——南車青島四方車輛股份有限公司副總工程師丁叁叁

 

南車青島四方車輛股份有限公司副總工程師丁叁叁

 

　　各位領導、各位專家，大家好！

     我匯報三個部分，回顧發(fā)展歷程，分析一下現(xiàn)在的技術現(xiàn)狀和未來的技術發(fā)展趨勢。

 

 

 

　　從1971年北京地鐵1號線開通以來，經過了四十幾年的發(fā)展，現(xiàn)在城市軌道交通發(fā)展非常迅速，在多個城市實行了網(wǎng)絡化，截至目前像北京、上海、廣州、天津等19個城市開通了地鐵，共有87條運營線路，總里程達到了2500多公里。

 

　　簡單地劃分一下，我們的城軌車輛技術大概可以分成兩代和三個階段的歷程，第一代是以直流車為特征，第二代就是現(xiàn)有的這些交流技術，這里面大概分成兩個階段，一個是我們的技術引進階段，一個是現(xiàn)在正在進行的國產化的階段，下一代的車輛就是技術全面升級的車輛。

 

 

　　1967年自主研制的第一代的地鐵車輛標志著我國初步掌握了車輛的設計技術，它是以碳鋼車體、直流的方式、非網(wǎng)絡的控制以及人工駕駛為主要的特征，它沒有再生制動和空調等旅客信息系統(tǒng)，被動安全等級和現(xiàn)在的技術相比應該是偏低的，同時也沒有很完善的主動防護系統(tǒng)。這一代車為城市的交通作出了重大貢獻，受制于當時的專業(yè)技術和基礎工業(yè)的限制，無論在安全、節(jié)能、環(huán)保、舒適型和智能化等方面較為落后，截止到2012年，這批車已經全部淘汰了。

 

 

　　從上世紀九十年代開始，北京、上海、廣州這些大城市開始相繼的引進國外的地鐵車輛，將國外車輛的設計理念和相關的一些設計、標準、規(guī)范引入到了國內，這促進了我們城軌車輛技術的快速發(fā)展。在后續(xù)的國產化進程當中，我們逐步掌握了系統(tǒng)集成、車體、空調、貫通道、車門、廣播系統(tǒng)以及內裝技術這些相繼的實現(xiàn)了國產化，最近幾年，此前一直被國外公司壟斷的牽引技術、制動技術，現(xiàn)在我們也都取得了很大的突破。

 

 

 

　　從我國軌道交通的格局上看，目前從車輛的技術上看還是以地鐵為絕對的主力，在我們國家的交通線路總里程里面地鐵占了82%的比重，絕大多數(shù)還是以地鐵為主的構建城軌交通的網(wǎng)絡。2000年以后，其他的城軌交通形式諸如輕軌、跨坐式單軌、直線電機等相繼問世，目前30多個城市的規(guī)劃中，有軌電車的規(guī)劃將近5000公里，其他各種形式的車輛規(guī)劃也都在出現(xiàn)了，未來軌道交通多元化的發(fā)展趨勢是非常明顯的。

 

 

　　從既有的車輛譜系上，目前A型車、B型車各種制式的車現(xiàn)在都有了，它的主要特征是運量大、速度不是很高，80公里左右，安全準時，同時是獨享路權的，到目前階段實現(xiàn)的功能主要是以城市的通行為主。從其他的形式里面剛才說到的這些新型的車種不斷的出現(xiàn)，像2002年第一條輕軌，第一條有軌電車投入了運營，2005年第一條單軌和第一條直線電機車輛分別在重慶和廣州建成，2010年的時候，新型的軌道交通APM線在廣州開通，2010年在成都有一條市域鐵路開始運行，新型的這些車輛是對目前地鐵系統(tǒng)有效的補充，共同的構成現(xiàn)在的城市交通網(wǎng)。

 

 

　　現(xiàn)在的這些城市軌道交通總體的技術特征呈現(xiàn)出標準和規(guī)范的多元化，不像大鐵路有統(tǒng)一的規(guī)范、有統(tǒng)一的標準，現(xiàn)在城市軌道交通的規(guī)范相對不是那么完善，這是我們未來要繼續(xù)發(fā)展的，另外因為不同的引進國產化的路線，現(xiàn)在的技術路線也是呈現(xiàn)多元化的趨勢，各種車的技術性能也是各不相同，良莠不齊的，特別是在車的服務質量上，有的可能是以通行為目的能夠多載客、安全運行，有的可能要求服務的品質、乘客的舒適度等等，這方面更多的呈現(xiàn)了多元化的趨勢。

