70%低地板与100%低地板有轨电车的比较

陈伟果

70%低地板与100%低地板有轨电车的比较

陈伟果

简要介绍低地板有轨电车的发展，并对70%低地板与100%低地板有轨电车进行了阐述，指出各自的优缺点，为城市对低地板车选型做出参考。对低地板有轨电车的新技术进行了描述，最后给出了一些低地板有轨电车发展的建议。

有轨电车；低地板车辆；独立车轮；悬挂装置；对比；发展

低地板有轨电车运量大，造价低，工期短，绿色环保，运行平稳、舒适，噪声低，转弯半径小，准时高效，运营成本低，地板面离轨面低，均在380 mm以下，十分方便乘客上下车，尤其是残疾人、老人与小孩，并具备城市观光效果等诸多优点，深受广大乘客的青睐。

1 低地板有轨电车的发展

随着城市交通拥堵日益严重，汽车尾气污染日益加剧，社会人口老龄化不断加大，低地板有轨电车的出现顺应了社会的需求。

低地板有轨电车诞生于欧洲，由部分低地板（仅上下车出入口附近为低地板，其余以台阶过渡）过渡至70%低地板，并最终发展到100%低地板。

21世纪前，低地板有轨电车技术为国外的阿尔斯通、庞巴迪、西门子等公司所垄断。我国首列低地板有轨电车诞生于2000年，由大连机车研究所与大连现代轨道交通有限公司合作研制，是DL6WA型70%低地板有轨电车。2005年，唐客公司为长春轻轨成功研发了70%低地板车。但此后低地板有轨电车技术一直停滞不前，直至国家将100%低地板有轨电车列为“十一五”国家科技支撑计划重点项目。2012年后，南车株洲电力机车有限公司、北车长春轨道客车股份有限公司、北车唐山客车轨道有限公司及南车浦镇车辆有限公司100%低地板有轨电车相继下线，标志着我国进入低地板有轨电车的全面发展时期。

2 70 %低地板有轨电车

100%完全低地板有轨电车一直是低地板有轨电车的追求目标，但70%低地板车辆与100%低地板车辆相比，具有一系列不可替代的优点，得以继续在线路上运营，并有与100%低地板车共同发展的趋势。70%低地板车所具有的优点如下。

（1）动力转向架采用传统轮对，结构简单、可靠。

（2）传统轮对转向架技术基于高速动车组、地铁及大铁路列车等制造技术平台，技术十分成熟。

（3）中间非动力转向架可采用独立车轮（加大车厢低地板面积的比例），也可采用小半径传统轮对，结构简单，技术成熟。

（4）车门开在低地板部位，乘客上下车同样非常方便，车厢内用2～3个台阶，由低地板向高地板过渡，给乘客带来的麻烦不大[1]。

（5）传统刚性轮对动力转向架可装较大功率的牵引电动机，每轴功率可达120～200 kW，甚至更大；而独立车轮动力转向架，由于安装空间有限，所安装的牵引电动机功率不超过70～90 kW。

（6）传统刚性轮对车辆起动加速性能及制动减速性能均优于独立车轮车辆。

（7）传统轮对转向架对中性好，过曲线时有自导向功能，轮缘偏磨小，轮轨磨耗少，维修维护成本低。

国内大连、长春及沈阳等城市均有70%低地板有轨电车在运营，尤以大连市为代表，70%低地板有轨电车由2001年开通至今运营情况良好，一直是广大市民出行的优先选择。由大连机车研究所和大连现代轨道交通有限公司联合研制的DL6W改进型6轴铰接车辆为70%低地板车辆[2]，列车3辆编组，两端的头车下安装传统刚性轮对动力转向架，中间车则是安装独立车轮的非动力转向架，如图1所示。

图1 大连DL6W有轨电车

70%低地板有轨电车在国外应用亦非常广泛，德国、法国、英国、日本及美国等国家均有70%低地板车在运营。其中美国由于地域广阔，车辆通常要运行至市郊，需较大的运行速度及起动加速度，并需较大的牵引功率，另一方面需照顾老人、儿童及残疾人方便上下车，故目前美国所运行的轻轨车辆均为70%低地板有轨电车[3]。

3 100%低地板有轨电车

100%低地板是低地板是有轨电车发展的终极目标，实现有轨电车低地板化的核心是：制造低地板化的转向架。转向架低地板化可通过采用小轮径传统轮对或独立车轮或此两者的结合实现。

