地铁车辆结构,原理.技术没参数 .doc
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1、地铁车辆结构较多.下面以广州地铁为例.广州地铁四号线电客车简介列车简介广州轨道交通四号线首列车由日本川崎公司与南车集团四方机车车辆股份有限公司合作制造。广州地铁四号线车辆的车型为L型,采用四节编组列车,四节编组列车长约7164米、宽2.8米,车体侧面为鼓形结构,最高运行速度为90公里/小时。车体结构采用大端面挤压铝型材全焊接结构,地板、车顶、侧墙、端墙采用隔热和隔音材料,每节车每侧设置三套塞拉门。列车以浅白色为主色调,车体两边各有一条鲜艳的玫瑰红饰带,列车的外玻璃窗宽阔通透,现代感十足。每节车厢的两侧各有2个长座椅,2个短座椅,纵向靠墙布置,座椅表面采用压纹的不锈钢制成。车厢内墙面与天花板以月
2、白色调为主,使列车内显得清爽优雅。因四号线线路坡度达55(一、二号线均小于33),客观条件要求四号线列车必须要有超强的爬坡能力,而通用的旋转电机是无法胜任的。广州地铁大胆采用在国际地铁界已有成熟经验,但在我国还是一片空白的直线电机系统。直线电机传动是利用直线电机和轨道中间安装的感应板之间的电磁效应产生的推力作为列车的牵引力或电制动力,此牵引力或电制动力与轮轨间的粘着无关,因此列车的爬坡能力远大于采用旋转电机的车辆,成功解决了四号线的客观困难。广州地铁四号线的列车为全动车,爬坡能力可达到70以上。另外四号线车辆可通过受电弓或集电靴受电。其中车辆段内以柔性接触网受电方式受电,提供了车辆段内检修人员
3、的安全性;隧道内、高架线路区段采用第三轨下部受电方式,试车线可采用接触网或第三轨受电。高架线路区段以第三轨下部受电方式又保证了城市的景观不受破坏。四号线的直线电机车辆由于重量轻,同时牵引及电制动的传递不需通过轮轨的粘着,使得传统电机机械牵引传动部件所产生的噪声没有了、轮轨产生的噪声和振动也大大减少,所以四号线车辆在运行过程中产生的噪声和振动远远低于旋转电机车辆,乘坐起来更加安静舒适。四号线每辆车设有两台薄型车顶一体式空调机组及控制系统,保证为车内提供温度小于26、湿度为60%的舒适乘车环境。每节客车车厢内设置四个LCD可视频显示单元。播放高质量的视频图象和对图解图象进行显示,每节车厢内的每对车
4、门上方设置闪灯式车站地图报站装置,用于显示车辆运行方向、换乘信息及站名显示。每列列车上装备两台交流驱动的空气压缩机以及与之配套的空气供给系统。此外,四号线列车具有全自动驾驶功能。列车控制可将车辆状态与故障自诊断信息通过车载的无线设备传输给位于车辆段的检修中心,从而实现在线维修。列车常用制动平均减速度1.0m/s2,紧急制动平均减速度1.3m/s2。列车停放能使负超负荷的列车在60坡道上制停住;列车停放能使空车的列车在70坡道上制停住。 第一章广州地铁四号线车辆主要技术参数一技术参数解解析 车辆技术参数是概括地介绍车辆技术规格的某些指标。是从总体上得到车辆性能及结构的一些参数,一般可分为性能参数
5、与主要尺寸两大类。 1.车辆性能参数 (1)自重、载重:自重指车辆整备状态下的本身结构及设备组成的全部质量;载重指正常情况下车辆允许的最大装载质量,以吨(t)为单位。 (2)最高运行速度:指车辆设计时按照安全及结构强度等条件所决定的车辆最高行驶速度;并要求连续以该速度运行时车辆具有足够良好的运行性能。 (3)轴重:指按车轴形式及在某个运行速度范围内,车轴允许负担(包括轮对自身的质量)的最在质量。轴重的选择与线路、桥梁及车辆走行部的设计有关。 (4)通过最小曲线半径:指配用某种形式转向架的车辆在站场或厂、段内调车时所能安全通过的最小曲线半径。车辆在此轴线区段上不得出现脱轨、倾覆等危及行车安全的事
