许文超 李 芾 黄运华

（1.宁波市轨道交通集团有限公司运营分公司车辆部，315105，宁波；2.西南交通大学机械工程学院，610031，成都∥第一作者，硕士）

城市轻轨具有运量大、污染小、能耗少、准点运行、安全性高等优点。与地铁相比，城市轻轨投资成本低，每公里造价仅为地铁的1／4～1／2。作为改善城市交通现状的有效载体，城市轻轨可有效缓解人口与交通资源、汽车与交通设施之间的紧张关系，方便乘客出行，使居民享受到更高品质的生活。同时，它也符合绿色交通的标准。故从20世纪80年代以来，国外轻轨车辆技术得到了迅速发展。

1 轻轨车辆走行部

走行部是轻轨车辆重要的组成部分，起着支承车体，传递载荷及制动力、牵引力等重要作用。随着轻轨车辆技术的不断进步，世界各轨道车辆制造商陆续生产了多种轻轨车走行部，以适应不同的运行需要。这些走行部型式繁多，技术特点各不相同。

1.1 小轮径转向架

低地板轻轨车是指地板面距离轨面高度在400 mm以内的轻轨车。在独立旋转车轮出现以前，降低车体地板面高度使用的方法是采用部分低地板或小轮径车轮转向架。

Bombardier（庞巴迪）公司生产了S 1000型小轮径转向架，如图1。它采用的轮对为传统轮对。地铁车标准新轮轮径为840 mm，而该转向架最大轮径只有560 mm，因此车体地板面高度得以降低，车内座间通道下转向架高度只有310 mm。S 1000型转向架轴距为1 850 mm，自重4.7 t，最大轴重为10 t，最高运行速度为70 km／h。它采用弹性车轮以减小噪声和振动，一系悬挂为橡胶堆，二系悬挂为钢弹簧和垂向减振器，制动方式为轮盘制动，牵引电机纵向布置在两侧。S 1000型转向架用于Bombardier公司的Cityrunner型100%低地板轻轨车［1］，2001年以来，超过150台该型转向架已经投入了运营。

1.2 独立轮对二轴转向架

独立轮对技术于20世纪初出现，经过一个多世纪的发展，该技术已经普遍用于低地板轻轨车上。独立轮对对左右车轮解耦，使它们绕各自的中心轴旋转，故可以去掉公共车轴而采用下凹曲柄轴或者两根短车轴的型式，从而降低车体地板面高度。

城市轻轨车独立轮对二轴转向架一般采用内侧轴箱悬挂的型式。内侧轴箱悬挂是指将轴箱悬挂装置设在车轮内侧，转向架构架在车轮内侧与一系悬挂相连［2］。图2为内侧轴箱悬挂和传统的外侧轴箱悬挂示意图。

内侧悬挂可缩短车轴长度近500 mm，减小了簧下质量，有利于减小轮轨动作用力。此外，内侧悬挂还缩短了构架横梁长度，减小了构架质量及惯性矩，有利于实现轻量化，改善列车运行品质。

图3所示为Siemens（西门子）公司生产的SF30C TWF型转向架。该转向架用于其Combino型100%低地板轻轨车［3］。转向架采用内侧轴箱悬挂技术，自重4.3～4.5 t，最大轴重10 t，轴距1 800 mm，轮径600 mm，最高运行速度为70 km／h。一系悬挂为锥形橡胶堆，二系悬挂为4个高圆弹簧及2个垂向液压减振器，装于构架侧梁之上。牵引电机布置在构架两侧梁之下。电机、弹性联轴节和齿轮箱共同组成了纵向驱动单元，左右各一套，分别驱动前后两个车轮。转向架采用盘形制动，制动盘安装在电机输出轴上。

图3 SF30C TWF型转向架

其他轨道车辆公司的轻轨车独立轮对二轴转向架基本上也采用了内侧轴箱悬挂的方式，如Alstom（阿尔斯通）公司Citadis系列100%低地板轻轨车的Arpège型和Solfège型转向架，Bombardier公司Incentro型100%低地板轻轨车的S－1100型转向架，AnsoldoBreda公司Sirio型的转向架等。

