国内现代有轨电车车辆发展状况综述

臧 宇 许广鹏 关和宁 姚 震 俞俊杰



国内现代有轨电车车辆发展状况综述

臧 宇 许广鹏 关和宁 姚 震 俞俊杰

摘 要：近年来，国内各车辆生产厂商纷纷通过自主研发、技术引进和联合开发等多种形式进行有轨电车车辆的研发、设计、生产和改进。文章首先概述国内几大有轨电车生产厂商的车辆交付、使用业绩和基本制式，随后详细阐述并比较各生产厂商车辆在供电、转向架、牵引和制动等方面的特点及各自的优缺点，最后进行概括、总结。希望能为有轨电车建设决策者在今后的车辆选型时提供参考。

关键词：有轨电车；车辆制式；技术特点；选型

臧宇：苏州高新有轨电车有限公司，助理工程师，江苏苏州215000

0　引言

20世纪末期，西门子、庞巴迪、阿尔斯通和斯柯达等世界几大著名有轨电车生产商在老式有轨电车的基础上改进、研发出新型100% 低地板有轨电车。由于具有节能环保、运量大、乘坐舒适、安全性高等优点，有轨电车产业再次迎来高速发展。

在我国，自2013年8月沈阳浑南有轨电车成网运营以来，苏州、南京、广州、青岛、淮安等城市也已建成现代有轨电车并投入商业运营。预计到2020年，将规划、建设有轨电车超过150条线路，里程超过2500 km，工程总投资超过3000亿元［1］。

目前，国内有能力生产有轨电车并具备交付业绩的厂商有南京浦镇、大连机车、青岛四方、长春客车、株洲机车和唐山客车等。下文将对以上有轨电车生产商的车辆交付、使用情况、基本制式及车辆主要子系统特点进行详细介绍和比较。

1　车辆交付、使用情况与基本制式

1.1南京浦镇

2012年7月，南京浦镇城轨有限责任公司与庞巴迪签订技术引进协议，引进庞巴迪最新的 Flexity100%有轨电车生产平台，生产车辆已交付苏州有轨电车1号线、南京河西线和南京麒麟线3个项目，其中苏州有轨电车1号线和南京河西线均已进入商业运营阶段。2013年下半年，南京浦镇城轨车辆有限公司与苏州轨道交通有限公司等合资成立苏州南车造修基地，并计划于2016年4月投产，车辆如图1所示。

图1　Flexity 系列有轨电车

图1所示 Flexity Ⅱ 100%+低地板有轨电车为5节编组形式，可根据实际客运量需求调整为3节或7节编组。车辆端部配置2个动力转向架模块，中间配置1个拖车转向架模块、2个悬浮模块。整车长约32.6 m、宽2.65 m、额定载客量（ AW2工况，下同）300人、门区出入口距轨面高度330 mm。

车辆使用 FLEXX Urban3000有轴转向架。该转向架采用传统小轮径弹性轮对，最大轴重12.5 t，轴距1850 mm。电机纵向悬挂于动力转向架的构架两侧，电机与轮对之间通过齿轮箱传动。一系弹簧为橡胶金属叠簧，二系弹簧为变刚度沙漏型橡胶簧。沙漏型橡胶簧空车工况下刚度较小，重车工况下刚度变大，有利于保证整车在空重车时均具有良好动力学性能。每个转向架设有4个垂向减振器和1个横向减振器，同时在左右侧各设置1对旋转止挡，用以传递牵引力和制动力，并提高车辆抗蛇形稳定性。车辆最高设计速度80 km/h，最高运营速度70 km/h，留有超过10% 的安全裕量。

1.2大连机车

2012年10月，大连机车车辆有限公司引进安萨尔多百瑞达 SIRIO 系列100% 低地板车辆生产平台技术，并于次年中标珠海有轨电车1号线项目。随后大连机车在珠海投资建立现代有轨电车和 Tram Wave 地面供电系统生产基地。目前，珠海1号线已邀请市民试乘，即将投入试运营。2014年，北京西郊线有轨电车项目确定由大连机车在珠海的有轨电车生产基地提供31列车，预计2016年建成通车，车辆如图2所示。

图2　地面供电的 SIRIO 系列有轨电车

图2所示 SIRIO 系列与 Flexity 系列的车辆编组形式一样，可实现3、5、7节编组，设有悬浮模块。5节编组时，列车长约32 m、宽2.65 m、额定载客量279人、最高运营速度70 km/h。

TramWave 地面牵引供电系统是 SIRIO 系列有轨电车的一大技术亮点，国内率先应用于海珠区试验线。SIRIO 系列转向架采用弹性独立车轮，左右车轮间通过轴桥装置实现横向耦合和定位，牵引电机纵向布置于转向架两侧。一系悬挂为橡胶簧，二系悬挂为钢簧。制动装置安装于非驱动车轮的外侧，轴距1700 mm［2］。

