菲律宾马尼拉地铁车辆设计

孙闯

【摘 要】本文介绍了菲律宾马尼拉地铁三号线车辆的结构和特点，包括总体技术性能，主要系统和主要部件的技术特点等。

【关键词】菲律宾；马尼拉；地铁车辆；技术特点

0 前言

菲律宾马尼拉地铁三号线车辆是由中车大连机车车辆有限公司自主研发的地铁车辆，该车辆采用国际设计标准，最高运行速度为65km/h，整车设计寿命为30年。

1 车辆总体介绍

1.1 概述

菲律宾马尼拉地铁三号线全长16.9km，其线路最大坡度5%，最小曲线半径25m，双轨轨道中心距3400mm，站台距离轨面高度900mm，站台长度130m。

国内标准地铁车辆均无法满足此线路参数要求，为此，大连机车设计了一种新型铰接式地铁车辆：单节车辆采用三节车辆模块铰接而成（见图1，其中：A为带司机室动力模块，B为无动力模块；C为带调车控制面板动力模块），车辆全长31720mm，车宽2500mm，A/B、B/C车辆模块间均采用铰接悬臂方式连接（见图3），再通过铰接悬臂结构与转向架中心销及摇枕进行连接，实现车体与转向架的铰接方式连接，以满足线路最小平面曲线半径要求。

尽管菲律宾马尼拉地铁三号线单节车辆具备独立运营能力，正线运营时，为了增加客运量，采用四节车辆通过头尾两端全自动车钩自动连挂的重联方式运营，整列车长度126.88m，连挂后的车辆亦可满足线路平纵曲线半径要求。当单节车辆故障时，整列车仍可以正常方式完成一个单程运营，列车返回检修库后，仅通过车辆重联替换故障的单节车辆，整列车即恢复正常运营，大大减小了整列车的故障停靠时间。

菲律宾马尼拉环境温度高，空气湿度大，且线路坡度大，为了保证车辆动力学性能，车辆采用电制动、液压轴盘制动、磁轨制动、撒砂装置等多重制动系统相互配合，确保车辆安全。

同时，为了减小车辆振动、噪声，提高乘客乘坐舒适性，菲律宾马尼拉地铁车辆轮对采用弹性车轮，大大降低了车辆振动和车辆内外噪声。

1.2 车辆编组

菲律宾马尼拉地铁三号线车辆采用四辆车辆编组重联运营，本车辆编组型式非常灵活，除了要求编组两端为司机室（运行安全的要求），中间的两列车可以任意组合。如-A+B+C--A+B+C--C+B+A--C+B+A-或-A+B+C--C+B+A--C+B+A--C+B+A-。

1.3 受流方式

车辆供电方式为受电弓受电，额定电压为DC750V，网线电压变化范围：DC500V～900V。

1.4 车辆载客量（见表1）

表1 车辆载客量

乘客质量按照65kg/人计算，整备状态下的车辆重量、轴重差、轮重差均满足要求。

1.5 车辆动力学性能

车辆最高运行速度为65km/h，设计速度70km/h，反向退行最大速度为15km/h。

对于额定载荷，车轮在半磨耗状态，0-40km/h平均加速度≥1.03m/s2，

40-65km/h平均加速度≥0.2m/s2。牵引状态冲击极限1.1m/s3。

对于额定载荷，车轮在半磨耗状态，常用制动减速度（65-0km/h）≥1.01m/s2，紧急制动减速度（65-0km/h）≥1.5m/s2。

2 车辆主要系统和部件

2.1 车体钢结构

车辆车体钢结构采用薄壁、筒型整体承载的轻量化结构。车体呈下直上鼓形，主体结构由司机室外罩（A、C车有）、底架、侧墙、顶棚组成。除了车体底架枕梁、端底架等部分采用耐候钢外，其余全部采用高强度不锈钢。车体外表面不涂装。

车体结构设计、计算按照EN12663标准的P-IV型。利用有限元分析软件建立A、B、C车体的有限元模型，分别对A、B车进行吊车工况、纵向压缩工况、纵向拉伸工况、三点支撑。对-A+B+C-车辆单元进行压缩、拉伸、垂向、吊车、救援等接近20种工况下的静强度计算，同时进行碰撞、疲劳强度和模态分析等相关模拟分析计算，均满足要求。车体的计算模型和网格见图2。

在每节车的底架端部，通过悬臂结构与转向架中心销及摇枕进行连接，实现车体与转向架的铰接方式连接，见图3。

2.2 转向架

车辆转向架是适合于新型电动轨道铰接车辆的转向架，分为动力转向架和无动力转向架两种，两种转向架基础结构相似，动力转向架置于车辆端部，无动力转向架置于车辆铰接部分。动力转向架、无动力转向架均设有一系悬挂的橡胶弹簧和二系悬挂的钢弹簧及铰接摇枕结构，构架采用箱型低合金钢板焊接结构，H型构架；轴箱采用人字橡胶弹簧定位，圆锥滚子整体密封轴承，迷宫式防尘轴箱；基础制动采用轮盘制动，无动力转向架每轴两台制动夹钳，动力转向架每轴一台制动夹钳；车轮采用橡胶弹性车轮。

车辆垂直载荷由两系悬挂装置承载，水平纵向载荷由摇枕装置传递，水平横向载荷由橡胶弹性止挡传递。该转向架具有良好的运行性能，具有低噪音、轻量化、性能可靠、检修方便、易于分解和组装等特点。

