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70%低地板轻轨车辆的型式比较
摘要：阐述了低地板轻轨车辆的发展和70%低地板轻轨车辆的优点。介绍了70%低地板轻轨车辆的几种典型型式。从转向架和车体结构方面比较其各种型式的优缺点，指出模块化是低地板轻轨车辆的发展方向。实现低地板的关键技术在于解决独立车轮转向架中的轮缘磨耗问题。给出了提高独立车轮导向能力的措施。 关键词：轻轨，低地板车辆，转向架，独立车轮
1 低地板轻轨车辆
低地板轻轨车辆是指地板面距轨面高度一般在350~400mm以下的轨道交通车辆。这种车辆的入口高度很低，上下车十分方便，尤其是对老人、儿童以及残疾人。低地板轻轨车辆不需设置高站台，轨道可直接铺设在路面上，或利用原来的有轨电车轨道；车辆能够通过半径很小的曲线，适应于城市地面路况，可显著降低线路的造价。一般低地板轻轨车辆的列车编组2~3节，总长度20~35m，具有中等运能。
低地板车辆自20世纪80年代以来在欧美取得了飞速发展。据不完全统计，世界上20多个国家的140多个城市已拥有低地板轻轨车辆。我国的大连市和长春市也选择了低地板轻轨车辆。全世界轻轨车辆的数目，目前超过了5000辆[1]。
按照低地板面占整个车辆地板面的比例，低地板轻轨车辆的发展经过了三个阶段[2-3]:①第一阶段，只在车门的入口部位设置低地板面，低地板面不相互贯通；低地板面占整个车辆地板面的比例只有15%~30%，车辆使用的是传统的刚性轮对转向架。②第二阶段，在车辆的中部全部设置低地板面，各节车的低地板面相互贯通，而列车的端部则为高地板面；低地板面占整个车辆地板面的比例为60%~70%；列车端部采用传统的刚性轮对转向架，并作为动力转向架；而列车的中部通常使用不带动力的小轮径刚性轮对转向架或独立车轮转向架；为了便于曲线通过，轻轨车辆通常采用铰接车体结构。③第三阶段，整列车辆全部为低地板面，所有转向架均为独立车轮转向架。
目前国际上基本形成了如下四大品牌的低地板轻轨车辆系列:SIEMENS公司的Combino系列、AL-STOM公司的Citadis系列、BOMBARDIER公司的In-centro系列和ANSALDOBREDA公司的Sirio系列。
100%低地板车辆一直是追求的目标，在欧洲已得到广泛应用；但100%低地板车辆技术复
杂，价格高，在运用中暴露出了许多问题。70%低地板车辆与100%低地板车辆相比，具有如下优点[2]:①采用常规的动力转向架，结构简单，技术成熟；②中间非动力转向架采用独立车轮或小轮径转向架，结构相对简单；③车门开在低地板部位，乘客上下车同样方便，高地板集中在车内两端，对乘客带来的麻烦不大；④常规动力转向架可装较大功率的牵引电机，每轴功率为100~150kW；而作驱动的独立车轮转向架，因受空间限制，2个独立车轮的牵引电机功率一般不超过70~90kW。基于上述优点，美国当前的低地板轻轨车辆都采用70%低地板。这是因为美国轻轨车辆的运用条件与欧洲不同，主要表现在:①美国轻轨车的容量较大；②通常运营到市郊；③运行速度较快；④起动加速度较大，因而需要较大的牵引功率。
对于实现低地板来说，车轮直径不是问题，因为车轮处于车辆的两侧，为了容纳车轮，可以在该部位设置座椅。重要的是把中间通道做成低地板，以保证通道前后贯通。因而实现低地板化的关键不在车轮而在车轴。由于低地板轻轨车辆的地板面高度只有300~400mm左右，甚至更低，为了保证地板面的贯通，采用整体刚性轮对几乎是不可能的。解决问题的办法就只有采用小轮径的或常规轮径的独立车轮。
2 采用小轮径刚性轮对的低地板车辆
图1、2给出了国外采用小轮径刚性轮对的低地板轻轨车辆的两种典型型式。两种型式的转向架结构基本相同，所不同的是车体编组形式。型式1采用了三车体方案:中间车体B支承在两个小轮径的拖动转向架上而成为静定结构，端部两个车体A、C则一端支承在动力转向架上，另一端通过铰接结构与中间车体B相连。型式2采用了两车体方案:车体A支承在动力、拖动转向架上而静定，车体B则依靠动力转向架以及车体间的铰接结构而静定。
动力转向架采用刚性轮对两轴转向架。当电机纵向布置时需要设置大心盘以便通过小半径曲线； 当电机横向布置时则需要采用摇枕结构。
拖动转向架采用小轮径刚性轮对转向架。车轮的直径在375~410mm之间。小轮径满足了低地板的要求；刚性轮对的优点是具有自导向能力，抗脱轨能力也较好。小轮径转向架的结构尺寸和悬挂元件都比常规的转向架小，通常只设置中央悬挂系统(见图3)。
小轮径车轮转向架的缺点是:由于轮径小，对线路的不平顺较敏感，而且转向架通常只有中央悬挂系统，这造成车辆的平稳性较差；小轮径的车轮踏面容易擦伤，踏面擦伤后也不容易复圆；轮轨接触应力较高，踏面的磨耗快，车轮更换的周期较短。根据小轮径车轮供货商Vevey公司的报告，每个小轮径车轮大概可以走行12万km。
3 采用独立车轮的低地板车辆
由于小轮径车轮使车辆的平稳性降低，车轮踏面磨耗快，故目前国内外均倾向使用大轮径的独立车轮低地板轻轨车辆。
独立车轮是“独立旋转车轮”的简称。最简单的独立旋转车轮就是将刚性轮对的左右车轮解耦，使它们各自独立地绕车轴旋转。由于车轴不再需要旋转，因而独立车轮轮对的车轴可以做成曲轴形状，甚至取消车轴，以满足低地板车辆的需要。使用独立车轮的好处在于:其转向架结构与刚性转向架类似，可以使用相同的零部件，简化了结构；车轮的轮径与刚性轮对相近，因而可以将其制成弹性车轮，减少了车辆运行噪声和冲击。但由于独立车轮没有纵向蠕滑力矩，只能依靠重力复原力进行导向，所以独立车轮的踏面需要特殊设计。为了增强独立车轮的导向能力，出现了多种形式的转向架。根据独立车轮的导向原理，独立车轮转向架可分为常规转向架、自调节走行部和迫调节(导向)转向架。与每种独立车轮转向架相适应，低地板车辆的车体编组有其特定形式。