1.3青岛四方

青岛四方机车车辆股份有限公司2013年通过完全技术转让形式引进捷克斯柯达有轨电车，具有二次改进和深度开发的主导权，车型命名为15TForCity。青岛城阳有轨电车项目已于2016年3月正式投入商业试运营。2013年佛山高明区规划建设8 km 长的有轨电车示范线，拟采用四方氢能源供电有轨电车，预计2016年年底通车。2014年佛山南车有轨电车修造基地开工建设，主要面向华南有轨电车市场，车辆如图3所示。

图3　15TForCity系列有轨电车及其内饰

图3所示15TForCity 系列转向架是斯柯达公司设计的独立车轮铰接式动力转向架。轴距1900 mm，每个弹性独立车轮由1个安装在车轮外侧30 kW 的44极盘式永磁水冷同步电机直接驱动，不在中间设置齿轮箱。该系列有轨电车可实现2～5模块自由编组，最高运行速度70 km/h。3模块编组车长约31 m、门区出入口高度320 mm、额定载客量305人［1］。

1.4长春客车

长春轨道客车股份有限公司2005年开始自主研发70% 和100% 低地板有轨电车。其中，70% 低地板有轨电车已开发出3代产品，最新一代取名“海象”。100% 低地板有轨电车目前开发出2代产品，最新一代取名“海豚”。2013年5月，长客在合肥建立有轨电车造修基地；2013年7月，“海象”系列有轨电车在沈阳浑南成功投入运营；2015年2月，“海象”系列有轨电车在埃塞俄比亚首都亚的斯亚贝巴完成试运行，进入正式运营阶段，车辆如图4所示。

图4所示“海象”系列有轨电车车体为不锈钢框架结构，车身外侧墙板采用铝复合板，进一步轻量化车体［3］。

“海豚”系列有轨电车为标准的5模块编组，车长34.8 m、宽2.65 m、门区地板高度350 mm。牵引系统采用“受电弓 + 超级电容”的供电方式。与 Flexity系列一样采用传统有轴转向架。车体框架主要材质为不锈钢［3］。

图4　亚的斯亚贝巴“海象”系列有轨电车

1.5株洲电机

2012年6月西门子向株洲电力机车有限公司转让了Combino Plus 有轨电车全套技术。随后中标广州海珠区试验线、宁波鄞州区示范线、淮安市有轨电车一期等项目，并在宁波建立有轨电车生产基地，车辆如图5所示。

图5　海珠区试验线有轨电车

图5所示的广州海珠区环岛试验线有轨电车为国内首例采用超级电容作为牵引供电电源的有轨电车。Combino Plus 有轨电车每个模块均配置转向架，可实现2～6节自由编组。4模块车长约36 m、宽2.65 m、门区地板出入口高度320 mm、额定载客量311人。

1.6唐山客车

唐山轨道客车有限责任公司与德国 LogoMotive 公司联合设计出祥龙号100% 低地板现代有轨电车，对转向架和列车控制网络等核心技术拥有完全自主知识产权。土耳其萨姆松有轨电车线、泉州有轨电车示范线、南平市武夷新区旅游专线等均采用该型号有轨电车，车辆如图6所示。

图6所示祥龙号100% 有轨电车每个模块同样配置1个转向架，为单车体型结构，可实现2～6节自由编组。4模块车长37.5 m、宽2.65 m、高3.5 m、额定载荷315人。车体材料为铝合金，最高运营速度70 km/h。供电采用“受电弓 + 超级电容 + 蓄电池”的方式［1］。

图6　装运中的祥龙号有轨电车

1.7国内其他有轨电车生产厂商

除了上述几家已经有交付、使用业绩的有轨电车生产制造商外，新筑路桥机械股份有限公司、中国城轨交通设备有限公司和中辆新能源轨道交通装备有限公司也已投身到新型有轨电车的研制和生产中。

（1）2012年新筑路桥机械股份有限公司从长春轨道客车股份有限公司引进有轨电车技术，并成立控股子公司长客新筑，车辆各系统制式基本和长客有轨电车一致。2013年5月，长客新筑以 PPP 模式参与新津有轨电车示范线项目，该项目已于2015年底建成通车。

（2）2011年，湘电集团有限公司与捷克 INEKON公司合资成立中国城轨交通设备有限公司，共同研制开发100% 低地板现代有轨电车。

（3）中辆新能源轨道交通装备有限公司生产的现代有轨电车样车已于2014年3月在宿迁新能源现代有轨电车先导试验线通过专家组技术评审。全车为3模块编组，额定载客量269人，最大运营速度70 km/h，采用“受电弓+镍氢电池或超级电容”作为主要牵引供电方式，电能来自于独立光伏供电系统和城市电网。

