城軌車輛構造與維修-車內(nèi)設備及系統(tǒng)布置

車內(nèi)控制系統(tǒng)設備布置2

城軌車輛及分類城軌列車體現(xiàn)了先進的計算機控制技術，是集機械和電氣于一體的典型機電設備，按照其設備的性質分類有：機械設備、電氣及控制設備。車輛設備系統(tǒng)作用和分類按照車輛設備系統(tǒng)的用途分，車輛設備系統(tǒng)包括車用設備系統(tǒng)和客用設備系統(tǒng)兩大類。車用設備系統(tǒng)主要有：電氣設備系統(tǒng)（包括主電路、輔助電路、控制電路設備）、氣動設備系統(tǒng)（風源設備、制動機等）、微機控制設備系統(tǒng)（如微機控制單元及總線、傳感器），它們用于滿足列車運行要求?？陀迷O備系統(tǒng)主要有：客室照明設備系統(tǒng)、信息廣播設備系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)設備系統(tǒng)等等，它們用于為旅客提供方便和服務，保證乘客良好的乘車環(huán)境。3

車輛設備系統(tǒng)布置車輛設備作用和分類按照設備的用途，車輛設備包括車用設備和服務于乘客設備系統(tǒng)兩大類。車用設備主要有：牽引動力設備（如受電弓、逆變器、牽引電機）、制動設備及風源設備，計算機控制設備（如微機控制單元及總線、傳感器）等等，它們用于滿足列車運行要求。服務于乘客的設備主要有：旅客乘坐設備（如坐席、扶手、吊環(huán)等）之外，照明設備、信息廣播設備（包括信息顯示牌和列車廣播）、空氣調(diào)節(jié)設備等等，它們用于為旅客提供方便和服務，保證乘客良好的乘車環(huán)境。按照設備的布置位置，車輛設備分為：車頂設備、車內(nèi)設備和車底設備。一般城軌車輛以動車組的形式出現(xiàn)，車內(nèi)空間盡量用于容納乘客，設備的布置應使客室環(huán)境安全、舒適，與乘客無直接關系的車輛運營所需設備盡可能懸掛于車底，以使車內(nèi)空間最大化。

車用電氣系統(tǒng)受電弓受電弓包括基礎框架，框架，集流頭，壓力彈簧和降低裝置，如圖7—1所示。受電弓一般通過基礎框架安裝在車頂上，并盡量靠近轉向架回轉中心，以避免車輛通過曲線時引起受電弓偏離接觸網(wǎng)導線。廣州及上海地鐵等城軌列車通常為升雙弓運行，考慮接觸網(wǎng)振動波的傳播速度對后受電弓受流質量的影響，一般柔性接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)中的運營車輛受電弓布置在頭車（可能是拖車），而剛性接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)不必考慮此影響，受電弓一般安放在動車，以減少高壓線路在車輛之間駁接和對拖車乘客造成安全隱患。廣州地鐵二號線（剛性接觸網(wǎng)）車輛的受電弓布置在動車B車的2位端上，廣州地鐵三號線（剛性接觸網(wǎng)）車輛編組是A-B-A形式，其受電弓置于動車A車的2位端，而廣州地鐵一號線（柔性接觸網(wǎng)）車輛的受電弓置于拖車A車的2位端。4圖7-1受電弓結構1基礎框架；2高度止擋；3絕緣體子；4框架；5下部支桿；6下部導桿；7上部支桿；8上部導桿；9集流頭；10接觸帶；11端角；12升高和降低裝置；13電流傳送裝置；14吊鉤閉鎖器受電靴集電靴的功能與受電弓類似。集電靴安裝在轉向架上，結構如圖6-8所示，它是通過相關的氣路來完成接觸部分的升降動作。安裝集電靴的列車一般也可安裝有受電弓，主要是考慮到列車在車輛段檢修時的需要。5

