悬挂式单轨交通系统关键技术及适应性分析

蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯蕯[12]孔凡兵.新建时速120km地铁线路曲线超高和缓和曲线长度的研究[J].铁道标准设计,2015,59(9):1821.[13]陈晓庆.城市轨道交通快线线形参数及线路车辆动力响应研究[D].北京:北京交通大学,2017.[14]王仕春.跨座式单轨交通线路设计[J].铁道工程学报,2007(10):7275.[15]郭峰,朱尔玉,仲建华.跨座式单轨交通应急梁超高设置及限速研究[J].北京交通大学学报,2012,36(1):7376.[16]任利惠,季元进.跨坐式单轨车辆的临界侧滚角[J].同济大学学报(自然科学版),2017,45(11):16811687.[17]蔡力律.城轨磁悬浮交通线路平面技术条件研究[D].成都:西南交通大学,2008.[18]王艺飞,易思蓉.基于动力学分析的160km/h级市域快线最小缓和曲线长度研究[J/OL].铁道标准设计:1-7[2019-01-01].ht鄄tps://doi.org/10郾13238/j.issn.1004-2954郾201804230002.[19]郭臣.悬挂式单轨交通线路技术标准研究[J].铁道建筑,2018,58(3):6771.[20]王建才.基于倾斜时变率的悬挂式单轨缓和曲线长度研究[J].铁道标准设计

,2018,62(12):3539.收稿日期:20180926;修回日期:20181008基金项目:中铁第一勘察设计院集团有限公司科研课题[院科16鄄29(综)]作者简介:赵摇阳(1988—),男,工程师,2014年毕业于德国德累斯顿工业大学铁路系统工程专业,理学硕士,主要从事城市轨道交通工程规划设计与研究工作,E鄄mail:309782227@qq.com。第63卷摇第7期2019年7月铁道标准设计RAILWAY摇STANDARD摇DESIGNVol.63摇No.7Jul.2019

文章编号:10042954(2019)07005106

悬挂式单轨交通系统关键技术及适应性分析

赵摇阳(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安摇710043)

摘摇要:悬挂式单轨交通系统起源于一个多世纪前的德国伍珀塔尔,历经百余年的发展,其技术不断更新并在最初浪琴型的基础上衍生出更为先进的SAFEGE型悬挂式单轨系统,可应用于学校、机场、中小型城市等多种环境。悬挂式单轨在我国被划为中低运量城市轨道交通系统的一种,目前国内尚无已运营线路,对其关键技术和适应性的认识仍较为欠缺。通过对德国、日本主要运营线路的特征和技术参数进行介绍对比,总结出悬挂式单轨交通系统在走行方式、车辆、轨道、信号、车站、救援等方面的关键技术,继而通过对其优缺点的分析得出其适用范围,最后指出悬挂式单轨交通系统在我国城市轨道交通领域具有一定的市场前景。关键词:悬挂式单轨交通系统;伍珀塔尔;浪琴;SAFEGE;运营线路;关键技术中图分类号:U232摇摇文献标识码:A摇摇DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.201809260002KeyTechnologyandAdaptabilityAnalysisofSuspendedMonorailTransportSystemZHAOYang(ChinaRailwayFirstSurveyandDesignInstituteGroupCo.,Ltd.,Xi蒺an710043,China)Abstract:ThesuspendedmonorailtransportsystemwasoriginatedinWuppertalmorethanacenturyago.Withmorethan100yearsofdevelopmentandconstanttechnicalupdating,amoreadvancedSAFEGEsuspendedmonorailsystemisderivedfromtheoriginalLangentype.Itcanbeappliedtoschools,airports,smallandmedium鄄sizedcitiesandotherplaces.Thesuspendedmonorailisclassifiedasamediumandlow鄄trafficvolumeurbanrailtransitsysteminChina.SincethereisnoexistingoperatinglineinChinaforthemoment,theunderstandingofitskeytechnologiesandadaptabilityisinsufficient.ThisarticleintroducesthecharacteristicsandtechnicalparametersofthemainoperatinglinesinGermanyandJapan,summarizesthemainkeytechnologiesofthesuspendedmonorailtransportsystemsuchasbogies,vehicles,tracks,signaling,stationsandevacuation,thenobtainsthescopeofapplicationthroughtheanalysisofitsadvantagesanddisadvantages.Finally,itispointedoutthatthesuspendedmonorailtransportsystemhascertainmarketprospectsinurbanrailtransitinChina.Keywords:Suspendedmonorailtransportsystem;Wuppertal;Langen;SAFEGE;Operatingline;Keytechnology