1.8技术参数对比

表1列出了国内几家主要厂商生产的有轨电车基本制式及其技术参数。不难看出，由于市场定位、研发实力和引进技术的不同，车辆在编组、车体材料、载客量、地板高度范围及轴重等方面存在一定差异，能够满足国内不同城市的差异化需求。

2　车辆主要子系统特点与比较

2.1转向架

2.1.1转向架配置形式

根据转向架安装形式及与车体模块的匹配关系，有轨电车分为单车型、浮车型和铰接型。

表1　国内厂商有轨电车基本制式及其技术参数

单车型为每个模块底部配置1个转向架。浮车型有轨电车每间隔1个模块配置1个转向架。铰接型有轨电车转向架设置在2个模块之间，不仅起到支承和走行导向的作用，还能代替车钩或车底铰接装置，具有连接相邻两模块的功能。

法国 TGV 的拖车转向架最早采用图7中的铰接式，后来经过改进和优化，AGV 列车动拖车转向架均采用铰接式。随后，德国、日本、俄罗斯等国也研发出铰接式客货车转向架。相比于单车型及浮车型采用的传统的转向架，铰接式转向架应用于有轨电车有如下2个主要优点［6］：①小半径曲线工况下，相邻两模块相对于转向架垂向中心线转动，不容易侵界；②配合独立车轮的使用，更易于实现100% 低地板。

图7　铰接式转向架位置示意图

2.1.2构架及一二系悬挂

现代有轨电车转向架构架通常为“H”型或“日”字型，由高耐候性的空腔型或工字型钢板焊接而成，具有重量轻、结构强度高和使用寿命长等特点。

一系簧多为橡胶金属叠簧，倾斜布置，提供三向刚度和阻尼，如图8所示。受制于车底设备尺寸和安装空间大小，二系簧舍弃隔离高频振动性能优良的空气弹簧，转而采用钢簧或沙漏型橡胶簧代替。沙漏型橡胶簧在空车工况下刚度较小，重车工况下刚度变大，能同时保证整车在空、重车时地板面高度差较小，并且空车时整车也具有良好的动力学性能。

图8　FLEXX Urban3000转向架

2.1.3弹性车轮

采用传统刚性车轮的列车在街道线路或者高架线路上行驶时，轮轨间磨耗产生的噪声成为越来越突出的问题。为降低轮轨间的动作用力，从而降低轮轨间的磨耗和噪声，各国有轨电车及其他轻轨车辆广泛采用图9所示的弹性车轮。弹性车轮包含轮心、轮箍、橡胶件夹层和短接线等部件，弹性橡胶件处于轮心与轮箍之间。由于橡胶为绝缘体，为实现牵引电流的回流，轮箍和轮心通过数根短接线连接。

弹性轮对的使用，使得簧下质量由整个轮对的质量降低到只有轮箍质量。轮轨之间的动作用力明显减小，磨耗和噪声均显著降低。研究表明，轻轨车辆采用弹性车轮有如下优点［7、8］：①直线段上，车外噪声降低3.5～4 dB，车内噪声可降低约3 dB；②通过曲线时，平均车外噪声降低8～10 dB；③轮轨平均横向动载荷减少25%，平均垂向动载荷减少37%；④车轮踏面和轮缘磨耗量降低，平均镟轮里程提高25%～40%。

图9　弹性车轮

值得注意的是，采用弹性车轮的列车不能采用踏面制动，避免因为制动时接触面的高温传递到轮箍与轮心间的橡胶件而导致橡胶件加速老化，引起橡胶件性能的突变。因此，弹性车轮转向架只能用盘式摩擦制动，制动盘单独安装于轴端［8］。

2.1.4独立车轮

为实现100% 低地板，方便乘客上下车，提高有轨电车额定载客量，图10所示的独立车轮被广泛采用。然而独立车轮的采用带来了2个新的问题：①牵引电机如何安装并实现传动；②车轴的取消使左右轮的耦合关系被解除，自导向能力和对中能力大大降低。

图10　独立车轮轮组

针对第一个问题，部分转向架在构架左右两侧纵向布置牵引电机，1个牵引电机驱动前后一侧的2个车轮。此外，转向架每个独立车轮由1个单独的电机驱动，驱动电机多数沿轴向布置。

针对第二个问题，独立轮组左右轮间一般会通过特殊的轴桥装置耦合，实现车轮间纵向、横向和垂向平移的约束，只留有绕轴向相对转动的自由度。对于这种形式，独立轮组由于左右轮之间不存在绕车轴的转动约束，动力学特点与轮对存在很大差别。首先，消除了轮对的蛇行现象，对提高稳定性有好处，但其沿轨道运行时自动对中能力减弱，必须靠大锥度踏面形成的较大横向分力实现对中［9］。一般轻轨车辆独立车轮踏面等效锥度大于0.15［9］。