1.3 单轮对转向架

相较于常规二轴转向架，单轮对转向架只有一个轮对，属于车轮与车轴装于一体的传统轮对单轴转向架。单轴转向架代替二轴转向架，可以减少轮对数量，减轻车组质量，节约牵引功率，降低噪声。同时，单轴转向架结构简单，便于维护，比二轴转向架更容易进行径向调节，改善曲线通过性能，降低轮轨作用力和磨耗。

图4所示的运行于丹麦哥本哈根市的第四代S－tog车组，行驶在市中心到郊区之间，最高运行速度为90～100 km／h。

图4 哥本哈根市的S－tog车组

S－tog车组采用了 KERF（Kurvengesteuertes Einzel－Radsatz－Fahrwerk）型单轮对转向架。该转向架最初由德国著名的F.Frederich教授和LHB公司联合设计，之后又得到了不断完善。图5所示为改进型KERF转向架。KERF转向架装于车体端部，车体另一端由相邻车体来支撑，故每节车下只有一个转向架，但位于列车端部的车辆下部装有两个转向架。由于轮对数量减少，所以轴重有所增加，为13～19 t。KERF型转向架采用“口”字形构架，中间放入单个轮对，采用橡胶堆作为一系悬挂，空气弹簧、液压减振器和牵引拉杆构成二系悬挂。低位的单牵引拉杆不仅起到传递纵向力的作用，还可以在不影响构架摇头运动的前提下限制构架的点头运动。左右两侧的径向油缸用来进行径向调整。制动方式为轮盘制动。KERF型转向架可用于部分低地板轻轨车，但目前主要用于市郊轻轨列车。

图5 KERF型单轮对转向架

1.4 独立轮对单轴转向架

独立轮对单轴转向架具备单轴转向架的所有优点，是低地板轻轨车辆研究中的重要课题。

图6所示为德国DUEWAG公司和BSI公司联合设计的 EEF（Einzelrad－Einzel－Fahrwerk［4］）型单轴转向架。该转向架采用独立旋转车轮，内侧轴箱悬挂，一系悬挂为橡胶堆，二系悬挂有垂向、横向液压减振器和垂向钢弹簧等。转向架采用轮盘制动，车轮可绕竖直方向旋转±15°，实现自调节导向。EEF型转向架应用于德国许多城市的低地板轻轨车上。

图6 EEF型单轴转向架

Siemens公司生产的ULF型100%低地板轻轨车是世界上地板面最低的轻轨车，其地板面在车门处的高度不超过200 mm，如图7所示。它采用了“门式”单轴迫导向径向独立轮对转向架，如图8所示。ULF型转向架采用铰接的型式安装在两车体之间。牵引装置和盘形制动装置垂直布置在转向架两侧，磁轨制动装置也布置于转向架两侧。一系悬挂为橡胶弹簧，位于轴箱上方。二系悬挂为钢弹簧并联减振器，位于“门式”构架上，连接构架和车体中部。转向架上的迫导向装置用于在车体间存在相对转角时进行径向调节。

1.5 独轨交通走行部

由架空的单根带形梁体作为轨道，车辆跨坐于其上或悬挂于其下的交通方式称为独轨交通［5］。独轨交通高峰单向每小时客流量可达1万～3万人次／h，故可将其归类为城市轻轨交通。独轨车辆的走行部一般采用橡胶轮胎转向架，通过电力驱动，最高运行速度可达80 km／h。

图7 ULF型100%低地板轻轨车

图8 ULF型单轴转向架

独轨车辆根据走行部型式可分为跨坐式和悬挂式两类。

跨坐式独轨车辆一般“骑坐”在预制混凝土轨道梁上，轨道梁跨度为20～22 m。如重庆轨道交通3号线上所开行的列车（见图9），其走行部为跨坐式二轴转向架，如图10所示。该转向架由转向架构架、牵引装置、基础制动装置、减振装置和橡胶轮胎等组成。其中橡胶轮胎包括走行轮、导向轮和稳定轮。构架上有悬臂固定的两根车轴，每根车轴装有两个充有氮气的走行轮，走行轮主要负责承重以及粘着产生牵引力和制动力。车轴由纵向牵引电机驱动。构架中部每侧各有两个导向轮，底部每侧各有一个稳定轮，导向轮和稳定轮内充入空气，主要负责导向和缓和横向振动。构架上部装有两个空气弹簧并装有横向减振器（图中未装配）。制动方式为盘形制动［6］。

