电动轨道车与内燃轨道车优缺点对比分析

李锦先

摘 要：文章以江苏今创车辆有限公司生产的JMY420型内燃轨道车和中国南车株洲电力机车有限公司为深圳地铁生产的电动轨道车为例，对以电力和内燃机作为牵引动力的轨道车优劣进行对比。

关键词：电动轨道车；内燃轨道车；优缺点对比

引言

目前世界上城市轨道交通行业方兴未艾，而国内的发展更是如火如荼。用作正线救援、厂内调车、运输的电动轨道车，集成轨道检测、限界检测以及接触网检测等功能在国外部分地区已经得到了广泛的应用，而国内城市轨道行业还处于发展的初期，对地铁类工程车的需求量较少，因此没有专门为城轨系统开发相应的产品，而是采用既有的为工矿企业、码头等开发的小型内燃调车机车作为地铁工程维护车。

1 两种轨道车简介

内燃轨道车以卡特柴油机作为动力源，然后通过弹性联轴节、万向轴、液力变速箱、车轴齿轮箱传到轮对，从而驱动机车前进。车上的制动系统以JZ-7制动机为核心的空气制动，此外还有液力制动。

电动轨道车则是受电弓从接触网受流或蓄电池作为电源，然后电流经过高速断路器、牵引回路高压箱、线路电抗器、牵引逆变器，牵引逆变器将直流电源逆变为可控三相交流电后向异步牵引电动机供电，使电动机转动，电机通过联轴节、齿轮箱驱动轮对旋转，从而使得机车前进。制动系统以DK-1制动机为核心的电空制动，同时可以利用电机实施再生制动+电阻制动。

2 牵引传动方式比较

内燃轨道车与电动轨道车的牵引方式从以下几点进行比较。

2.1 噪音

内燃轨道车在开动时，柴油机会发出很大的噪音，高达100分贝，这严重影响工作人员和维护作业人员的身体健康，在高架及地面的路段还会影响周围居民生活，造成不良的社会影响。而电动轨道车采用电机牵引，电能直接转化为机械能，没有柴油机燃油点燃爆发的过程，因此电机发出的声音与之相比几乎可以忽略，避免了柴油机的噪音问题。

2.2 废气排放

燃油燃烧后会产生大量的一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物等有害气体，再加上燃烧不充分而产生的烟雾等，在地下隧道这种相对封闭的作业空间难以扩散排出，不利于作业人员的身心健康，对隧道内的机械设备造成损害，同时严重的污染了城市的空气。而电动轨道车则接近零排放，按其30年的使用寿命来计算，每替代一台内燃轨道车将直接减少二氧化碳排放量近2100吨。在目前国家大力提倡节能减排，计划到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40～45%这一目标已作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划的背景下，用电动轨道车替代内燃轨道车，不失为一个明智的选择。从应对导致全球温度日益上升的温室效应方面来说，亦可作出贡献。

2.3 能源利用率

内燃机的能量利用率为35～45%，再加上液力传动箱、万向轴等方面的耗损，机车总效率低于33%，而电机的能源利用率高达89%，加上其传动方式为直接输出到车轴齿轮箱，传动行程短，损耗小，机车总效率在85%以上。两者相比，可知电动轨道车的能源利用率是内燃轨道车的2.58倍以上。如果考虑到中后期部件老化带来的影响，这个倍率将更大。

3 制动系统比较

JMY420型轨道车的制动方式有两种：以JZ-7制动机为核心的空气制动和液力制动。电动轨道车的制动方式同样有两种：以DK-1制动机为核心的空气制动和再生制动+电阻制动。

3.1 JZ-7制动机与DK-1制动机

JZ-7型空气制动机是我国自行设计制造的，在铁路内燃机车上广泛应用的制动机。它以压力空气为动力来源，用压力空气的压力变化来操纵机车的缓解及制动。DK-1电空制动机以空气为动力来源，用电来操纵制动装置的制动、缓解等作用。通过参考资料[2]中的具体性能对比可知，DK-1制动机与JZ-7制动机相比，反应时间更迅速：充风快、停车快，控制性能更灵活，运用更方便。由于控制部分基本上都是电气控制，因此无空气排放时的噪音，结构上简单、便于掌握、便于检修，改善了作业环境。

