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龐巴迪單軌關(guān)鍵技術(shù)的改進(jìn)與革新

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摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)單軌系統(tǒng)存在的折返時(shí)間長(zhǎng)、縱向疏散平臺(tái)設(shè)置困難、軌道梁跨度小等關(guān)鍵問題，以新型單軌龐巴迪Monorail300為例，分析其通過對(duì)車輛、道岔和軌道梁三大關(guān)鍵技術(shù)的改進(jìn)和革新，從而大幅度縮短了列車折返時(shí)間，提升了運(yùn)營(yíng)效率。采用單軸轉(zhuǎn)向架，降低車廂地板面，更有利于設(shè)置縱向疏散平臺(tái)，滿足系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)安全需求。采用連續(xù)剛構(gòu)軌道梁，增大跨度、優(yōu)化景觀，同時(shí)也更有利于行車的平穩(wěn)性和舒適性。通過研究，為跨座式單軌技術(shù)在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用提供借鑒。

關(guān)鍵詞：跨座式單軌；技術(shù)改進(jìn)中圖分類號(hào)：U232

夏贊?jì)t：北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，工程師，北京100037

0　引言

跨座式單軌系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強(qiáng)、橋梁輕巧、景觀好、采用橡膠輪胎、噪聲低等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為較為廣泛應(yīng)用的中低運(yùn)量城市軌道交通系統(tǒng)制式之一。然而，傳統(tǒng)單軌系統(tǒng)存在折返時(shí)間長(zhǎng)、設(shè)置疏散平臺(tái)困難、橋梁跨度小等問題，各單軌系統(tǒng)供應(yīng)商和研究單位不斷探索，對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，以期研制適應(yīng)性更好的單軌系統(tǒng)。本文以新型單軌龐巴迪 Monorail300為例，分析其對(duì)車輛、道岔、軌道梁三大關(guān)鍵技術(shù)的改進(jìn)與革新。

1　世界主要單軌車輛類型及龐巴迪單軌特征

1.1主要單軌車輛類型

目前，除了我國(guó)的重慶單軌外，世界上主要的單軌車輛還有日本的日立單軌、加拿大的龐巴迪單軌、馬來(lái)西亞的史格米（Scomi）單軌、瑞士的 Intamin 單軌（圖1）。

圖1　主要單軌車輛類型

其中，馬來(lái)西亞的史格米和瑞士的Intamin單軌主要為小運(yùn)量單軌，適用于客流量不大的區(qū)域，如游樂園、機(jī)場(chǎng)、展區(qū)等，用于接駁交通。而重慶單軌、日立和龐巴迪單軌則屬于中等偏大運(yùn)量單軌，適用于在城市中作為城市軌道交通的一部分，用于每日通勤交通。

1.2龐巴迪單軌系統(tǒng)特征

龐巴迪單軌系統(tǒng)研制較早，實(shí)際應(yīng)用較多，在美國(guó)拉斯維加斯、沙特利雅得、巴西圣保羅等城市都有應(yīng)用。先后研制了 Monorail100、Monorail200和 Monorail300車型，其中技術(shù)最先進(jìn)的車輛類型為 Monorail300，其系統(tǒng)具備如下典型的特征。

（1）線路適應(yīng)能力更強(qiáng)，轉(zhuǎn)彎半徑可達(dá)46 m（已應(yīng)用于巴西圣保羅），相比傳統(tǒng)單軌100 m 的轉(zhuǎn)彎半徑，Monorail300型車適應(yīng)條件更為靈活，可大大減少拆遷；線路爬坡能力可達(dá)6%，能很好地適應(yīng)山地地形。

（2）運(yùn)能中等偏大，車輛可采用2～8輛編組，適宜運(yùn)能為20000～40000人/h。

（3）列車折返時(shí)間短，最小實(shí)際折返間隔可達(dá)90 s。

（4）車輛采用單軸轉(zhuǎn)向架，車輛高度4.05 m，比日立單軌車輛降低了1.25 m。

（5）列車最高速度為80 km/h。

（6）列車一般采用全自動(dòng)無(wú)人駕駛系統(tǒng)，擁有更高的安全性，同時(shí)減少了運(yùn)營(yíng)管理人員。

2　關(guān)鍵技術(shù)的改進(jìn)與革新

跨座式單軌的關(guān)鍵技術(shù)包含三方面，分別為車輛、軌道梁和道岔。3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)直接關(guān)系到整套系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，下面就龐巴迪 Monorail300車型相對(duì)于以前車型在這3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)上的改進(jìn)和革新進(jìn)行重點(diǎn)研究。

