低地板车辆论文(共7篇)
低地板车辆论文 篇1
摘要:低地板车辆与地铁车辆相似, 装载有牵引、辅助、制动、空调、信号、网络、GPS、PIS等系统设备, 低压控制元件较多, 车内空间有限, 电气布线难度大。本文以苏州有轨电车一号线低地板车辆布线设计为例, 分析低地板车辆整车电气布线工艺。
关键词:有轨电车,低地板,车辆布线
苏州有轨电车一号线为国内首个100% 低地板车辆, 由多个模块铰接构成; 根据不同客流量的需求, 可设计成5 模块或7 模块编组。本文主要介绍5 模块编组车辆 ( 见图1 ) 的车顶、客室及司机室电气布线施工设计。
1 车顶布线
低地板车辆牵引、辅助、空调及高压受流设备均安装在车顶, 故车顶布线贯穿整列车。车顶布线分为两侧, 一侧为高压布线、一侧为低压布线, 如图2所示。
车顶高压侧布线主要为750 V、380 V线束 ( 见图3) , 低压侧布线主要为24 V线束。高压侧线束起于受电弓, 通过车顶高压侧线槽引入高压箱, 再经由高压箱沿列车行进方向分别敷设至各牵引辅助等系统设备[1]。低压侧线束的敷设不同于地铁车辆项目, 其敷设在车内, 而非车外。低压侧线束在车端分线箱分线、经由车内线槽敷设至客室电气柜、客室各系统设备、司机室内各系统设备等。
线束敷设以EN 50343《铁路应用—机车车辆布线规则》为设计依据: 电力电缆、多芯电缆及束合电缆在线槽中需可靠固定, 电缆水平敷设时, 两固定点间最短距离为300 mm, 电缆垂直敷设时, 两固定点间最短距离为500 mm, 以确保线束捆扎安全可靠;低压电源用单芯电缆, 需单独敷设。电缆绑扎用扎带防火性能以EN 45545 为依据。
车顶线槽材质为不锈钢, 槽体开有线束绑扎用孔并设置线槽盖防护。由于车顶线束在车外敷设, 环境条件严苛, 为此需采用波纹管防护; 进箱体的线束均使用波纹管与管接头配合; 车体开孔进线均安装格兰, 以保证车顶线束具有良好的防护等级。车顶的线束高度模块化, 线束厂商预先放线, 线束与线槽总成后整体上车施工安装固定[2], 安装完成后需可靠接地以保证良好的电磁兼容性[3,4]。
车顶跨接线连接2 辆车4 个分线箱之间的高压、低压侧线束, 是2 列车之间线束的枢纽。车辆运行期间, 跨接线需要可靠防护、固定, 如图4 所示。
由于低地板车辆为铰接车型, 故车辆间的运动形式共有3 种: 转动、俯仰、滚动。结合线路的因素, 需要考虑的运动有: 转动角度 ± 28°; 俯仰角度+ 5° /- 4°; 滚动角度 ± 2°; 最小曲线半径25 m。
为此, 在跨接线之间增加可活动夹块及托架, 以固定高低压两侧线束。夹块、线束与托架之间安装有活动轴承, 释放车辆运行期间各工况对电缆可能造成的应力。
2 客室布线
客室布线承载有PIS系统设备、TCMS系统设备、控制用低压控制元件、低压母线、绝缘子、电气柜、车门等布线。线束的主要路径为客室“两纵两横”线槽 ( 见图5) , 分别实现Ⅰ位端到Ⅱ位端、一位侧至二位侧线束的走向。
出于安全的考虑, 低地板车辆客室内用电缆电压均为24 V或以下, 线束在线槽中按不同功能和等级分开敷设 ( 见图6) , 控制电缆敷设在线槽最下层, 网络、信号等电缆敷设在控制电缆上部, 线槽背部敷设有低压母线, 通过绝缘座和绝缘子分线。
车顶线槽内线束在车侧电气柜位置出线, 线束敷设至电气柜内各系统设备。至座椅中的线束通过侧墙自顶至下敷设至座椅附近, 方便撒砂及插座等电气设备的布线; 至客室模块LCD显示器的线束从内装多功能型材穿过直至设备电气接口; 转向架模块较特殊: 车顶牵引逆变器引出的电机线及接地线自车顶进入客室, 在车体两窗之间防护并固定, 最终从座椅下穿出客室, 进入底架布线, 线束敷设至转向架电机。线束预先敷设在线槽内, 连接器预先压接, 总成后线束及线槽一起通过工装运输, 整体吊装安装在车体上, 最后总装将端子用紧固件紧固, 连接器对插连接。
3 司机室布线
司机室线束分为3 个部分: 司机室电气柜布线;司机室车顶布线; 司机台区域布线。
司机室电气柜线束主要有4 个方向, 电气柜后部通过客室线槽敷设至相邻的转向架模块客室线槽, 电气柜前部进入司机室模块中司机室环形线槽, 将线束分别敷设至司机台区域和车顶信号设备安装区域 ( 车顶信号安装区域在司机室顶板上) 。
司机室车顶布线: 由于司机室车顶上只安装有司机室空调机组、天线等设备, 加之转向架模块与司机室模块车顶高度相同, 因此没有跨接线, 低压与高压的线束分别从转向架模块车直接敷设固定至司机室空调机组连接器。
司机台区域布线: 由于司机室呈环形结构 ( 见图7) , 从客室来的线束及从司机室电气柜来的线束汇集后, 从司机室门后的端墙引下, 至司机室环形线槽, 该线槽绕司机室半周, 线束分别引上敷设至主、副司机台及司机台下左、右边柜, 向下引下敷设至底架车钩、底架信号天线、汽笛、车灯等设备。
4 小结
苏州有轨电车一号线采用先进的设计理念, 应用一流的施工软件进行三维电气布线; 线束敷设层次清晰, 路径明确, 规划合理, 克服了低地板车辆空间小, 施工难度大的困难。
参考文献
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100%低地板车辆顶盖结构设计 篇2