3.2 液力制动和再生制动+电阻制动

液力制动作为空气制动的一种补充，是通过向与机车运转方向相反的变扭器充油，使得传动油与使得机车的动能转变为传动油的热能，再散发到空气中。这样，在制动的过程中，依然要消耗柴油机发出来的能量。再生制动则是将牵引电机的电动机工况转变为发电机工况，将机车动能转化为电能，电能通过转换电器和受电弓反馈给供电触网或者通过转换器后到车载蓄电池组，将能量储存起来的制动方式。再生制动是一种绿色、环保的制动方式，能够起到节约能源的作用。而电阻制动即是利用直流电机可逆的工作原理，将牵引电动机转为发电机工况时发出的电能消耗于制动电阻，利用电机产生的反转矩使机车减速的一种电制动形式。电阻制动仅仅消耗机车的动能，而不需額外消耗其他能量，再加上独立性强，可以与接触网不发生联系，易于调节、控制。作为辅助制动方式，再生制动+电阻制动与液力制动相比，有着相当大的优势。

4 控制系统比较

控制系统作为车辆的控制和通信系统，主要完成通信管理、功能控制、故障诊断、事件记录等功能。电动轨道车为分布式列车电子控制系统，采用不同功能的模块化设计，如车辆控制模块、事件记录模块、数字量输入输出模块等。内燃轨道车采用的是PLC为中心，外加继电器的控制系统。

4.1 系统可靠性

与内燃轨道车相比，电动轨道车的模块化使车辆的电气设备间接口标准化，模块间的通讯也是采用相关的标准通讯线，而内燃轨道车则是采用常见的电线连接，电动轨道车的电气接触更加优良，加之电动轨道车比内燃轨道车的车身震动要小得多，因此电动轨道车系统运行可靠性更高。此外电动轨道车控制模块、通信等采用冗余机制，实现故障自动切换等功能，进一步提高其可靠性。

4.2 智能化

电动轨道车电气化程度比内燃轨道车的要高得多，其控制、数据采集及故障诊断功能丰富。模块化设计，便于诊断系统快速、精准的检测出故障点，易于维修。而内燃轨道车在出现故障时无法准确定位，整个故障维修过程通常要耗时2小时以上，在正线运行时尤为不利。

5 综合成本比较

5.1 运营成本

采购成本内燃轨道车约300万，电动轨道车约700万。应用时在理想状态下，内燃轨道车柴油机功率为313千瓦，燃油消耗率208克/（千瓦·时），目前柴油价格为7.51元/升，也即8.94元/千克，所以柴油机功率消耗价格为1.86元/（千瓦·时），而深圳市110千伏级别的工业用电按高峰期用电价格算也仅0.9721元/（千瓦·时），如果再考虑到整车的综合效率，则差距更大。同时，随着不断的开采，石化能源将逐渐变得稀缺，价格也必将更加昂贵，而新能源开发效率的提升，未来的电价将会相对平稳的多。

5.2 维护成本

内燃轨道车车上除了电气部分外，还有柴油机、液力传动箱等，在使用年限达到五年左右时，柴油机等部件将会老化，需要进行大修程维护，若不及时进行维护，将会给运营带来巨大风险，因为柴油机等部件结构复杂，目前公司尚无具备对进口柴油机进行大修程的维修保养的能力与条件。以竹子林车辆段的钢轨打磨车为例，2011年上半年因为水泵老化磨损，造成冷却水进入柴油机内部，使得机车无法正常运营，就是因为已经达到年限却因为条件及能力无法满足而没有及时进行维修而造成的，后来只能委外维修，价格高达30万元人民币。而电动轨道车基本上是电气部分的维修、更换，维护的复杂程度要大大的降低。加上其多个重要部件均与电客车相同，而深圳地铁在2014年已经具备了电客车各部件的大修维修能力，因此可大幅度节省委外维修费用。根据参考资料[1]的分析，电动轨道车全寿命周期的成本将比内燃轨道车的低700万以上。

6 结束语

作为国内第一辆的电动轨道车，截至目前已经安全运营了2年多，该车故障率相比内燃轨道车要低很多，加上排放、噪音等优势，日常中深得维护、运用部门的喜爱。而在深圳地铁7、9、11号线的设备采购中，共计划采购6辆电动轨道车，显示了其强大的生命力。相信电动轨道车将成为我国城市轨道交通行業的里程碑，引领城市轨道行业发展新方向。

参考文献

[1]杨志华，陈成，毛如香.地铁工程维护车的新发展-电力蓄电池双能源工程车[J].电力机车与城轨车辆，2010，33（4）.

[2]刘豫湘，陆缙华，潘传熙.DK-1型电空制动机与电力机车空气管路系统[M].中国铁道出版社.

[3]迟卓刚，张贵良.内燃机车制动机[M].中国铁道出版社.