受電弓交流傳動車輛的受流過程：受電弓從架空接觸線獲得電流，通過高速短路器傳導到車輛牽引逆變器VVVF，再驅動交流牽引電機。如廣州地鐵一號線車輛的受電弓使1500V直流電源通過受電弓上的終端流向位于車底的高速斷路器，再到B車、C車的牽引逆變器VVVF，而A、B、C車上的輔助逆變器DC/AC及A車上的DC/DC變換器直接從受電弓上得電，電流回路通過軸箱上的接地碳刷閉合。圖7-2廣州地鐵3號線車輛受電弓驅動系統(tǒng)61受電弓模塊；U01隔離塞門；03電磁閥；U04.1止回閥；U04.2止回閥；U05腳踏泵；U06軟管；U07受電弓（非KNORR提供）；U08隔離軟管連接MRE主風缸管線；U09調(diào)壓器；U10空氣過濾器；U12測試接頭；U13壓力表7車底設備系統(tǒng)（一）電傳動系統(tǒng)設備（1）牽引及電制動系統(tǒng)牽引及電制動系統(tǒng)是列車運行的動力系統(tǒng)，由高速斷路器、牽引逆變器及其控制單元、牽引電動機、聯(lián)軸節(jié)、齒輪箱、制動電阻組成，其作用是將從電網(wǎng)輸人的電能經(jīng)轉化后控制牽引電機的運轉，牽引電機輸出的功率傳給輪對，驅動列車運行，列車制動時將列車的動能轉化成電能反饋回電網(wǎng)或送到制動電阻上變?yōu)闊崮苌l(fā)出去。當采用架空接觸網(wǎng)供電時，列車使用受電弓受電，受電弓裝在車頂；當采用第三軌供電時，列車使用集電靴受電，集電靴裝在車底側面。牽引供電系統(tǒng)一般采用直流1500V和750V電壓制。出于可靠性要求，列車受電弓的配置都不少于兩個。集電靴則因要在第三軌的軌道兩側布置，因此都是在車底兩側配置，數(shù)量較多。列車的高壓電路設計通常是1500V/750V電源從受電弓/集電靴進人列車后，分為兩路。一路為牽引系統(tǒng)電路，經(jīng)各個動車的高速斷路器進人牽引逆變器VVVF(包括平波電抗器和電容充電電路），高速斷路器的作用是對牽引電路的過電流保護和對地保護，一個高速斷路器保護一個或兩個VVVF,其閉合分斷除由司機操作控制外，同時可在電流過大時自行分斷，或由列車控制系統(tǒng)或牽引控制單元（DCU)控制分斷。牽引逆變器輸出的變頻變壓電壓并聯(lián)供給4臺（車控）/2臺（架控）牽引電機，驅動列車運行。另一路經(jīng)熔斷器和隔離二極管送人貫通整列車的1500V/750V高壓線，給列車的三相交流380V電源和低壓直流電源供電，輔助電路的負極電流經(jīng)同樣的路徑返回牽引變電所。牽引工況：接觸網(wǎng)→受電弓→高速斷路器→牽引逆變器→聯(lián)軸節(jié)→齒輪箱→輪對。電制動工況：再生制動的能量傳送路徑與牽引工況的正好相反；電阻制動則是電能從逆變器出來后進入制動電阻消耗掉。8（2）輔助電源系統(tǒng)輔助電源系統(tǒng)指三相交流380V電源、低壓直流電源和蓄電池，其中低壓直流電源通常有110V直流電和24V直流電，110V直流電應用最為廣泛。380V交流電的負載有空氣壓縮機、空調(diào)系統(tǒng)、各類風機、220V插座等；直流110V電源的負載有：有觸點控制電路、各系統(tǒng)的電子控制電路、照明電路、指示燈、車門驅動系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、乘客信息顯示系統(tǒng)、緊急通風電源等。集中式是一列車只用兩個380V輔助逆變器，分別給兩個半列車供電。在列車由兩個單元車組成的情況下，三相380V電路一般不通過半自動車鉤，即兩個單元車的三相380V電路是獨立的。分散式是每節(jié)車都配備一個380V輔助逆變器，但負載并不限于本車，可部分與相鄰車的負載交叉供電。目前更先進的技術可做到將幾個三相380V輔助逆變器的輸出并聯(lián)起來,給相關所有車的負載一起供電，這樣做的好處是，當一個輔助逆變器發(fā)生故障無輸出時，可利用正常逆變器的設計余量基本保證負載的需求。9（3）直流110V控制電源（也稱蓄電池充電器）與蓄電池。直流110V電源分為獨立設置和與380V逆變器結合設置。獨立設置是單獨將1500V/750V電壓經(jīng)逆變、變壓、整流而得到直流110V,一般在380V輔助逆變器分散式布置中采用；結合設置是從380V輔助逆變器的逆變、變壓后的中間電路取得部分輸出，經(jīng)整流得到直流110V，一般在380V輔助逆變器集中式布置中采用。為了保證故障狀態(tài)下列車的運行能力，列車上110V電源是冗余設置的，并且一個充電器的容量能滿足整列車的需求。蓄電池是列車的重要設備，為在運營時列車失去外來供電的情況下提供臨時供電，是必不可少的安全保障，也是列車停放后重新激活的電源。列車一般設置兩組蓄電池，總容量可滿足45分鐘內(nèi)列車部分110V控制電路、各系統(tǒng)電子控制電路、指示燈、廣播系統(tǒng)、乘客信息顯示系統(tǒng)部分功能、客室緊急通風、緊急照明以及開關一次客室門的要求。10一、電傳動高壓設備系統(tǒng)地鐵1500V的供電電源是通過受電弓從架空電網(wǎng)上或受電靴從第三軌得到的。電傳動系統(tǒng)部件分布（圖6－7）受電弓ＰＨ箱線路電感器制動電阻箱牽引電機接地裝置受電弓ＰＨ箱線路電感器制動電阻箱牽引電機接地裝置AABBCC蓄電池蓄電池充電機蓄電池蓄電池充電機ＰＡ箱制動電阻箱牽引電機接地裝置ＰＡ箱制動電阻箱牽引電機接地裝置圖6-7示11車體底架設備受電弓ＰＨ箱線路電感器制動電阻箱牽引電機接地裝置受電弓ＰＨ箱線路電感器制動電阻箱牽引電機接地裝置AA

