地铁列车的结构及构造原理

　　杨小琳？宋如意
　　摘要：地铁列车作为城市轨道交通的重要形式，是集机电一体化、自动化于一身的高科技产品，为了更好的普及地铁车辆知识，本文将从更通俗的角度向大家展示地铁车辆的结构和工作原理。
　　关键词：地铁列车；机电一体化；车辆结构；工作原理
　　一、机械部分
　　（一）车体
　　以前，铁道车辆主要以普通碳钢为车体材料，为提高车辆性能、服务档次，降低运营及维修费用，现国内外很多城市选用不锈钢车辆。为轻量化不锈钢车体，整车端除底架采用碳钢材料外，其余各部位全部采用高强度不锈钢材料。各零部件间采用点焊连接梁、柱间通过连接板相连接，各大部件间也是采用点焊连接。在Tc车前端设计中有一撞击能量吸收区，当发生事故时车前端的防爬装置能够分散碰撞力。列车通过贯通道连接在一起，贯通道上设计有折棚和位于车钩上的渡板。
　　（二）车门
　　从安全可靠性上来讲，移动门一般适用于速度低于100kmh的列车上。特别是外挂门，由于外挂门属于外吊悬挂式结构，下部悬空无支承。当列车在隧道中运行，随着速度的提高，其空气的阻塞比大大增加，对外吊的悬挂门产生较大的压力。如果门的结构及强度不随速度的提高而改进设计的话，车门会产生晃动等不稳定因数，影响车门的安全可靠性。
　　（三）车钩及缓冲装置
　　1。将车辆互相联挂，联结成为一组列车；2。传递纵向牵引力和冲击力；3。缓和车辆之间的动力作用；4。实现电路和气路的连接。车钩缓冲装置共分三种类型：自动车钩、半自动车钩、半永久牵引杆。三种车钩均设有可复原能量吸收功能，采用橡胶缓冲器。在自动车钩和半永久牵引杆上还设有超载保护装置，不可复原的可压溃变形管。其结构均采用先进的密贴式车钩，它是依靠相邻车辆钩头上的凸锥和凹锥口互相插接，起紧密连接作用。
　　（四）转向架
　　转向架是支承车体并担负车辆沿着轨道走行的支承走行装置。为了便于通过曲线，在车体和转向架之间设有心盘或转轴，转向架可以绕一中心轴相对车体转动。为了改善车辆的运行品质和满足运行要求，在轉向架上设有弹簧装置和制动装置。对于动车，转向架上还装有牵引电机和减速机构，以驱动车辆运行。转向架主要由以下部分组成：轮对轴箱装置、弹性悬挂装置、构架、制动装置、牵引电机和齿轮变速传动装置、转向架支承车体装置。另外，在拖车转向架上还安装了ATC的通讯天线。
　　（五）制动装置
　　据成熟地铁经验，摩擦制动采用闸瓦制动。为了改善摩擦性能和增加耐磨性，大多数地铁车辆采用合成闸瓦。但合成闸瓦的导热性能较差，又选择了导热性能良好的产品粉末冶金闸瓦。既具有较好的摩擦性能，又有良好的耐磨性。在闸瓦制动方式中，动能转化为热能的能力大，但热能散于大气的能力相对较小。当要求的制动功率较大时，有可能发生产生的热能不能散失到大气中，而在闸瓦与车轮踏面积聚集，使他们的温度升高，严重的会导致闸瓦熔化或车轮踏面产生裂纹。
　　（六）车辆内部设备
　　车辆内设包括服务于乘客的车体内的固定装置如车电、取暖、空调、座椅、拉手等，服务于车辆运行的设备装置大多吊挂于车底架，如蓄电池箱、继电器箱、主控制箱、电动空气压缩机组、总风缸、电源变压器、各种电器开关和接触器箱等。故障率较高的空调需要经常清洗，大多采用车顶修和拆卸修。此设备中，控制器的故障率较高，主要是影响客室环境，不对行车造成影响，需要使用大量的备件进行替换。
　　二、电气部分
　　（一）牵引及电制动系统
　　牵引及电制动系统是列车运行的核心装置，包括高速断路器、牵引逆变器及其控制单元、牵引电动机、联轴节、齿轮箱、制动电阻，其作用是将从电网输入的电能经转化后控制牵引电机的运转，牵引电机输出的功率传给轮对驱动列车运行，列车制动时将列车的动能转化成电能反馈回电网或送到制动电阻上变能为热散发出去。
　　电制动一般有再生反馈制动和电阻制动两种形式。再生制动的能量传送路径与牵引的正好相反，电阻制动则是电能从逆变器出来后进入制动电阻消耗掉。现在的电制动系统由于逆变器功率元件的能力不足，在某些情况下如满载、高速等，还不能满足列车制动的全部需求，往往需要气制动来补充。
　　（二）辅助系统
　　辅助系统包括辅助电源、蓄电池充电器、辅助逆变器。辅助电源系统指三相交流380V电源和低压直流电源，其中低压直流电源包括110V直流电和24V直流电，仅以沈阳地铁一号线车辆为例，380V交流电的负载有：空气压缩机、空调系统、各类风机、220V插座等；110V直流电的负载有：有触点控制电路、各系统的电子控制电路、照明电路、指示灯、车门驱动系统、广播系统、乘客信息显示系统、紧急通风电源等。
　　（三）空气制动及供风系统
　　在目前城轨车辆所采用的制动方式中，制动力的源动力主要为压缩空气的压力。以压缩空气为源动力的制动方式称为空气制动；以电磁力为源动力的制动方式称为电制动；还有机械制动、液压制动等方式。现代动车组因列车控制技术的发展，实现了在车组内制动力预定的、可调节的分配，充分利用轮轨粘着，最大程度地使用再生制动，节省牵引能耗。比如：电制动时可只由动车承担全部制动力，如不足再按预定模式由拖车气制动补充；一个转向架因故障失去制动能力时可按预定模式由其它转向架相应提高制动力补充。
　　（四）列车控制系统
　　列车控制系统就是列车的微机控制单元通过列车车辆总线与各节车的各子系统设备的微机控制单元（对有接点电路经过IO转换端口）连接在一起，以通信协议方式建立实时的通信联系，进行指令、状态信息的传输，实现对列车状态的控制、监测、数据存储、故障诊断、显示以及人机界面交流。列车微机控制单元通常在列车的两端对称设置，功能相同，工作时一个为主机，另一个为从机。
　　参考文献：
　　〔1〕乔辉。地铁列车的结构及构造原理〔J〕。科技信息，2012，04：337338。