轨道交通机电设备国产化研究

轨道交通机电设备国产化研究 2004年12月28日我国第一条高架跨座式单轨交通——重庆轨道交通二号线顺利投入试运行，标志着我国轨道交通事业的发展又走上了一个新台阶，建成安全、快速轨道交通的城市越来越多，适应各种不同外界条件的、不同技术特征的轨道交通形式越来越丰富。 高架跨座式单轨交通对我国来说是一种新型轨道交通形式，它具有通常轨道交通具备的各种特点，同时又有其独特之处，即列车采用充气的橡胶轮胎在全线贯通的PC梁上行驶，列车的动力为电力牵引，电压为直流1500V，特别适合在地形起伏、道路狭窄的城市中穿行，它具有运行平稳，行使灵活、爬坡力强、无污染、噪音低等优点。 由于高架跨座式单轨交通的车辆，采用跨座在梁上运行的方式，因此采用一系列与通常轨道交通（车辆在钢轨上运行）机电设备有差异的专用设备。如跨座式电力牵引列车专用的信号系统，安装于地面的列车再生制动电阻吸收装置，装设于PC梁两侧的刚性接触网及关节型可移动道岔等。 目前国际上已投入商业运行的高架跨座式单轨交通的国家和城市，从收集到的资料来看仅有日本、加拿大、马来西亚等少数几个国家，少数几个城市，而且各国所采用的技术方案也不尽相同。重庆采用的技术方案是日本模式。在与日本有关公司技术交流中，日方技术人员对这种技术采取保密的态度，即使到日本的现场去参观实物，日本有关人员也千方百计让你不能充分接触这方面的技术，更谈不上帮助你来掌握这种技术。因此保证重庆高架跨座式.单轨交通在满足国家要求的国产化率必须大于70%的条件下，顺利建成并投入运行，成为对参与重庆高架跨座式单轨交通建设者的极大考验。地面式再生制动电阻吸收装置的国产化 轨道交通车辆的制动系统是由机械制动和电制动两部分组成。机械制动工作时，将产生大量的闸瓦粉尘（据北京地铁统计，由机械制动生成的闸瓦粉尘每年约十吨左右），此粉尘含铁量较高，易造成对电机及各种电器的污染，从而引发故障，增加维修工作量。在电制动过程中，将产生大量的热能（粗略计算每辆车的制动功率约三百千瓦，列车按6-8辆车计，则将产生2000多千瓦热能），制动电阻温度可达200-300度，有可能影响邻近电器的正常工作，且大量发热会造成地铁隧道内温度的升高。将再生制动电阻吸收装置移至地面，克服了电制动装置装设于列车上的不利因素，使列车的运行状况得到了较大的改善。 我国在重庆高架跨座式单轨交通投入运行前再生制动电阻吸收装置均安装在车辆上，现要将其移至地面，有不少技术问题需要解决。如：在地面安装再生制动吸收装置的位置、数量、容量等的确定，保证装置运作的各种参数包括列车上的各种参数，地面牵引的各种参数）如何确定。问题是复杂的，不同专业的技术人员对上述问题中的不同方面有较深刻的认识。例如，供电系统方面的人员对供电系统的情况和各项参数比较熟悉，车辆工作人员对车辆上的各种情况和参数了如指掌，而地铁的运营管理人员对如何提供实验条件来模拟实际的情况有丰富的知识。只有把各方面人员的知识、经验集中起来，通过相互沟通协调，才可使得一个复杂的问题在各方人士的共同努力下，顺利地得到解决。技术上的理论问题明确了，产品的制造问题解决了，设备安装方案确定了，产品的运营调试解决了。日方技术人员认为中国在短期内不可能制造的专用设备，在短短的二至三年中从设计—制定—调试—安装—成功地投入试运行。 同样成功的事例还有安装在PC梁两侧的“刚性接触网系统”。刚性接触网的技术特点是在全线贯通的PC梁两侧按特定的要求安装一种形状特殊的绝缘子，在绝缘子上安装全线贯通的形状特殊的铝排，再在铝排上安装一条全线贯通的接触导线。要在全线约二十公里的PC梁上安装该套接触网系统需要解决诸多的技术问题。如各种导电材质的选择、形状及断面的确定；在保证电气性能的条件下，保证尽可能好的机械性能，易于安装便于维护的结构；几十公里长的刚性材料，解决热胀冷缩引起的应变和变形也是一个棘手的难题，因为如果刚性接触网的变形一旦超出允许的范围对运营的影响将是致命的。另外一个困难的问题是在PC梁上大量预埋件位置的确定。