋转运动。此外，半自动车钩钩头组成和自动车钩一样。3.半永久车钩半永久车钩，有时也称为半永久连杆，设计用来确保铁路车辆的永久连接。因此，除非在紧急情况下或者在车间维修时候，其他时候它（指半永久连接杆）禁止被分开。它能确保机械连接和编组间主要空气管路的连续性。它装备有电气连接为

15、了紧急制动。半车钩由易拆分的套筒联轴器连接，因此确保了固定的，松弛的，安全的连接。严格地人工系钩，解钩通过在常压下组合和拆分连接轴套筒完成。车钩允许连接编组通过垂向和水平弯道。它允许即使车辆组不在同一高度时的旋转运动。Unit four 贯通道 贯通道是一个灵活的原件，它允许人们能够从连接的编组之间走动，有助于整列车乘客分布均匀，安全、舒适。它能够处理限制性最强的连接情况（比如垂直弯曲，水平弯曲，糟糕的轨道，车辆加速）和满足运行条件下各种各样的运动。它被用作乘客的通廊，因此应能大约承受每平方米9个人的重量。图2.27是一个新的贯通道。贯通道都是全封闭设计。它们要能完全防止水和灰尘的入侵为了保护

16、乘客和内部设备。并且提供搞效的隔热防噪。一个完整的贯通道由两个半个贯通道通过系钩或解钩的车辆连接或分开。它由下列主要主要元件组成：车辆安装盘，面板，折蓬，收集机构，闭锁机构和架接板。其中，收集机构和闭锁机构通常称为采集锁止系统。贯通道系统拥有采集锁止系统和基于贯通道内部的操纵杆为标准装置，被一个可控的关键面覆盖。这使得相邻的贯通道的地板连在一起并且在车内部锁紧。车辆安装盘（VMP） 车辆安装盘是一个铝制门状结构，它为列车末端提供了一个刚性分界面。它承受施加在折蓬板上所有的运行中的负载。由图2.28可见，车辆安装盘在背面（车辆侧）轮廓上还安装了一个完整的弹性密封胶。当车辆安装盘通过外部直通孔阵列

17、用螺栓直接拧紧到车体端部的时候，弹性密封胶就被压紧，提供自动的、四周型的密封。此外，车辆安装盘以外部喷涂为最后一道工序。面板 图2.29描述了一个面板。面板同样是一个铝制门状结构，它提供了两个贯通道的结合面。如同车辆安装盘一样，面板轮廓上安装了一个完整的弹性密封胶。当两个贯通道靠近且锁住时，弹性密封胶被压紧，提供自动的、四周型的密封。（贯通道）面板通过一个与VMP机械固定装置类似的装置连接到折蓬。折蓬 贯通道由灵活的、双层的、再次加固的弹性包围构成，这使它能适应车辆的所有运动而不产生永久变形。折蓬只能从面板或VMP处被分开。折蓬与面板及VMP的连接是贯通道装配期间完成的很重要的一个操作。任何需

18、要折蓬重新移动或者重新安装的操作都必须在贯通道制造商那里完成。采集装置 采集机构允许当贯通道系钩和在解钩后的暂时分离时抓紧。每个贯通道都具备从贯通道内部可操作的采集装置。锁止装置 锁止装置是一个固定栓锁紧系统和一个过中心锁止装置。锁止装置的作用是随着车辆的系钩将两个相对的面板锁紧并最终连接起来。一旦两个面板被采集装置完全抓紧，锁止装置就可以扣紧两个面板了。渡板 渡板又被称为踏板是防滑的。它通常用来承载乘客，它的额定负载是每平米9个人的重量。所以渡板的材料应该选用满足要求且损耗最小。 最后，需要强调的是贯通道用的所有材料都要达到防火标准，满足防腐蚀的需要。CHAPTER three电力电子技术