3.1 小轮径传统刚性轮对车辆

传统刚性轮对转向架技术成熟，可靠性高。通过减小车轮半径，即可实现车辆低地板化，故小轮径传统刚性轮对转向架得到了各大车辆厂优先研发。现已有多种品牌的小轮径传统刚性轮对低地板有轨电车在线路上运行。轮径减小后，受制于安装空间有限，动力转向架的2台牵引电动机只能分别纵向安装于构架的两侧梁上，每台电机驱动1个轮对。

由于采用了传统轮对，转向架上部客室地板面要比其他低地板区域高出90 mm左右，故车内并不是严格的100%低地板，但由于高地板区域与其他区域高度差很小，不需要设置台阶，而是可以采用小斜坡实现连接过渡，车内地板面看起来仍然像是100%低地板[4]。

庞巴迪公司制造生产的Flexity 2低地板有轨电车是这一类型的典型代表。其转向架FLEXX Urban 3000如图2所示，车内地板面如图3所示。

图2 FLEXX Urban 3000转向架

图3 Flexity 2车厢地板面

小轮径传统轮对车辆结构简单、技术成熟，又可实现100%低地板，得到了各大车辆厂的喜爱，表1中列出了制造小轮径传统轮对低地板车辆的车辆厂及其对应车型。

表1 小轮径传统轮对低地板车

3.2 独立车轮车辆

独立车轮转向架是将传统刚性轮对的车轴取消或采用下凹的形状，分别如图4及图5所示。转向架轮对内侧空出的空间设置为车厢客室的通道，以实现100%低地板，两侧车轮及构架侧梁相对较高，则作为车厢两侧的客室座椅。

图4 无车轴独立车轮转向架

图5 车轴下凹式独立车轮

采用独立车轮转向架的车辆能严格实现乘客区的100%低地板，大大方便乘客的上下车，并给乘客提供了一个开阔的视野。但车辆采用独立车轮转向架后，也带来了一系列棘手的问题，其中尤为突出的是：驱动装置的悬挂问题、车辆导向问题。

3.2.1 驱动装置的悬挂问题

动车组、地铁或轻轨车辆由于采用大轮径传统轮对，动力转向架中间有足够的空间用于驱动装置的安装，驱动装置可采用轴悬式、架悬式、体悬式等悬挂方式。但独立车轮转向架车辆要实现乘客区的100%低地板化，则转向架轮对中间需设置为车厢的乘客通道，原用于驱动装置安装的空间将被占用。

独立车轮转向架低地板有轨电车诞生至今，各大车辆厂研发出了多种驱动装置的安装方式。

（1）牵引电动机体悬。牵引电动机悬挂于车体底部两侧，并通过万向轴驱动独立车轮。如ABB公司和SIG公司联合制造的Cobra型有轨电车。

（2）轮毂电机。电机安装在车轮轮毂上，转子与轮毂直接连接带动车轮转动。如庞巴迪公司的Tram2000型轻轨车BAS2000型转向架的牵引电动机采用了轮毂电机。

（3）横向电机。牵引电动机横向布置于转向架构架的对角上，两电机分别驱动与其相近的车轮，并通过轴桥耦合左右车轮，使左右独立车轮具有传统刚性轮对的导向特性，并具有一定的对中能力。如法国阿尔斯通公司的Citadis系列轻轨车Arpège型动力转向架采用了横向电机。

（4）纵向电机。牵引电动机悬挂于构架侧梁上。牵引电动机纵向悬挂于构架侧梁上，不仅使左右车轮之间腾出了低地板空间，还使得驱动装置显露得更明显，更方便驱动装置的检修和维护，目前低地板轻轨车转向架多数采用纵向牵引电动机。如意大利Ansaldo Breda公司的Sirio转向架、阿尔斯通公司的Citadis系列轻轨车Solfège和Corrège转向架、西班牙CAF公司的Urbos轻轨车转向架及日本的Jtram转向架等均为牵引电动机纵向布置。

（5）垂向电机。牵引电动机、齿轮箱及盘形制动装置垂直布置在转向架两侧。目前采用此种形式的是西门子公司生产的单轴超低地板轻轨车ULF，地板面在车门处高度不超过200 mm[5]。

3.2.2 独立车轮转向架车辆的导向问题

独立车轮车辆追求低地板化时，已将左右车轮解耦，消除了蛇行运动的产生基础，不再具备自动对中，自行导向的功能。只能依靠重力的横向复原力和轮缘与钢轨接触挤压导向，车轮的轮缘磨耗严重。需通过别的途径控制车辆的导向。目前比较常用的是重新形成轮对的耦合作用自行导向或添加导向机构迫导向。

