城市軌道交通綜合檢測車方案研究

　　摘 要：根據(jù)城市軌道交通特點，并結(jié)合其日常檢測現(xiàn)狀，提出研制城市軌道交通綜合檢測車的必要性。借鑒高速鐵路綜合檢測列車的成功經(jīng)驗，研制了城市軌道交通綜合檢測車，介紹其總體方案、車輛方案和檢測系統(tǒng)方案，并詳細闡述了檢測系統(tǒng)的功能、組成及技術(shù)指標(biāo)。該車輛在多項檢測技術(shù)上進行創(chuàng)新，在檢測項目、最高檢測速度和檢測精度等方面達到國際先進水平，是提高城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施檢測效率的有效工具，具有先進性、普適性和推廣性。

　　關(guān)鍵詞：城市軌道交通;基礎(chǔ)設(shè)施;綜合檢測;檢測系統(tǒng)

　　《人民交通》(月刊)雜志創(chuàng)刊于2007年07月，是我國交通領(lǐng)域大型時政類期刊。雜志以“大交通”得理念充分報道中國交通改革發(fā)展和洞悉社會熱點，充分為交通管理者和交通參與者提供權(quán)威、及時的新聞信息。

　　近年來，我國城市軌道交通蓬勃發(fā)展，運營里程快速增長，客流量迅速攀升，運營時間不斷延長，檢修時間不斷被壓縮，安全、可靠、高效運行成為城市軌道交通運營面臨的巨大考驗，亟需研制高效的城市軌道交通綜合檢測車，以提高基礎(chǔ)設(shè)施的綜合檢測效率，保障城市軌道交通運營安全。

　　1 城市軌道交通特點

　　城市軌道交通制式多元化，主要有地鐵、輕軌、市域快線、有軌電車、市郊鐵路等多種輪軌系制式，另外，直線電機、跨座式單軌、膠輪路軌、磁懸浮等制式也得到發(fā)展。從世界城市軌道交通發(fā)展來看，仍以輪軌系制式為主。盡管城市軌道交通和高速鐵路同屬于輪軌系軌道交通制式，但城市軌道交通具有其獨特的特點。

　　(1)運行環(huán)境不同。城市軌道交通線路以隧道為主要形式，而高速鐵路線路多以高架橋梁為主。城市軌道交通車輛在隧道內(nèi)運行受隧道斷面型式、斷面大小、線路結(jié)構(gòu)、溫度、濕度等條件限制，其空氣動力學(xué)、車輛動力學(xué)、輪軌黏著、噪聲等性能指標(biāo)均與高速鐵路有較大差異。

　　(2)運營速度一般在120 km/h以下，遠低于高速鐵路運營速度，但城市軌道交通車輛起動加速快、制動頻率高，制動時間短，具備高起動加速度及高制動減速度的牽引和制動性能。

　　(3)供電系統(tǒng)以直流為主，電壓等級分為750 V和1 500 V兩種，受電弓取流方式包括架空剛性接觸網(wǎng)、架空柔性接觸網(wǎng)和接觸軌3種方式，與高速鐵路采用的供電系統(tǒng)(交流25 kV)完全不同。

　　(4)客流量大、列車追蹤間隔短。目前，基于無線通信的列車控制系統(tǒng)(CBTC)成為城市軌道交通主流制式，而鐵路信號系統(tǒng)為滿足高速、重載運輸及大編組列車的要求，其追蹤間隔時分遠大于城市軌道交通。

　　2 必要性分析

　　目前，我國已研制多列高速鐵路綜合檢測列車，主要裝備軌道檢測、接觸網(wǎng)檢測、輪軌動力學(xué)檢測、通信檢測、信號檢測等檢測系統(tǒng)，對軌道、接觸網(wǎng)、通信、信號等基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)進行檢測，為高速鐵路的開通運營、日常維護提供強有力的支撐[1]。

　　然而，在城市軌道交通領(lǐng)域，各運營公司主要配備軌道檢查車、接觸網(wǎng)檢測車、鋼軌探傷車等專項測試車，或集成了軌道檢測、接觸網(wǎng)檢測等部分功能的檢測車，日常檢測養(yǎng)護主要采用人工靜態(tài)檢測維護或?qū)ｍ棛z測車的方式，受人員技術(shù)水平、作業(yè)時間、現(xiàn)場設(shè)備條件的影響，檢測費時費力、檢測效率低下、檢測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，且存在安全隱患。借鑒高速鐵路綜合檢測列車成功經(jīng)驗，研制集軌道檢測、接觸網(wǎng)檢測、輪軌動力學(xué)檢測、通信檢測、信號檢測等檢測系統(tǒng)于一體的城市軌道交通綜合檢測列車，從單一專項檢測擴展到多專業(yè)綜合檢測，可有效提高基礎(chǔ)設(shè)施檢測效率和設(shè)備養(yǎng)護維修效率，且檢測精度更高，是提高城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施檢修效率的有力手段。