全线有几千片PC梁，每片PC梁的构造及长度不是完全一样的。如何在每一片PC梁上都将预埋件安放在恰当的位置，是一项非常烦琐和细微的工作，参加此项工作的有关人员在认真做好工作的同时，高度重视与各相关专业的配合，充分地沟通、反复地核实，积累了丰富的协调配合经验；一丝不苟地在全线每片PC梁上设计预埋件的位置，编制了在各种情况下的安装方案与检测方法，顺利地按技术条件要求架设了我国第一条PC梁上安装的刚性接触网系统。关节型可移动道岔的国产化。 道岔是保证车辆正常运营的关键设备。高架跨座式单轨交通的车辆是用充气的橡胶轮胎在PC梁上行走。因此高架跨座式单轨交通的道岔是依靠移动处于道岔位置的PC梁，改变该PC梁的位置，从而引导车辆改变行进的方向。因此关节型可移动道岔需要一套功率强大、机械传动精密，在十几秒时间内将一片十几吨重的，上面安装有刚性接触网及其它附属设备的钢箱梁，正确的、安全地进行定位轮换，不能有任何失误。因为一旦发生失误，即可能导致重大的行车安全事故。道岔的控制在正常情况下是根据车辆的运行要求自动进行的，所以与信号系统密切相关。在高架跨座式单轨交通中关节型可移动道岔与线路、供电、信号、通讯等专业均有密切的联系，所以不仅仅是一个解决大功率传动的技术问题，而是一个与多个专业有接口的复杂的机电产品。与前述两项产品的国产化途径相同，本设备虽然技术复杂，可靠性要求高，涉及专业多，但参加本项工程建设的我方技术人员群策群力，克服了重重困难，不断地优化、完善设计，细致认真地处理好各种接口，经过多次试验不断改进工艺，终于制造出一批完全符合技术要求的可移动道岔，顺利地安装在工程中，为重庆高架跨座式单轨交通顺利开通贡献了一份力量。整合成熟技术 轨道交通所涉及到的专用机电产品，整体看比较复杂，但经过分析可以分解为几种成熟技术的组合。将我们掌握的几种技术组织在一起，只要组织得当，成功是不困难的，这增强了我们实现这些专用产品国产化的信心。 其中，明确需要国产化机电产品的技术特性，了解该产品与轨道交通其它专业之间的接口界面，制定切实可行的技术标准，是顺利完成某项专用机电产品国产化的重要基础。由于轨道交通是一项系统工程，大大小小有几十个专业共同为轨道交通的正常运行服务，在确定某项专业设备的技术要求时，不仅要充分考虑本专业的技术特性和技术标准，同时要充分了解与相关专业的接口，包括物理上的接口和性能上的接口。如果充分考虑了上述的因素，开发的专用机电设备一定能满足实际运营的需要。 其次，以有类似经验的企业为主，组织相关专业的人员协助研发，是一条快捷、有效实现国产化的途径。从上述过程我们可以看到，轨道交通中的大部分专用技术均是以一项技术为主，并根据轨道交通运行的特殊性，作相应的变更而形成专用设备。例如上述提到的地面式再生制动电阻吸收装置，虽然设置在地面，但与设置于车辆上的再生制动吸收装置大同小异。所以找车辆制造企业来研制开发此产品，同时请供电系统的专业人员加以辅助配合，将是一种事半功倍的选择。重庆轻轨正是选择了这样的一种组合，顺利地开发出新产品，实现了国产化。又如架设PC梁两侧的刚性接触网与架设于轨道内的刚性接触网有很多类似之处。重庆工程也是选择了有开发研制电气化铁路隧道内刚性接触网的企业来承担此项工作。他们在PC梁等相关专业技术人员的配合下，顺利地完成了PC梁上架设刚性接触网的任务，完满地实现了国产化。综上所述，选择有类似经验的合作伙伴是顺利实现国产化的一条重要途径。 此外，还应慎重、积极地采用计算机技术，提高我国开发专用机电设备的水平。国外轨道交通技术在上个世纪八、九十年代已基本成熟，所以其机电产品中有关控制部分常以机电型和和电子型的产品为主。近年来计算机技术在我国迅猛发展，计算机技术应用机电产品的控制中将大大提高其原有的水平。因此，在研制开发轨道交通的专用产品时，也应该在充分消化国外同类产品的技术要求和技术条件的基础上，慎重、积极地采用成熟的计算机技术，使我国开发研制的新型机电产品技术性能有一个新的提高，为我国的轨道交通事业发展做出新贡献。