 

 

　　從系統(tǒng)上講，早期的地鐵是碳鋼的焊接車體，最近開始發(fā)展不銹鋼的點焊加弧焊的車體，這個車體也存在它的一些弊端，就是它的點焊結構的密封不能實現(xiàn)車內氣壓環(huán)境的精密的控制，另外現(xiàn)在發(fā)展出來鋁合金車體，這個車體現(xiàn)在也都是以弧焊為主，現(xiàn)在也有一部分技術少量的在使用攪拌摩擦焊，主要是處于降低結構、減少變形的角度，還沒有整車的角度大批量的使用。

 

 

　　從轉向架的技術來看，現(xiàn)在的轉向架一般是在80到120公里左右，構架的形式基本上以鋼板鋼管的焊接結構為主，傳動方式以交流架懸，一級點陣為主，采用直線電機驅動，懸掛的方式一般采用2系懸掛，大量主流的車采用的無搖枕大擾度的空氣彈簧，1系一般采用橡膠簧，現(xiàn)在采用鋼緣簧，制動的方式以踏面制動或者彈性制動為主。

 

 

　　從牽引的控制系統(tǒng)方面講，供電制式現(xiàn)在以直流1500V或750V為主，也有25KV的一些需求，但是目前的條件下這還不是主流，未來發(fā)展的方向可能會有一些新的變化。從牽引控制的方面看，大部分現(xiàn)在是采用變頻變壓的交流傳動技術，控電的技術大多采用網(wǎng)絡控制，駕駛模式采用ATP或ATO模式下的有人的駕駛方式，它的制動能量的消耗一般采用列車上電阻制動和空氣制動結合，地面采用電阻制動或者是采用儲能的吸收裝置。

 

 

　　從制動技術本身而言，現(xiàn)在大部分的車都是采用微機控制的直控式的控制系統(tǒng)，有車控和駕控兩種形式，基本采用電制動和空氣制動的混合模式。從其他的系統(tǒng)而言，現(xiàn)在大部分車配有冷熱空調、乘客信息顯示系統(tǒng)、列車監(jiān)控系統(tǒng)等，與第一代車輛相比主要是車輛的舒適度和運營的安全和速度方面都有較大幅度的提升。

 

 

 

　　從未來的趨勢上看，剛才各位專家也都提到了，現(xiàn)在的城市群的發(fā)展非?？欤壍澜煌ǖ陌l(fā)展也非常迅速，高鐵、城際、城市軌道交通三種網(wǎng)絡融合的趨勢現(xiàn)在是越來越明顯了，在這個層面上考慮問題就需要我們在城市規(guī)劃的時候從國家交通網(wǎng)絡的全局角度規(guī)劃，目前中國已經形成了十多個城市群，三個國家級的城市群，七個區(qū)域的城市群，城市格局快速變化帶來的是城軌車輛功能要求的進一步拓展，從傳統(tǒng)的通行為主可能現(xiàn)在要發(fā)展到通勤加上站線的分流，對其他交通方式，如城際向航空、公路起到集散作用，還有一部分中短途的商務旅行，這是一方面。另一方面由于城市面積的不斷擴充，城市軌道交通會向市域的方向發(fā)展，服務的領域也會進一步的擴大，逐漸的會形成都市的通行圈，按照規(guī)劃的資料顯示，到2020年，全國的城軌運營里程可能會達到6000公里，預計地鐵占現(xiàn)在2/3左右，后續(xù)會呈現(xiàn)一個下降的趨勢，就是說有軌電車、市域包括各種單軌、通軌多元化的模式是越來越明顯了。

 

 

　　在這種條件下，意味著我們對產品的譜系化的要求會更加完善，在傳統(tǒng)地鐵各種車型的技術上大力的發(fā)展市域車輛、輕軌車輛、有軌電車、單軌、空軌以及鐵路系統(tǒng)等等，這些系統(tǒng)相互補充、共同構建出我們現(xiàn)在城市的交通網(wǎng)絡。在這個基礎上，讓用戶可以根據(jù)它的客流量、運營的里程、運營的模式等等各種需求基于時間、成本和速度的模式進行快速的配置化設計，讓用戶可以靈活的選擇。如果說要大致的分一下，這種大容量的軌道交通像地鐵和市域的，可能更適合于像市中心和市郊有大的客流密度的方向，像中等的交通像輕軌等更適合于在市郊、市區(qū)以及中小城市市區(qū)，我們說中小城市對中國而言，如果對世界的城市規(guī)模而言我們可能都是大城市，這種有相當客流量的方向地區(qū)。較低的軌道交通剛才說到有軌電車和單軌系統(tǒng)可能適用運量較小，這可能和剛才專家的說法有一點點偏差，運量的定義，我想可能這個更適合于在路權的地區(qū)可能更適合這種新型的交通工具。

