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近年来地铁车辆主要技术的发展与应用

 

一、车体及内装

1、车体材料普遍采用大型铝合金型材

2、局部结构采用合金钢的复合材料方案

3、车体模块化及其铆接装配工艺

模块化设计具有如下优点:

①   减少设计费用;

②   对任何数量的定单,其价格都是有竞争力的;

③   装配工艺简单,不需要大型工装;

④   可预装内部设施和设备;

⑤   模块化适于冷连接装配。

对于铝合金型材采用铆接技术可以避免铝合金不易焊接的一些缺点。与焊接相比,冷连接有如下的优点:

①   减少内应力,提高强度;

②   使模块容易更换,车体撞坏后容易维修;

③   降低对工人的技术要求;

④   可在车体装配前预装部件,减少生产中的瓶颈;

⑤   生产的灵活性更好;

⑥   减少振动;

⑦   检查工作少、无维修、经济性好。

但采用铆接后的车体需要解决密封问题。

4、内装设备

主要是提高舒适性,提高服务水平。空调、车门、大通道、粘贴

国产化的有了很大的发展。

 

二、转向架

1、地铁用转向架的主要研究内容有:

·改进产品性能(提高灵活性和曲线通过能力等)、

·降低成本(减少重量、减少轮/轨磨耗、改进可维修性)

·改进平稳性和舒适度,降低噪声和振动,合理配置二系悬挂刚度,优化悬挂系统。

2、目前常用转向架的主要特点:

·一系悬挂主要有金属螺旋弹簧、人字型(或称八字型)和锥型金属橡胶弹簧三种结构,B型车越来越多地采用锥型金属橡胶弹簧,A型车上,形成人字型弹簧与螺旋弹簧相互竞争的局面;

·二系悬挂主要有空气囊加橡胶金属叠层或锥型弹簧构成;

·在制动方面有的采用踏面制动,有的采用盘式制动。

三、牵引传动控制技术

主要有以下几个方面:

①   矢量控制技术已经成熟,直接力矩控制初露端倪;

②   集成电路及计算机控制技术的应用,采用32位计算机取代16位计算机;

③   PWM IGBT逆变器技术获得迅速发展;

④   列车监视和诊断系统的普遍采用;

⑤   通信网络技术开始应用;

⑥   牵引电机技术有了一定的发展。

 

 

(一)逆变器技术

1、脉宽调制技术和交流电机调速技术

脉宽调制技术:将直流调制成一系列幅度相等,宽度不同的矩形脉冲,变成近似的正弦交流电。

异步调制、同步调制和计算同步方式

取样PWM和最优PWM,而取样方法有自然取样、规则取样

②、交流电机的调速技术:

标量控制方法

矢量控制法

按定子磁场控制的直接力矩控制

2、大功率IGBT(绝缘栅双极晶体管)的发展

IGBT元件功率和可靠性的提高,取代了SCR、GTO双向晶闸。因为IGBT具有如下的优点:

·控制简单——电压控制半导体元件

·可不加缓冲装置——硬的开关恢复特性

·有良好的自身保护——短路关断能力

·有高的开关频率——低的开关损耗

·容易安装,体积小——智能模块化组装

·较高效率和高可靠性

3、逆变器电路结构的发展

·采用三电平式逆变器取代两电平式逆变器

·不同的模块化结构

·IGBT逆变器控制电路向专用集成电路方向发展

4、逆变器的冷却技术

5、国内的VVVF逆变器的研制情况

① 株洲电力机车研究所目前已能够自行开发设计生产地铁用牵引逆变器设备。

② 南京华士电子科技有限公司研制的组合逆变电源,采用第三代IGBT功率模块,应用计算机控制VVVF技术,用于列车空调和空压机供电。

(二)、牵引电机

·降低重量及体积、冷却

·通风及过滤技术

·采用高磁导率和低损耗铁心材料

·全叠片式定子(无机壳)、铜合金转子导条和端环

·200级耐电晕绝缘材料和绝缘结构

·采用合理的机械传动方式和悬挂方式

(三)、列车监控系统及网络控制技术

列车监控系统具有全面完善的监视和控制功能。设备一般包括车辆控制装置、网关、I/0设备、人机接口、诊断软件和工具等。其功能如下:

·监视各种设备的运行和故障状态,并进行其状态诊断;

·将驾驶室的主控制器的指令传送到各种设备;

·乘客服务设备的集中控制;

·向驾驶室提供运行信息。

② 列车微机通信网络控制技术的优点:

·简化了电路,节省了大量联结导线及节点

·控制及交换信息量大

·提供了更灵活的软件编程环境和控制,使自诊断和监视系统更加完善。

·达到标准化、模块化设计

·故障率大大减少,可靠性高

③ 国外几大公司的发展情况

④ 国内的通信网络技术的发展状况

四、空气制动系统和气源设备

(一)、模拟指令式与数字指令式制动控制系统的区别

(二)、空气制动系统和气源设备的发展

1、空气制动设备

① 采用模块化的气动控制器,降低重量,减少安装、维护和维修费用。

② 电子制动控制设备采用与外部设备兼容性强的总线方式。

③ 转向架制动设备采用节省空间和重量的制动元件。

2、气源设备

① 空气压缩机采用直流驱动已逐渐被交流电机驱动所代替

② 活塞式压缩机与螺杆式压缩机相互竞争

③ 螺杆压缩机:内外噪声低,空气交换没有脉动、灵活性好。

④ 活塞压缩机:具有很大的可靠性、长的寿命和稳定性,不需特殊润滑,性价比具有吸引力

⑥   设计满足客户快速拆装的要求,减少维修费用、提高利用率,因此完整的系统部件都安装在同一个机架上。

 

 

3、克诺尔研制的电子制动控制系统(ESRA)的特点:

① 采用模块化和分布式电子控制系统

② 保证运行安全,制动控制系统对所有制动程序进行控制、管理、自动处理和优化。

③ 能用于牵引和制动的自动控制。

④ 节省空间和重量,把电子和气动件紧密地装在一个制动箱内。

⑤ 接口和电线很少,没有需要保养和维修的部件。

4、北京地铁曾从西屋公司引进了模拟制动机技术,其生产的200台模拟制动机已成功地用于北京、天津等城市地铁车辆,但南方城市大都采用进口设备。

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