低地板车辆具有便捷、节能环保、噪音低、适用性强等优势, 在国内外具有广阔的市场空间。本研究项目100%低地板为四模块编组 (ABBA) , A车设置有司机室, 模块之间通过铰接系统连接, 各车体模块间的力和运动由铰接件来传递。100%低地板车体采用钢制车体, 为整体承载焊接结构。顶盖是低地板车体的重要组成部分, 由于底架下方没有安装空间, 所以设备基本上都布置在顶盖上。
1 结构介绍
100%低地板顶盖外宽为2 630 mm, A车顶盖长度为7 287 mm, B车顶盖长度为7 740 mm, 2个顶盖结构类似。它们主要由空调平台、框架结构、顶盖边梁组焊、铰接结构等部件组成 (见图1) 。顶盖两端为铰接部分, 左右两侧为顶盖边梁组焊, 顶部弓架梁和框架结构连接两顶盖边梁组焊组成顶盖基架。波纹顶板搭接在顶盖基架上, 波纹顶板与铰接部分和顶盖边梁的连接采用弧焊, 与顶部弓架梁通过点焊固定。
1—司机室空调平台;2—顶盖边梁组焊;3—框架结构;4—铰接结构
1.1 顶盖边梁组焊
顶盖边梁组焊主要由内侧顶盖边梁、外侧顶盖边梁及L型支撑柄组成。内侧顶盖边梁和外侧顶盖边梁都是滚压型材, 两者组合成为一个封闭的箱形体, 两型材上下端接触处通过点焊固定, 顶端采用端角焊密封。内部根据强度计算分析布置了若干根L型支撑柄, L型支撑柄与内侧顶盖边梁通过弧焊固定, 与外侧顶盖边梁通过塞焊固定。
1.2 空调平台
1.2.1 司机室空调平台
司机室空调板是由板材折弯而成, 两侧搭接在内侧顶盖边梁上。在司机室空调板上固定4个安装座, 采用螺栓固定空调, 中间加工开孔作为回风口和通风口。司机空调板下方纵向放置8根小纵梁, 可以加强司机室空调板的承载强度。
1.2.2 客室空调平台
客室空调安装在波纹顶板上。波纹顶板是滚压型材, 0.8 mm厚, 材质为1.431 8, 通过缝焊拼焊在一起, 缝焊的目的是防水密封, 增加连接强度。在波纹顶板上开孔和焊接各种空调安装装置, 在波纹顶板下方增加梁来加强波纹顶板的支撑强度。
1.3 框架结构
框架结构有2种用途:一种用于安装牵引箱, 另一种用于安装受电弓。框架结构由2根纵向盖板组焊和2根横向盖板组焊组成, 中间采用 “米”字型结构来加强和固定框架。设计成这种结构的优点是它能很好地把力传递到顶盖边梁上, 而且能够减重。
1.4 铰接机构
连接铰具有几种型式:固定铰、自由铰、转动铰。100%低地板属于双铰车辆, 对于双铰车辆, 固定铰用于底架上, 自由铰和转动铰用于顶盖上, 在A车、B车之间需要设置1个固定铰和1个转动铰 (见图2) , 这使得两车体在垂向上是刚性的, 不能绕X、Y轴转动, 仅能绕Z轴转动。在B车、B车之间则设置1个固定铰和1个自由铰 (见图3) , 两车体绕Y轴可以转动, 以适应曲线。为了抑制车体间的晃动, 需要在铰接处提供一定的纵向和横向阻尼。
螺栓固定在间隙元件上, 间隙元件是高耐候钢, 强度高、抗腐蚀、易加工, 通过支撑板将力传递到顶盖上。
2 材料特性及顶盖选材
顶盖材料选用以不锈钢为主, 部分选用高耐候钢。所使用的材料类型有以下三种:X2CrNiN18-7、X5CrNiN18-10和S355J2G1WC+N。X2CrNiN18-7和X5CrNiN18-10属于稳态奥氏体不锈钢, 具有强度高、厚度小、焊接性能好、易冷加工等特点, 但热膨胀系数大, 热导率低。S355J2G1WC+N属于高耐候钢, 具有强度高、厚度大、焊接性能好、易加工, 仅限用于顶盖的铰接部分。
材料的选取是根据各部件的不同作用及该处的受力情况决定, 材料的选取综合各种因素一起考虑。顶盖各部件选取的材料见表1。
3 车体有限元仿真与强度校核
顶盖不能作为1个单独模块来考察其强度, 因此, 只能把顶盖模型和车体的其他有限元几何模型组合起来, 利用整车模型的各种工况来考察顶盖结构设计的合理性。根据A车车体的实际尺寸, 对整个车体利用Hypermesh软件进行建模并进行边界条件加载, 利用ANSYS软件对其进行强度计算。车辆根据EN 12663-2010标准, 归类为P-V型的有轨电车。根据技术合同书的要求, 追加车体纵向压力为280 kN, 纵向拉力为200 kN。
在AW3工况下, 在车体车钩板处施加280 kN的压缩载荷, 顶盖应力云图如图4, 顶盖的最大应力为283 MPa, 位于间隙元件与联轴节板的固定处 (见图5) , 其材料为S355, 许用应力355 MPa, 最大应力远小于屈服应力。在其余工况下, 应力值相对较小, 且强度校核合格, 不再叙述, 因此顶盖结构强度合格。
4 结语
100%低地板车辆的顶盖结构设计尽量采用模块化, 力求简单, 通过计算分析强度符合EN 12663标准和技术合同要求。
低地板车辆技术在国外已经非常成熟, 国内的一些企业也能够生产出性能优异的低地板车辆, 目前株机公司正在研发储能式现代有轨电车, 它融合了先进的100%低地板有轨电车技术和自主研制的超级电容, 将成为城市轨道交通的发展趋势。
摘要:简介100%低地板车辆顶盖的结构和材料选用, 通过有限元模拟的方法对顶盖结构进行强度分析校核, 从理论上验证了顶盖结构强度合格。
关键词:100%低地板,不锈钢,顶盖,结构,强度
参考文献
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[2]黄磊, 任利惠, 牛锡平, 等.低地板轻轨车辆车体连接铰强度分析[J].城市轨道交通, 2009 (1) .
