地铁工程施工用电动轨道车的功能特点

地铁工程施工用电动轨道车的功能特点

杜森

西安市轨道交通集团有限公司运营分公司，陕西 西安 710016

摘要:地铁施工在相对封闭的地下隧道内进行，地铁隧道空间狭窄、气流不畅、阴暗潮湿，再加之各种施工机具的噪声和烟气污染，地铁隧道的施工环境相对比较恶劣，严重影响施工作业人员的身体健康。采用新能源技术的绿色施工机具对改善地铁隧道施工环境有重要作用。本文介绍了地铁施工用电动轨道车的技术特点及其主要系统的功能特点。

关键词:地铁;电动轨道车;功能特点

1电动轨道车技术特点

1)满足普通地铁施工运输限界要求。2)低噪声、零排放。电动轨道车以车载电源为动力，用电动机代替发动机，从根本上解决了柴油机尾气污染环境空气的问题，可大大改善施工作业环境。3)整车搭载大容量磷酸铁锂电池，循环寿命长，续航里程长，而且绿色环保。4)结构简单、操作简便。与机械传动轨道车相比，电动轨道车运转传动部件少、维修简便，而且采用无级调速，驾驶操作更加简单，减轻了司乘人员的劳动强度。5)节能环保，运用成本低。相同运用条件和运用功率下，比采用柴油发动机的轨道车节省45%以上的能源费用，综合运用成本低。

6)具有制动能量回馈功能。电动轨道车制动时，能将动能转化成电能并储存到车载蓄电池中，可延长轨道车得续航里程，节约能源。7)动力强劲，动态响应快。起动加速快，爬坡能力强，尤其是在起动加速的初始阶段，其性能远优于机械传动轨道车。

2电动轨道车牵引性能

电动轨道车的牵引性能优于目前国内城市轨道交通所使用的机械传动类工程车的牵引性能，能够满足城市轨道交通调车作业及线路维护作业要求。1)轨道施工调车作业。单机牵引质量110t(2节携吊平车+钢轨+少量物资)，可在平直道上以40km/h的速度运行持续1．5h，运行距离为60km。2)正线牵引运行。单机牵引110t，可在35‰坡道上起动，并通过正线。3)坡道运行。单机牵引110t，可在20‰的坡道上以24km/h的速度运行。4)平道运行。可以60km/h的速度持续运行2h，运行距离不少于120km。

3电动轨道车结构与布置

电动轨道车牵引车采用棚式车体，双端司机室。司机室宽敞明亮、视野开阔、便于瞭望，室内噪声≤60dB(A)，为司乘人员提供了一个清洁、舒适、环保、健康的工作环境。电动轨道车设有前后操纵台、司机座椅、电风扇、床铺、紧急制动阀、手制动操纵手轮等设备。操纵台上安装有各种操纵装置、开关仪表、全液晶仪表盘和列车运行监控装置，两端操纵台对称布置，具有相同的操纵功能。操纵台上可增设AC220V电源插座，以便于手机、对讲机充电。电动轨道车下部布置有走行部、牵引电动机、万向轴装置、车轴齿轮箱悬挂装置、锂电池组、电动空压机组、总风缸、基础制动装置和砂箱等。牵引动力单元由锂电池组、变频器、变频调速电动机等组成。变频调速电动机输出扭矩通过万向轴和车轴齿轮箱带动车轮转动。根据用户需求，车内可增设嵌入式空调机组和电采暖器。另外车内还设有各种警告标示及灭火器。电动车轨道车车体两端分别安装有前照灯、警示灯、近照灯、标志灯、喇叭、刮雨器等。车架两端安装有2#机车车钩和列车制动软管。车架下部底端装有钢板组焊且高度可调整的排障器和扫石器，用来排除线路上的障碍物，以保证电动轨道车的运行安全。排障器上设有脚踏板，便于工作人员调车作业时使用。

4电动轨道车传动装置

电动轨道车传动装置由动力电池组、变频器、变频调速电机、万向轴、车轴齿轮箱和轮对等组成。当车辆行驶时，动力电池组输出的直流电通过变频器变换为电压与频率可调的三相交流电驱动异步变频调速电机旋转，电动机输出的转矩经万向轴和车轴齿轮箱带动轮对前进或后退。