轮对耦合包括横向耦合及纵向耦合，此2种耦合作用均可以实现车辆的自行导向。独立车轮转向架的横向耦合作用可通过添加轴桥机构实现，如Citadis车辆的Arpège转向架；纵向耦合则是指将独立车轮转向架一侧前、后两车轮通过某种方式耦合起来使其具有相同的旋转角速度，如牵引电动机纵向悬挂，驱动前后两车轮的转向架，如西门子公司的Combino动力转向架。纵向耦合轮对可实现自导向功能，但直线上车轮偏磨严重。

添加导向机构，使车辆具备迫导向功能，从而实现车辆的导向。如Cobra车的迫导向转向架，通过导向机构使车辆通过曲线时，车体与车体之间产生相对转动，从而带动导向机构实现车辆的导向[6]。

3.3 独立车轮与小轮径传统轮对组合车辆

采用小轮径传统刚性轮对的车辆无法真正实现严格的100%低地板，转向架上方的车厢地板面与其他地板面需用斜坡过渡。而采用独立车轮与小轮径传统轮对的组合车辆则可实现乘客区的100%低地板。从动转向架上不需安装驱动装置，故结构相对简单，可以采用独立车轮的形式，并将此种转向架安装于列车的中间车下。两头车转向架均设置为带动力的传统轮对转向架，并安装于司机室正下方。司机室区域和乘客区域通过台阶过渡，这样则实现了乘客区的100%低地板。

日本的SWIMO-X车辆是典型的独立车轮与小轮径传统刚性轮对的组合，其更是将此技术加以升华，同一动力转向架采用2种尺寸的轮对，前轴轮对的车轮直径为610 mm，后轴轮对的车轮直径则只有250 mm，从而使低地板面积更大，SWIMO-X车辆如图6所示[7]，其转向架如图7所示[8]。

4 低地板有轨电车中的新技术

随着国内外低地板有轨电车的快速发展，一系列应用于有轨电车的新技术也应运而生，如超级电容、永磁同步电机、磁轨制动、浮车型结构、弹性车轮等。

图6 SWIMO-X车辆 （单位：mm）

图7 SWIMO-X车辆转向架

4.1 超级电容

有轨电车的线路大部分在市区中心，为了市区的景观效果，不宜架设接触网，故有轨电车上安装超级电容是一个不错的选择。超级电容充放电仅是物理作用，无化学反应，从而无爆炸、起火等危险，其充放电次数可达100万次，使用寿命可达10年，制动时可将85%以上的动能转化为电能并存储到电容中，具有良好的节能效果。超级电容车辆运行速度可高于60 km/h，且行驶4 km所需电量可在停靠站的30 s内补充完成。

4.2 永磁同步电机

永磁同步电机具有效率高、功率高及过载能力强等特点，非常适合牵引电动机安装空间有限的低地板有轨电车。永磁同步电机转子采用永磁体结构，无电刷装置，可使电机结构更简单，性能更可靠，并且电机可直接安装于轮毂上，省去齿轮传动装置。

4.3 磁轨制动

低地板有轨电车运行于市区中，路口多，有些路段需与公路车辆共享路权，故有轨电车需要提高制动性能。传统的制动方式包括踏面制动、盘形制动、电阻制动和再生制动等，均属于粘着制动，制动力取决于轮轨间的粘着系数。而磁轨制动不通过轮轨间的粘着起作用，为非粘着制动。在传统制动方式基础上加上磁轨制动，有助于增大制动减速度，缩短制动距离，实现准确停车。

4.4 浮车型结构

浮车型结构车厢下方没有转向架，车辆通过铰接装置“挂”在与其相邻的车体上。车厢内地板面不再受转向架限制，可设置为全低地板，并可如地铁车辆一样安排纵向座椅，以使车厢内空间更加宽敞[6]，如图8所示。浮车型结构减少了转向架数量，大大节约了生产成本及维修成本。故浮车型结构是目前大多数新研发的100%低地板车辆所采用的型式。

4.5 弹性车轮

弹性车轮的轮心和轮箍之间装有一个弹性单元，轮箍弹性地支撑在车轮上，从而能有效地降低曲线噪声，减小轨道冲击，降低轮轨磨耗和提高线路及车辆使用寿命[9]。

5 结论

我国低地板轻轨车辆发展前景广阔，国内各车辆厂也相继研发了具有自主知识产权的100%低地板车辆，以满足国内市场需求，并加入国际市场的竞争。

100%低地板现代有轨电车发展势头强劲，深受大众的青睐，大有完全取代70%低地板的趋势，但100%低地板有轨电车技术相对复杂，对系统可靠性要求高，关键技术尤其是动力转向架的独立车轮牵引控制系统设计难度大，造价高。70%低地板车则以其技术成熟、高可靠性、高安全性等优势得以继续使用，随着高速动车组技术的快速发展以及车辆厂、用户对车辆认识的提高，新一代70%低地板车辆的开发和运用需求势必会逐年增长。