2.3 牵引系统

2.3.1 受电弓

每辆车配置一套受电弓（A车）。受电弓采用电动弓，当车辆重联运营时，四辆车受电弓互为冗余。

受电弓配备ADD装置：ADD由安装在车顶上的ADD控制箱及安装在碳滑条内的电阻式感应器组成；当受电弓弓头与接触网系统的刚性部件发生碰撞而碳滑板被损坏时，感应器触发ADD控制系统，受电弓可进行自动降弓。目前，国内地铁项目使用的电动弓均无ADD保护功能。

2.3.2 牵引逆变器

每辆车配置两套牵引逆变器（A车、C车）。牵引逆变器采用了IGBT模块、信号处理技术、磁场导向控制等最新技术，集成了可靠运行所需的部件，如功率堆栈、制动斩波器、控制电子元件、主接触器、充电接触器、滤波扼流圈、冷却风扇和防护装置等，牵引逆变器的额定视在功率为350kVA，最大输出电流为700A。

牵引控制单元TCU位于牵引逆变器内部，采用微机控制的矢量控制方式，是带有强大的数字信号处理功能、灵活微控制器（软核处理器）和FPGA（现场可编程门阵列）的电子控制装置，它具有控制、监视和保护牵引传动系统所需的全部功能，如IGBT的控制、根据实际粘着条件自动降低扭矩、防止驱动装置在输出处出现过电流，在直流链路处出现过电压，防止逆变器温度过高，防止电机温度过高等保护。

2.4 辅助系统

每辆车配置一套辅助电源系统APS（B车），APS通过受电弓从接触网取电，然后经过熔断器的保护，进入到APS的输入回路，为车辆提供440V，60Hz三相交流电输出；220V，60Hz交流电输出；DC110V输出；DC24V输出。正常操作模式下，APS单元可以独立于车辆控制系统单独操作。

2.5 车辆管理系统（TMS）

车辆管理系统网络结构由三级总线组成，分别为列车总线、车辆总线和设备级总线。列车总线用于车辆的重联，采用符合UIC556规范的CAN Powerline总线；车辆总线是管理系统网络的主体，采用符合IEC61375-3-3标准的CANopen网络；设备总线采用RS485总线。车辆管理系统系统用于监视车载牵引系统、制动系统和列车内各主要设备的状态，实现车辆的控制、监视和诊断功能。同时TMS具有重联控制功能，可以实现4列车的自动编组。车辆控制网络拓扑图见图4。

2.6 制动系统

车辆采用KBGM-H液压制动系统。车辆制动系统具有常用制动、保持制动、紧急制动、安全制动等功能，车辆制动时，优先使用电力再生制动，当电网不能吸收再生能量时转为电阻制动。当电制动力不足或失效时，由液压制动补足或替代。

液压制动系统主要由电子制动控制装置（BCU）、储能器、液压控制单元（EHU）、辅助缓解单元（EDHL）、基础制动装置、磁轨制动装置、载荷传感器、撒砂装置等组成。该系统与空气制动相比，具有响应迅速、重量轻、设备体积小、实现更高的减速度等优点。

2.7 广播系统

广播系统采用集中控制，在司机室操纵台内安装有一套相互冗余的电源系统，控制主机采用3U机柜，各控制模块集中于机柜中，采用可插拔式的嵌入结构。广播系统拓扑图见图5。

2.8 空调系统

空调机组采用微机控制方式和司机手动控制。两种控制方式中，司机手动控制优先级最高。空调微机控制方式设有4种工况：手动、自动、通风和停止，并可通过本车空调控制柜对空调进行控制，也可通过TMS系统进行控制和温度设定。在手动工况时，空调机组根据各自的温度控制器所设定的温度进行客室内温度控制；在自动工况时，空调机组根据外界环境温度和客室温度自动调节制冷量。

2.9 车门系统

车辆采用双扇电动塞拉门，在每节车厢内的每个车门驱动装置均配备一独立门控器，实现对每一车门的单独控制；在整个车厢内，门控器通过CANopen总线和本车厢的所有门控器通讯，并通过CANopen总线与该车厢的中央控制系统和监控系统相连接，实现整列车门的集中控制和车门状态及故障的监控和显示。

2.10 照明

车辆设有外部照明和内部照明。车辆外部照明有前照灯、制动灯和标志灯三种。前照灯能提供“亮”和“暗”两种照度，在“亮”照度工况下，晴天、黑夜工作时，列车前端紧急制动距离处的照度不小于2lx（无其他光源）。制动灯和标志灯均设在列车两端部。客室内部照明设有正常照明和紧急照明。照明方式采用荧光灯灯带方式，客室照明能保证在离地板面高800mm处测得的照明强度等于或大于400lx。

3 结束语

菲律宾马尼拉地铁三号线车辆技术先进，具有通过线路小曲线和大坡道的能力、列车灵活多编组的能力；具有先进的受电弓ADD装置和多重制动系统；具备低振动、低噪声、高载客量、高冗余等优点，整体性能安全、可靠。

目前，车辆已顺利通过试验并交车，预计将于今年进行运营。

【参考文献】

[1]严隽耄.车辆工程[M].北京：中国铁道出版社，1992.

[2]内田博行.日本不锈钢车辆技术[J].国外铁道车辆，2001.

[3]沈继强，卜继玲，黄运华.城轨列车铰接式转向架方案及其动力学性能研究[J].铁道机车车辆，2008.

[责任编辑：王楠]