12月19日,中国中铁气动列车研发中心在中铁一局机关揭牌。中国中铁副总裁刘辉与中铁一局党委书记、董事长马海民共同为研发中心揭牌。
刘辉与马海民共同为研发中心揭牌
在揭牌仪式上,刘辉指出,作为地铁、轻轨、有轨电车等组成的城市轨道交通体系的重要补充,气动列车是一种新型自动化轨道交通系统,适用于中低运量城市轨道交通建设,具有设计巧妙、系统简洁、技术先进、低碳环保、经济实用、安全可靠等特点,且在世界范围内已有成功的建设运营经验。可以说,气动列车的特点,正好弥补了城市大运量轨道交通的短板,具有十分广阔的市场前景。这是中国中铁坚定引进气动列车技术的主要原因,同时也是中国中铁赋予中铁一局的重要使命。
中国中铁副总裁刘辉讲话
会议上,马海民指出,气动列车的市场前景十分广阔,大力推进气动列车的研发工作,充分体现了中国中铁深入落实创新驱动战略,积极抢占市场先机,努力推动企业高质量发展的高度责任感和使命感。
中铁一局党委书记、董事长马海民致辞
中国中铁气动列车研究中心宣传片
动列车技术速览:气动列车是一种靠气体推动机车行进的新型自动化轨道交通系统,具有自重小、能耗低、经济适用、低碳环保、安全可靠等特点。
气动列车技术发明人Oskar(奥斯卡),17岁开始学习机械和航空电子,随后进入巴西三大航空公司之一的Varig(瓦利格)公司工作,成为一名飞行器电子控制领域的专家。经过反复试验,不懈努力,他发明出一种利用风力推动行进,在高架轨道上运行的钢轮钢轨系统;年,他设计出了第一台用于测试能耗的原型车;年,在阿雷格里港建设了第一条气动列车试验专线;此后,在巴西和印尼分别建成气动列车专线投入运营。
年9月,中铁一局集团有限公司(以下简称“中铁一局”)在巴西卡诺阿斯市中标气动列车项目一期土建工程。通过对气动列车技术的深入了解,发现气动列车技术有诸多优势,尤其是建设及运营成本较低,更适合于中国三四线城市和世界上大部分发展中国家使用。因此,年12月,中铁一局与巴西Aeromovel公司签署长期战略合作协议,共同在中国及世界其他国家推广气动列车技术。
年5月,中国中铁股份有限公司副总裁刘辉一行调研了巴西阿雷格里港气动列车运营线路,同时与巴西Aeromovel公司进行了深入探讨。调研组对气动列车技术充分认可,指出气动列车有设计巧妙、系统简洁、技术先进、节能环保、性价比高等优势;提出分技术研究、引进应用、消化吸收、自主创新四个阶段开展技术引进工作;要求成立中国中铁气动列车研发中心,尽快在中国建成试验线。
年8月,中国中铁总裁张宗言一行在巴西首都巴西利亚总统府与巴西总统米歇尔·特梅尔举行会谈,双方进行了友好交流并达成广泛共识。表示愿意在中巴两国政府合作框架下,积极参与巴西基础设施建设,与巴西当地有实力的企业开展形式多样的合作,包括气动列车技术的合作,实现共赢发展。中国中铁副总裁任鸿鹏在巴西里约热内卢主持召开巴西考察总结会,要求加快气动列车研究和推广工作。
年9月,中国中铁股份有限公司第十九次总裁办公会和第四届董事会第十四次会议研究决定设立中国中铁气动列车研发中心。
年12月,中国中铁气动列车研发中心揭牌成立。
气动列车原理
驱动原理
气动列车就像一艘倒置的帆船,主要采用离心风机向预制箱梁的空心腹腔鼓入一定压力和流速的空气,推动机车伸入腹腔的推进板前进,带动机车行驶。
参照牛顿第一定律,机车前进需要一个向前的力,气动列车机车并不依靠传统车载动力系统驱动车轮行进,而是通过离心风机、排气阀、隔离阀等来控制气流的压力、方向、速度,进而推动机车伸入箱梁的推进板而带动列车行进。
