2000系
▲ 2000系即將進入千里中央站 (圖片授權提供:車狂)  

前言
到日本,除了體驗新幹線、在來線,都市鐵道/捷運系統這塊也是值得探索的,特別是臺灣完全看不到的單軌電車(我們不要談九族文化村裡面那個......)。此次的關西鐵道試驗之旅,便選擇了大阪モノレール(Monorail)作為跨座式單軌的探索對象。

大阪府於1980年設立大阪高速鉄道株式會社,開始進行建設工程,但因預算分配問題使得進度相當緩慢,1990年起分段通車,1998年才全線通車,設14個車站,稱為大阪モノレール線(簡稱本線),當時為金氏世界紀錄最長的跨座式單軌鐵道路線(21.2km),2007年又開通国際文化公園都市線(簡稱彩都線),設4個車站,使通車里程延長到28km。直至2011年因為39.1km的中國重慶軌道交通3號線開業才取代了大阪モノレール,但目前在日本境內與其他系統(包括懸垂式單軌)的比較,大阪モノレール仍是日本最長的單軌鐵道路線。

跨座式單軌系統的原理
跨座式單軌系統通常以中央膠輪支撐車廂跨坐並且運行於單一混凝土或鋼製軌梁上,軌梁為類似"I"字型;車廂下部的設計,在軌梁的側邊上部及下部均有橫向導輪夾抵,沿路線運行時提供導引和穩定作用,行車速度通常最高為80km/h且最大坡度可達千分之60。軌梁一般的深度約150cm,軌梁跨距約25~30m。轉轍時轉轍馬達會以水平方式移動轉轍軌梁,讓此處軌梁與欲相接的軌梁形成一個連續路線,轉轍軌動作時間約需10秒鐘,比鐵路技術慢許多。

單軌系統的優點在於其纖細的軌梁設計,讓建造成本及日照景觀的影響都小於同樣高價卻需較龐大結構體的鋼輪鋼軌技術,但若需建造於平面或地下路段,則此優點立即消失。因此單軌系統只適合於全高架的系統,因為只有高架方式才能顯現單軌的優點,也因為這個原因,世界上除了日本因為有其特殊發展背景仍然繼續規劃興建外,其他國家城市則很少採用作為都市大眾運輸系統。 

單軌系統如同自動導引捷運(AGT)一樣,依照系統開發商/供應商實際設計的不同,又分為數種型式。在日本現行營運的跨座式系統中,分為「日立アルウェーグ式」(Hitachi-Alweg)與「日本跨座式」,詳細的系統設計茲分述如下:

日立アルウェーグ式 ─ 1950年代由生產吸塵器事業的瑞典企業家Axel Lennart Wenner-Gren主導開發,並在德國成立Alweg-Forschung GmBH公司。1964年與日立製作所技術合作,設立單軌鐵道事業部門,從事日本國內單軌系統的產銷。同時此型式的部分技術也被加拿大Bombardier的INNOVIA Monorail系統產品所使用。此型式的軌道、支撐輪、導引輪的構成與前一段落(原理)所述相同,但為了有容納支撐輪的空間,車內地板的相對位置必須做凸起的設計,如此一來,該處除了設計成座位區、行李置放區,對於尖峰時間的高乘載量需求並無任何助益。在日本境內採用此型式的唯一營運中系統,即是連接羽田空港-東京市區(浜松町)的東京モノレール。而此系統在日本的始祖則是1962年開業的名古屋鉄道犬山モノレール,該系統因後期客源減少而經營困難,已於2008年底停業、廢線。目前日立製作所仍持續提供維修配件與技術指導的服務。
日本跨座式 ─ 1967年由運輸省(現在的国土交通省)委託日本單軌協會進行研究,針對ALWEG系統設計上的缺點改良而成。包括轉向架仿照傳統鐵路增加空氣彈簧的設計,車廂底盤提高使車內地板全平面化,使其能增加車內載客人數;還有修改側邊導輪的設計,以加強行進當中的穩定性,但因為車輛重心提高,所以曲線行走時必須規定較低的速限。採用此型式的系統/路線有多摩都市モノレール、北九州モノレール、沖縄都市モノレール和本篇介紹的大阪モノレール,前面提到的重慶軌道交通,2號線、3號線也都是沿用此技術。日立製作所方面在近期推銷、建造的單軌系統亦改以日本跨座式規格為主打產品。

站間軌道  
▲ 大阪モノレール採用日本跨座式的軌道。

月台區域軌道
▲ 大阪モノレール採用日本跨座式的軌道 (接近車站月台區域)  

車輛概要
2000系自2001年上路,一共買進了8組(列),編成號碼為11~18,其中第11~14、17~18編成由日立製作所笠戸工場生產,15、16編成由川崎重工業車両カンパニー生產。

