储能式小磁浮车辆系统简介.pdf
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1、第5期2 0 2 3年9月N o.5S e p t.2 0 2 3研究开发文章编号:2 0 9 7-0 3 6 6(2 0 2 3)0 5-0 0 1 2-0 8 储能式小磁浮车辆系统简介梁世宽,王剑博(中车长春轨道客车股份有限公司,吉林 长春 1 3 0 0 6 2)摘 要:小型磁浮车辆作为面向中低运量市场需求的一种低运量、经济快捷的新型磁浮车辆,其特点是以常导短定子的中低速磁浮系统为技术基础,以特定市场需求为目标,在最优运行速度和运量水平的条件下开发的特种磁浮车辆。本文从环境条件、线路条件、供电条件、主要技术参数以及平断面布置等方面介绍了车辆总体技术方案,进一步地从车体、内装、前端、车端连
2、挂、空调、门窗、牵引、辅助、制动、悬浮控制、网络以及悬浮架等系统层面展开了详尽阐述。该车辆的显著优势是小型化、轻量化、储能式、低耗能绿色环保,具有工程造价低、速度适中、运维成本低的优点,从而达到整体降低工程造价和运维成本的目的,以满足市场对新型轨道交通的多元化、低成本的需求。针对国内的旅游线、中低运量的市场具有十分突出的优点和市场推广价值。关键词:小型磁浮;车辆系统;1 0 0 k m/h;轻量化;储能供电;低能耗;低造价中图分类号:U 2 7 0 文献标志码:A d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.2 0 9 7-0 3 6 6.2 0 2 3.0 5.0 0 3B r
3、i e f I n t r o d u c t i o n o f E n e r g y S t o r a g e o f S m a l l M a g l e v V e h i c l e S y s t e mL I ANG S h i k u a n,WANG J i a n b o(C R R C C h a n g c h u n R a i l w a y V e h i c l e s C o.,L t d.,C h a n g c h u n 1 3 0 0 6 2,C h i n a)A b s t r a c t:S m a l l m a g l e v v e
4、h i c l e s,a s a l o w v o l u m e,e c o n o m i c a l a n d f a s t n e w t y p e o f m a g l e v v e h i c l e t a r g e t i n g t h e m e d i u m t o l o w v o l u m e m a r k e t d e m a n d,a r e c h a r a c t e r i z e d b y a s p e c i a l m a g l e v v e h i c l e d e v e l o p e d b a s e
5、d o n a m e d i u m t o l o w s p e e d m a g l e v s y s t e m w i t h a c o n s t a n t c o n d u c t o r a n d s h o r t s t a t o r,t a r g e t i n g s p e c i f i c m a r k e t d e m a n d s,u n d e r t h e c o n d i t i o n s o f o p t i m a l o p e r a t i n g s p e e d a n d v o l u m e l e
6、v e l.T h i s a r t i c l e i n t r o d u c e s t h e o v e r a l l t e c h n i c a l p l a n o f t h e v e h i c l e f r o m t h e a s p e c t s o f e n v i r o n m e n t a l c o n d i t i o n s,l i n e c o n d i t i o n s,p o w e r s u p p l y c o n d i t i o n s,m a i n t e c h n i c a l p a r a
7、m e t e r s,a n d p l a n e s e c t i o n l a y o u t.F u r t h e r m o r e,i t e l a b o r a t e s i n d e t a i l o n t h e s y s t e m l e v e l o f t h e v e h i c l e b o d y,i n t e r i o r d e c o r a t i o n,f r o n t e n d,v e h i c l e e n d c o u p l i n g,a i r c o n d i t i o n i n g,d