19、电力电子技术在地铁车辆中扮演着重要的角色。这一章将主要讲解车辆变速和控制，电力供应，监控信息系统等。 Unit one 车辆变速及控制 车辆变速及控制装置主要由牵引逆变器，牵引动车，牵引控制单元（TCUs），主控制器，齿轮和联轴器，制动电阻等。驱动命令由司机室的主控制器发出。这些信号传送到牵引控制单元来控制牵引逆变器。接触网的直流电转换为三相交流电给驾驶命令。图3.1是行驶系统的机械结构。牵引逆变器（推进逆变器）牵引逆变器也被称为牵引变流器，给动车转向架中的牵引电机提供三相交流电。每一个牵引电机的扭转力传递到齿（轮）式联接器和对应的轮对的轴杆上的齿轮。比如上海地铁，1500V的直流电通过受电弓

20、和主保险丝供给给车辆系统。逆变器转换元件为六个绝缘栅双极晶体管（IGBT）。图3.2是其中一相。IGBT通过牵引控制元件（PCE）利用脉冲宽度调制（PWM）顺序变换。通过直流输入电压，IGBT产生一个具有可变电压、可变频率的交流输出，也就是VVVF输出。直流输入来源于高架网。牵引控制电子元件是牵引系统运行的核心。下列拓扑会帮助解释它的原理。通常，牵引逆变器被设计作为电压源连接运行在微处理器闭环控制下的变流器，产生一个VVVF输出。通过一个电力回路，牵引逆变器模块将直流输入变为三相交流输出。它常被用来驱动平行的牵引电机。它（牵引逆变器）还被用做可变电阻制动或再生制动，这取决于线电压。如上面所提及

21、的，牵引逆变器模块包括6个IGBT模块为了动车变流器。此外，另外两个IGBT组成了如图3.3所示的制动斩波器。在电力制动期间，牵引电机处于发电机工作状态。这时逆变器将三相电转变为直流电。发电机所发的电力将返回高架网供其他用电器使用，或者供应给其他车上的用电器（辅助设备，空调和照明设备）。电力不会回到制动电阻箱被消耗为热能。制动电阻收制动斩波器控制。当高架网不接受电力时，此时再生制动不可用，牵引控制元件将运行可变电阻斩波模块。当滤波电压超过阈值，为保护牵引设备免受短暂的过压损害，牵引控制元件也将运行斩波器。此外，每一个电力模块包括一个散热片连接在IGBT上。散热模块由分别连接的三叶风扇制冷。牵引

22、控制单元（TCU）牵引控制单元也被称为牵引控制电子元件，安装在每个牵引箱中。它处理整个闭环牵引控制，监督电流、电压和温度的实时状态。TCU包括微处理器技术和具有高一级功能的大型中央计算机。所有的实时功能都由独立存在的信号处理系统完成，操作隶属于此中央计算机。每个牵引控制电子元件经由列车信息管理系统发送信息至列车运行管理。牵引电力制动接收来自列车运行管理的消息，有行驶模式，运行方向，牵引，制动和停止命令。它有摩擦制动的接触面来提供最大效能的制动。它的高压用于动力电力，低压用于控制和监视，中压用于强制制冷。当牵引控制电子元件供电，它执行自我检查然后预置系统变量和常量。如果自检通过，PCE进入可操作

23、模式。它会一直保持可操作模式直到断电，严重的错误发生，由列车管理信息系统发出的用户要求进入检测模式的指令或维修PC。牵引控制电子元件经由电容充电接触器（CCC）和线路接触器控制牵引逆变器的电源。CCC是单极电磁接触器包含辅助接触器。这些辅助接触器发出信号给PCE观测接触器主接触的状态。图3.4阐述了一个扭转力的相关过程的概览。牵引电机三相牵引电机采用无框设计，在车上横向安装。它是鼠笼型异步电机。在牵引状态下它将电能转变为机械能，在制动模式下将机械能转变为电能。电机借助于一个弹性悬挂装置连接至转向架。它是开放自通风的。连至电机的风扇将冷空气吹入电机。每一个牵引电机都有一个测速探测器，它是一个主动

