無軌電車
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此條目介紹的是主要由架空接觸網供電並在道路上行駛的無軌電車。關於僅憑車載電池等電源供電並在道路上行駛的電動客車，請見「電動公共汽車」。關於由架空接觸網供電並在軌道上行駛的軌道交通輕型小編組車輛，請見「有軌電車」。.jpg)
無軌電車（trolleybus）是一種通常由架空接觸網供電、電動機驅動，不依賴固定軌道行駛的道路公共交通工具[參1][參2][參3][參4]。而在有些國家或地區（如日本[參5][參6]），無軌電車則屬於軌道交通的範疇。正因無軌電車兼具道路汽車和軌道交通二者的優缺點，使得其成為當代備受爭議的一種交通工具。
無軌電車的車身和底盤一般與普通巴士相同，但車頂需要安裝一對受電桿，用於從接觸網的一對觸線受電並形成電流通路。一般地，無軌電車的受電杆脫線則會失去動力；而裝備有動力蓄電池、超級電容器或柴油發電機的雙動源無軌電車，則可在沒有架空接觸網的路段實現離線行駛。[參4]
名稱
[編輯]- 在中國，無軌電車引入初期，曾根據英語trolleybus的發音被音譯作「拖鈴巴士」，音譯詞不再使用後與有軌電車被統稱為電車。1980年代後，無軌電車與公共汽車合稱為「公共電汽車」或「公共汽電車」。[註1]現代又多由於受電杆形似大辮子而被戲稱為「辮子車」。
歷史
[編輯]1882年4月29日至6月13日，德國發明家維爾納·馮·西門子在柏林市郊公開展示了他發明的世界首輛無軌電車。其後，有關無軌電車的實驗研究在歐洲和美國都有進行。1901年7月10日，世界首個載客的無軌電車系統在德國開通運營。雖然該系統僅運營到1904年，但其使用的由兩條架空平行接觸線和一對靠彈簧支撐的受電杆組成的裝置，奠定了現代無軌電車電流授受系統的基礎。
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1882年德國柏林的世界首輛無軌電車 -
1901年德國的無軌電車 -
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中國工業博物館沈鳳牌無軌電車
中國在二十世紀初引入無軌電車，1914年11月，由英商上海電車公司開闢了由鄭家木橋至老閘橋的14路無軌電車，成為大中華區最早的無軌電車線路[參7]。二十世紀三十年代，無軌電車在世界範圍上得到了廣泛應用，英國製造了雙層無軌電車。四十年代，意大利生產了鉸接式無軌電車。五十年代中期，世界上約有500個城市擁有無軌電車。六十年代，隨著汽車的普及和燃油公共汽車進入競爭的發展，無軌電車與有軌電車在西歐部分國家及北美洲國家逐漸減少。七十年代初，由於能源短缺和汽車公害造成的嚴重社會問題，無軌電車重新受到部分國家和地區的重視。[參8]
在經歷了發展的高潮和曲折之後，時至今日，世界上有40多個國家使用無軌電車，300多個系統仍在運營。其中，擁有無軌電車最多的三個城市分別為俄羅斯的莫斯科、聖彼得堡和白俄羅斯的明斯克，這三個城市均為前蘇聯國家的城市。西歐則以瑞士擁有無軌電車的城市最多。中國仍有10個城市擁有無軌電車，此外還有部分煤礦（如泰安肥城楊莊礦區、太原杜兒坪礦區）使用無軌電車擔當職工通勤。[參9]
系統構成
[編輯]車輛
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無軌電車車頂配置有一對受電杆。受電杆內部中空，包有受電電纜。受電杆頂端為受電頭，其上可旋轉的觸靴中嵌有石墨製成的導電炭滑塊。
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受電頭觸靴內的炭滑塊（左一為全新，中右為使用磨損的） -
受電頭側視圖 -
嵌有炭滑塊的受電頭 -
受電杆與觸線連接的示意模型
車輛運行時，受電杆在其基座彈簧的作用力下向上翹起，炭滑塊直接與架空接觸網的一對觸線滑動接觸受電並形成電流通路。車輛行駛軌跡前有障礙物時，受電杆可繞基座左右轉動（偏線），在一定範圍內不脫線繞避障礙物；但在遇到超出範圍外的障礙物時，必須降下受電杆脫線繞避。
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自動升降受電杆座 -
帶有照明及監控探頭的受電杆根部 -
受電杆 -
無軌電車偏線超車 -
置於觸線上方的受電杆捕捉器 -
受電杆通過捕捉器自動搭接至接觸網（停站時） -
受電杆手動搭接至接觸網（意外脫線）