 

 

　　基于這個需求，未來我們的車輛技術一定會發(fā)生更新?lián)Q代的變化，未來軌道交通的車輛研發(fā)一定要遵循人性化的設計理念，注重節(jié)能環(huán)保、經濟適用，要更加安全、更加可靠、更加智能，服務的品質要更加提高，同時通過我們的設計，技術上要盡快的發(fā)展我們的列車的譜系化技術，具備快速定制、經濟提供產品的能力。

 

 

　　從一些技術的層面上展開說，從節(jié)能環(huán)保方面，一個就是我們在空調技術方面采用變頻控制的技術，采用這種熱循環(huán)的技術，采用新風調節(jié)的技術，通過這些技術來節(jié)省能量和能耗。根據(jù)目前初步的實驗，大概能夠節(jié)省能耗在20%-30%之間。

 

　　第二個就是在牽引輔助供電系統(tǒng)方面，我們要發(fā)展以永磁同步電機直接驅動，簡化驅動系統(tǒng)，降低傳動噪音和重量，提高能源利用率。第三個就是關于能量回饋技術，要解決目前城市軌道車輛制動能量的回收利用問題，研究車載再生能量的儲存設備，吸收再生反饋的剩余能量，降低能耗，另外我們要發(fā)展新型的儲能系統(tǒng)，像超級電容電池等等，再就是研究制動能量回饋率和儲能率評價和實驗技術，優(yōu)化制動分配管理及電制動發(fā)揮至零速技術，第四是智能的光感照明控制技術上研究智能光感照明系統(tǒng)，在保證客室照度的前提下，提高舒適性、降低能耗。

 

　　第五個方面就是燃料電池的利用技術，利用氫燃料作為列車備用動力能源實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保是我們下一步的一個發(fā)展方向。

 

 

　　從輕量化而言，首先是車體，現(xiàn)在的車體是碳鋼、不銹鋼或者是鋁合金，輕量化逐步在提升，但是輕量化一直是在列車的設計當中的一個永恒的課題，我們一直就在解決這個課題，每一個車都有這個矛盾，所以現(xiàn)在在研究像部分的或者整體的采用碳纖維以及復合材料等等在車體的主結構或者部分結構的使用，這個技術目前在國外也在進行相關的實驗和試用，法國碳纖維的車體較鋁合金車體減重25%之間，就是說合理的結構、合理的材料能夠給我們車體未來的輕量化提供很大的空間，但是目前國內關于這方面特別是碳纖維方面的研究剛剛起步，我們也是在做一些初步的嘗試，在高速列車的一些非關鍵地方做了試制，但是對于前車結構性的研究特別是和懸掛部件、支持部件以及車體的成型以及故障狀態(tài)下車體的修復技術現(xiàn)在還有一些技術上的挑戰(zhàn)，這是車體的輕量化。

 

　　說到車體，剛才馬云雙馬總也提到了，它還有其他的方向的技術，我們正將其作為關注點在著力突破，一個就是激光復合焊不銹鋼車體，從設備、工藝上它實現(xiàn)的可能性不是特別大，這也就是世界上目前沒有采用全不銹鋼焊接車體的原因，我們現(xiàn)在正在嘗試一些單元的激光焊的實驗，形成一個充分發(fā)揮激光焊優(yōu)勢的地鐵車輛。另外就是不涂裝摩擦攪拌焊鋁合金車體，攪拌摩擦技術現(xiàn)在在世界上不是一個很新的東西，但是要實現(xiàn)它的不涂裝就是一個很大的挑戰(zhàn)，它表面的拉絲處理，焊縫表面質量以及車體的變形都是很重要的技術，也是很艱巨的挑戰(zhàn)，采用這樣的車體一方面可以降低鋁合金殘余應力，免維護，這樣兩種車體都是要維護的，對用戶而言也是有很大的經濟價值的，所以這方面我們也正在進行突破，特別是像前攪拌摩擦焊的車體，我們的樣車今年年底就會出來，我們準備在140公里城際列車上進行試用。

 