5电动轨道车电池系统

1)锂电池组。是电动轨道车的动力源。选用能量密度和功率密度相对较高的磷酸铁锂电池，电池包由单体32Ah/3．2V的电芯串并联组成，总电量约258kWh，单机60km/h等速工况下续航里程超过120km，支持快、慢充两种充电方式。磷酸铁锂电池是用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池，目前广泛用于电动汽车、储能、军工、医疗等行业，具有安全性高、寿命长、可大电流快速充放电、环保和无记忆效应等特点。

2)电池管理。主要用于对动力电池参数进行实时监控、故障诊断、剩余电量估算、行驶时里程估算、短路保护、漏电监测、显示报警，充放电的控制与保护等，并通过CAN(控制器局域网)总线的方式与整车控制器或充电机进行信息交互，保障电动轨道车高效、可靠、安全运行。电池管理系统采用集散式结构，整个电池管理系统由1块BMS(电池管理系统)主控模块和若干块采样均衡模块组成。电池组的当前电量和可行驶里程，是电动轨道车行驶中实时监控的重要参数。

3)变频器。由逆变器和控制器两部分组成。采用全插拔式连接器，以实现快速电气连接，便于安装和维护。逆变器接收动力电池输送过来的直流电能，并将其逆变成三相交流电，为变频电机提供电能。控制器接受电机转速等信号并反馈到仪表，控制器通过控制逆变器频率的升降来控制电动轨道车加速或者减速运行。

4)牵引电动机。是电动轨道车的动力输出部分。由于变频调速电机(PMSM)在效率、功率密度和低速转矩方面的突出优点，牵引电动机非常适合应用于多电机的独立驱动。采用风冷变频调速，双电机独立驱动，能效可达到97%。拥有能量可调回收模式，当车辆减速或制动时，可将车辆在制动或惯性滑行中的动能转化成电能，再储存到电池中，可延长续驶里程，节约能源;同时可有效提高行车安全并减少制动闸瓦磨损。实践证明，能量回馈系统可使电动轨道车的牵引车续驶里程增加10%~15%。

6电动轨道车制动系统

制动系统是车辆安全运行的保障系统。电动轨道车制动采用空气制动、电制动、基础制动和停放制动。

1)空气制动。采用电动空压机组供风，三相异步电动机由辅助逆变器供电。空压机间歇性运行，工作可靠，打风速度快。制动阀柜采用模块化结构，各阀件集中安装在一起，便于检查与维修。空气制动管路全部安装在车体内部，位于木地板与车架盖板之间，为便于检查维修，木地板设有活动盖板。

2)电制动。与机械传动轨道车相比，电动轨道车的突出优点是具有电制动功能。在车辆制动时，可以利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运行，使减速制动时的动能转换成电能，储存在电池中，从而得到再生利用。

3)基础制动。由一系列杠杆机构组成，制动缸推力经基础制动装置传到闸瓦上，产生制动作用。制动缸鞲鞴杆产生的制动力经基础制动杆件放大后，作用到车轮踏面上，产生制动力，使车辆减速或停车。闸瓦采用货车用高摩合成闸瓦。

4)停放制动。由手缸盖、停放内弹簧、停放外弹簧、停放缸体组成、停放活塞、制动缸活塞、手动缓解拉线、棘轮等组成。通过给停放制动缸内充气，可实现对停放制动的缓解。停放制动时，在弹簧的作用下通过螺杆推动常用制动活塞实现制动。使用驻车制动时，可满足在40‰坡道上不产生溜逸的要求。

结语

在城市轨道交通工程施工中，无论是在工程路料的运输方面，还是在施工环境保护及施工作业人员健康保证方面，电动轨道车都比燃油轨道车有较大的优势。但是，电动轨道车也存在一些劣势:选用的磷酸铁锂电池的容量受限，导致其续航能力不够大;充电必须要有三相电源，且充电时间相对较长;目前处于起步阶段，市场占有率低，市场价格相对较高。随着国家新能源政策的推动，以及施工方与业主方不同程度的推进，电动轨道车将会在城市轨道交通工程中得到广泛应用。

参考文献

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[2]陈丰宇，谭本旭．上海轨道交通蓄电池电力工程车牵引性能参数探讨[J]．电力机车与城轨车辆，2013(5):61．

[3]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．重型轨道车技术条件:GB/T10082—2010[S]．北京:中国标准出版社，2010．