2.2牵引系统

牵引系统包括软件和硬件，软件部分含车辆控制单元（VCU）软件和牵引控制单元（DCU）软件，牵引软件具有很强的自监控能力和自诊断能力。硬件包含牵引逆变器、牵引电机、联轴节和齿轮箱等。通常采用1个逆变器控制1个牵引电机（1C1M）或者1个逆变器控制2个牵引电机（1C2M）的方式，以保证逆变器故障时整车牵引能力的冗余性。一般控制1个动力转向架电机的数个逆变器集成在同一牵引逆变箱内。

电机安装和传动的形式也多种多样：有单个电机通过机械横轴驱动左右车轮；也有牵引电机纵向通过螺旋圆锥齿轮驱动同侧前后车轮，左右车轮用机械结构实现车轮间的耦合关系，从而改善车辆导向性。

15TForCity 系列转向架每个弹性车轮由1个安装于车轮外侧的盘式水冷永磁同步电机直接驱动，电机与车轮直接传动，不在中间设置齿轮箱。与传统异步鼠笼式电机相比，永磁同步电动机具有结构简单、效率高、功率因数高、响应快和调速范围宽等优点。缺点是增加了转向架的横向尺寸，安装空间较小。

2.3制动系统

目前，国内各车辆厂商的有轨电车制动方式基本一致，包括电制动、液压摩擦制动、磁轨制动。

2.3.1电制动

电制动时，牵引电机作发电机用，产生的电能优先反馈给电网或车载储能装置（再生制动），当车载设备检测到电网或储能装置电压过高或电流过大时，多余电能反馈给车载制动电阻（电阻制动）转换为热能，并由冷却通风单元为制动电阻散热降温。

2.3.2液压制动

由于有轨电车低地板的特性，空气压缩机、风缸等大尺寸空气制动设备并不适用于有轨电车，取而代之的是设备尺寸小、安装方便的液压制动系统。液压制动系统由制动控制单元、电液控制单元、制动执行机构及油压管路等组成。制动时，弹簧压紧闸片和制动盘提供制动力；缓解时，控制单元控制油泵工作，闸片和制动盘分离。两端闸片与制动盘的间隙可调整，并且闸片上设置磨耗指示槽，便于检查和更换。电制动和液压制动往往配置撒沙系统，在轨道湿滑时改善轮轨间的粘着条件。

2.3.3磁轨制动

与地铁不同，有轨电车线路采用专用路权和共用路权的混合路权形式，在车辆运行过程中遇到的社会人员和车辆较多，需要更好的整车制动性能以避免意外事故的发生。磁轨制动装置通常安装在每个转向架的构架左右侧纵梁上。工作时，摩擦靴吸附在轨道上产生摩擦制动力。摩擦靴与轨面间的间隙可以调节，并具有很好的强度和耐磨性，能够承受制动时产生的振动和热量。磁轨制动最大的好处是可以不受轮轨间粘着条件的限制，保证各种天气条件下列车的制动性能。

2.3.4制动模式

有轨电车按制动模式划分，通常包括停放制动、常用制动、安全制动和紧急制动，相关性能要求如表2所示。

表2　制动模式和相应的性能要求　m/s2

3　结束语

为抓住国内有轨电车产业高速发展的机遇，各家车辆制造商推陈出新，在车辆编组、牵引、制动、转向架等方面均有鲜明特点。

国内有轨电车生产厂商的车辆及其子系统形式多样，各有利弊，建设单位需结合所建有轨电车项目在本地区的定位和运营特点选择最适合自身的车型及子系统方案。

参考文献

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［8］ 邢璐璐，李芾. 弹性车轮车辆动力学研究［D］. 四川成都：西南交通大学，2012.

［9］ 罗世辉. 轨道车辆独立车轮的动力学分析［J］. 铁道学报，1999（21）：15-19.

责任编辑 凌晨

Introduction of Development of Modern Tram in China

Zang Yu, Xu Guangpeng, Guan Hening, et al.

Abstract:In recent years, through the independent research and development, technology introduction, joint development and various forms of research and development, the domestic vehicle manufacturers have made design, production and improvement on tram vehicles. The first part of the paper summarizes the vehicle delivery, the performance and the basic system of major domestic tram car manufacturers. In the second part it makes detailed description and comparison of the manufacturers of the vehicles in the aspects of power supply, bogie, traction and braking etc., their characteristics and the advantages and disadvantages. In the fi nal part, the paper makes a summary and conclusion and provides references for the decision makers in the future of vehicle type selection.

Keywords:tram, vehicle system, technical characteristics, type selection

中图分类号：U264

收稿日期2015-09-14