2.1車輛技術(shù)的改進(jìn)

2.1.1系統(tǒng)運(yùn)能提升

龐巴迪 Monorail300通過增加車輛寬度、提升系統(tǒng)的折返效率，大大提升了系統(tǒng)的運(yùn)能。表1對(duì)比了龐巴迪單軌與傳統(tǒng) B 型車在相同編組下的運(yùn)能。由表1可知，在相同編組的情況下，B 型車運(yùn)能遠(yuǎn)大于單軌系統(tǒng)，但車輛長(zhǎng)度也最長(zhǎng)。而在相同運(yùn)能的情況下，龐巴迪單軌的車輛長(zhǎng)度更短，相當(dāng)于傳統(tǒng) B 型車長(zhǎng)度的87%。

表1　運(yùn)能對(duì)比

通過采用短編組、高密度的行車設(shè)計(jì)，在相同運(yùn)能的情況下，采用龐巴迪單軌系統(tǒng)可以大規(guī)?？s小車站和站場(chǎng)的土建規(guī)模。

2.1.2轉(zhuǎn)向架技術(shù)改進(jìn)

圖2　雙軸轉(zhuǎn)向架

圖3　單軸轉(zhuǎn)向架

單軌車輛的核心是轉(zhuǎn)向架，傳統(tǒng)單軌多采用雙軸轉(zhuǎn)向架（圖2），龐巴迪 Monorail300則采用單軸轉(zhuǎn)向架（圖3）。采用單軸轉(zhuǎn)向架可以有效降低車輛的高度，Monorail300型車高僅4.053 m，相對(duì)于其他類型單軌車高度降低了1 m 多。車輛高度的降低有利于降低車輛重心，行車更為平穩(wěn)，舒適度更高。更為關(guān)鍵的是車廂地板面距離軌道梁頂面的高度更小，龐巴迪單軌車廂地板面距軌道梁頂面的距離僅450 mm（圖4），該距離的減小更有利于設(shè)置縱向緊急疏散通道。

另一方面，采用單軸轉(zhuǎn)向架可以使輪胎在曲線處的行駛軌跡與軌道梁更為匹配（圖5），減小行車阻力和輪胎的磨耗，降低噪聲和振動(dòng)。

圖4　龐巴迪單軌（中）與其他類型單軌車廂地板面距軌道梁頂面距離對(duì)比

圖5　雙軸和單軸轉(zhuǎn)向架行車軌跡示意圖

表2　國(guó)內(nèi)外單軌線路軌道梁結(jié)構(gòu)體系

2.2軌道梁技術(shù)的改進(jìn)

軌道梁是單軌系統(tǒng)最為關(guān)鍵的核心技術(shù)，它既是車輛賴以行駛的軌道，同時(shí)也是通信、信號(hào)、供電、疏散通道等設(shè)備設(shè)施安裝的載體。目前國(guó)內(nèi)外單軌軌道梁主要有2種 結(jié)構(gòu)體系：一種是簡(jiǎn)支梁體系（圖6），一種為連續(xù)剛構(gòu)體系（圖7）。由表2可知，近年國(guó)內(nèi)外建設(shè)的單軌線路，大部分線路的軌道梁采用連續(xù)剛構(gòu)體系。

圖6　簡(jiǎn)支梁實(shí)景

連續(xù)剛構(gòu)軌道梁體系是主梁連續(xù)、墩梁固結(jié)的連續(xù)結(jié)構(gòu)，以3跨或多跨一聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)跨度組成。有較好的順橋向抗彎剛度和橫橋向抗扭剛度，能更好地滿足軌道的線型要求，取消了橋梁支座，減輕了墩梁沖擊的振動(dòng)，減少了輪胎磨耗，行車更為平穩(wěn)、舒適。

另外，連續(xù)剛構(gòu)軌道梁相比簡(jiǎn)支梁可適應(yīng)更大的跨度，簡(jiǎn)支梁標(biāo)準(zhǔn)跨度一般為22～24 m，而連續(xù)剛構(gòu)軌道梁標(biāo)準(zhǔn)跨度一般為28～30 m，可減少橋梁下部結(jié)構(gòu)數(shù)量，降低工程造價(jià)。在節(jié)點(diǎn)橋的處理方面，連續(xù)剛構(gòu)軌道梁比簡(jiǎn)支梁具有更好的景觀優(yōu)勢(shì)，在中心城區(qū)有更好的適應(yīng)性。

連續(xù)剛構(gòu)軌道梁代表了國(guó)際上最先進(jìn)的技術(shù)水平，是單軌梁的發(fā)展趨勢(shì)。

2.3道岔技術(shù)的改進(jìn)