24、式霍尔磁效应装置，装在无驾驶室的动车末端。它检测着电机的转速。牵引控制电子元件根据测速器的输出信号控制换流器。它还用这些信号检测轮子滑动。为了防止污垢和水分进入，测速器被密封了。齿轮箱和联轴器列车运行牵引命令需要通过“牵引”列车组激活。这个列车组考虑了下列信息：制动释放，车门关闭和锁紧以及零速度。牵引工作是由模拟电流信号通过编码器转变为两个PWM信号并且提供给整个列车线。PWM波工作于IGBT逆变器上，去驱动所有电机。为了更高效的牵引工作以免急拉，摩擦制动产生的总负载应被考虑在工作要求内。Unit two 电力供应1.电压分类根据电压幅度，车辆的电压供应分为高压、中压和低压。比如上海地铁，高压

25、是直流1500V，中压是交流400/230V，低压是直流110V。高压取自于悬网来供应整个列车装置。它通到牵引设备和静态变流器转化成低压。静态变流器，又称为辅助逆变器，固定于每一个拖车和没有受电弓的动车。每一个静态变流器生成互相独立的三相网络。以上海地铁为例，三车单元的高压装置主要由受电弓，避雷针，车间供电和两个高速断路器构成。悬网上的1500V电经由受电弓供给给牵引逆变器和辅助逆变器。避雷针安装在受电弓附近。它用来保护电子设备免受来自电力传导系统的过压损害。每个牵引箱受一个高速断路器的保护并且供应一个动车的全部四个驱动电机。1500V电源的电流回路由安装在动车轮对上的接地刷构成。每个动车的车

26、体都通过一个接地电阻与轨道电压隔离，以便减少流过车体的电流。图3.10帮助阐述了它。中压由一个静态变流器的出路供应。它用于空气产品，空调，推进设备通风和普通照明。每个车至少工作有两个独立的中压网。一旦可以获得三相电源，相应的负载就被供电，从授权的优先事项开始。基于监督和制动方面的应用，如果三相网络出现问题，PCE就自动切换到其他网络。低压用于车门，紧急照明，紧急乘客通风设备，通信，控制和数据处理。低压由每个静态变流器的出路和电池供应。低压分布由两个电路提供：一个永久低压电路和一个已准备低压电路。永久低压电路供应一些为了正常服务的低压负载和睡眠状态下的负载以及用来唤醒列车。此外，它还供应红色尾灯

27、和驾驶室照明。已准备低压电路供应在正常服务时的所有低压负载和降级模式（比如高压损失），这种模式不能用于睡眠模式。当列车已经准备好，如果低压能量存储已满，准备低压线路将会激活。两个线路在电池充电器和电池出路处被保护。线路由断路器或保险丝保护以免过流。在唤醒模式下，当静态变流器没有运行时，电池可以为负载供45分钟的电。在这段时间里，紧急通风设备会被停止，同时维持负载继续运行至少15分钟。当低压低于下限值时，电池会与负载失去连接。2.高压到中压的转换静态直流交流辅助逆变器通过电网电压来供应辅助电源。为了同时维持固定频率和直接来源于未调整的直流输入电压的固定交流输出，在信号转换阶段使用PWM方法来控制

28、逆变器。由图3.11可见。在图中可以看出，他是一个很简单的变流器。3/N AC 380/220 V 50Hz 的正弦电压输出及略微的谐波失真供应风扇电机，空调压缩机，空调单元和所有其他车内的交流负载。一套完整的列车设备通常装有两个直流交流变流器为了有足够的冗余去运行。电池充电器用来为DC板线供电。也就是说，它的设计是用来为全部负载提供常规电源，及为电池充电。一旦有中压输入时，它们就在运行，输入到输出之间有电流隔离。3.中压到低压的转换中压在辅助逆变箱内可转为低压。电池充电器用来提供所有负载的常规电源和为电池充电。一旦中压输入可用时，它们（辅助逆变箱，电池充电器）就开始运转。每个电池用它自己的充电器充电，电池被能用110V的巴士列车线充电。