气动列车发车时,关闭上一区间的隔离阀,打开本车站排气阀和隔离阀,开启离心风机,机车向前滑行出站。出站后,关闭本车站隔离阀,开启前方区间排气阀,离心风机连续供气,推进机车行进。
制动原理
气动列车减速时,关闭下一车站排气阀,关闭前方最近的隔离阀,使隔离阀与机车之间形成气体阻力,迫使列车停止。(减速及停车过程的原理,类似医用注射器,当封堵注射器端部,端部与活塞柄之间形成空气阻力,迫使活塞柄不能与注射器端部完全接触。)
气体制动测试
车速从65km/h至完全停止过程的制动距离为m。
动力系统
动力系统:
动力系统的主要设备为可变频离心风机,该风机将电能转换为空气动力。工作时,通过变频控制风量,间接控制车速。
风机:
风机一般布置在车站内,其功率大小根据线路纵坡、转弯半径、机车选型等来计算,对于双线线路,左右线各配置一套动力系统。
动力系统采用变频风机,解决了大部分时间风机不能满载运行的问题,提高了有效功率,减少了能源浪费。
风机定律:
1.供风流量与行驶速度成正比;
2.腹腔内静压力与行驶速度的平方成正比;
3.动力功率与行驶速度的三次方成正比。
推进装置
推进板通过刚性轴与机车连接,刚性轴由特殊的耐疲劳材料制成,曾经做过上万次强度和耐疲劳试验,通过NBR和IEEE两个标准的认证。
推进板
防漏器装置
空心槽道刚性轴随推进板在预制梁顶板中部预留的空心槽道中滑行。
空心槽道中安装有特殊橡胶材质的防漏气装置,可以随开随合。
区间隔离阀:
区间隔离阀的作用是隔离腹腔内的气体,将线路拆分为多个推进区间,实现物理闭塞,确保多个车辆可以在同一轨道不同区间上运行而互不影响。
自动控制:
通过工业自动化控制系统和通信信号自动化控制系统实现机车无人驾驶,自动按照预定的规律运行。
排气阀:通过开合排气阀,与隔离阀配合控制列车的前进与制动。
辅助用电:
机车内配置的空调、照明、监控等设备,通过第三轨、超级电容等方式供电。
道岔:双线或单线均可通过道岔变道。
变道:
直行:
机车
机车每节额定载客量人,目前最大可编组4节。
中间转向架
首尾转向架
机车无车载动力系统,是一种便捷的移动载人工具。由于动力系统的新颖性,每节车体重量只有6.5t,仅为同类轻轨车体重量的三分之一。
气动列车优势
经济性、环保性、安全性、可靠性
经济性
建设成本低
气动列车无二期恒载,车辆较轻,土建结构设计简单,工程造价约1亿/km。
每公里造价对比表
运营成本低
气动列车高峰期运营能耗0.02千瓦时/(人·公里),非高峰期运营能耗0.06千瓦时/(人·公里),统计计算运营成本约为每年每公里万元。
各类轨道交通指标对比表
注:表中数据来源于巴南大河州联邦大学。其中第6项数据来源于中国城市轨道交通年统计和分析报告。
占地少,征地、拆迁费用低
线路窄,转弯半径小,占地面积小,征地拆迁费用低。
土建结构简单、工期短
气动列车因动力系统的优越性,列车自重小,不需要道砟、轨道板及动力供电系统,土建结构设计简单,材料用量少,墩柱、箱梁均可集中预制,缩短了施工周期。如印尼雅加达运营的3km气动列车线路,建设周期仅用了8个月。
无需架空线缆
气动列车不需要架空线缆提供动力。
无需道砟或轨道板
气动列车不需要道砟和轨道板,钢轨直接铺设于预制箱梁之上。
预制墩柱、梁
气动列车墩柱、箱梁均可集中预制。
环保性
噪音低
?车辆无需安装动力系统,消除了由此引起的振动和噪音。
?置于车轮和轨道系统中的噪音和振动隔音装置(专利技术)可将车辆移动造成的噪音降至55dB。
?动力系统安装于车站封闭的动力间内,周围使用隔音材料,通过声波衰减原理,降低动力噪音至50dB。
与环境相融较好
?车体呈优美的流线型,能很好的融入周边环境中,列车本身就构成城市的一道风景线。