單軌道岔的功能與鐵路道岔一樣，是一種使列車從一條單軌線路轉(zhuǎn)入另一條單軌線路的連接設(shè)備。單軌道岔采用了與區(qū)間軌道梁相似的梁式結(jié)構(gòu)，即道岔梁的結(jié)構(gòu)（圖8）。

圖7　連續(xù)剛構(gòu)梁實(shí)景

圖8　道岔梁

目前實(shí)際應(yīng)用較多的單軌道岔一般可分為2種類型：①關(guān)節(jié)型道岔，即道岔轉(zhuǎn)轍時(shí)道岔梁在轉(zhuǎn)折點(diǎn)前方形成折線線型，側(cè)向通過速度較慢，一般不超過15 km/h，該類型道岔一般不適應(yīng)于折返線和場(chǎng)段出入線；②關(guān)節(jié)可撓型道岔，即道岔轉(zhuǎn)轍時(shí)可以使道岔梁連續(xù)彎曲成曲線線型，側(cè)向通過速度可達(dá)25 km/h，一般用于對(duì)通過速度要求較高的正線折返或場(chǎng)段出入線。

龐巴迪 Monorail300則主要采用替換梁道岔和多位樞軸道岔，替換梁道岔也可稱為平移式道岔，列車通過速度高，最高可達(dá)40 km/h，一般應(yīng)用于正線的各種輔助線；多位樞軸道岔最多可旋轉(zhuǎn)4個(gè)方向，列車通過速度較低，一般應(yīng)用于場(chǎng)段。

道岔性能的優(yōu)劣直接影響系統(tǒng)的折返能力。傳統(tǒng)單軌因?yàn)槠涞啦磔^小的通過速度和較長(zhǎng)的轉(zhuǎn)轍時(shí)間，列車折返能力較差，最小折返間隔為150 s。而 Monorail300道岔轉(zhuǎn)轍時(shí)間短，通過速度高，再加上列車車門寬，旅客上下車時(shí)間短，列車停站時(shí)間短，因此，系統(tǒng)最小折返間隔可達(dá)90 s。

折返能力的提升全面改善了系統(tǒng)的整體性能，折返能力提升，在同等客流情況下，可通過短編組、高密度的發(fā)車滿足客流需求，減少車站長(zhǎng)度和場(chǎng)站長(zhǎng)度，改善車站景觀，同時(shí)也可大大降低土建規(guī)模。

3　結(jié)論

跨座式單軌起源早，技術(shù)成熟，在國(guó)外應(yīng)用普遍，運(yùn)營(yíng)效果好。但對(duì)國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)，跨座式單軌尚是一種新型的軌道交通技術(shù)，國(guó)內(nèi)有多個(gè)城市正在進(jìn)行探索。

通過對(duì)龐巴迪 Monorail300在三大關(guān)鍵技術(shù)方面的改進(jìn)和革新進(jìn)行了研究，可得出以下結(jié)論。

（1）跨座式單軌屬于中等運(yùn)量系統(tǒng)，適宜采用高架敷設(shè)，具有較高的性價(jià)比。

（2）要對(duì)車輛的性能、安全、造價(jià)等方面因素進(jìn)行綜合比選，選擇運(yùn)能適當(dāng)、縱向疏散通道設(shè)置條件好、造價(jià)低、舒適、美觀的車輛設(shè)備。

（3）要提升系統(tǒng)的折返能力，采用短編組、高密度的運(yùn)營(yíng)組織方式，提高服務(wù)水平，降低車站體量，優(yōu)化車站景觀。

（4）推薦采用連續(xù)剛構(gòu)軌道梁，提高線路的平順性。取消支座，減少振動(dòng)和后期維護(hù)量。增大跨度，優(yōu)化景觀，降低工程造價(jià)。

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責(zé)任編輯 冒一平

Improvement and Innovation of Bombardier Monorail Technology

Xia Zanou

Abstract:The paper takes Bombardier’s new monorail300as an example, makes an analysis on improvement and innovation of three key technologies, namely the vehicle, turnout and track-beam, greatly shortening train turn-back time and improving the operation efficiency. The use of single axle bogie lower the carriage floor level and helps to set more conducive vertical evacuation platform, meeting operating system safety requirements. The continuous rigid frame track-beam is used to increase the bridge span and optimize the landscape, which is more favorable to the train running stability and riding comfort. Through the study, the paper provides the reference for monorail technology promotion in domestic application.

Keywords:saddle-type monorail, technology improvement

收稿日期2016-01-13