6、故,也不允许转向架与车体低或车下其它悬挂物相碰撞。 (5)轴配置或轴列式:用数字或字母表示车辆走行部结构特点的方式。例如6轴单铰轻轨车辆的两端为动力转向架,中间为非动力铰接转向架,其轴配置记为B-2-B。 (6)制动形式:指车辆获得制动力的方式,有摩擦制动、再生制动、电阻制动以及磁轨制动等多种形式。 (7)启动平均加速度是指在平直线路上,列车载荷为额定定员,自牵引电动机取得电流开始,至启动过程结束(即转入其自然特性时,)该速度值被全过程经历的时间所除的商。(注:牵引电动机自然特性即通常所指的在额定电压、满磁场时的牵引电动机的速度特性、牵引力特性等工作特性。)以米/秒2(m/s2)为单位。 (8
7、)制动平均减速度是指在平直线路上,列车载荷为额定定员,自制动指令发出至列车完全停止的全过程,相应的制动初始速度(一般取最高运行速度)被全过程经历的时间所除得的商。 (9)冲击率:由于工况改变引起的列车中各车辆所受到的纵向冲击。在城轨车辆中,主要用干说明车辆本身电气及制动控制系统所应达到的冲动限制。用加速度变化率来衡量,以米/秒3(m/s3)为单位。如地铁车辆正常运行(包括启动加速和电制动,紧急制动情况例外)时,纵向冲击率不得超过1m/s3。 (10)列车平稳性指标:车辆平稳性是评定旅客舒适程度的主要依据,反映了车辆振动对人体感受的影响,因此评定平稳性的方法主要以人的感觉疲劳程度为依据,通常以平
8、稳性指标表示。我国主要用斯偑林公式来计算平衡性指标W,W值越大,说明车辆的平衡性越差,规定地铁、轻轨车辆运行的平衡性指应小干2.5。 斯偑林公式计算方法如下: W=0.896式中 j振动加速度(cm/s2); F振动频率(HZ); F(f)与频率有关的修正公式,反映人体对不同方向和频率振动的敏感度。 2.车辆的主要尺寸 (1)车辆长度:车辆处干自由状态,车钩呈锁闭状态时,两端车钩连接面之间的距离。区别干车体长度的概念,车体长度指不包含牵引缓冲装置或折棚的车体结构的长度。 (2)车辆最大宽度:指车体横断面上最宽部分的尺寸。 (3)最大高度:指车辆顶部最高点与钢轨面之间的距离。通常需说明与最高点相
9、关的结构,如有无空调,受电弓的状态等。 (4)车辆定距:同一车辆的两转向架回转中心之间的距离。 (5)固定轴距:同一转向架的两车轴中心线之间的距离。 (6)车钩中心线距离钢轨面高度:简称车钩高,以H表示,它是指车钩连接面中点(铁路车钩是指钩舌外侧面的中心线)至轨面的高度。取新造或修竣后空车的数值。列车中各车辆的车钩高基本一致,是保证车辆正确连挂、列车车行中正常传递牵引力及不会发生脱钩事故所必需的。广州、上海地铁车辆为720mm。 (7)地析面高度:车辆地板面与钢轨顶面之间的距离。地板面高度与车钩高一样,指新造或修竣后空车的数量。它将受到两方面的制约,一是车辆本身某些结构高度的限制,如车钩高及转
10、向架下心盘面的高度;另一方面又与站台高度的标准有关,规定车辆地板面应与站台高度相协,例如,上海地铁车辆地板面高为1.13 m,北京地铁车辆为1.053m。 二广州地铁四号线车辆主要技术参数1.车辆基本参数车辆的总体设计寿命 30年第三轨/供电电压 DC1500V电压波动范围 DC1000-1800V车辆段接触网最大高度 4800mm冲击极限 0.75m/s2起动平均加速度(0-35km/h) 1.0m/s2每辆车的平均轴重 16t牵引(直线)电机额定功率 120KW车门数量 3对/侧列车平稳性指标 2.7最高运行速度 90km/h设计/结构速度 100km/h列车载客容量(下表1.1)工况定义