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車輛臨時停駛時，受電杆座彈簧可由氣動或液壓泵壓縮，或直接人工牽動拉索將受電杆從接觸網降下後鎖止在鈎杆內。車輛在場內停駛時，為保護彈簧彈性，一般不將受電杆鎖止在鈎杆內，而是任其翹起，稱為「甩空」。為防止車輛內部積蓄靜電，無軌電車車底一般安裝有接地鐵鏈或金屬橡膠條，車門開啟前可與大地直接相連，將積蓄的靜電釋放，保證人員安全。
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受電杆被鎖止在杆鈎內 -
停駛時的受電杆須「甩空」（紅色車） -
受電杆拉繩的卷繩器 -
車底接地放電用金屬橡膠條
架空接觸網
[編輯]無軌電車運行的動力主要來自行車軌跡上方設置的架空接觸網。城市電網提供的高壓交流電通過降壓整流變電站變為600至750 V的直流電，通過饋線饋給觸線，觸線則直接給車輛授電。雙動源無軌電車連接接觸網時還可為車載動力電池充電。行車方向左側觸線為正極，右側為負極。觸線材質一般為銅銀合金或純銅，通過夾板夾持上半部懸吊，下半部與受電杆炭滑塊滑動相接。
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接觸網觸線截面圖 -
接觸網夾板與觸線的連接 -
受電杆與接觸網相連的運行狀態
複雜的接觸網通常設置樞紐件以布置多組觸線。樞紐件分為分線器、併線器和交叉器，可實現多路無軌電車行駛軌跡的分離、合併和交叉。當系統存在多個供電區間時，一般通過分段絕緣器和均壓線進行接觸網電壓的隔離和平衡。
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接觸網分線器（一分二） -
分線器活動芯特寫 -
接觸網併線器（二並一）
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接觸網交叉器（雙線與雙線） -
接觸網交叉器特寫 -
接觸網交叉器（雙線與單線） -
接觸網交叉器（雙線二次交叉）
架空接觸網的懸吊（又稱懸掛）類型大致分為硬性懸吊和彈性懸吊兩種，前者結構簡單便於架設，後者能適應較快的車速。兩種懸吊掛方式需結合路況和周邊環境及預算進行選擇。路中或路側預埋的電杆或近街建築物上，可設置單臂梁或橫繃線架設觸線。
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簡單硬性懸吊（橫繃線） -
雙層硬性懸吊（橫繃線） -
橫拉力調節硬性懸吊（單臂梁） -
簡單擺式懸吊（單臂梁） -
鏈式懸吊（單臂梁） -
與路燈合一的接觸網的懸吊電杆
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無軌電車通過分線器（主線行駛） -
無軌電車利用兩根有軌電車單觸線行駛 -
相連上下行的正負極觸線均壓線 -
上下行的負極觸線耦合相連
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優點
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無軌電車素有「綠色公交」之稱。其對公共汽車的主要優點為節能環保、舒適衛生；對軌道交通的主要優點為廉價、靈活。
節能環保
[編輯]無軌電車直接使用來源廣泛的二次能源電能。與使用燃料的公共汽車相比，可減少對煤、石油、天然氣等化石能源的依賴。與電動客車相比，無需經過將電池的化學能轉化為電能的過程，效率進一步提高[參10]；無需大量使用動力蓄電池等儲能設備，不會或較少造成生產時和報廢後的二次污染。
由於發電廠在能量轉化效率、廢氣控制等方面要優於生產汽車燃料的石化冶煉，且車輛的電動機效率要高於內燃機，因而無軌電車即便使用火力發電廠生產的電能也仍然更加環保。無軌電車運行時不排放尾氣，不會升高隧道、室內等空氣流通不暢環境的空氣污染物濃度，能夠保持所在環境的空氣質量。
無軌電車正常運營時車輛由接觸網連成系統，在車輛制動時，可以使用再生制動將把動能轉化為電能回饋接觸網，從而進一步地提高了能源的利用率。[參10]
舒適便捷
[編輯]無軌電車的牽引電動機在運行時產生的噪聲比汽車的內燃機低，橡膠輪胎同樣比金屬輪軌摩擦產生的噪音小很多，從而增加了其乘坐的舒適度。
牽引電動機不使用燃料、機油和冷卻水，保養維護工作操作簡單、乾淨衛生。在寒冷地區，無軌電車亦無需進行預熱啟動、水箱注放水等額外工作，省卻了駕駛員繁重的的額外勞動。