　　轉向架有幾個方面能實現(xiàn)輕量化，一個是采用永磁同步電機的軸驅，取消變速箱及聯(lián)軸節(jié)，簡化轉向架動力驅動系統(tǒng)，實現(xiàn)輕量化設計，另外就是采用空心車軸、波壁大斷面承載結構，降低轉向架部件重量。從新材料方面而言，我們要研究鋁合金、高分子聚合材料等新材料在轉向架部分部件的結構設計技術。

 

　　從內飾結構而言，一種是新的內飾結構實現(xiàn)多功能的模塊化的集成結構，另外是研究基于泡沫夾芯復合材料、納米鋁合金材料在內飾結構上的應用。

 

 

　　從安全可靠性而言有很多的技術，一個是要發(fā)展列車的在線預警技術，采用實時智能的列車狀態(tài)感知、監(jiān)測和高精度定位追蹤技術，對列車各關鍵系統(tǒng)實時狀態(tài)監(jiān)測、診斷和預警，提高安全可靠性。另外一個方面就是關于列車的背后安全防護，把列車的防撞擊結構從傳統(tǒng)的靠防滑器來防滑做到車體結構參與性能變形的新理念，這個防滑器的防滑理論是基于齒輪能夠接觸才有防滑的功能，現(xiàn)在的城軌車輛大部分因為考慮都是很多流線化的造型，所以我們要把現(xiàn)代的撞擊技術應用到城軌車輛上，以此來發(fā)展新的耐沖擊車體結構。

 

　　提升服務品質技術

 

　　從提高成員的舒適性而言，因為生活水平的提高，我們不再是簡單的上下班概念，也不希望所有的人拿這么多錢的情況下每天擠成沙丁魚，都希望坐的舒服一點，綜合考慮乘客各方面的因素，結合PMV和PPD的理念，建立符合國情的室內熱舒適性的評價體系，另外一個是優(yōu)化控制策略，動態(tài)的調整舒適性的設定參數(shù)，像溫度、新風量，根據(jù)外部的環(huán)境和載客量的變化進行調節(jié)，同時要采用節(jié)能的設備，廣泛采用節(jié)能技術，像空氣制冷機組、前熱交換器等等。

 

　　在信息化和智能化方面，要利用工業(yè)以太網(wǎng)的技術，在目前已有的列控網(wǎng)技術上構建多網(wǎng)融合的一體化列車網(wǎng)絡，集成服務系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和實時響應。

 

 

　　工業(yè)多網(wǎng)融合能夠有效的提升列車的控制和服務水平，采用基于4G網(wǎng)絡傳輸?shù)南到y(tǒng)，為乘客提供各種現(xiàn)代通訊服務，同時要發(fā)展智能化的檢修維護服務系統(tǒng)，實施在線的監(jiān)測、在線的診斷。從適應性上講，我們現(xiàn)在發(fā)展雙流制的車輛技術。

 

 

　　最后簡單的說一下我們四方廠一些主要的產品，一個是我們現(xiàn)在已經有各種形式的A型車、B型車以及C型車等等，技術特點是非常鮮明的，另外特別是我們現(xiàn)在已經在廣州大量運用的直線電機車輛。市域車方面，我們在城際列車塞諾瓦（英譯）的平臺下采用系列開發(fā)的概念，有200公里速度等級的，160公里速度等級的，120公里速度等級的三種車型，這三種車型都具有大載客量、快起快停、快速沉降、快速通過、安全可靠的特點，它服務的載客量、加速減速的性能和地鐵是一致的，它另外的特點就是它既可以長距離的運行也可以短時運行，更加有利于將來城市軌道網(wǎng)絡的規(guī)劃。我們有滿足干線鐵路互聯(lián)互通的產品，前面兩種產品200、160的已經出來了，140的過兩個月就出來了，另外就是符合微型地鐵的140到160公里的1500、15000兼容的市域軌道車輛大概在年底也會出來。再就是有軌電車剛才馬總已經介紹了，我們有各種形式的有軌電車，樣機也出來了，我們也做了儲能的設備和新燃料的設備，供電技術也都完成了，準備在有軌電車的樣車上技術實施。另外我們準備了兩種形式的跨坐式的單軌車輛，同時我們也正在研制空中吊掛式的單軌列車。

 

　　基于前面的這一系列的技術分析，我們總結了未來技術發(fā)展的一些理念，永磁同步牽引傳動、輕質高強度車體等等一系列的概念我們正在研制，我們稱之為下一代地鐵車輛的樣車，把我們剛才說到的新的技術整合到這些車上，作為我們下一步的研發(fā)的基礎。

 

　　我的匯報就這么多，謝謝大家！