佟來生，胡 偉，鄧江明

（中車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南株洲 412001）

1 概述

常導(dǎo)短定子直線電機(jī)牽引磁浮列車具有乘坐安靜舒適、振動小、環(huán)境友好等特點(diǎn)[1-2]。目前，世界上采用該制式的商業(yè)運(yùn)營線路一共有4條，分別為：日本愛知線、韓國大邱線、我國的長沙磁浮快線和北京S1線，在建的線路有2條，分別為：廣州清遠(yuǎn)線和鳳凰磁浮線[3]。這些線路的磁浮列車速度均不大于100 km/h，適用于城市內(nèi)部、旅游景區(qū)等區(qū)域長度不大于30 km的城市軌道交通線路，站間距宜為3～5 km[4]。隨著我國城市群的發(fā)展，研制適用于城市群之間、市區(qū)到景區(qū)、旅游專線等多種交通線路，速度在120～160 km/h的常導(dǎo)短定子磁浮列車是社會發(fā)展需要和技術(shù)發(fā)展的必然趨勢[5]。中車株洲電力機(jī)車有限公司研制的160 km/h磁浮列車于2018年6月下線，該列車在長沙磁浮快線列車技術(shù)基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對牽引、受流、懸浮、懸浮架、車體等關(guān)鍵子系統(tǒng)進(jìn)行了創(chuàng)新。本文重點(diǎn)對車輛總體及各主要子系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)介紹，以期為后續(xù)磁浮車輛設(shè)計及城市軌道交通系統(tǒng)建設(shè)提供有益的參考。

2 列車總體技術(shù)特點(diǎn)

2.1 車輛編組

160 km/h磁浮列車采用3節(jié)編組，= Mc1－M－Mc2 =（“=”為全自動車鉤，“－”為半永久車鉤，“Mc”為帶司機(jī)室的端車，“M”為不帶司機(jī)室的中間車），具體如圖 1所示。列車通過安裝在軌道兩側(cè)的正負(fù)2條受流軌供電，電壓為DC1500V，網(wǎng)壓變化范圍為DC1000～1800V。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

160 km/h磁浮列車主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 主要技術(shù)參數(shù)表

2.3 載客量

列車各工況下的載客量如表2所示。

表2 列車各工況下的載客量 人

2.4 列車動力性能參數(shù)

（1）列車運(yùn)行速度。列車最高運(yùn)行速度160 km/h，列車連掛速度3 km/h。

（2）列車牽引特性。列車在AW2載荷狀態(tài)下，平直干燥軌道，平均啟動加速度（0～70 km/h）不小于0.8 m/s2，平均加速度（0～160 km/h）不小于0.4 m/s2。

（3）列車制動特性。列車在各種載荷狀態(tài)下，平直干燥軌道，常用制動平均減速度（160～0 km/h）不小于0.8 m/s2，緊急制動平均減速度（160～0 km/h）不小于1.0 m/s2。

列車的牽引制動特性曲線如圖2所示。

3 車輛機(jī)械系統(tǒng)

3.1 車體

車體采用鋁合金全焊接框架+復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，由頂蓋、側(cè)墻、底架、端墻、司機(jī)室骨架5大模塊組成，除車頂采用鋁板和PET泡沫的三明治夾芯復(fù)合材料外，其他部分采用6000系鋁合金型材，車體設(shè)計的縱向壓縮力為350 kN，縱向拉伸力為280 kN。車體結(jié)構(gòu)及靜強(qiáng)度情況如圖3所示。

3.2 內(nèi)裝

內(nèi)裝采用碳纖維、聚碳酸酯、芳綸蜂窩等新型材料實現(xiàn)輕量化，如圖4所示。

3.3 懸浮架

每節(jié)車輛的懸浮架由5個基本結(jié)構(gòu)相同的懸浮架單元、導(dǎo)向結(jié)構(gòu)、滑臺裝置等組成，為提升運(yùn)行時的橫向平穩(wěn)性，在懸浮架每個固定滑臺處增加了橫向減振器。懸浮架單元充分利用部件強(qiáng)度、部件功能集成、優(yōu)化組裝結(jié)構(gòu)等措施，將各種安裝座集成到縱梁上，使懸浮架零部件總數(shù)量減少1/3，降低懸浮架組裝難度，同時提高了產(chǎn)品精度。懸浮架單元如圖5所示。

3.4 制動系統(tǒng)

列車制動模式包括：常用制動、快速制動、緊急制動、非常制動。160 km/h磁浮列車采用電制動與機(jī)械制動相結(jié)合的方式。常用制動和快速制動模式下，采用電制動優(yōu)先，不足部分由液壓制動補(bǔ)足；緊急制動和非常制動模式下，采用純液壓制動。制動系統(tǒng)原理如圖6所示。