本系式由4輛組成,為全馬達車之設計,並且可視未來運量增加至6車編組。

門真市 ← 2100(Mc)+2200(M)+2500(M)+2600(Mc) → 大阪空港

2100型 ─ 門真市方向駕駛馬達車。搭載推進換流裝置(C/I)、牽引馬達、電動空氣壓縮機、整流裝置。
2200型 ─ 中間馬達車。搭載推進換流裝置(C/I)、牽引馬達、輔助電源裝置(SIV)。
2500型 ─ 中間馬達車。搭載推進換流裝置(C/I)、牽引馬達、輔助電源裝置(SIV)。
2600型 ─ 大阪空港方向駕駛馬達車。搭載推進換流裝置(C/I)、牽引馬達、電動空氣壓縮機、整流裝置。

大阪モノレール的車輛編碼規則,在千位數&百位數為型式、十位數&個位數為編成號碼。因此前述四個型號的車廂,十、個位數都是由11編至18,所以不會出現2101、2508等號碼。

外觀與車體
2000系的外觀與1000系相同都採方正的外觀設計,車體採用鋁合金材質製作,塗裝面積以少量為原則,依照編成的不同,有藍色、黃色或紅色線條三種顏色依喜好組合,也有廣告彩繪車。筆者本次所記錄的車輛是黃色與藍色線條的組合塗裝。

本系式於車頭端面設有逃生門,緊急時可開啟,搭配車側車門,配合逃生緩降設備、消防雲梯車的協助,將旅客接送至地面。

本系式每車每側設2個氣動式雙扇中央對開車門,所有的車窗都具有氣窗設計,窗框外觀為連貫式,並裝有車門開啟指示燈、局部故障指示燈、卷軸式終站指示器。在車頭端面也設有卷軸式終站指示器、車號標示、ワンマン標示(後續將介紹),除了駕駛座前的擋風玻璃設有雨刷外,逃生門,左側玻璃均無此設備。另外在駕駛室上頭有信號發光燈,在調車作業時將會亮起,以旋轉方式發光(與建築工地警示燈原理相同),以驅使鄰近道旁人員注意。

2000系車頭端面特寫  
▲ 2000系車頭端面。

2000系車窗特寫
▲ 2000系的車窗設計,另外在月台欄杆上的則是候車安全說明,以及萬一墜落月台下的緊急應變指示。

車門外視
▲ 車門外視圖,門楣上方設有逃生緩降設備的掛鉤。

內裝
2000系車內以白色化妝版為基礎,並且使用直接式照明(即無燈罩的設計)。全部長條椅的配置,以騰出立位空間,尖峰時可增加載客量。座椅使用了絨布材質,座椅下方還有電熱暖氣裝置,遇寒冷天氣時將會使用,座椅上方如同傳統鐵路車輛設有行李架。窗戶部分,除了設有氣窗可開啟外,還有卷軸式窗簾,設計上類似臺鐵的普通車,拉下後必須固定在窗簾軌道的凹槽,以固定拉下的長度並避免彈簧自動將窗簾縮回。

本系式車內地板使用淺墨綠色FRP材質,並且在靠近兩端的地方有維修蓋,方便維修人員檢視與維修走行裝置(支撐輪部分)之用。

客室全景
▲ 客室全景

車門內視
▲ 車門內視圖,每車太平洋側第1車門上方、日本海側第2車門上方設有LED顯示器,顯示車站、轉乘資訊。車門兩旁均有提醒乘客勿靠近門縫的標示。

2000系電光路線圖
▲ 其他的車門上方則是設置了電光路線圖,會將所在位置、運行方向已LED燈閃爍、恆亮來顯示。

緊急對講機
▲ 緊急按鈕,緊急時將此蓋掀開,按下紅色按鈕後可利用通話器與司機員聯繫。    

駕駛室與保安裝置
2000系駕駛室設置於各先頭車的右側,但仍維持靠左行駛的方式,較為特殊。駕駛台操作介面採用右手操作式複合動力把手,設計有電門5段(P1~P5)、滑行段位、煞車7段(B1~B7)和緊急煞車段位。左側則有無線電話筒(白色)與緊急對講機話筒(黑色),駕駛室門邊另有一具壁掛式廣播用話筒。儀表板部分設有TIMS、車輛狀態指示燈、車速器附ATC速度碼指示功能、煞車氣壓計與馬達電流計等。左下方則為各項配電開關。

大阪モノレール車上乘務配置為無列車長、僅有司機員的「ワンマン」制度(One man, conductor less),也就是和臺北捷運高運量系統一樣,開車、車門操作均由司機員負責。在日本,凡是運量較少或實施ATO(自動列車駕駛)的路線,通常都會採用此種制度,以精簡人事成本,當然也有一些路線是「部分時段」才會實施(如福岡市營地下鉄七隈線線性馬達捷運),甚至ワンマン與無人駕駛併用的制度(名古屋愛知磁浮)。在車頭擋風玻璃下方也都會標示ワンマン來告知旅客。

大阪モノレール的號誌與保安裝置採用ATC自動列車控制裝置(Automatic Train Control)。ATC是一種車上號誌系統,將容許號誌顯示於駕駛室內,而道旁除了車站區域、調車場區域、慢速行進區間外,不設有道旁號誌機與標誌。除此之外,列車必須降速時,由ATC自動控制煞車,直到進站時才需要由司機員介入,進行手動煞車。由於大阪モノレール採用類比式ATC,故列降速時是使用階梯式減速+常用最大減速度,對於乘坐舒適度多少負面影響,故近來各系車都已開始加裝緩衝煞車功能,亦即接收到較低速度碼時,系統先執行B2段煞車再增加到常用最大煞車(B7段)。

2000系駕駛台
▲ 駕駛台 (行進方向尾端拍攝)

運轉中
▲ 司機員開車的英姿!