图8 浮车型结构车厢地板面

100%低地板虽然有多种形式，但技术仍未成熟，均存在缺陷，尤其是驱动装置的悬挂及列车导向问题。

独立车轮低地板车辆的导向问题依然严峻，仍存在轮缘偏磨，过曲线时车轮及钢轨挤压磨耗严重，需研究新型踏面以增大过曲线时横向导向力，减少运行中轮缘偏磨，并研发新型导向机构，减少轮轨磨耗，提高车辆运行安全性。

低地板列车编组不少于5辆时，应采用浮车型结构，以降低制造及维修成本，给乘客提供一个宽敞、舒适的车厢空间。

低地板有轨电车大多数运行于市区中心，车辆采用超级电容与接触网相结合的方式，可以在某些区段去除接触网，从而去除接触网对城市景观的影响。

采用弹性车轮，可以改善轮轨作用力，延长车轮使用寿命，并达到减振、降噪效果。

6 建议

70%低地板车辆具有一系列不可替代的优点，各大车辆厂不应仅为追求车辆的100%低地板化而忽略了70%低地板车辆的发展。

我国各大车辆厂虽已研发出了具有自主知识产权的100%低地板车辆，但车辆的配件国产化很低，需提高配件的国产化率，并最终达到100%国产化，以打破国外技术壁垒，降低车辆制造成本。国产化后车辆厂与运营公司可以更便利地得到维修配件，更好地就车辆的维修保养与配件供应商进行沟通，并最终提高车辆维修保养的便利性。

低地板车辆实行模块化设计，在满足性能前提下，尽可能使其简单可靠、互换性高，以提高制造效率和检修维护效率，降低人工成本和备件成本。

低地板车辆要实现轻量化设计，车体采用铝合金中空型材，齿轮箱、轴箱等在满足性能的前提下，尽可能采用新型轻量化合金。

低地板车辆在某些运营路段实行路权共享，故车辆制动需反应速度快、性能可靠。车辆制动应采用再生制动、油压盘形制动及磁轨制动等多种制动方式结合。

低地板车辆，尤其是独立车轮低地板车辆轮缘偏磨严重，可以采用轮缘润滑，改善轮轨之间的润滑性能，延长轮缘修磨的时间间隔，大幅提高轨道的使用寿命，减少列车脱轨的危险。

[1] 赵大斌，任利惠. 70%低地板轻轨车辆的型式比较[J]. 城市轨道交通研究，2007（4）：29-33.

[2] 叶芹禄. 有轨电车的现状与未来[J]. 都市快轨交通，2013，26（5）：1-5.

[3] 鲍维千. 独立车轮在低地板轻轨车辆上的应用[J]. 内燃机车，2001（1）：12-17.

[4] 沈训梁，陆云，李俊，等. 100%低地板有轨电车及其转向架发展现状[J]. 都市快轨交通，2013，26（5）：21-24.

[5] 许文超，李芾，李刚. 独立旋转车轮转向架的应用发展及现状[J]. 电力机车与城轨车辆，2013，36（4）：10-15.

[6] 王欢，戴焕云. 低地板轻轨车辆的技术分析与自主研发选型[J].中国铁路，2009（10）：56-59.

[7] 奥保政. 日本新一代轻轨车辆“SWIMO”的开发[J]. 国外铁道车辆，2014，51（1）：20-24，46.

[8] 橘勝. 日本环保型低地板电池驱动轻轨车辆转向架[J]. 国外铁道车辆，2012，49（1）：34-37，44.

[9] 范蓉平，孟光，崔银会. 弹性车轮的发展与研究现状[J]. 机车电传动，2005（1）：8-11，45.

责任编辑 冒一平

Comparison between 70% Low Floor and 100% Low Floor Tram

Chen Weiguo

The paper makes a brief introduction of low floor tram development, and elaboration on the 70% low floor and 100% low floor tram, points out their advantages and disadvantages, providing reference for city to make low floor tram selection. It describes new technology of low fl oor tram, and some suggestions for development of low fl oor tram are given.

tram, low floor vehicle, independent wheel, suspension system, comparison, development

U482.1

2014-08-28

陈伟果：广东南车轨道交通车辆有限公司技术部，助理工程师，广东江门 529100