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低地板车辆内装中顶板装配探讨 篇3
1 低地板车辆结构特点
低地板车辆结构与地铁车辆结构存在很大不同。首先, 低地板车辆以模块为最小单元, 主要分为司机室模块 (CM) 、客室模块 (SM) 、转向架模块 (BM) , 并根据运载量的需求进行模块编组。其次, 100%低地板车辆的内部地板高度与地面高度差约为375 mm, 这样的车体结构要求底架的设备少, 主要为液压制动管路;同时, 如单个模块长度短、设备集成度低、安装分散等特点, 其生产工艺布局与地铁车辆的生产也有很大不同。以南车南京浦镇车辆有限公司为例, 地铁车辆生产采用工位制、流水线的生产方式, 每个台位安装部件固定不变、人员配置不变, 满足大批量生产需求。如以此种方式进行低地板车辆的生产, 虽然前期改造量小, 但批量生产会造成各台位工作量不均衡, 人员配置不合理的情况发生;同时, 低地板车辆和地铁车辆的安装部件数量相差较大, 生产节拍差异较大, 有可能会造成车辆堆积, 影响流水线生产。
2 低地板车辆模块化内装部件选取
低地板车辆运量大, 单程距离较短, 并兼有观光特点, 这就要求车体在保证强度的前提下, 客室侧窗的面积尽可能大, 客室门页也采取框架-玻璃粘接结构。按此种结构设计, 车辆的控制设备、空调系统只能集成在车辆顶板, 即在客室顶板以上空间进行布置。根据以上分析, 选取车顶吊座、纵横梁、空调风道、中顶板及其他边顶板安装支架等部件进行模块化组装。
3 低地板车辆工装设计
模块组装分为两部分:车顶吊座安装和中顶板模块安装。
车顶吊座的安装要求:第一, 通过垫片调节吊座安装面高度, 在中顶板模块安装完成后, 侧顶板通过集成在中顶板模块的锁支架紧固, 侧顶板不仅与中顶板处于同一平面, 而且侧顶板能够遮挡玻璃粘接区域, 同时, 中顶板不能低于玻璃黑色印刷区域。通过尺寸转化, 以车体窗框上边沿为基准, 使吊座安装面与基准的高度满足要求。第二, 调整各个吊座安装面的平面度满足组装工艺要求。采用水平校准仪完成安装面的平面度调整。首先, 在车辆外部架设水平调整仪并调整平台处于水平位置, 选取中部任一安装座并在其上悬挂标尺, 通过水平校准仪测量出安装面与同侧车窗上边沿的距离, 在测量表单上记录数值;其次, 以此安装面为基准, 通过水平校准仪测量同一侧其他安装座, 并记录数值;另一侧吊座的调整步骤和方法相同。最后, 测量两侧车窗上边沿的基准高度差是否在2 mm以内, 如果超过标准, 可对一侧安装座增加垫片, 或对另一侧安装座减少垫片来消除超差尺寸;如满足要求则不予调整。
中顶板模块安装要求:中顶板集成部件多, 质量大, 需液压升降车辅助进行安装。在车顶吊座已经调整完成后, 能够通过液压升降车将中顶板模块抬升至安装位置, 直接紧固螺栓完成安装。液压升降车应包括以下主要部分:行走装置、液压升降装置、微调装置、托盘。首先, 因转向架模块客室内有轮箱限制了通过宽度, 所以行走装置宽度不能过宽, 长度应短于转向架模块的长度, 当液压升降车推入模块内, 两端留有操作人员活动空间。其次, 液压升降装置的升降高度满足中顶板模块的安装高度要求。再次, 中顶板模块吊运至液压升降车托盘上, 停放位置必然存在误差, 当液压升降车推入客室内部, 其位置便固定不可调整;为保证中顶板模块安装孔与吊架安装螺栓对齐, 托架需要满足沿车长、车宽方向微调。因此, 托架应设计为三层结构:底层为固定框架, 与行走装置牢固连接, 其表面尺寸略小于BM中顶板模块尺寸即可;中间层与固定框架为螺杆螺母连接, 可作车长方向的微调;顶层与中间层为同样结构, 可作车宽方向的微调。最后, 托盘应装配快拆装置, 可方便固定中顶板模块。液压升降车整体在保证强度的前提下, 采用轻量化设计, 同时可在行走装置两侧装配导向轮, 当液压升降车通过轮箱时, 可通过导向轮保证液压升降车运动不发生偏移, 防止对轮箱产生碰撞破坏。当液压升降车与中顶板模块整体质量较大时, 为防止车轮对客室地板产生破坏, 可预先在客室地板上铺设10 mm厚胶合板, 增大接触面积减小车轮处的应力。同时, 在两侧轮箱处放置薄钢板, 防止导向轮对轮箱表面粘接的地板布产生破坏。
4 中顶板模块集成安装
通过以上工装, 可以最大限度地集成中顶板模块所包含的部件, 不仅包括纵横梁、风道、顶板等部件, 而且可以对车顶线槽、线缆进行集成安装。此外, 在设计低地板车辆生产线时应考虑到模块化装配的需要, 如车辆的支撑方式、车辆支撑的高度、车辆的流转方式。车辆生产线应采用低轨道形式, 即在厂房地面以下铺设长导轨, 车辆停放在导轨上, 其客室内地板面与外部地面齐平。这样液压升降车可方便推入车辆内, 并可以在流水线第一个台位安装中顶板模块, 因为此台位的空间较大, 可以使用天车或叉车搬运中顶板模块, 并停放液压升降车。同时, 为缩短车辆生产周期, 减少部件存放占用空间, 可采取中顶板模块委外加工, 在供应商处完成组装, 根据车辆生产节拍及时配送中顶板模块。此外, 采用低轨道生产线, 对于车顶部件的安装也只需要架设一层高站, 由于高站上不需要放置部件, 可降低其强度, 只需满足承载操作人员即可。这样不仅减少固定资产的投入、节约成本, 而且高站长度短减少厂房占用空间。采用模块化组装, 避免了单个部件安装的测量、定位, 减少重复工作。将这些部件集成为中顶板模块, 只需一次测量、定位便可完成安装, 不仅减少操作人员数量, 降低劳动强度, 而且可以缩短周期, 减少工位数量。此外, 一次测量、定位也可提高装配精度, 保证中顶板与其他内装件结合处缝隙均匀, 为后续部件安装提供较好的基准。
5 结论
低地板有轨电车作为一种介于地铁和公交车之间、乘坐舒适、运量大、环保节能的交通工具, 属于中等运量交通工具, 其灵活的特点将成为地铁的重要补充, 必将完善地铁及市郊新城的出行“盲区”, 构建出便捷的出行路网。这些特点也决定了低地板车辆的发展前景, 如何在同等质量的前提下, 提供出多样化的产品必将成为产品竞争的焦点。这就要求工艺人员在工艺策划阶段需要考虑如何提高装配精度, 提高客室内装的美观度, 同时合理编排生产节拍, 缩短单个车辆的生产周期。通过内装模块化集成组装, 提高组装精度、缩短生产周期不失为一种较好的工艺改善途径。
参考文献
[1]赵明花.低地板车辆的研制[J].都市快轨交通, 2010 (5) :13-16.