11、A车乘客数B车乘客数载客量AW0无乘客(空载)0人0人-AW1座客载荷28(座)32(座)-AW2定员载荷(6人/m2)218人243人922人/列AW3超员载荷(9人/m2)313人348人1322人/列车辆重量定义载客载荷车辆重量列车重量McpTMcpTtAWOAW1AW2AW32 .车辆主要尺寸(单位:mm)车辆长度 A车17600mm B车16840mm列车总长 71640mm车辆宽度 3000mm贯通道宽度 1300mm贯通道高度 1900mm车辆高度 3800mm车辆最高点(含排气口) 3860mm受电弓工作范围 175-1600mm第三轨轨面距轨道轨顶面高度 200mm第三轨中心
12、怀与轨延中心线距离 1510mm转向架中心距 11140mm转向畸固定轴距 2000mm车门全开高度 1860ZZZ车门净开宽度 1400ZZZ开,关门时间 04S车钩中心线距轨面高度 500ZZZ车轮直径(整体辗钢车轮,新轮) 730mm半磨耗轮 690mm全磨轮 650mm轮对内侧距 1353ZZZ第二章 广州地铁四号线电客车的牵引控制系统1 牵引系统的构成及工作原理 MS主隔离开关;DCHS1,2放电开关;HB高速断路器;CHB1,2充电接触器;LB1,2线路接触器;CHR1,2充电电阻;DCHR1,2放电电阻;OVCR FR1,2过压保护电阻;FL1,2滤波电抗器;FC1,2滤波电容器
13、;OVCR F1,2过压保护晶闸管;DCCT1,2差动电流传感器;CTS1,2输入电流传感器;DCP11,21线电压传感器;DCP12,22滤波电容电压传感器;CE1,2电容;CTU1,2/CTV1,2逆变器输出电流传感器;LIM直线电机图1 牵引系统的主电路图 四号线车辆受电弓或集电靴通过接触网或第三轨受流,1500伏高压通过供电接触器(集电靴受流时Pancgs1闭合,受电弓受流时Pancgs2闭合),MS主隔离开关箱以及HB高速断路器进入VVVF箱。牵引系统的主电路图如图1所示。VVVF箱内有两个VVVF逆变器,每个VVVF逆变器驱动2个直线电机。当VVVF接受到牵引手柄给出的牵引指令后,
14、充电接触器CHB闭合,滤波电容器充电,当滤波电容电压达到一定值时(滤波电容FC电压小于网压80-100V),线路接触器LB闭合,接着CHB分离,逆变器的门极开始工作。逆变器由IGBT模块组成,能够实现变频变压控制,将1500V直流电压转换为驱动三相直线感应电机所需的三相交流电压。如果DCP12,22(滤波电容电压传感器)检测到的电压高于1980V,门极将停止工作,同时LB分离,OVCR F1,2(过压保护晶闸管)导通,通过OVCR FR1,2(过压保护电阻)放电。当需要对VVVF箱进行检修的时候,就需要将MS箱隔离开关打到接地位置,这时与MS主开关机械联动的DCHS1,2(放电开关)闭合,FC
15、1,2(滤波电容器)和FL1,2(滤波电抗器)等储能元件通过DCHR1,2(放电电阻)放电,保护检修员工的作业安全。2列车牵引控制系统主电路的主要特点(1)整个主电路由两个逆变器电路组成,每个逆变器电路包括一个直流滤波电容器、一个 VVVF逆变器电路。(2)采用大容量的 IGBT模块。(3)为了减少IGBT和滤波电容器之间的杂散电感,滤波电容器的安装尽量靠近IGBT,并采用了叠片式低感母排。(4)采用了大容量的电容滤波器 (FC)以吸收输入电网电压中的纹波。 (5)当检测到主电路出现过电压时,释放晶闸管导通,滤波电容通过电阻放电,从而实现过电压保护。(6)主电路通过充电电阻充电。3VVVF控制
16、系统的功能(1)牵引控制(加速)从主控制器传来的向前/向后命令和牵引命令以及PWM命令,通过列车总线或硬连线进入到B车的逆变器。逆变器根据收到的信号执行牵引加速控制。牵引控制主要实现以下控制功能:1.牵引电机的矢量控制 2.恒转矩控制3.特性牵引控制 4.反向启动控制(2)再生制动控制 (减速)制动PWM命令通过列车总线进入到B车的逆变器。在制动期间,可以根据负载进行制动力控制,也就是说能够实现变负载控制。逆变器采用了再生模式,这样牵引电机反馈的能量就能够回馈到主电路。再生制动控制主要包含以下控制功能:1.牵引电机的矢量控制2.恒转矩控制 3.特性控制(3)保护功能主电路和控制电路的保护过热保