EBCU根據(jù)MVB傳輸?shù)募壩贿M(jìn)行整車制動力計算，并將所需施加的電制動力發(fā)送給TCMS。TCMS根據(jù)接收到的電制動請求值和自身能力施加電制動力，同時，將電制動值反饋給EBCU。EBCU根據(jù)總制動力和接收的電制動力值做減法，進(jìn)行液壓制動的補(bǔ)充，平均分配至各車。

4 車輛電氣系統(tǒng)

4.1 牽引系統(tǒng)

牽引系統(tǒng)主要由直線感應(yīng)電機(jī)、高壓分線箱、高壓電器柜、電抗器、牽引逆變器、受流器組成，如表3所示。

表3 牽引系統(tǒng)設(shè)備 個

列車牽引電機(jī)采用短定子直線異步電機(jī)，為達(dá)到160 km/h運(yùn)行速度要求，對電機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計，電機(jī)應(yīng)力與應(yīng)變符合設(shè)計要求[6]，如圖7所示，表4 為直線感應(yīng)電機(jī)強(qiáng)度有限元仿真結(jié)果。

表4 直線感應(yīng)電機(jī)強(qiáng)度有限元仿真結(jié)果

4.2 測速系統(tǒng)

測速系統(tǒng)采用“計數(shù)軌枕”的方式，渦流傳感器經(jīng)過金屬軌枕時產(chǎn)生脈沖信號，傳感器位置固定，不同傳感器得到脈沖具有時間差，從而得到車輛速度，供車輛牽引系統(tǒng)、制動系統(tǒng)使用。測速裝置由測速控制機(jī)箱及傳感器安裝板2個部分組成，測速控制機(jī)箱安裝在司機(jī)操作臺內(nèi)，傳感器安裝板安裝在車輛底部。測速系統(tǒng)如圖8所示。

4.3 受流器

為滿足列車160 km/h的運(yùn)行需求，三軌剛性受流器采用氣動緩沖弓頭和彈性拉桿設(shè)計，提升了受流器應(yīng)對高頻振動的能力，從而保證受流器的穩(wěn)定受流和工作的安全性，受流器與供電軌的接觸壓強(qiáng)分布如圖9所示。

4.4 輔助供電系統(tǒng)

輔助供電系統(tǒng)主要由3AC380V輔 助 變 流 器、DC330V電 源、DC330V蓄電池組、DC110V充電機(jī)及110V蓄電池組等組成，如圖10所示。輔助變流器具有功率大、體積小、重量輕的特點(diǎn)，通過冗余實現(xiàn)故障情況下的應(yīng)用。

5 懸浮系統(tǒng)

隨著列車運(yùn)行速度的提高，端部電磁鐵渦流效應(yīng)加劇，端部電磁鐵懸浮力下降，具體變化趨勢如圖11所示。為避免因端部電磁鐵出現(xiàn)過流，160 km/h磁浮列車電磁鐵增加1個線包用于補(bǔ)償因渦流引起的懸浮力下降，即端部電磁鐵采用三線包替代目前的兩線包形式，其結(jié)構(gòu)如圖12所示。同時，每節(jié)車最大懸浮能力由33 t提升到35 t。

6 試驗

2019年8月開始， 160 km/h磁浮列車開始在長沙磁浮快線進(jìn)行牽引、懸浮、運(yùn)行平穩(wěn)性、受流等關(guān)鍵性能測試。 2020年4月28日，列車測試速度達(dá)到160 km/h，各項性能指標(biāo)均滿足設(shè)計要求，測試結(jié)果如表5所示。

表5 受流器裝車測試結(jié)果

7 結(jié)語

長沙磁浮快線項目的成功實踐使我國成為第三個將短定子直線電機(jī)牽引磁浮交通投入商業(yè)化運(yùn)營的國家，為城市公共交通提供了一種新的系統(tǒng)解決方案，對推動我國磁浮交通的發(fā)展具有重大意義。160 km/h短定子直線電機(jī)牽引磁浮車輛的成功研制豐富了短定子直線電機(jī)牽引磁浮車輛技術(shù)體系，提升了我國磁浮交通產(chǎn)業(yè)鏈及科研攻關(guān)能力。目前，該車已在長沙磁浮快線進(jìn)行140 km/h商業(yè)運(yùn)營，狀態(tài)良好。未來隨著車輛系統(tǒng)集成能力的提升和部件技術(shù)的進(jìn)步，短定子磁浮列車突破160 km/h、實現(xiàn)更高速度工程化應(yīng)用亦有可能。