廉價靈活
[編輯]無軌電車的牽引電動機使用壽命遠比汽車的內燃發動機長，從而延長了全車的使用壽命，降低了車輛更新購置的投入成本。與軌道交通相比，無軌電車無需進行軌道鋪設、車站建設及對道路路面進行改造，不需要建設信號系統，因而前期投入較低。與電動汽車相比，可大量減少價格高昂的動力蓄電池或燃料電池的用量，亦因此減輕了自重；整流變電站相比電池充換電站，設備簡單，耗資較少，占用土地面積小。實際使用時，車輛可通過接觸網實時充電，行駛距離不受電池電量或燃料裝載量的限制，省卻了公交車輛因充換電或補加燃料的空駛路程；不受軌道限制，在遇到交通擁堵或突發事故時，可在一定程度上進行靈活調度，雙動源無軌電車甚至可以達到汽車的靈活程度。
由於無軌電車的電動機負載增加時，可通過降低轉速而增大扭矩，因此很適合於車輛的啟動、攀斜和過載等實際需要，相較於公共汽車的內燃機具有較高的動力性能。無軌電車採用橡膠輪胎，比使用金屬輪軌的軌道交通車輛有更大的摩擦力，可適應在坡度較大的道路上行駛，例如美國的西雅圖及三藩市。另外由於牽引電動機無需像內燃發動機一樣進行空氣補給，運行可不受高原、隧道等缺氧環境的限制。
缺點
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- 與公共汽車相較
缺少輔助動力源的普通無軌電車只能跟依照預定的路線行駛，靈活性較差。在沒有專用車道的情況下，發生接觸網事故時，可能會因為車輛停駛造成交通擁堵。
在規劃投資及城市景觀上，無軌電車需要整流變電站和接觸網，前期投資成本較高，且需占用城市空間、影響街道淨空，車輛運行線路調整複雜。
- 與軌道交通相較
無軌電車一般沒有獨立路權，其正常行駛容易受到共用道路的其他車輛和行人的影響，駕駛要求高，運輸效率較低，載客量較小。
現代發展
[編輯]相比有軌電車，無軌電車在北美及歐洲有部分發展。供電方面，整流站已廣泛採用電子計算機自動監控[參8]並逐步實現小型化；車輛動力方面，交流驅動技術逐漸取代了直流驅動技術[參11]；接觸網方面，能夠適應車輛高速行駛的高速接觸網樞紐件也逐步替代了老式電磁式分、併線器。[參8]
在中國大陸，1980年代之後有部分城市開始逐漸以柴油為燃料的公共汽車取代無軌電車，西安、蘭州等城市以無軌電車靈活性低、運營成本高為理由將其捨棄。上海於2006年起試驗一種在停車站短時充電即可脫線行駛「電容蓄能式」的「電動客車」取代部分無軌電車。[參12]而後上海依舊與北京、廣州、武漢、青島、濟南、杭州等城市一樣基於環保、節能等理由決定保留或更新發展現有的無軌電車系統。由於國家政策層面更多的是給予電動客車經濟補貼，而不針對無軌電車[參13]，導致雙動源無軌電車經過部分技術改造後被冠以「在線充電式純電動客車」[註2]的新名稱出現。
中歐多國於2010年聯合簽署「無軌電車項目（TROLLEY project）」，旨在實現可持續的無軌電車系統實施戰略、開發促進無軌電車作為環保交通模式的創新方式、「重塑」和更新無軌電車在中歐的形象。[參14]
2011年，石油輸出國組織成員國沙特阿拉伯首都利雅德的沙特國王大學新校區建成了由12輛長約19.5米的鉸接式空調無軌電車組成的系統，供校內學生通勤之用，其中一輛用於接送沙特阿拉伯王室成員及顯要人物。
2012年1月，意大利南部古城萊切開通了2條無軌電車市區公交線，並計劃增加至3條，線網全長28千米。該系統運營車輛共12輛，均為裝配有柴油發動機的12米級單機雙模式無軌電車。
2012年7月16日，英國交通部核准了在利茲投資2.5億英鎊建設名為「新一代交通（Next Generation Transport, NGT）」的新型無軌電車系統的規劃；2016年5月12日，該規劃由於在2014年的公眾意見調查中受到較多反對而未獲交通部批准。[參15]該市的無軌電車曾於1911至1928年間營運，是英國最早使用無軌電車的2個城市[註3]之一。
2013年12月20日，匈牙利第四大城市塞格德的公交無軌電車10路線正式開通，該路線連接陶爾揚村與布達佩斯克利尼卡克地鐵站，配車為13輛18.75米低地板鉸接空調車，車載能滿足脫線行駛7千米的鋰離子電池。[參16]該市的無軌電車系統開通於1979年。
德國中部城市埃爾福特2014年計劃恢復無軌電車系統，初步定於2016年在連接達博斯泰特與鐵路北站的公交9路線上使用無軌電車取代天然氣汽車。[參17]該市的無軌電車曾於1948至1975年間營運。