低地板车辆用轴桥现状及其发展 篇4
现代低地板有轨电车作为一种新兴的轨道交通工具,具有造价低廉、客流量较大以及乘坐方便舒适等优势。低地板车辆由于采用了特有的独立轮对设计,可以实现乘客无障碍乘车。独立轮对是将传统轮对两侧车轮的旋转自由度进行解耦,通过轴桥连接,从而将车辆的车体和入口部分的地板降低到距离地面350 ~ 450 mm左右。轴桥在独立轮对中替代了传统车轴,是低地板车辆特有的关键部件,其结构如图1所示,主要由轴颈、一系簧安装座、轴头和轴身等组成。
1 - 轴颈;2 - 一系簧安装座;3 - 轴头;4 - 轴身。
组装独立轮对时,轴颈部位安装轴承,轴承外端连接车轮。根据不同的结构设计,轴颈可以采用通过过盈配合与轴头连接的独立短轴结构,也可与轴头一体成型。一系簧安装座上方放置一系减振弹簧,在部分的轴桥设计中也可能将一系簧安装座省略。轴头连接轴颈、一系簧安装座和轴身,连接部位应采用圆弧进行过渡,并进行去重处理。轴身在轴桥底部,使轴桥呈内凹结构,从而达到降低车辆地板面高度的目的。车辆运行时,轴桥不转动,两侧车轮通过安装在轴颈上的轴承分别独立旋转。
2 国内外轴桥种类
2. 1 分体式轴桥
分体式轴桥作为一种在早期被广泛使用的轴桥形式,其主要优点是轴颈单独锻造成型,轴颈部分强度高,缺陷少,安全性较高。分体式轴桥又可分为焊接成型和整体铸造成型2种结构形式。
分体式整体铸造成型轴桥是最早被广泛使用的轴桥形式,具有代表性的有2种,如图2、图3所示。图2所示为Siemens公司Combino平台70% 低地板第1代轴桥,轴身部位为中空的箱式结构,长1 550mm,宽590 mm,高370 mm,轴重11. 5 t,采用C级钢铸造,价格较低。这种轴桥的重量较大,在加装轴颈的情况下可以达到450 kg左右,目前这种轴桥已经很少使用;图3所示为CAF公司的Urbos平台100% 低地板轴桥,这种轴桥的轴身部位为工字形结构,长1 650 mm,宽600 mm,高300 mm,轴重12 t,采用合金钢铸造,通过改进,轴身的整体质量明显减轻,在加装轴颈的情况下约为400 kg。
Ansaldo Breda公司的Sirio平台100% 低地板车使用了分体式焊接成型轴桥 ( 见图4),长1 600mm,宽600 mm,高350 mm,轴重11. 5 t,其轴头与一系簧安装座为整体锻造成型,轴身部位由钢板焊接成型,轴头与轴身通过焊接成为整体,在组装轮对时在轴头孔内压入短轴形成轴颈。这种制造方法将轴头与一系簧安装座改为锻造成型,可以有效提高强度和成品率,但由于采用了焊接成型,该轴桥对焊接强度的要求很高。其质量在带有轴颈的情况下也达到约400 kg。
2. 2 整体式轴桥
整体式轴桥通过更为先进可靠的工艺将轴颈与轴头一体成型,这种结构带来的最大优势是明显减轻轴桥的质量。2000年后,Siemens公司在Combino平台70% 低地板车辆上使用了新型整体铸造轴桥,长2 000 mm,宽640 mm,高300 mm,轴重11. 5 t,采用25Cr Mo4材料,轴身为工字形结构(见图5),此结构可以在确保承载能力的情况下将整体质量减少至250 kg以内。但是由于该轴桥尺寸大,形状复杂,铸造工艺难度很大,对于轴颈和轴头等重要部位缺陷的控制导致该产品的成品率很低,制造成本较高。
2005年后,随着锻造设备和锻造工艺水平的提升,整体锻造轴桥成为可能。图6所示为Siemens公司Combino平台100% 低地板使用的整体锻造轴桥,长1 600 mm,宽600 mm,高300 mm,轴重10. 5 t,它采用模锻成型工艺,轴身截面为梯形。采用合金钢整体锻造成型,结构简单,缺陷少,质量轻,承载能力极佳,成品率较高。
Skoda公司的Forcity平台15T型100% 低地板使用了另外一种特殊的轴桥即整体式铸件焊接轴桥,长1 650 mm,宽900 mm,高450 mm,轴重10 t。由于15T型车采用了铰接转向架设计,需要同时承载两侧车体的结构,这使得15T的轴桥尺寸比普通轴桥更为宽大。整体式铸件焊接轴桥有两处轴身,使用钢板热弯拼焊成型,轴颈与轴头采用铸造成型,轴头与轴身通过焊接拼接成型(见图7),成品率很高。该种结构轴桥的制造难点主要在于轴桥的焊接工艺。
3 轴桥的发展方向
由于现代低地板车辆对于轴重的要求不断提高,车辆对于轴桥的质量限制越来越严格。低质量、高强度成为了轴桥的发展趋势,因此采用合金钢的整体铸造式和整体锻造式轴桥是适合这种发展方向的。在这2种轴桥中,整体锻造式轴桥的缺陷更少,成品率更高。整体锻造式轴桥虽然前期的设备与模具的投入较大,但是锻造工艺比铸造更为稳定,工艺成熟后批量产品的质量和价格会明显低于整体式铸造轴桥。因此,锻造轴桥是轴桥的发展方向。
4 结束语
低地板车辆论文 篇5
