浪琴型悬挂式单轨车辆的研发

(通号轨道车辆有限公司，湖南 长沙 410000)

0 引言

悬挂式单轨系统采用高架线形式，车辆悬吊于轨道梁下方行驶，不占用地面道路资源，有效利用了城市空间。另外，悬挂式单轨运行噪音低、爬坡能力强、转弯半径小、造价低、工期短，越来越多的二、三线城市对其产生了浓厚兴趣。适应市场的需求，通号轨道车辆有限公司(下文简称为通号车辆)与瑞士PROSE公司合作，引进浪琴型悬挂式单轨转向架技术，利用自身在车体制造和电气集成方面的技术积累，开始了浪琴型悬挂式单轨的研发设计。

1 世界主要悬挂式单轨制式简介

1.1 浪琴型悬挂式单轨

1901年，全长约13.3 km的乌帕塔尔悬挂式单轨线路建成通车，被认为是商用悬挂式单轨的开端。该单轨车辆采用钢轮钢轨非对称悬挂制式，由德国人浪琴设计，故称为浪琴型。该线路已成功运行100多年，运送旅客超过15亿人次，成为乌帕塔尔市的一个标志[1]。

1.2 SAFEGE型悬挂式单轨

1960年法国雷诺等公司共同开发出SAFEGE型悬挂式单轨，该单轨车辆采用橡胶轮胎，转向架在底部开口的箱形梁内运行，车体对称悬挂在转向架下方。然而由于经济和技术上的原因该车辆未能实现商业化运行[2]。

20世纪80年代，德国西门子等公司在SAFEGE单轨的基础上开发出可实现无人驾驶的悬挂式单轨，称为H-Bahn。目前已建成的有长度约3 km的多特蒙德大学线和长度约2.5 km的杜塞尔多夫机场线[3-4]。

20世纪60年代，日本在SAFEGE单轨的基础上，制定了设计标准，设计出了日式单轨。自20世纪70年代以来，悬挂式单轨在日本得到了很大发展。目前已建成的有长度约15.2 km的千叶单轨线和长度约6.6 km的湘南单轨线[5]。

2 浪琴型悬挂式单轨研发

2018年，通号车辆经过长期的研究认为浪琴型悬挂式单轨与SAFEGE型悬挂式单轨相比在市场竞争中将更具优势。一方面浪琴型悬挂式单轨采用钢轮，而SAFEGE型悬挂式单轨采用橡胶轮胎，钢轮的维护成本将更低；另一方面浪琴型悬挂式单轨的轨道采用固定在工字钢上的钢轨，而SAFEGE型悬挂式单轨的轨道采用底部开口的箱形梁，在轨道的用钢量方面浪琴型比SAFEGE型少得多。基于以上研究，通号车辆决定与瑞士PROSE公司合作，引进浪琴型悬挂式单轨转向架技术，利用自身在车体制造和电气集成方面的技术积累，开始了浪琴型悬挂式单轨的研发。

通号车辆设计的浪琴型悬挂式单轨的设计寿命不低于30年，采用第三轨受电，钢轨回流方式。车辆适用于海拔高度不超过1 200 m，环境温度在-25 ℃～+45 ℃，相对湿度在21%～100%，最大风速不超过110 km/h的环境中。车辆的最大爬坡能力为正线最大坡度不大于60‰，最小转弯半径为50 m，最高运行速度为60 km/h。车辆为3编组，每节车厢配有2个动力转向架，车辆编组如图1所示。

车辆编组：-B+C+A-

其中：A为带司机室动车；B为不带司机室功能动车；C为中间动车；-为半自动车钩；+为半永久牵引杆。

图1 车辆编组

3 浪琴型悬挂式单轨优化

3.1 载客能力提升

相较于PROSE设计的欧洲版悬挂式单轨，通号车辆设计的悬挂式单轨的载客能力得到较大提升。两种车型分别简称为PROSE单轨和通号单轨。通号单轨为了提升载客能力，一方面增大车厢空间；另一方面增大车辆动力。

PROSE单轨和通号单轨都是三编组车辆，但PROSE单轨的中间车厢非常短，长度只有1.82 m，极大的限制了车辆的载客能力。PROSE单轨全长24 m，车宽2.2 m，最大载客能力为130人。