图9 重庆轨道交通3号线独轨列车

图10 跨坐式独轨车辆转向架

悬挂式独轨车辆悬挂于单根轨道梁下运行，分为非对称式和对称式。非对称式独轨车有吊钩，吊钩上有钢制车轮，车轮在铺设于轨道梁上的单根钢轨上运行。对称式独轨车则用装有左右两排橡胶轮胎的转向架在轨道梁上运行。

图11所示为行驶在日本千叶县的Urban Flyer 0－type型悬挂式独轨列车。它由两节车体编组而成，每节车厢悬挂于两台转向架之下，转向架运行于轨道梁之上（见图12）。转向架结构如图13所示。与跨坐式相似，悬挂式转向架也由转向架构架、牵引装置、橡胶轮胎以及制动装置等组成。两根车轴上共装有4个橡胶走行轮胎，由纵向牵引电机驱动。采用盘形制动，制动盘安装在电机转轴上。构架4个角落上装有4个导向轮。走行轮、导向轮的作用与跨坐式转向架相同。

图11 日本千叶县悬挂式独轨列车

图12 日本千叶悬挂式独轨车编组示意图

图13 悬挂式独轨车转向架

悬挂式独轨车和跨坐式独轨车各有优势。悬挂式车的导电轨、走行部隐藏于钢梁内部，不易受外部气候影响，但不方便检查维护，跨坐式车则正好相反；悬挂式交通轨道梁较高，跨坐式交通轨道梁高度只需满足下方车辆界限即可；悬挂式车通过的最小曲线半径可以很小，而跨坐式车最小曲线半径有一定限制。

1.6 自动导向交通系统走行部

自动导向交通（Automated Guideway Transit，简为AGT）系统采用橡胶轮胎车辆，其车轮沿着特制的导向装置运行在专用轨道上，可以实现无人驾驶，最高运行速度在60 km／h左右。

AGT车辆的走行部有3种导向方式［7］，如图14所示。其中，a）为中央导向方式，由一对导向车轮夹着轨道中央的1根导向轨前进；b）为侧导向方式，导向轨设在路面两侧，通过走行轮外侧的导向轮贴靠导向轨前进；c）为中央沟导向方式，利用左右路面的内侧沟作为导向轨导向。

AGT车辆在日本的应用较多，大多采用侧导向的方式。例如，运行在日本横滨市金沢区海边线上的横滨新都市交通2000型电车8（见图15），其单节车体有前后两组橡胶轮胎走行轮，每组走行轮两侧布置4个导向轮，构成一个转向臂，负责承受横向力以及导向，最高运行速度为60 km／h。

图14 AGT车辆导向方式

图15 横滨新都市交通2000型电车

2 对我国轻轨交通建设的思考

近年来我国掀起了一股低地板轻轨车热，尤其是100%低地板轻轨车受到了各大城市的追捧。2012年6月，Siemens公司将Combino Plus型100%低地板轻轨车技术转让给了株洲电力机车有限公司，之后株洲电力机车有限公司为广州市生产100%低地板储能式轻轨车；2012年10月19日，由长春轨道客车股份有限公司研制的中国首列100%低地板轻轨车在长春轻轨线上正式开始试运营；2012年11月，苏州市对其首条市内轨道交通线进行招标，也采用100%多模块低地板轻轨车。100%低地板轻轨车技术先进、绿色环保，是轻轨车技术的发展方向，作为国家“十一五”科技支撑项目在我国有着良好的发展前景。就目前情况来看，100%低地板技术在我国发展有一定难度，我国不能照搬欧洲城市的经验。具体有以下几点原因：