低地板车辆以造价低、工期短、节能环保、噪声小、乘坐舒适感和稳定性高等优点逐渐在全世界范围内受到推广和应用。由于低地板车辆运行在人流密集的场所, 影响和辐射面广, 一旦发生危险会造成人员伤亡和交通中断堵塞, 给社会带来不稳定因素。基于以上原因, 结合有轨电车运营的实际情况, 设计了一套视频监控系统, 通过该系统可以对列车进行全方位实时监控, 对监控视频进行存储、下载和回放, 起到管理乘客、取证和指挥救援等作用。
视频监控系统是苏州有轨电车1号线的重要组成部分。在列车正常运行及停站时, 系统为司机提供车内、车后、司机室及列车两侧的实时视频监控服务, 并实时记录所有的视频图像;在紧急情况时, 进行报警联动, 即自动在司机室智能显示器IDD上跳出相应的监控画面, 让司机及时得知车辆情况, 做出最快判断。
1 总体方案
1.1 车辆配置
苏州1号线有轨电车由5个基本模块组成, 其中1个转向架模块 (BM3) 、2个转向架模块 (BM1和BM7) 加司机室模块 (CM1和CM7) 、2个悬浮的客室模块 (SM2和SM6) , 互相之间用铰接装置相连形成一列列车。整车包含3个转向架, 中间为拖车转向架, 两端为动车转向架, 中间的转向架模块带有受电弓。有轨电车为100%低地板车辆, 门槛处的入口高度为330 mm, 车辆长度为32 230 mm, 车辆宽度为2 650 mm, 最高持续运行速度为70 km/h。
为了满足对列车进行全方位视频监控的设计要求, 根据列车的实际情况, 在每个司机室各安装1台司机室摄像机、1台前方摄像机;在客室一共安装7台摄像机, 其中BM车各1台、SM车各2台;每个司机室外部安装2台后视摄像机 (见图1) 。
1.2 系统拓扑
苏州有轨电车1号线视频监控系统的系统拓扑图见图2。
视频监控系统是基于一个通用的列车以太网平台设计的, 与多媒体播放系统和乘客信息系统共用一个网络。系统通过网络接口与TCMS主机相连, 并在每个司机室分别通过3个视频接口与TCMS的司机台智能显示器相连, 在智能显示器上完成车内外视频监控图像显示、系统故障及警告信息提示的功能。
系统在BM3模块配置1台内置硬盘的主机, 即CCTV主机, 用于监控视频的管理和存储。CCTV主机分别连接到安装在SM2模块和SM6模块的乘客信息系统的交换机上, 组成一个与乘客信息系统共用的以太网。通过该以太网, 视频监控系统完成摄像机管理和视频文件网络传输, 司机可以通过安装在司机台上的智能显示器实时监控所有摄像机拍摄到的画面。
在每个司机台上方的天花板里各安装1台后视镜控制器。控制器通过同轴电缆分别与2台后视摄像机、CCTV主机及司机台上的智能显示器相连, 以实现后视摄像机拍摄画面的存储和显示。
1.3 系统方案
视频监控系统中的以太网网络采用端口汇聚技术, 2条主干网总线互为冗余。当2条总线同时工作时, 带宽达到1 000 Mb/s;当1条以太网总线失效时, 系统会自动跳转到另1条以太网通信, 干线带宽降为200 Mb/s, 可以保证网络传输所需要的带宽。另外, 乘客信息系统的交换机和CCTV主机中的交换机模块具有自动旁路功能, 保证了当1个交换机故障时, 其他车厢的交换机依旧能够收到信号并且正常工作, 保证了系统网络能够正常工作。
列车内部的摄像机为数字网络摄像机, 每台摄像机都通过以太网电缆连接到各自车厢的交换机或CCTV主机上, 将视频图像传输到CCTV主机中进行存储。系统采用数字网络摄像机, 视频传输过程中抗干扰能力强, 图像清晰度高, 并且布线简单, 减少了过车钩电缆的数量。
由于安装在列车司机室外部的后视摄像机受到司机室面罩美工造型和车辆限界的限制, 其外观尺寸不能过大, 因此后视摄像机使用了模拟摄像机 (见图3) 。该摄像机的防水等级为IP66, 方便安装、维护和更换。
后视监控系统主要由4台模拟后视摄像机和2台后视镜控制器组成。每个司机室两侧各设1台车外后视模拟摄像机, 便于司机在路口转弯时观察路况及在停站时监控乘客上下车情况。后视摄像机所拍摄的画面在CCTV主机中进行存储。
车辆启动后, 后视监控系统立即工作, 在司机台的智能显示器可以看到后视摄像机拍摄图像。另外, 由于后视摄像机安装在车外, 受外界环境影响较大, 考虑温度较低时后视摄像机玻璃上可能会出现霜雾, 因此在摄像头内部安装有加热模块, 在雨雪天时, 司机通过触发司机台智能显示器上的软按键“Camera Heating”激活电加热功能, 除去后视摄像机玻璃上的霜雾, 电加热10 min后, 该功能自动终止。
2 视频监控系统界面显示方案
视频监控系统与TCMS通过以太网接口及模拟视频接口进行连接。所有车载摄像机拍摄的画面均在司机台上的智能显示器上显示, 显示效果见图4。
2.1 车内视频监控系统图像显示及功能
如图4左侧所示, 在智能显示器上可以直观地看到各个车厢的情况, 司机可通过点击屏上相应的摄像机图标实时查看各车厢的情况 (包括另一个司机室) 。显示屏可以显示1台摄像机的整幅图像或4个摄像机的四分屏图像。
各个车厢的视频监控信息由CCTV主机通过同轴电缆发送到智能显示器上进行实时显示。考虑到有轨电车行驶路况较为复杂, 为了不干扰司机驾驶, 在列车运行时, 车内所有摄像机拍摄的监控画面不会自动在智能显示器上显示。