1摇悬挂式单轨交通系统发展概述近年来,随着我国城市轨道交通的蓬勃发展,各地对于系统制式的选择日趋多样化,根据各地人口、经济情况的不同因地制宜地采用多层次、多制式轨道交通方式的趋势开始显现[1]。除传统地铁之外的中低运量轨道交通系统也越来越受到二、三线城市的青睐,悬挂式单轨作为其中的一种,以对地面道路占用少、施工简便、乘坐体验好等特点逐渐进入人们的视野。悬挂式单轨又称“空轨冶,最早起源于20世纪初的德国,随后在世界多地小范围建设运营,但其中大部分为长度不足1km的旅游线路,不具有借鉴意义。经过梳理,目前世界范围内作为主要客运交通工具使用的线路共有5条,其中3条位于德国,2条位于日本,分别为德国伍珀塔尔悬挂式单轨、多特蒙德工业大学H鄄Bahn、杜塞尔多夫机场SkyTrain、日本湘南江之岛线以及千叶都市单轨电车。德国伍珀塔尔线:伍珀塔尔市悬挂式单轨线路于1901年投入正式运营,时至今日已成功运营百余年。其线路全部采用高架敷设,长度13郾3km,其中10km位于Wupper河正上方10~12m高处,另外3郾3km线路沿Valley大道布设,设站20座,自1997年起正式成为城市地标,为目前世界运营时间最长的悬挂式单轨线路。德国多特蒙德工业大学H鄄Bahn:为解决多特蒙德工业大学南北两校区的通勤问题,学校于1984年开通了悬挂式单轨线路H鄄Bahn,线路长度3郾2km,设站5座,并在DortmundUniversit覿tS站与市域S1线接驳,值得注意的是,本条线采用了全自动无人驾驶技术(UTO)。德国杜塞尔多夫机场SkyTrain:该条线路开通运营于2002年,为杜塞尔多夫国际机场的配套交通接驳设施,线路长度2郾5km,设站4座,串联了长途火车站、机场停车楼和A/B/C航站楼,并预留远期延伸至展览中心条件,全程仅需要6郾5min[2],同样采用全自动无人驾驶技术。日本湘南江之岛线:线路位于湘南神奈川县境内,线路北起镰仓市大船,南至藤泽市江之岛,全长6郾6km,设站8座,采用单线运行模式,在车站部分设置双线进行会让。该条线路于1970年通车运营,最高运行速度75km/h,旅行速度达28郾8km/h[3]。日本千叶都市单轨电车:线路位于千叶市,线路总长15郾2km,由长度3郾2km的1号线和12km的2号线组成,设站18座,其中包括3座换乘站,1988年开通运营。上述5条线路主要特征如表1所示。表1摇世界主要悬挂式单轨运营线路特征参数线路名称伍珀塔尔悬挂式单轨多特蒙德工业大学H鄄Bahn杜塞尔多夫机场SkyTrain湘南江之岛线千叶都市单轨电车国别德国日本开通时间/年线路长度/km车站数量/座速度/旅速/(km/h)190113郾32060/2719843郾2550/2120022郾5450/2319706郾6875/28郾8198815郾21865/-转向架浪琴型SAFEGE型

2摇关键技术2郾1摇走行方式悬挂式单轨列车按走行方式主要分为浪琴型及SAFEGE型(图1),其中浪琴型以伍珀塔尔线的设计者浪琴(EugenLangen)命名,这种转向架又被称为非对称悬挂钢轮钢轨转向架,其主要特点是单根钢轨铺设在钢制桁架梁上,U形踏面钢制车轮骑跨在钢轨之上,车厢通过布置在轨道梁外侧的悬挂构件悬吊于桁架梁下方。另一种被称为SAFEGE型的走行方式出现较晚