8、o o r s a n d w i n d o w s,t r a c t i o n,a u x i l i a r y,b r a k i n g,s u s p e n s i o n c o n t r o l,n e t w o r k,a n d s u s p e n s i o n f r a m e.T h e s i g n i f i c a n t a d v a n t a g e s o f t h i s v e h i c l e a r e m i n i a t u r i z a t i o n,l i g h t w e i g h t,e n e r
9、g y s t o r a g e,l o w e n e r g y c o n s u m p t i o n,g r e e n e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n,a n d t h e a d v a n t a g e s o f l o w e n g i n e e r i n g c o s t,m o d e r a t e s p e e d,a n d l o w o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e c o s t s,I n o r d e r t o a
10、c h i e v e t h e o v e r a l l g o a l o f r e d u c i n g e n g i n e e r i n g c o s t s a n d o p e r a t i o n a n d m a i n t e n a n c e c o s t s,i n o r d e r t o m e e t t h e d i v e r s i f i e d a n d l o w-c o s t d e m a n d o f t h e m a r k e t f o r n e w r a i l t r a n s i t.I t
11、h a s o u t s t a n d i n g a d v a n t a g e s a n d m a r k e t p r o m o t i o n v a l u e f o r d o m e s t i c t o u r i s m r o u t e s a n d l o w t o m e d i u m v o l u m e m a r k e t s.K e y w o r d s:s m a l l m a g l e v;v e h i c l e s y s t e m;1 0 0 k m/h;l i g h t w e i g h t;e n e
12、r g y s t o r a g e p o w e r s u p p l y;l o w e n e r g y c o n s u m p t i o n;l o w c o s t收稿日期:2 0 2 2-1 2-0 5基金项目:中国中车股份有限公司科技研究开发计划项目(2 0 2 2 C C B 1 8 5)第一作者:梁世宽(1 9 6 4),男,教授级高工。小型磁浮交通系统定位为面向中低运量市场需求一种低运量、经济快捷的新型磁浮交通制式,具有工程造价低、运行速度适中、运输组织灵活、运维成本低等优点。小型磁浮的特点是以常导短定子的中低速磁浮系统为技术基础,以特定市场需求为目标,在最
13、优运行速度和运量水平的条件下开发的特种磁浮车辆。小型磁浮车辆适用于最高设计时速为8 01 0 0 k m/h,高峰小时断面客流量为5 0 0 01 0 0 0 0人的轨道交通线路,工程造价约为1.21.6亿元/公里。与传统磁浮车辆相比,采用小型化、轻量化设计的车辆结构,一方面降低线路载荷要求,另一方面降低轨道、桥梁、隧道、路基、房建等相关工程成本,从而达到整体降低工程造价储能式小磁浮车辆系统简介 梁世宽,王剑博 和运维成本的目的,以满足市场对新型轨道交通的多元化、低成本的需求1。小型磁浮车辆除结构小型化、轻量化外,并采用超级电容供电,与传统的中低速磁浮列车相比,取消了线路上受流轨和车上电压转换
14、设备,制动能量全部回收,进一步减低车辆运行能耗并实现真正意义上的磁浮列车无接触运行。最后,磁浮技术具有前沿科技,充满科技感,技术更为先进,代表了未来轨道交通的发展方向之一2-3。1 总体技术方案1.1 环境条件海拔高度:1 4 0 0 m;环境温度:-2 5 4 5;相对湿度:1 0 0%(月平均温度为2 1.6);最大风速:2 2 m/s(8级风)(3 0年一遇、离地1 0 m高处)。1.2 线路条件轨距:1 7 0 01 mm;最小平曲线半经:5 0 m;最小竖曲线半经:1 0 0 0 m;正线最大纵向坡度:5 0(三编组);辅助线最大纵向坡度:5 0(三编组)。1.3 供电条件受电方式:
15、站点受流器充电;供电方案:超级电容。1.4 主要技术参数小型磁浮车辆的主要技术参数如表1所示。表1 车辆主要技术参数技术项点参数动力配置2动1拖最高运营速度/(k m/h)1 0 0.0 0 最高试验速度/(k m/h)1 1 0.0 0 定员/人2 0 0寿命/年3 0T车储能单元数量/个3储能单元参数2 8 k Wh*3 D C 5 6 07 8 0 V额定供电电压/VD C 7 5 0平稳性指标(分析频率0.54 0 H z)2.5额定悬浮间隙/mm8.0 02.0 0 爬坡能力/5 0单侧每延米静载荷/(k N/m)1 1.5 0 列车长度/m(车钩连接中心点间距离)3 3.8 8 M
16、 c车车辆长度/m(车钩连接面之间长度)1 1.6 4 T车车辆长度/m(车钩连接面之间长度)1 0.6 0 车体宽度(地板面处)/mm2 5 0 0.0 0 车体高度(距轨面)/mm3 4 1 0.0 0 地板面高度/mm9 6 0.0 0 车内净高/mm2 1 0 0.0 0 悬浮架模块中心距/mm3 0 0 0.0 0 车钩水平中心线距轨面高度/mm6 0 0.0 01 0.0 0 舒适度指标(0.4 08 0.0 0 H z)2.0 0平均启动加速度(0 3 5 k m/h)/(m/s2)0.8 0 平均加速度(01 0 0 k m/h)/(m/s2)0.4 0 常用制动平均减速度/(
17、m/s2)0.7 0 紧急制动平均减速度/(m/s2)1.3 01.5 平断面布置图小型磁浮车辆采用3辆编组模式,分为2个车型,M c 1、M c 2为头车,T为中间车,编组形式为M c 1+T+M c 2。头车为动车,车下空间配置直线电机和牵引系统。中间车为拖车,车下空间配置提供电源的储能单元。车辆布置如下图1所示:图1 车辆的布置图31第6 0卷第5期2 0 2 3年9月1.6 主要技术特点首先,小型磁浮车辆主要是针对国内旅游景点而开发的特种磁浮车辆,具有客室宽敞通透,上下两层玻璃,视野宽阔,有助于旅游观光的设计特点。其次,该车辆采用三悬浮架结构,取消迫导向机构。再次,供电方式采用超级电容
18、的储能式供电方式,取消线路供电轨。空 压 机、空 调、悬 浮 控 制 器 工 作 电 压 统 一 到D C 7 5 0 V,取消辅助逆变器(A C 3 8 0 V)和悬浮电源(D C 3 3 0 V)。车下关键部件悬浮控制器采用2合1结构,不仅外形变为1台的,而且重量也变为原来的3/5。最后,网络系统采用以太网控车,并且逻辑控制继电器用L C U代替,减少布线、减轻重量、增加了可靠性4-5。2 系统技术方案2.1 结构系统2.1.1 车体结构小型磁浮车体结构由中空、闭口、薄壁、通长的挤压铝型材组焊而成。焊接接头采用对接焊和搭接连接的方式,挤压型材集成了焊接垫板,减少了工作量,提高焊接质量,车体
19、强度执行E N 1 2 6 6 3中P-V等级。针对“有轨车辆”规定的要求,并增加扭转试验工况,扭转载荷按4 0 k Nm的要求设计。小型磁浮车体需要具有较高的刚度,应确保整备状态下车体的自振频率不低于1 0 H z,整备完整的车体固有频率与转向架临界失稳激扰频率之间保持足够的间隔。车辆3 D结构如图2所示。图2 车辆3 D结构图2.1.2 车辆内装小型磁浮车体内装系统主要由侧顶板、二次骨架、侧墙板、立罩板、地板、地板布、端墙、司机室直间壁、隔音隔热材等组成,防火执行E N 4 5 5 4 5标准,有害物质限量执行T B/T 3 1 3 92 0 0 6标准。为了满足轻量化设计的要求,因而不同
20、部位采用玻璃钢、预浸料、纸蜂窝、碳纤维、镁铝合金型材等轻质材料,满足功能的前提下,从而达到减轻车辆重量的目的。内装3 D结构如图3所示。图3 内装3 D图2.1.3 前端结构小型磁浮的前端系统主要由车头外罩、挡风玻璃和司机室内装3部分组成。在满足强度的基础上,车头外罩采用碳纤维材质、无骨架承载方式,为2 5 mm厚碳纤维泡沫夹芯结构,具体结构为外蒙皮2 mm纤维层+2 1 mm泡沫+内蒙皮2 mm纤维层。前端结构图如图4所示。图4 前端3 D图2.1.4 车端连挂车端连挂系统包括半自动车钩、半永久车钩、贯通道,其中在满足强度的条件下,对半永久车钩进行了轻量化设计。另外,车辆间设横向减振器,用于
21、改善车辆的动力学特性,缓解车辆间的振动,对乘客乘坐舒适性的提高都有很大的作用。车端连接二维及三维图如图5所示。2.1.5 空调系统空调系统由空调机组、废排、通风装置组成,每车采用1台空调机组,供电方式为直流供电。司机室不单独设置通风单元或空调,新风通过风道直接送入司机室内。空调机组与车体铝结构间设减振器,送、回风口设有防风防水密封胶条,保证气密性和水密性。空调机组二维图如图6所示。空调机组主要技术参数如下:型式:单元式变频空调机组;出风形式:下出风下回风;主体尺寸:3 2 0 0(L)1 8 0 0(W)3 7 0(H);额定功率:3 5 kW;41储能式小磁浮车辆系统简介 梁世宽,王剑博 送
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