中華人民共和國首都北京分別於2015年1月和2016年1月開始對快速公交3號線（BRT-3）和快速公交1號線（BRT-1）實施「油改電」工程，採用雙源無軌電車代替現有的柴油車。[參18][參19]上海於2016年6月開工建設延安路中運量公交系統工程，選用的車輛為雙源無軌電車，於2017年1月開通試運營。[參20]保定於2016年9月確定建設2條雙源無軌電車公交線路，為該市首開無軌電車系統。[參21]
應用分布
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eBRT
[編輯]無軌電車也應用於巴士快速交通系統（無軌電車快速公交electrified bus rapid transit, eBRT），以下列出現有線路：
| 國家 | 城市 | 系統名稱 | 線網長度 | 開通時間 |
|---|---|---|---|---|
 厄瓜多
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基多 | El Trole | 24 km | 1995年12月17日 |
 美國
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波士頓 | Silver Line – Waterfront | 2004年12月31日 | |
 法國
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里昂 | Ligne C1 | 8.4 km | 2006年10月12日 |
 委內瑞拉
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梅里達 | Trolmérida | 18.2 km | 2007年6月18日 |
| 法國
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里昂 | Ligne C3 | 12 km | 2007年10月30日 |
 西班牙
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卡斯特利翁-德拉普拉納 | El TRAM | 7.765 km | 2008年6月25日 |
| 法國
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里昂 | Ligne C2 | 12.1 km | 2011年8月29日 |
 中國大陸
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北京 | 快速公交3號線（BRT3） | 22.95 km | 2015年1月15日 |
 土耳其
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馬拉蒂亞 | Trambüs | 20 km | 2015年3月10日 |
| 中國大陸
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北京 | 快速公交1號線（BRT1） | 15.51 km | 2016年1月2日 |
| 中國大陸
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上海 | 延安路中運量公交（71路） | 17.5 km | 2017年2月1日 |
| 中國大陸
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鄭州 | 快速公交B2路 | 12.5 km | 2021年1月1日 |
相冊
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相關條目
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注釋
[編輯]參考文獻
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- ^ 延安路中运量公交系统工程开工, 上海交通網, 2016-06-27 [2016-09-16], （原始內容存檔於2016-10-10）
- ^ 我市双源无轨电车线路走向方案征求意见揭晓, 保定市人民政府網, 2016-09-13 [2016-09-16], （原始內容存檔於2016-09-22）
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