（1）欧洲城市的低地板轻轨车行驶在既有有轨电车线路上，轨道直接在现有道路上铺设，到站时车辆在地面停靠。我国人口众多，市民流动随意性大，道路交通拥挤，在无法保证道路畅通的情况下，若将轻轨线铺设在既有道路上，势必难以管理。

（2）我国城市新建轻轨一般会修建专用线路，通过设置封闭站台来管理乘客上下车，同时也方便票务管理。既然设置了站台，则可通过合适的站台高度来适应车体地板面，100%低地板就失去了意义。

（3）虽然我国各大车辆厂纷纷与国外厂商签订了100%低地板技术转让协议，但独立轮对动力转向架等关键部件还是无法独自生产，购买价格相当高。如广州投资新建的轻轨列车工程融超级电容和100%低地板技术于一体，项目投资估算总额为89.26亿元，由于其耗资巨大而运力又与公交车差不多，引起了广州市民的关注。

因此，从效益出发，我国若要发展路面有轨电车，可先考虑发展70%低地板轻轨车，在列车两端采用传统轮对动力转向架降低列车制造成本，同时像公共汽车那样在车内地板面高度变化处设置台阶，乘客也不至于不适应；然后，在70%低地板轻轨车的运营中积累经验，待国产化研究成熟时发展100%低地板轻轨车。若要修建专用线路，则可以采用高地板轻轨车，设置高站台，既方便人员和票务管理，又经济实惠［9］。

独轨交通是另一种值得我国尝试的轻轨交通。随着高密度的城市开发，我国城市布局越来越紧凑，城市交通构成越来越复杂，而独轨交通则能够适应这一城市化特点。独轨线路施工简单、费用低、工期短，最大的特点是它只占用地面支座的面积就可在城市上空建成一条空中轨道，对地面建筑影响不大，与地面交通互不干扰，可以准点运行。独轨车辆采用橡胶轮胎，爬坡能力和曲线通过能力强，噪声低，乘坐舒适。独轨交通还可建在机场与市区之间以及山地旅游景区内。我国可借鉴日本的经验，在100万人口以下、中等运量需求的大中城市建设独轨交通系统。

AGT属于中等运量的城市轻轨交通系统，在我国属于新型的交通系统。它具有橡胶轮胎走行部的优点，如安全舒适、噪声低、曲线通过半径小等，比较适合用于中短途交通干线、机场专用线、大型娱乐场所和城市商业区等；同时，其车辆结构简单、生产成本较低，比较容易实现国产化。日本几十年发展AGT交通的实践证明，若要将AGT系统列入我国轻轨交通建设的规划之中，就必须制定AGT系统设计规范，将其标准化；同时地方政府要保证充足的资金投入，调动经营者的积极性，以促进AGT交通的发展。

［1］Harry Hondius.LRV orders progress，but trams stall［J］.Railway Gazette International，2003，159（1）：57.

［2］刘寅华，李芾，傅茂海，等.内侧悬挂式转向架的发展及应用［J］.国外铁道车辆，2005，42（6）：24.

［3］Osterhus W，Kortemeyer A.The COMBINO low－floor light rail vehicle：a new train of thought［J］.Rail Engineering International，1996，25（11）：10.

［4］Schiefelbusch M.Developments in Kassel.Pt.2：Kassel＇s newest tram：the first to use EEF［Einzelrad－Einzel－Fahrwerk：self－steering single wheel］running－gear［J］.Modern Tramway and Light Rail Transit，1991，54（12）：399.

［5］张建全，黄运华，李芾，等.独轨交通的发展及其在城市轨道交通中的应用［J］.铁道机车车辆，2009，29（1）：25.

［6］宫文平.跨座式单轨车辆特点及国内外应用情况［J］.国外铁道车辆，2013，50（1）：5.

［7］俞展猷.自动导向新交通系统——AGT［J］.电力机车与城轨车辆，2005，28（3）：48.

［8］佚名.横滨新都市交通株式会社2000型電機品［J］.東洋電機技報，2011，123：34.

［9］陈穗九.低地板有轨电车的选择［J］.城市轨道交通研究，2013，16（1）：12.