司机可以手动选择车内视频系统子菜单, 查看客室摄像机画面, 同时, 还可以查看位于非激活端司机室前方摄像机画面, 监视车辆尾部情况。只有当发生乘客紧急报警、紧急门解锁或乘客紧急制动时, 发生情况区域附近的摄像机监控画面会自动在智能显示器上跳出以便于司机第一时间了解现场状况。
系统能够进行摄像机故障诊断。当某个摄像机发生故障时, 故障信息由CCTV主机通过双通道以太网传输到TCMS主机记录, 并在监控触摸屏进行故障指示。此外摄像机还具有遮挡检测功能, 当有恶意遮挡时, 在监控触摸屏可显示黑屏, 并有故障报警, 维护人员可找到指定的故障摄像机并进行维护。
2.2 后视监控系统视频图像显示及功能
2.2.1 驾驶模式
在驾驶或车辆静止无活动门打开时, 默认激活端司机室左边和右边的摄像头拍摄图像显示在控制显示器上 (见图5) 。按照传统的后视镜功能, 左边摄像头1在左边的控制显示器1上显示, 右边摄像头2在右边的控制显示器2上显示。
正常情况下, 智能显示屏左侧屏显示左侧后视摄像头图像, 右侧屏显示右侧后视摄像头图像。当其中一块智能显示屏故障时, 两侧的后视摄像头图像集成显示在另一块智能显示屏上。
2.2.2 停站模式
当车辆零速停在车站 (车门打开) , 车门打开侧的激活端司机室和非激活端司机室的摄像头拍摄的画面通过视频切换单元均可自动显示在控制显示器上 (见图6、图7) 。司机会得到和驾驶模式相同的视图。
后视监控系统的画面是通过后视控制器将2路后视摄像头的模拟视频传给智能显示屏。2路视频的选择是通过TCMS内部判断之后, 通过数字I/O接口输出到后视控制器 (见图8) 。司机也可以通过手动选择相应的按钮查看2个后视摄像头拍摄的画面显示, 如选择司机室前方摄像头按钮, 可显示司机室前方2个摄像头拍摄的后视画面;选择左侧摄像头按钮, 可显示激活司机室左侧2个摄像头拍摄的画面。
3 视频存储
所有摄像机的视频图像存储在CCTV主机的4 TB容量硬盘中。系统采用标准的H.264文件格式存储图像, 所有摄像机图像采集速率25帧/s, 存储文件分辨率可达D1 (704*576) , 视频记录格式和帧率可通过软件调节。系统具有加密功能, 加载专用插件后可用通用播放器进行播放。
列车上共安装了11台摄像机, 按每台摄像机网络传输速率为2 Mb/s, 并连续存储15 d, 每天按18 h计算, 所需的存储介质容量为2 610 GB。因此, 系统使用1块4 TB的硬盘即可满足设计要求。
当存储空间不足时, 硬盘录像机启动覆盖机制, 按照先进先出的方式, 自动覆盖最早录制的视频文件。
为了防止记录的视频数据被篡改, 图像在存储到硬盘之前运用了数字水印防伪技术, 系统将原始采集的图像进行水印处理, 将水印嵌入到图像中。紧急情况 (乘客紧急报警器/车门紧急解锁装置/紧急制动) 下采集的视频图像, 系统可以使用标签技术将其做特别标识进行录像。用户可以通过这些标识快速查找和回放这些特殊图像。
4 文件管理
(1) 视频录像文件查询。被授权的系统管理员可以通过登录系统连接系统内部网络访问服务器硬盘, 进行录像文件的查询。支持时间和摄像机号码搜索。
录像类型包括自动和报警2种。自动类型表示在没有发生报警情况时的视频录像文件;报警类型表示当有车门紧急解锁装置解锁、客室紧急对讲装置激活及乘客紧急制动发生后对应的视频录像文件。
(2) 视频录像文件回放。系统提供视频录像文件多路回放功能。管理员可以通过维护笔记本电脑访问CCTV主机硬盘, 按照日期、时间、摄像机号码便捷的检索回放。回放时, 管理员可以选择开始、暂停、快进 (多级) 、快退 (多级) 、慢进、慢退、单帧进退等基本功能。支持功能扩展。
摄像机的编号信息、时间信息及车厢号等信息同时存储在视频录像文件中, 在图像回放的过程中叠加在图像上, 不影响记录效果。
(3) 视频录像文件下载。管理员可以访问存储硬盘进行视频文件查询, 并通过以太网接口下载到安装有视频管理软件的外部计算机上。
(4) 视频实时上传。CCTV主机通过无线通信系统提供的通道, 将列车上的监控视频信息实时发送到OCC控制中心。
5 结束语
通过分析苏州有轨电车1号线车载视频监控系统功能、显示方案及视频存储技术可知, 有轨电车增加视频监控系统, 并将车内的的监控设计为全数字化传输, 增加了系统的可靠性, 提高了监控视频画面的质量, 增强了系统的抗干扰能力。司机和控制中心可以对列车进行360°无死角监控, 为列车运营安全提供有力保障。
参考文献
[1]唐贾言.现代有轨电车的运营控制系统[J].自动化应用, 2010 (12) :61-64.
[2]薛美根, 杨立峰, 程杰.现代有轨电车主要特征与国内外发展研究[J].城市交通, 2008 (6) :88-91, 96.
[3]刘增祥, 夏益青.轨道交通列车视频监控系统的集成和实现[J].城市轨道交通研究, 2010 (10) :66-68.