17、护主电路单元温度限定 95度(整定值)主电路单元时间常数 900秒(整定值)过电压保护值 2000V(整定值)欠压保护值 1000V(整定值)二级欠压保护值 950V(整定值)(4)故障检测功能1.控制电路开机自检2.IGBT电路降功率试验3.电压、电流传感器信号检查4.速度传感器信号检查5.控制电路电源欠压检测6.高速断路器状态检测7.线路接触器、预充电接触器状态检测8.IGBT门极驱动板状态检测9. 保护释放晶闸管状态检测4简述四号线车辆牵引系统的矢量控制广州地铁四号线的直线电机是采用矢量控制方式,采用矢量控制技术,使直线电机的控制性能可与他励电机相媲美,实现快速控制转矩,能将负载的扰动对
18、速度的影响降到最低。通过矢量控制技术可以实现如下功能:正常情况下的列车牵引、感应板次边阻抗变化的补偿、感应板与直线电机之间气隙变化的补偿、感应板缺失时的防止直线电机过流、再生制动等。VVVF控制单元制动控制单元保压制动(数字信号)5四号线车辆VVVF与制动系统之间的通讯接口电制动有效(数字信号)电制动减弱(数字信号)载荷(模拟信号)电制动力大小(模拟信号) 保压制动信号:每个VVVF将保压制动指令送到每一个制动控制单元,保压制动指令高电平有效,低电平保压制动缓解,当有一个VVVF发出保压制动施加指令,保压制动便会施加,缓解保压制动必须每个VVVF保压制动指令均为低电平。 电制动有效信号:当VV
19、VF进行电制动,且电制动力达到一定值时,VVVF发送电制动有效信号给G阀。在制动的开始阶段,制动系统使用该信号限制冲击。 载荷信号:每个制动控制单元发送车重信号给VVVF,信号的大小为4mA-20mA,对应AW0-AW3之间的车重。VVVF根据这个信号计算所需要的牵引及电制动力。 电制动下降信号:在速度大约为6km/h(具体数值可调)时,VVVF将会向制动控制单元发送一个电制动减弱信号,电制动力逐渐下降,空气制动弥补所需要的制动力,气制动压力随之按照比例增大。 电制动力大小信号:VVVF发送给制动控制单元电制动力大小信号,信号也是4mA-20mA的模拟值。混合制动时,制动控制单元根据这个信号计
20、算需要补偿的气制动力的大小。6 简叙牵引和制动的参考值的传递方式;优先级传递的定义;信号的分别传递 : 牵引和制动的参考值的传递有两种方式,一种是通过列车硬连线方式传递,一种是通过列车网络传递。其中列车硬连线方式优先,列车网络传递为备份。硬连线方式传递:非ATO操作时,司机将司机控制器的方向手柄置于前向或后向,主控制手柄置于牵引或制动区域的不同位置,代表不同的牵引力或制动力大小,这时将从司机控制器的电位器输出不同的电压信号,电压信号范围为0-10V。该电压信号送到PWM发生器,经过PWM发生器处理后输出脉宽调制信号由列车硬连线方式传递给VVVF的DCU和制动控制系统的ECU(GATEWAY)。
21、ATO操作时,ATO系统将送出020mA的模拟量信号,经过I/V模块转换后输出0-10V电压信号到PWM发生器,经过PWM发生器处理后输出脉宽调制信号由列车硬连线方式传递给VVVF的DCU和制动控制系统的ECU(GATEWAY)。列车网络传递:非ATO操作时,来自司机控制器的另一路范围为0-10V电压信号将被送到A车的CCU中,经过CCU的模/数转换及处理后,以网络通信方式传递到VVVF的DCU和制动控制系统的ECU(GATEWAY)。ATO操作时,ATO系统将送出020mA的模拟量信号,经过一I/V模块转换后输出0-10V电压信号到A车的CCU中,经过CCU的模/数转换及处理后,以网络通信方
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