作者:张思玮 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/8/17 21:48:12
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悬挂式单轨列车:让火车飞起来


 

悬挂式单轨列车因其占地面积小、攀爬能力强等优点,已经成为德国、美国、日本等国家的一些超级城市考虑的交通模式,我国青岛已成为国内首家引入悬挂式单轨列车的城市。不过,悬挂式单轨列车的大规模推广运营,还应考察其运能范围、舒适性、安全性、经济性等方面。

火车不在地上跑,偏去天上瞧一瞧。

近日,在山东省青岛市,一列城市轨道列车在半空中“飞起”。与其他轨道列车不同的是,它的铁轨不在“脚下”,而是悬在半空中,列车的顶部接入轨道,下部悬空,穿梭在两站之间。这是由中车四方股份公司研制的悬挂式单轨列车,目前已正式进入型式试验和试运行阶段。

据媒体报道,这列悬挂式单轨列车可实现3~5列灵活编组,载客量可达到300~510余人,最高时速可达80公里。

体积小巧,安装便捷

悬挂式单轨列车又被称为“空轨”“空中列车”,是一种轻型、中速、中运量、低成本的新型公共交通方式。但其本身不是磁悬浮或高铁的“翻转版”。

同济大学交通运输工程学院教授顾保南在接受《中国科学报》记者采访时解释说,磁悬浮的驱动方式为直线电机驱动,且在较高速度时为非接触式。

“在动力上,悬挂式单轨列车采用了新型的永磁电机。”中车青岛四方股份公司技术中心副主任、该项目技术负责人刘玉文在接受媒体采访时介绍说,永磁电机采用永磁体生成电机的磁场,无需励磁线圈和电流。与普通电机相比,永磁电机因在转子上安装有永磁体,磁极制成后,不需通电源即可维持其磁场。

至于连结方式,悬挂式单轨列车采用的是车轮滚动带着车辆前行,虽然外观看起来是“悬挂”在轨道上,但实际上,却是空中的轨道“抱”着列车的转向架运行。因为从轨道的截面来看,环形轨道呈现“C”字型,且开口朝下,乍看起来,列车上方的转向架就像被“C”字半包围一般。同时,由于转向架的车轮位于轨道内部,在“C”字型开口的两侧位置,与普通列车的车轮在车体两侧相比,距离变得更近,因此可减小转弯半径,提高运行效率。

这样的“抱轨”结构,让轨道与列车的“腿”融为一体,运行时车辆悬挂在高空轨道上,行驶中既不受雨雪天气影响,也不会有脱轨的风险。刘玉文介绍,此次试运营的列车采用的是欧洲最严苛的BS6853安全标准。这一标准旨在保证旅客在载客列车的车辆上或周围的安全。

更重要的是,与地铁需要修建隧道相比,悬挂车轨道梁可以在工厂预制,运抵现场进行组装,现场施工时间短,对地面交通影响小。即便是修建轨道,因为其曲线半径小,所以占用地面空间少,拆迁工程量可显著降低,节约成本,仅为地铁成本的三分之一。而且,相对于地面有轨电车,悬挂车避开了与地面车辆混跑的问题。

为了减振,车辆还采用了“空气弹簧悬挂结构”的高铁技术。刘玉文解释道,空气弹簧俗称气囊、气囊式气缸,在可伸缩的密闭容器中可以压缩空气,是一种利用空气弹性作用的弹簧。对比金属弹簧和橡胶弹簧,空气弹簧的隔振效率效果更佳,且体积小、容易安装。

悬挂式单轨列车的前世今生

其实,悬挂式列车并非新鲜事物。第一条悬挂式单轨交通诞生的时间甚至比商业化铁路开通的时间还要早,而其动力只是一匹马。这条单轨线是根据1821年英国人亨利·帕尔默的专利设计而成。车轮在轨道上运行,通过索链由马匹带动,车轮轴左右伸出两个悬臂用于悬挂车厢。

在后来经过几次被建立又被废弃的大起大落之后,直到上世纪60年代,法国才建立起近代的新型悬挂式单轨车。现代的单轨铁路由此而来。其动力由电动机推进,一般使用轮胎而不使用钢制的车轮。轮胎会在路轨的上面及两旁转动,推动列车及维持平衡。

悬挂式单轨列车也随着城市规模的不断扩大,成为一些超级城市考虑的交通模式。因其占地面积小、攀爬能力强等优点,已经在德国、美国、日本等国相继出现。我国重庆市于2004年11月6日开通了我国首条跨座式单轨交通线路。但悬挂式单轨列车,青岛的却是我国首家。

推广仍需时日

顾保南对于悬挂式单轨列车的推广持保留意见:“悬挂式单轨列车比地铁建设费用低,但轨道交通系统选型需要考虑客运需求、系统运能、建设成本、运营成本、开发效益等方面。单从轨道列车成本比较还不能说明问题。”

轨道交通建设成本还包括列车购置费、土建成本(轨道结构及车站)、设备费(列车运营控制、供电设备、环控设备、售检票等)、动拆迁成本等。“悬挂式列车不同编组数直接影响运能大小,也直接影响车站规模、桥梁结构物规模等。”顾保南补充道。

至于悬挂式单轨列车的运营,还应考察运营费用、噪声及舒适度影响。“德国wuppertal悬挂式单轨运营过百年,会有一些摇晃,我国开发的列车是否解决了此类问题,还需要系统测试。”顾保南说。

测试内容还应包括不同速度下的噪声、列车舒适度等方面,“如果噪声超标,中心城区难以采用;如果摇晃太大,较长线路使用不太合适”。除此之外,运能也在考虑范围之内。因为其悬挂车厢数量有限,所以运力有限,“现在运营的这类系统运能较小,大约为地铁的1/5~1/4”。顾保南说,这等运力只能相当于城市轨道交通中低运量标准,系统适合中小城市或大城市非客流主通道的城市轨道交通。

不仅如此,救援方面也在考虑范围之内。因为列车被悬挂在半空,一旦出现紧急情况,单轨铁路上的乘客没有逃生的地方。车的两旁没有可站立的路轨,而且离地面很高,头尾两端的路轨亦很窄。所以,有些非悬挂式的单轨铁路在路轨的两旁建有可供人行的紧急通道。

“因此,在对此类系统的运能范围、舒适性、安全性、经济性未深入认识之前,不宜快速推广。”顾保南说。

 
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