低地板车辆论文 篇6
(1)有利于人;
(2)有利于环保;
(3)有利于铁路管理者。
开发了下一代低地板电池驱动轻轨车辆“SWIMO?”,该车辆上安装了车载镍氢电池“giga电池?”。
“SWIMO?”车辆具有低地板、可通过小半径曲线、3个车体铰接结构等特征。针对该试验车辆“SWIMO-X”用转向架,基于运动解析及模型试验,实施了运行安全性的验证,且利用实际车辆在公司内试验线以及营业线路上进行了运行试验,与运动解析等的验证结果对照比较,确认了该型转向架的运行安全性等性能。
1“SWIMO-X”车辆用转向架结构
至于“SWIMO-X”车辆,为了使两端的A车、B车及中间C车的车体客室部100%实现低地板化,在两端A车、B车的车体座席下安装“giga电池?”(图1)。因此,本车转向架由A车及B车的驱动转向架及C车的从动转向架构成,A车、B车的驱动转向架属于前端转向架,是组合了普通尺寸的驱动轴,且容纳于客室地板下部的独立旋转小半径车轮(导轮)、独立性高、直接定位安装式驱动转向架。而C车的从动转向架则属于中间转向架,是有左、右独立车轮的无摇枕转向架。
从前端转向架来看,为了可靠确保直线运行的稳定性,设定本转向架的第1根轴为带车轴的轮轴。为了顺利、圆滑地通过曲线段,在第2根轮轴上配置小半径车轮(导轮),形成比普通转向架轴距短的转向架结构(图2(a))。第1根轴是普通的带车轴的轮轴,组合了实心车轴与直径610mm的整体轧制车轮,第2根轮轴也设定为带车轴,取轮径为250mm。前、后的轮重分配是这样安排的:从车轮与钢轨的接触压力来看,第2根轮轴高于第1根轴的接触压力,但要求在容许值之内。
在中间车辆部(C车),由于采用左、右独立车轮的无摇枕转向架(见图2(b)),确保了低地板部分。
因此,1个编组由3个车体、3台转向架组成,由于设定前端转向架(指两端的转向架)为“带导轮的1轴转向架”,具有以下特点:即使车体长度短,也可确保客室的低地板面积比传统的低地板路面电动车辆相对大些。
2 转向架运动中的课题与验证方法
从“SWIMO-X”结构特征来看,有必要对转向架运动中按表1所示项目进行评价。在实车运行试验之前,就这类评价项目通过运动分析及模型试验进行了验证。
首先为评价安全性、舒适度,采用了通用CAE工具MATLAB/Simulink建立车辆运动模型,有效运用了弹簧系统的设计。在运动分析时,考虑了列车通过小半径曲线段、车体结构等方面“SWIMO-X”车辆的特征。
其次,为评价列车通过道岔时的安全性,实施了模型试验。在具有路面轨道的单侧钢轨可移动结构(指道岔处的尖轨结构)的道岔方面,确定的目标是,解决由于车轮轮缘前端导致与钢轨的接触问题,以及解决车辆进入不同线路(经过道岔)与运行轨迹的几何学课题。
2.1 基于运动分析,优化弹簧、减振器的布置
关于列车通过直线区间与曲线段的课题,利用运动解析进行了验证。从“SWIMO-X”车辆来看,3个车体、3台转向架的铰接式结构,与1个车体上装用2台转向架的普通转向架车辆相比,其车体-转向架运动模式间的耦合变得复杂。因而,要获得所要求的运动特性,不仅要优化转向架和车体,而且,需要在编组整体范围内,力图优化弹簧、减振器的布置。
如列车通过曲线段时,如果是普通转向架车辆,能够用前、后转向架大致均等地负担由于离心力引起的车体侧滚力矩。而铰接结构的车辆,有可能力矩负担偏向于特定的转向架上。为抑制由于这种现象引起的轮重减载,开发了并联内置弹簧与减振器的棒状“车体间横向稳定弹簧、减振器”,将2个这种横向稳定弹簧、减振器并联安装在车顶上。从上方看,呈“X”字形配置。图3示出基于运动分析的效果验证实例。作为传统的车钩结构,通常是安装在车体地板部或者在地板部与车顶部(两车之间)设置球面轴承状的车钩时,也要求在安全性方面没有问题。但由于采用本结构,可使各转向架的侧滚力矩负担平均,加大了轮重减载的可能性。
2.2 利用模型试验确认通过道岔时的动作
模型车辆具备实际车辆结构上的特征(有导轮、短轴距,独立车轮,小型3个车体铰接结构),同时,为测试运动状态安装了传感器(图4)。轨道方面,备有尖轨联接式结构的道岔,及半径1.7 m的小半径曲线(相当于实际轨道曲线半径14m)。
“SWIMO-X”车辆通过尖轨联接结构道岔时,轮轴必定会挤压尖轨(推压)。从图5中可以看出:
(1)尖轨的前端在通过弹簧力被推压到图5右侧的状态下,轮轴由曲线侧沿白色箭头方向进入线路时;
(2)内轨侧车轮用轮缘撬开楔状间隙,形成轮缘沿该间隙前进的状态;
(3)轮缘背面与车轮踏面一边与钢轨接触,一边运行。这时,外轨侧车轮由于通过轮缘槽(指道岔上的轮缘槽)浅的部位,一边以车轮轮缘前端接触,一边运行。可推测在这种状态下,内轨侧轮重变小,成为难以推压尖轨状态;
(4)形成轮轴脱离尖轨的状态。
以最高速度1.0 m/s进行试验,利用CCD摄像机,通过车轮/钢轨接触状态的确认,与轮重、尖轨动作的确认,实施了是否推压尖轨的判定(图6)。判定结果确认了关于全部轮轴可以推压的性能。
3 基于运行试验确认转向架基本性能
3.1 试验方法
为确认独立性高的前端转向架(带导轮的1轴转向架)的运行安全性,在公司内试验线上进行了运行试验。在本公司播磨工厂内新建的公司内试验线(图7),是由4条线路组成的总长度为2.78km的运行试验线,4条线路分别为循环线、方向转换线、轨道线、高速线,其最小半径各不相同。
测定曲线段运行中的横向作用力及轮重、车轮与钢轨的接触状态等,确认运行安全性。
3.2 半径100m曲线段通过时的性能确认
图8示出该转向架以30km/h通过半径100m的曲线段时,在该曲线上的平均横向力。该试验条件为:设定轨道表面为干燥状态,在距轨道较远处设置了内轨侧的护轮轨(防止脱轨用钢轨),要求不发生轮缘背面接触钢轨现象。实车试验的横向作用力的趋向是与运动分析大致一致的,确认了如设计所要求的安全性。
3.3 方向转换线、轨道线上的性能确认
关于较小半径的曲线段,在与营业线同样位置安装护轮轨状态下进行了试验。这时,外轨侧车轮的轮缘接触钢轨之前,由于内轨侧车轮背面与护轮轨接触,故可抑制外轨侧车轮的爬轨现象(指车轮轮缘爬上钢轨,严重时导致脱轨),可知降低了运行安全上的危险性。
3.4 实车试验与模型试验的比较