B

BCC蓄電池蓄電池充電機蓄電池蓄電池充電機ＰＡ箱制動電阻箱牽引電機接地裝置ＰＡ箱制動電阻箱牽引電機接地裝置圖6-7示

車體底架設備車底設備一般包括有供風設備、制動系統(tǒng)設備和電器設備，圖7—6和圖7—7為廣州地鐵一號線車輛底架設備的分布圖，各組成的作用如下：

1.1線路濾波器1.2牽引逆變器VVVF2.DC/AC逆變器3.DC/DC轉換器4.高速斷路器5.車間電源6.牽引單元7.制動電阻8.輔助設備柜，B/C車9.蓄電池10.輔助設備柜,A柜11.空壓機單元12.空氣控制屏13.主風缸14.空氣干燥器15.制動風缸17.空氣彈簧供風缸18.電纜槽19.電纜分布槽20.電機連線21.動車轉向架22.拖車轉向架33.A車電氣柜34.A車電子柜35.門控風缸36.空壓機起動電阻37.ATC天線38.通信天線39.接地裝置40.車鉤盒12圖7-6廣州地鐵一號線拖車底架設備分布圖圖7-7廣州地鐵一號線動車底架設備分布圖13

HSCB的結構1234567891011121314151617181920212223圖6-9示14PH箱高壓區(qū)主要電器組成圖6-10示15電氣系統(tǒng)設備一、高壓設備地鐵1500V的供電電源是通過受電弓從架空電網(wǎng)上得到的。電流從受電弓終端流到位于動車底架下部的逆變器箱（PH箱-牽引-高壓）。PH箱的高壓部分（參見圖7-8打開狀態(tài)的高壓部分，無頂板俯視）包括大部分用于高壓分配的元件。主要的元件有：隔離和接地開關、兩個高速斷路器（線路斷路器）、車間電源插座、車間電源接觸器、高壓保險、解耦二極管、測量和控制設備。一般動車的牽引逆變器從高速斷路器處獲得供電。輔助逆變器（輸出3N/AC380V）和蓄電池充電器（輸出DC110V）也由PH箱供電，并帶有保險保護，而其電流回路是通過接地刷閉合。1.車間電源2.隔離和接地開關3.高速斷路器二、線路濾波器線路濾波器是由電容和電感組成的一種能量儲放裝置，可以在斬波器導通和關斷時吸收和釋放能量，使電機電流平滑，并減少車輛在牽引和電制動時對接觸網(wǎng)電壓的影響。16