通号单轨为了提升载客能力，将中间车厢加长到8.2 m，增加了载客空间。通号单轨全长29.6 m，车宽2.5 m，最大载客能力提升到328人。

为了提升车辆的载客能力，在增大车厢空间的同时还要提升车辆的动力，这样才能保证车辆具有优秀的启动和爬坡能力。PROSE单轨采用了4台60 kW的异步电机，而通号单轨则采用了6台75 kW的异步电机，车辆动力得到很大提升。

3.2 供电方式优化

PROSE单轨采用2个受电靴，2个牵引逆变器和4台60 kW的异步电机。每个受电靴给对应的1台牵引逆变器供电，通过牵引逆变器将电网的750 V直流电逆变为380 V三相交流电，供给与之对应的2台异步电机。PROSE单轨2套牵引系统是独立的，当1个受电靴或牵引逆变器故障，车辆将失去50%的动力。

通号单轨同样采用2个受电靴和2个牵引逆变器，但是在受电靴和牵引逆变器之间增加了1台高速断路器，使得2个受电靴的电能在高速断路器处汇聚，再分配给2个牵引逆变器。这样做的好处是当1个受电靴故障时，通过另1个受电靴依然可以给2台牵引逆变器供电，保证所有牵引电机都有动力，提升了整个牵引系统的冗余性。

3.3 乘客救援方式优化

悬挂式单轨由于车厢悬吊于轨道梁下方，导致其无法利用轨道梁进行人员疏散，也难以设置疏散平台；另外，车辆离地较高，亦不便于乘客由车内疏散到地面。在进行悬挂式单轨设计时充分考虑了车辆出现紧急情况时乘客的救援方式。

1)若车辆在车站内出现故障，司机可以打开车门迅速将乘客疏散到站台，乘客也可拉动紧急开门装置打开车门撤离。

2)若车辆在正线上出现故障，如果车辆可以继续行驶且不会加重故障，车辆可以继续运行到下一站疏散乘客。如果车辆不能继续行驶，可由救援车辆将其牵引到下一站进行清客。

3)若车辆在正线上出现故障且车辆无法移动，可由救援车靠近故障车车头，在两车司机的配合下打开位于司机室前端的紧急疏散门，将乘客转移到救援车上。

4)当车辆在正线上出现故障且救援车无法快速到达时，司机可放下位于司机室的逃生筒，组织乘客有序撤离。

5)当故障车辆停留在地面车辆可以到达的区域时，可利用消防云梯车疏散乘客。

3.4 车门系统优化

很多轨道车辆都会在车门处设置车门紧急解锁装置，目的是当车辆出现紧急情况时，如车辆起火时，乘客可以拉下车门紧急解锁装置，触发车辆紧急制动并解锁车门，待车辆挺稳后乘客可以手动推开车门下车逃生。但是这套系统应用在悬挂式单轨上是不适用的，因为悬挂式单轨悬挂于轨道梁下方且距离地面较高，即使乘客打开车门也无法逃生。因此我们对车门系统进行了改进，在车门紧急解锁装置中增加了电磁铁，同时改进了车门的控制电路。当乘客拉下车门紧急解锁装置时，不会触发车辆紧急制动，车门会解锁但电磁铁会施加反作用力使乘客无法将车门推开，同时车门的控制电路会将乘客的操作反馈给司机。司机得知乘客操作了紧急解锁装置后，可通过安装在车厢内的摄像头查看车厢内的情况，进而判断是否需要触发紧急制动并打开车门疏散乘客还是运行到下一站再疏散乘客。

3.5 乘客信息系统优化

与PROSE单轨相比，通号单轨为乘客提供了更好的乘客信息系统。车辆的乘客信息系统不仅为乘客提供了车辆到站广播、紧急广播等常规功能，还在车厢内设置了大量LCD显示屏，包括电子动态地图、超薄双面显示屏以及触摸透明屏等，乘客可以在查看车辆运行信息的同时观看图片和视频形式的广告或娱乐信息。

4 结语

悬挂式单轨以其运行噪音低、爬坡能力强、转弯半径小、造价低、工期短等优点，受到越来越多对中低运量轨道系统有需求的城市的青睐。浪琴型悬挂式单轨相较于SAFEGE型悬挂式单轨在车辆维护成本和轨道梁建设成本上具有明显优势，相信未来将受到更多城市的关注。目前通号单轨已经完成了转向架、车体、电气等的设计工作，预计在2020年样车即可下线试运行，为我国不适于修建地铁、轻轨的中小城市提供一种新选择。