就实车试验与模型试验,对小半径曲线段运行时的轮/轨接触状态进行了比较(图9)。至于实车试验方面,可观察到3轴外轨侧与4轴内轨侧车轮轮缘接触(钢轨)现象,即使在模型试验中也可见到同样的趋势。由此认为,在曲线段定性的车轮/钢轨接触状态是按设计进行的。并且,对尖轨联接结构的道岔也进行了实车试验,确认了转向架安全通过道岔的性能。
4 利用营业线的运行试验
结束了基于运行试验的基本性能等的验证,从2007年12月—2008年3月的4个月之间,在札幌市交通局协助下,利用营业线进行了运行试验(图10)。
试验结果表明,包括列车通过小半径曲线段,运行安全上并无问题。
5 结束语
在实际营业线上,将这次制作的试验车辆“SWIMO-X”投入运行。在该试验车辆的转向架方面,对其运行安全性等性能进行确认,已取得了宝贵的经验及技术数据。今后,还将进一步反复在公司内试验线上开展各项试验,通过收集数据,为研制“SWIMO?”车辆系列发挥作用。
参考文献
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地铁车辆地板防火降噪设计 篇7
1 概述
由于地铁车辆大部分设备都集中在底架地板下部区域,不仅包括牵引设备、蓄电池箱、高压线等火灾危险源,同时还有转向架电机、空压机等大功率噪声源。所以,随着人们对地铁车辆安全舒适性的要求提高,对地板的防火降噪也有了更为严格的要求。
2 车辆地板防火降噪要求
2.1 地板防火要求
车体下部设有防火隔离层,应按照ASTM E119及NFPA 130的防火试验标准,达到30min的防火隔离能力。
整个车体结构的热传递不超过2.4W/k.m2,符合国内或国际标准。
2.2 地板降噪要求
地板降噪属于车辆内部降噪的主要因素。
车辆内部噪声测试应分别按照ISO3381-2005和GB14892标准执行。
在ISO3381标准规定的测试条件下,列车静止,辅助系统正常运行,在车辆中心离地板、面高1.2m、1.6m处测得的客室内Lp Aeq,T应不超过69d B(A);司机室内Lp Aeq,T应不超过65d B(A)。
在ISO3381标准规定的测试条件下,列车在自由声场中以最高运行速度±5km/h速度运行时,在车辆中心离地板1.2m、1.6m高处测得的测得的客室内Lp Aeq,T应不超过74d B(A)、司机室内Lp Aeq,T应不超过72d B(A)。
3 车辆地板的防火降噪结构
3.1 车辆地板的主要结构
车辆地板的主要结构包括:(1)车体底架地板;(2)车辆内装地板
3.2 车体底架地板的隔热降噪
车体底架的主结构大型铝型材拼接,采用的型材规格为中空挤压型材,个别区域使用铝板(主要为牵引梁区域),型材多采用的牌号为6005A-T6,铝板为5083-H111,强度较好。
这种结构本身由于内部都是处于密封状态的空气,因为空气的隔音、隔热性能优于任何固体材料,热量和声波的传播受到极大的限制,所以车体底架地板型材具有良好的隔音、隔热性能。
3.3 车辆内装地板的隔热降噪
车辆内装地板采用的悬浮式地板结构,车体地板上部装有均布的弹性橡胶块,将内装地板垫起,具有很好的减震作用。
地板采用铝蜂窝地板,由于有许多相互牵制的密集蜂巢,犹如许多小工字梁,可分散承担来自各方的压力。因此同时具备较强的抗震性。
而在常用的蜂窝夹层板的蜂窝芯中,实体材料的体积仅1%-3%,基余空间内是处于密封状态的空气,所以蜂窝夹层板也具有良好的隔音、隔热性能。
铝蜂窝地板上表面铺有一层地板布,多为PVC或橡胶材质,我们一般会要求地板布吸音性能大于等于6d B。
同时,车辆内装铝蜂窝地板、地板胶块及地板布本身也要具有防火要求,其中防火要满足DIN5510 S3级,烟毒性要满足BS6853Ia级。
现代车辆内装地板有一些使用了酚醛复合板材,具有重量轻,防潮防高温等特点,但是由于成本较高,使用还不是很广泛。
4 车辆地板的防火降噪材料
车辆底架地板和铝蜂窝地板本身的性能其实并不能满足车辆的整体防火降噪要求,也不是主要的防火降噪单元,我们主要会通过增加防火降噪材料的方式来保障地板部位的防火降噪性能。而防火降噪的材料有很多种,下面我们会介绍现有车辆主要运用的一些材料。
4.1 防火棉
防火棉多为涤纶纤维材质,经梳理铺网成型后,利用低熔点粘合纤维混合而成,防火性能强,弹性好,且具有吸音性能。
但是为了满足防火的性能要求,防火棉会有一定的厚度,而地板上部没有足够空间,且防火棉本身不易固定,还会产生纤维粉尘,所以须将其用铝板固定在车下位置,并用胶密封。
4.2 绝热毯
由于现代车辆车下设备越来越多,而防火棉占据了车下很大的空间,且较重,所以我们最新的设计会使用绝热毯配合防火漆来替代防火棉。
绝热毯的材质为陶瓷纤维,有低导热率及良好的隔热性能,很薄的厚度就能够达到很高的防火要求,所以我们可以将其铺在内装地板和车体地板之间,有效地提高了地板空间的利用率。
4.3 吸音板
吸音板属于一种环保型阻尼材料,是一种以丁基橡胶为基材添加阻燃剂的防火自粘型高性能约束阻尼片。
吸音板很薄,我们会将其贴在车体地板上表面。为了提高阻尼性,多用铝板或钢板粘接使用,广泛用于车辆的减震降噪。
4.4 防火隔音毡
防火隔音毡是由高分子金属粉末和各类助剂配置反应,再经压延复合而成,可以使噪声在传递途径中衰减的一种新型隔声材料,兼具阻尼性及环保阻燃特性。同时具有厚度薄、抗拉压、抗弯曲、阻燃防蛀等特点。
4.5 防火漆
防火漆是由阻燃剂、发泡剂等多种材料制造的一种阻尼浆涂料,具有良好的隔热性和保温性,具有吸音隔音性能。
防火漆使用方便,将其喷涂在底架下薄薄一层即可,且基本上能对底架地板下部区域达到全覆盖保护。
防火漆具有难燃性或不燃性,导热系数较低,受热后发泡形成碳质隔热层保护基材,并分解产生惰性气体及一些降温,有效减缓火焰传播速度。
5 地板防火降噪布置图(图1)
6 地板防火降噪结果
最终结果,需要通过车辆实验进行验证,是否能够满足设计要求。
7 结束语
文章通过对地铁车辆地板防火降噪结构的介绍,使设计师在车辆地板防火降噪方面有了一定经验积累,这是现代城轨车辆安全舒适性的一个设计理念,确保了列车的安全性及舒适性。
摘要:文章以长客-庞巴迪的车辆地板防火降噪设计为例着重介绍了地铁车辆地板防火降噪的设计要求。
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