電氣系統(tǒng)設備三、牽引逆變器接觸網(wǎng)直流供電——車輛交流傳動時必須采用牽引逆變器，如廣州地鐵一號線車輛的牽引逆變器是電壓源連接逆變器，通過3000A/4500V斬波器GTO與逆變器相連接，驅動四個并聯(lián)的三相交流牽引電機，它還能執(zhí)行電阻制動和再生制動。運行工況：VVVF將接觸網(wǎng)得到的直流電源轉換為三相變頻變壓電源，驅動牽引電機。制動工況：VVVF將電機產(chǎn)生的三相交流電轉換為直流電，反饋回接觸網(wǎng)，此為再生制動。由于網(wǎng)壓過高，未被吸收的電能由制動電阻轉換為熱能散逸，這就是電阻制動。四、制動電阻在電阻制動時，制動電阻將未能再生部份的電能吸收過去，轉換為熱能散逸到大氣中。五、牽引單元牽引單元包括牽引電機、聯(lián)軸節(jié)和齒輪箱等。三相牽引電機的轉矩通過聯(lián)軸節(jié)和齒輪箱驅動輪對。17電氣系統(tǒng)設備1．DC/AC逆變器廣州地鐵二號線6輛編組的列車設計了PH箱和PA箱牽引逆變器。每個逆變器箱里安裝一個牽引逆變器和一個高壓設備（PH箱）或輔助逆變器（PA箱）。牽引逆變器驅動四個三相牽引電機，這些電機分別驅動兩個轉向架的四個軸。車輛通過車頂?shù)氖茈姽杉芸针娋W(wǎng)供電。2．蓄電池箱充電器蓄電池充電器用作供應車載直流電，廣州地鐵二號線車輛蓄電池充電器安裝位置如圖7—11所示。它由架空網(wǎng)供電，從輸入到輸出有一個直流電的隔離。在端子上，有一個額定直流126V的電壓供應低壓負載端子+BN和為蓄電池充電端子+B。蓄電池充電遵循CVCC（恒壓/恒流）曲線。3．蓄電池箱每列車單元必須配有一定數(shù)量蓄電池箱，由于車輛配重的要求，通常置于拖車車底架上。18蓄電池充電器安裝位置圖7-11廣州地鐵二號線車輛設備分布圖19七、DC/DC變換器靜態(tài)輔助電源變換器（完全靜態(tài)結構）輸出直流110V電壓，驅動所有110V直流負載。如照明、牽引控制單元等，包括對蓄電池充電，為其提供冗余量。八、空氣制動系統(tǒng)包括空壓機單元、空氣控制屏、空氣干燥器、儲風缸（主風缸、制動供風缸、空氣彈簧缸、門控風缸等）和裝在轉向架上的基礎制動單元。九、列車自動控制裝置（ATC）ATC系統(tǒng)包括微機自動駕駛（ATO）、自動監(jiān)控（ATS）和自動保護（ATP）。ATO將執(zhí)行除“啟動”外的列車自動運行（自動調(diào)速、自動停車、定點停車）。ATP將執(zhí)行列車安全速度和列車安全間隔的功能，當潛在的不安全條件產(chǎn)生時，ATP將施加緊急制動。ATP車輛接口設備將包括：速度計、天線、司機室顯示器、控制器、電源適配器和ATO/ATO車載控制設備。ATS將執(zhí)行自動轉換道岔、排列進路。十、列車故障自診斷系統(tǒng)列車采用微機故障自診斷系統(tǒng)，用便攜式數(shù)據(jù)采集器采集各種有關數(shù)據(jù)。另外在軸箱上還裝有速度傳感器、接地裝置；在列車前端裝有ATC傳感器安裝架；還有輪緣潤滑裝置等。