,图1摇浪琴型及SAFEGE型转向架摇但目前应用最为广泛。其最早在1960年由法国的几家公司共同研制成功,随后德国西门子、日本三菱重工25铁道标准设计第63卷等厂家均受此启发研制出具有各自特点的SAFEGE转向架悬挂式单轨车辆及轨道梁系统[4]。浪琴型转向架出现最早,构造简单,一个转向架上仅有2个车轮,外形类似自行车,最小转弯半径仅9m。但由于其采用钢轮钢轨,受黏着系数的影响,最大纵坡为40译,且走行时噪声、振动均较大,也曾经发生过车轮碰到检修时留在轨道上的抓钩导致脱轨致死的事故。SAFEGE型转向架具有4个走行轮及4~8个不等的导向轮(充气轮或非充气轮),车辆通过悬挂构件悬吊于轨道梁中间开口位置的正下方。通过对比发现,SAFEGE转向架虽然转弯半径不如浪琴型,但爬坡能力更强,受天气影响更小,噪声、振动等均小于浪琴型,且基本不存在脱轨问题,优势明显,因此近年来建成及新规划线路均采用该种走行方式。2郾2摇车辆目前德国和日本的悬挂式单轨车辆在车辆尺寸、供电制式、定员等方面均存在一定差异,其技术参数如表2所示。表2摇世界主要悬挂式单轨运营线路车辆参数[59]项目伍珀塔尔悬挂式单轨H鄄BahnSkyTrain湘南江之岛线千叶都市单轨电车车辆型号GTW15SIPEM5000型UF鄄0生产厂家VosslohKiepeSiemens鄄Duewag三菱重工供电制式DC750VAC400VDC1500V编组/辆A+B+A1232车长/m24郾109郾2018郾4038郾2029郾60车宽/m2郾202郾242郾562郾65车高/m2郾752郾623郾09最小转弯半径/m93050最大爬坡能力/译4010574最高运行速度/(km/h)60507565定员/人1754594228156通过表2可以看出,除伍珀塔尔悬挂式单轨车辆采用两头长中间短的三模块编组形式外,其余线路均采用常见的每辆等长的编组方式。从供电制式看,只有采用西门子SIPEM车型的H鄄Bahn和SkyTrain为交流400V供电制式,其余线路均采用直流750V或1500V的供电制式。其他几个方面,伍珀塔尔目前最新型的GTW15列车转弯半径最小(9m),西门子SIPEM的爬坡能力最强(约105译),三菱重工的5000型列车无论在车辆尺寸,定员(228人/列)以及运行速度等方面均优于其他车型。2郾3摇轨道系统悬挂式单轨轨道系统根据走行方式的不同差异较大,其中浪琴型的钢轨断面与地铁中常见的60钢轨类似,通过扣件紧固在钢桁架梁上,结构较为简单。SAFEGE型悬挂式单轨的轨道系统更为复杂,其组成包括轨道梁、墩柱、道岔等部分。轨道梁采用矩形断面、下部开口的薄壁钢箱截面简支轨道梁,梁体内部集成了包括走行轨、供电、信号、通信、隔音等几乎所有设备(图2),其在直线上一般采用30m跨度,在曲线或道岔区采用25m跨度,列车通过悬吊装置悬挂于轨道梁下方。转向架走行轮与钢箱梁下部开口两侧的梁体接触形成走行面,导向轮紧贴钢箱梁侧壁起到导向作用。受车辆尺寸、荷载等因素影响,德国和日本的悬挂式单轨轨道梁尺寸各不相同,其中德国轨道梁横截面内部尺寸为1100mm(高)伊780mm(宽),日本轨道梁横截面尺寸为1410mm(高)伊1490mm(宽)[10],日本的轨道梁横截面尺寸大于德国。