2000系駕駛室左側(配電盤2)
▲ 駕駛室左側的配電盤  

車門控制模組  
▲ 車門控制模組,控制車門時(利用最上面的旋鈕),逆時針旋轉45度並hold住為單純作動關門警告聲,接著旋轉至360度(1圈)止才會作動關門動作,反之,開門程序則直接順時針旋轉360度,車門會在發出一次警告聲後直接開始。此外,警告聲與阪急9000/9300系相同。

機電系統、列車性能
大阪モノレール採用DC1500V供電,供電軌分為正極軌及負極軌,分別設置於軌梁的兩側,由轉向架上的集電靴將電源導入車上的機電系統。

2000系最高營運速度為75km/h(設計最高速度未公開),平直線上最大加速度3.0km/h、最大減速度4.0km/h、最大爬坡度千分之60。

本系式採用日立製作所2象限電壓型PWM的IGBT-VVVF推進換流裝置(C/I),控制群組為1C2M群。牽引馬達採用每具出力100kW的三相交流鼠籠式感應馬達(每車2具)。馬達垂直安裝於車底而非如傳統鐵路車輛安裝於轉向架上,輸出的動力經二段減速直角齒輪傳送至車軸、車輪以達成運作。

值得一提的是:列車行進時的穩定性,因為牢固的行走裝置構造,使得平穩度並不輸給採用膠輪的自動導引捷運(AGT),讓筆者先前對單軌有重心不佳、搖晃劇烈的疑慮(或說刻板印象)全部一抹而去。

愈詳細認識其他設備,可參考2000系車両装備の紹介 (大阪モノレール官方網站)。

煞車系統
2000系採用電氣煞車(電軔)與摩擦煞車(氣軔轉油壓式)併用之方式。減速時由前者優先使用,後者視情況補足所要求的煞車力。

電氣煞車:採用再生式煞車,減速時C/I會將馬達轉換成發電機的形式。流通於馬達內的三相交流電,在定子中會產生旋轉磁場,當定子磁場轉速比轉子轉速慢時,磁場切割轉子導線,這時根據佛萊明右手規則得知會有電流產生,電流又同時切割定子的磁力線,再根據佛萊明左手規則可得知有減速力的產生。發出的電流將送給其他需要加速的列車使用,或者送回變電站,當前述兩項的電力都飽和時,則由車上本身的電阻器轉換為熱能釋放至大氣中。
摩擦煞車:採用全電氣指令式電磁直通空氣煞車搭配油壓軔缸的系統。其系統架構為:由空氣壓縮機將大氣壓縮送入主風缸,主風缸內的空氣經由空氣管路送入煞車風缸和控制風缸,並且有另條管路將空氣送至其他車廂的主風缸。煞車風缸儲存煞車用的高壓空氣,供給中繼閥、緊急電磁閥與電氣-空氣轉換閥使用。在煞車開始作用時,電空轉換閥將接收到煞車把手(司軔閥)那端輸出的電子訊號,按照一定比例轉換成空氣壓力訊號輸出至中繼閥。中繼閥將此訊號做為控制煞車空氣壓力的參考,並將空氣管路的壓縮空氣送入增壓缸,增壓缸將輸出一定倍率的油壓送至碟盤煞車的夾鉗,令夾鉗夾住車輪上的掛輪式碟盤煞車(Wheel mounted disc brake)而產生煞車的動作。此種系統與新幹線車輛、臺北捷運中運量電聯車為相同設計。 

聯結系統
2000系的車組間聯結器採用住友金属製CSD56型可自動聯結+解聯的密着聯結器,可進行機械聯結與空氣聯結(但無電氣聯結功能)。設計構造上類似新幹線密着聯結器與德國Scharfenberg聯結器。車廂間聯結採半永久機械式聯結器,用於除了維修需要否則不常分開的場合,連結/分離時雖然需要輔以人工鎖定/拆卸,但因為連結完畢後聯結器之間空隙極小,使得列車在加減速時,車廂間的衝動情形可降至最低,大為提升了乘坐舒適度。

車輛運用
2000系的車輛運用與1000系的車輛運用是混合的,視營運單位的安排,於本線及彩都線都有運用。

參考資料
1. 書籍:都市捷運規劃與設計(上) 張志榮 著/三民書局 1999年
2. 鐵道個人網站:DK-Report。
3. 網路資源:日文維基百科。

延伸閱讀
1. 大阪高速鉄道(大阪モノレール)株式会社企業網站 點此連結
2. 重慶軌道交通3號線 列車介紹(土豆網影片) 點此連結

1000系彩繪
▲ 附上 大阪單軌1000系彩繪電車

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