　　3 總體方案

　　城市軌道交通綜合檢測車采用地鐵B型車，三輛編組，全鋁合金車體，最大軸重14 t，適用于接觸網(wǎng)DC 1 500 V、接觸軌DC 1 500 V/DC 750 V供電制式，最高運行速度120 km/h，預(yù)留全自動運行接口，如圖1所示。綜合檢測車同時配備定位同步、軌道、鋼軌輪廓、接觸網(wǎng)、接觸軌、車輛動力學(xué)、通信、信號、隧道襯砌表面狀態(tài)、安全監(jiān)測等檢測系統(tǒng)。

　　4 車輛方案

　　車輛采用全鋁合金整體承載金屬結(jié)構(gòu)，車體在最大垂直載荷狀態(tài)下能經(jīng)受縱向壓縮力 850 kN和拉伸力為 640 kN的強度要求，并滿足車體中央部位垂向撓度不大于兩轉(zhuǎn)向架間中心距的1/1 000的要求，符合 CJJ 96-2003 《地鐵限界》標(biāo)準(zhǔn)中B1型(接觸軌受電)或B2型(接觸網(wǎng)受電)車輛限界規(guī)定。轉(zhuǎn)向架采用無搖枕軸箱外置式H型低合金高強度鋼板的整體焊接構(gòu)架。

　　牽引系統(tǒng)采用變頻變壓(VVVF)逆變器調(diào)速，三相異步電機驅(qū)動的交流傳動系統(tǒng)。牽引逆變器控制系統(tǒng)采用微機控制技術(shù)，并具有診斷和故障信息存儲功能。逆變器元器件采用絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)器件，逆變器與牽引電機的配置為1個變流器模塊驅(qū)動4臺牽引電機(1C4M)。牽引控制方式為車控模式，輔助供電采用2臺輸出并網(wǎng)供電的輔助變流器，每臺輔助變流器的容量為110 kVA，總?cè)萘繛?20 kVA，箱內(nèi)另集成2臺12 kW充電機，總功率為24 kW。

　　制動系統(tǒng)主要采用微機控制的模擬式電-空制動系統(tǒng)，控制方式為架控模式，即每個轉(zhuǎn)向架配置1套EP09架控制動控制單元。空氣制動系統(tǒng)采用模塊化集成化設(shè)計，實現(xiàn)停放制動、空簧供風(fēng)等功能。電空制動系統(tǒng)的風(fēng)源配置2套，采用螺桿式空氣壓縮機和雙塔干燥器。

　　列車和車輛控制按控制層次可分為3級：列車控制級、車輛控制級與子系統(tǒng)控制級。其中，子系統(tǒng)控制級實現(xiàn)包括牽引/制動控制、空氣制動、輔助電源、輔助交流系統(tǒng)控制、乘客信息系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等在內(nèi)的各智能設(shè)備的功能和特性。車載網(wǎng)絡(luò)控制實現(xiàn)的是列車和車輛級控制，通過車載網(wǎng)絡(luò)通信，由列車車輛控制單元構(gòu)成一個整體，實現(xiàn)整車各智能設(shè)備間的統(tǒng)一、協(xié)調(diào)控制，保障車輛的穩(wěn)定、安全運行。

　　5 檢測系統(tǒng)方案

　　5.1 定位同步系統(tǒng)

　　為提高檢測精度，保證各檢測系統(tǒng)的檢測速度、里程、時間信息一致，車輛須配置定位同步系統(tǒng)。采用高精度衛(wèi)星定位授時系統(tǒng)，內(nèi)置高精度恒溫晶振授時裝置，實現(xiàn)衛(wèi)星失效時的時間保持功能。定位同步系統(tǒng)主要包括全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)模塊、射頻識別模塊、光電編碼器模塊及數(shù)據(jù)采集處理模塊等。GNSS模塊實時接收衛(wèi)星定位信號，將接收的信號與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫信息進行比對，當(dāng)經(jīng)緯度信息與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)吻合時，提取對應(yīng)線路特征信息，通過誤差修正算法修正誤差后得到準(zhǔn)確的里程信息，修正定位同步系統(tǒng)的實時里程信息。射頻識別模塊在接收到電子標(biāo)簽的信號后，將標(biāo)簽的號碼信息與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行比對，得到里程信息及線路特征值，通過誤差修正算法修正誤差后得到準(zhǔn)確的里程信息，將里程信息發(fā)布至檢測車內(nèi)其他檢測系統(tǒng)[6]。光電編碼器安裝于檢測車軸端，與輪對以相同角速度轉(zhuǎn)動，在已知輪對直徑的情況下，通過計算即可得到實時車速及實時里程。定位同步系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)如表1所示。