車底設備柜2021

氣制動及供風系統(tǒng)車輛制動系統(tǒng)的作用是用以產(chǎn)生制動力，使列車減速或及時停車，對保證列車安全和正點運行具有極其重要的作用。制動系統(tǒng)。在目前城軌車輛所采用的制動方式中，制動力的源動力主要為壓縮空氣的壓力。以壓縮空氣為源動力的制動方式稱為空氣制動；以電磁力為源動力的制動方式稱為電制動；還有磁軌制動、液壓制動等方式。這里主要介紹的制動方式為以壓縮空氣為源動力的氣制動。氣制動的作用形式。城軌車輛的速度不高（120km/h以下），氣制動系統(tǒng)的作用形式有輪對踏面制動、盤式制動（分為裝在車輪上的制動盤和單獨裝在車軸上的制動盤）。實施制動的裝置稱為基礎制動單元，一般每個車輪配置一個制動單元。制動單元又分成帶彈簧停放制動裝置和不帶彈簧停放制動裝置兩種，通常各為總數(shù)的一半。列車制動的模式。列車制動一般分為3種模式：常規(guī)制動、快速制動和緊急制動。（1）常規(guī)制動的減速率根據(jù)制動指令值的大小而定，以電制動優(yōu)先，氣制動系統(tǒng)根據(jù)制動需求補充電制動的不足。在常規(guī)制動作用過程中，列車的速度變化率受沖動極限限制，有防滑保護功能。常規(guī)制動可根據(jù)指令隨時緩解。（2）快速制動普遍采用電制動優(yōu)先、氣制動補充的方式，也有部分車輛設計為全氣制動方式。其制動減速度率固定，與緊急制動相同，但可根據(jù)指令隨時緩解。在快速制動過程中，列車的速度變化率受沖動極限限制，有防滑保護功能。（3）緊急制動全部為氣制動，制動減速度率固定。一旦觸發(fā)不可緩解，必須制動到列車停車為止。不受沖擊極限的限制，列車有防滑保護功能。221－2氣制動及供風系統(tǒng)圖7-16列車示意圖圖7-16列車示意圖供風和制動系統(tǒng)設備在整車的配置如下（參見圖7-16）：A–供風設備配備在MCCB–制動控制模塊配備在TCA；MCB,CC–閘瓦制動單元配備在TCA；MCB,CG–防滑設備配備在TCA；MCB,CK–箱體通風設備配備在MCB,CL–空氣懸掛設備配備在TCA；MCB,CP–汽笛系統(tǒng)配備在TCAU–受電弓執(zhí)行機構配備在MCBW–連接設備配備在TCA；MCB,C23氣制動及供風系統(tǒng)氣制動系統(tǒng)的控制形式?？諝庵苿酉到y(tǒng)的控制形式一般有車控和架控。車控就是一節(jié)車中的一個制動控制單元并行控制本車的2個轉向架（4個輪對），架控則是一個制動控制單元控制一個轉向架（2個輪對）。架控對列車制動性能和可靠性都更有利，只是制造成本更高。但無論車控或者架控，防滑保護都能實現(xiàn)軸控，即一個輪對發(fā)生氣制動滑行時，放氣減小制動力，直到滑行消除。 .供風系統(tǒng)。供風系統(tǒng)包括空氣壓縮機組（由壓縮機、干燥器、油過濾器組成）、各類空氣閥件、空氣管路和儲風缸。供風系統(tǒng)的負載除了氣制動系統(tǒng)，還有二系空氣彈簧、受電弓、汽笛等。20世紀生產(chǎn)的城軌車輛，其客室車門和前窗刮雨器還普遍使用壓縮空氣驅動。出于列車運行安全的需要，一列車配置兩組空氣壓縮機組，且一組的工作能力可滿足整列車的氣制動供氣需求。列車主風管貫通整列車。同樣是出于列車運行安全的需要，對列車儲風缸的容量也有具體要求，通常是在空氣壓縮機組都因故障而不工作的情況下，存儲的壓縮空氣可滿足滿載（AW2)的列車在線路上以全氣制動運行一個往返的需求。氣制動系統(tǒng)的組成。一輛車的空氣制動系統(tǒng)從技術上分成3個基本組成部分：電子制動控制單元、空氣制動控制模塊和基礎制動單元。24

