两根“辫子”百年历史 凯博易控集电架助力无轨电车重焕生机

你生活的城市有无轨电车吗?如果有,你是否留意过车顶上那两根长长的“辫子”呢?1914年,上海开通了全国第一条无轨电车线路(14路),由此拉开了无轨电车在国内的发展大幕。一辆辆无轨电车顶着“辫子”在电缆下默默穿行,不但成为城市街头一道独特的风景,也给很多市民留下了美好的回忆。不过到了20世纪90年代,由于架空线网造成的所谓“视觉污染”,无轨电车的发展遭遇了瓶颈,一些城市甚至开始拆除历史悠久的无轨线网。而恰好在无轨电车发展迎来百年华诞的2014年,多个城市开始增加无轨电车的投入和建设,为何无轨电车迎来了发展的第二春?

众所周知,以电力驱动的公交车无需燃烧化石燃料,没有了内燃机的轰鸣,也没有了尾气排放,乘车感受和城市环境均大幅改善。可能有朋友会说,现在纯电动公交车技术发展已经很成熟,为什么要选择还需要架设线网的无轨电车呢?这里就需要算一笔总账,我们知道纯电动公交车为了保证较长的续航水平,需要搭载大电量电池,这就导致车辆成本较高。同时电池越多重量越大,夸张点说公交车是一直在载着电池运行,造成能量的无效消耗。如果测算现代无轨电车与纯电动公交车的碳足迹量(二氧化碳/公里/人/车),无轨电车的能源效率要远高于纯电动公交车。所以从全生命周期来看无轨电车是更符合经济适用性清洁能源的公共交通工具,这也是无轨电车重新受到关注的原因。目前,国内有北京、上海、武汉、济南、广州等12座城市在使用无轨电车,自2015年之后全国几乎所有无轨电车的“辫子”都出自一家公司——凯博易控,它为何这么厉害?下面我们从技术层面窥探一番。

前文提到的“辫子”学名叫集电架,是电车与线网连接的关键部件。双源无轨电车发展至今,存在两代动力系统解决方案,第一代是非隔离双源无轨动力系统,线网的电通过集电架直接通向车内各零部件。该技术路线使得车内每个通电部件均需要做绝缘,造成车辆设计复杂、漏电点多。同时线网电与电池电不能快速切换,且驱动电机只能风冷。2015年,凯博易控推出了全新一代隔离双源无轨动力系统,最大的变化是增加了隔离DC/DC变换器,使得电车与线网实现电气隔离,车辆不需要复杂的绝缘设计,可使用与纯电动底盘统一的结构,降低车辆设计制造成本,电机可使用液冷,安全性也提升了一个等级。

凯博易控DC/DC变换器最大输出功率可达150kW,不仅具备稳定、高效的电源电压转换功能,且具有优异的绝缘性,可大幅提升整车运行安全。相比传统电源,DC/DC变换器采用高频工作方式,可以使用较小的电感、电容等元件,从而减小电源的体积和重量。该系统具有更高的转换效率,能够显著减少能量损耗和发热。同时,能够接受‌更宽泛的输入直流电压范围,以适应不同的线网环境,确保输出稳定的直流电压,不受输入电压波动和负载变化的影响,保障车辆正常运行。

坐过老式无轨电车的朋友肯定有印象,过去的无轨电车车尾还会挂着两根很粗的绳子,每根绳子一头拴在“辫子”上,一头固定在车尾,驾驶员会通过拉拽绳子控制集电杆搭线或者收起。而现在的集电杆不需要驾驶员下车,一个按钮便能轻松控制集电杆升起和落下,依靠的是四连杆机构、双旋拉簧、气压缸、电控机构等部件来实现。集电架通过气压缸充气和放气可实现高度的多级调节,这种设计简化结构的同时提高了操作灵活性。集电杆还有脱线保护和紧急功能,当集电杆脱线或者发生意外情况时,可以快速下降回中确保安全,而自动复位、弹性支撑以及夹紧机制则彰显了集电架的智能化。集电杆的俯仰运动由根部的双旋弹簧支撑,始终施加向上的力让碳刷紧挨电缆。双旋拉簧一根断裂还有一根可以继续工作,相较于传统的单旋拉簧上了“双保险”。集电头两侧夹板采用楔形槽设计,碳刷设置在楔形槽内牢固夹紧,确保集电头在前进或转弯时不会轻易脱开架空线,从而保障电车的连续供电能力。

全新一代集电架产品技术虽然源于欧洲,但是凯博易控并不是简单的“拿来主义”,而是做到了“在中国为中国”,根据国内用户的需求不断改进产品。凯博易控专门为国内开发了自动捕捉功能,电车升杆时不再需要驾驶员小心翼翼精准停车,只要停在一定范围内,集电杆根据视觉信号可自动调整角度接入线网上的捕捉器,智能便捷,大幅提高运行效率。值得一提的是,全新一代集电架的集电杆采用一整根锥形空心铝合金杆作为导电体,外涂绝缘层,淘汰了传统钢制集电杆内穿铜导线的设计形式,从而有效减轻了整体重量和惯量,提升了导电效率。此外,集电头支座套于集电杆顶端,通过底部的方孔和限位板上的螺栓固定。这种设计省去了传统的绝缘件,直接导电,进一步提升导电效率。而安装在集电杆上的关键部件摆动块,通过导线与限位板相连,做到稳定地将电流导入集电杆,而摆动块在水平面内的旋转角度被限制在正负60°左右,以保证与架空线的稳定接触。

简单了解,受益匪浅,看似不起眼的无轨电车“辫子”却蕴藏着无限深奥的创新科技。令人欣慰的是,面对日益严重的环境问题和能源危机,无轨电车的环保价值越来越受到认可。除了国内,海外也有不少国家和城市开始拥抱无轨电车,这也给国内客车企业带来了新的增长点。依靠凯博易控全新一代集电架强大的适应性,国产双源无轨电车加速走向海外,展示中国制造的魅力。

百年岁月滑过,城市公共交通车辆虽经历了多轮更新迭代,但那两条“高傲”的集电杆始终存在,它不仅是历史的记忆,更是无轨电车技术革新与进步的标志。我们有理由相信,在未来更多的城市中,头顶凯博易控集电架的双源无轨电车定会方兴未艾,成为一道令人熟悉而又充满希望的城市风景线。