?气动列车不需要架空线缆(接触网)提供动力,车内设备需要的电力通过第三轨输送,视觉影响小。
?高架桥梁结构简单、轨道梁尺寸小,对通风、自然采光以及高架桥下及其附近空间造成的影响很小,不影响桥下植物的生长。
列车自重低
?列车无车载动力系统,机车自重轻。
?转向架结构简单,体积小、重量轻。
?与传统运输系统比较,在相同的长度和载客容量下,满载的气动铁路机车比传统机车的空车还要轻。
气动列车与各类轨道交通车辆自重比较分析表
低碳环保、排放低
?无废气排放,不污染空气,符合国家节能环保要求。?气动列车不直接或间接在水源中排放污染物。
能耗低
?气动列车采用变频动力系统驱动离心风机,根据列车实际载客及列车行进线路情况自动调节输入功率,提高能耗效率,离心风机的工作效率可达80~90%。
?气动列车动力系统所需气压0.16atm,与人体血压相当,由于压力低,降低了动力系统气体泄漏量,提高了动力系统使用效率。
?气动列车运行高峰期耗能为0.02kWh/(人.km),非高峰期耗能为0.06kWh/(人.km),国内城市轨道交通平均能耗为0.kWh/(人.km)(数据来源:城市轨道交通年度统计和分析报告),与地铁、巴士等其它制式交通相比,耗能低。
表数据来源:巴西南大河州联邦大学
安全性
防碰撞、追尾功能
前后两列车推进板之间存在一定量空气,当两列车相互靠近时,两个推进板之间的空气被压缩产生反作用力,防碰撞、追尾。
双重制动功能
列车采用气压与机械双重制动,确保精准停车,同时进一步防范列车碰撞、追尾。
防脱轨功能
嵌入箱梁腹中的机车推进板与机车底架固结,推动机车行进的同时,具有防脱轨功能。
紧急疏散通道
在车辆头部和尾部各设一个应急逃生门,应急逃生门打开后,人员可以直接通过轨行区步行疏散至安全区。
可靠性
分段推进,动力共享
动力系统不设置在车体上,沿线路各区间设置独立的动力系统,单个动力系统发生故障时,可调用临近区间动力系统,不影响整体运行。
结构简单,维修方便
气动列车构造简洁,零部件均为成熟技术。设计使用寿命时间长,平均无故障时间长,平均修复时间短,保证运营可靠性。
自动驾驶,准点到站
全程采用无人自动驾驶系统,利用网络技术可实现对车辆精准控制,从而实现对运行过程的自动监控,保证准点率。
29年安全运行
印尼雅加达TMIIl系统自年开始运营以来,已连续安全运行29年,累计运输旅客多万人次,未发生过出轨、追尾、人员伤亡等事故。
气动列车适用范围
大城市骨干线网的加密线
连接城市主干道,在原有交通线网上灵活布置,完善网络结构,提供高效的出行选择。
大城市骨干线网的接驳线、延伸线
作为城市主干线网的补充,扩展大城市交通网络边界,服务卫星城与周边交通连接。
中型城市中低运量线网
在中型城市承担主要公共交通运输职能,成为城市干线。
机场、大型园区内部捷运系统
既可以作为机场、车站、园区内部的专用线路,也可并入城市综合交通系统,成为其组成部分。
景区内的旅游观光线及景区间的连接线
作为旅游景点、游客场所的短途交通运输或观光线路,也可作为相邻景区间的交通干线。
适用多种地形
气动列车可以适应的最小曲线半径为25m,可以适应的最大纵坡为12%。小曲线半径决定了它可以随意绕行难以拆迁的古建筑、保护区,甚至是一颗大树、一座雕像。12%的纵坡决定了它可以翻山越岭,跨越地势起伏较大的区域,可以广泛应用于城市、山区等地形多样的地区。
气动列车工程建设
单线气动列车
双线气动列车
气动列车停车场
(来源:中国中铁、中国中铁气动列车研发中心)
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