車內(nèi)控制系統(tǒng)設備布置一、微機控制系統(tǒng)（一）司機室司機室內(nèi)設備布置各有差異，但一般遵循一定的規(guī)律，如正司機臺放在右側，副司機臺放在左側，在與客室的隔墻上設有隔門，左右側各設有一扇側門，前端一般設有緊急疏散門，司機座椅地板固定，可前后及上下調(diào)整，前端擋風玻璃設有電阻加熱絲加熱裝置、刮雨器和遮光板。在司機室內(nèi)正司機臺是比較復雜的部件，在該臺上設有牽引和制動手柄、相關儀器、指示燈、各種按鈕和顯示屏等。駕駛室前車窗玻璃為高強度的擋風玻璃，正駕駛室前車窗玻璃內(nèi)埋有的電加熱絲，以供加熱除霜去霧，另外在玻璃外側還設有刮雨器。1.列車操縱設備如圖7-16是廣州地鐵三號線列車司機室的列車操縱設備和控制按鈕。2.司機室座椅司機室內(nèi)設供司機乘坐的座椅。司機座椅是按人體工程學原理專門設計的司機專用座椅，可根據(jù)司機的重量和身材進行調(diào)節(jié)。由座墊、靠背、前后調(diào)整裝置、升降調(diào)整裝置、左右旋轉裝置、折疊滑座裝置、固定座等組成，以螺栓固定在底架上方的安裝座上。司機室間壁列車司機室設備

25圖7-16列車司機室設備圖7-14緊急疏散門圖7-15司機室間壁司機臺控制2627（二）列車自動控制系統(tǒng)（ATC）ATC系統(tǒng)包括微機自動駕駛（ATO）、自動監(jiān)控（ATS）和自動保護（ATP）。ATO將執(zhí)行除“啟動”外的列車自動運行（自動調(diào)速、自動停車、定點停車）。ATP將執(zhí)行列車安全速度和列車安全間隔的功能，當潛在的不安全條件產(chǎn)生時，ATP將施加緊急制動。ATP車輛接口設備將包括：速度計、天線、司機室顯示器、控制器、電源適配器和ATO/ATO車載控制設備。ATS將執(zhí)行自動轉換道岔、排列進路。28（三）列車通信控制與故障自診斷系統(tǒng)圖6-291．列車采用由兩個完全一樣的單元車組對稱編組而成，每個單元編組又由1節(jié)拖車、2節(jié)動車構成。對應于列車編組結構，其列車通信控制（TCC）系統(tǒng)也采用同樣的結構方式：每個拖車（A車）設置一個列車控制單元（VTCU），兩個單元的VTCU采用列車級數(shù)據(jù)總線（WTB）進行通訊。在單元車組內(nèi)部，則采用列車多功能總線（MVB）連接進行通信，該總線又分為兩級，第一級為貫通單元車組的MVB，即TRAFOMVB總線，并直接與VTCU進行通信；第二級則為直接與單節(jié)車內(nèi)各功能模塊通信的MVB，即OPTOMVB總線，連接的設備如各類輸入輸出單元（I/O）、制動控制單元（EBCU）、牽引控制單元（DCU）等子系統(tǒng)控制單元；而這兩級MVB又通過總線耦合器進行信號的轉換與傳遞。其結構示意圖（見圖6-29）。而對于每單元車組，其TCC通信網(wǎng)絡結構按A、B、C三節(jié)車分別有3種連接結構。2．列車采用微機故障自診斷系統(tǒng)，用便攜式數(shù)據(jù)采集器采集各種有關數(shù)據(jù)。29TCC系統(tǒng)結構示意圖圖6-29TCC系統(tǒng)結構示意圖車內(nèi)照明系統(tǒng)布置與檢查車內(nèi)照明系統(tǒng)-客室設備布置1、客室座椅為了適應城軌交通的短途、大運量的特點，客室座椅一般采用靠側墻縱向布置在兩側車門之間，如圖7—17所示為深圳地鐵車輛客室局部視圖，而有的車型客室設有橫向座椅.2、立柱、扶手3、客室車窗4、貫通道5、消防設施31圖7—17地鐵車輛客室局部視圖32

中間車輛燈