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德国铁路运营的摆式列车

2020-03-24 8页 pdf 515KB 0阅读

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庆仲

教育工作者

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德国铁路运营的摆式列车变流技术与电力牵引3/200235:㈢㈦㈠矧;|||||!j㈦||||㈦瓤;誊蘸i耩獭:-;:--+,:,,,--:;:--:-:;i,,:--:德国铁路运营的摆式列车V.Kottenhahn(德)【摘要】德国铁路公司(DBAG)运营线路有很大比例建造于十九世纪,且以曲线路段众多为特征,因此,这类线路运营提速的一种方法是采用摆式列车。在意大利和瑞典两国成功开发了摆式列车后,德国对铁路机车车辆配置摆式车体的可行性重新作了系统调查,并在德国铁道线上用意大利国家铁路(FS)和“Pendolino”ETR401...
德国铁路运营的摆式列车
变流技术与电力牵引3/200235:㈢㈦㈠矧;|||||!j㈦||||㈦瓤;誊蘸i耩獭:-;:--+,:,,,--:;:--:-:;i,,:--:德国铁路运营的摆式列车V.Kottenhahn(德)【摘要】德国铁路公司(DBAG)运营线路有很大比例建造于十九世纪,且以曲线路段众多为特征,因此,这类线路运营提速的一种方法是采用摆式列车。在意大利和瑞典两国成功开发了摆式列车后,德国对铁路机车车辆配置摆式车体的可行性重新作了系统调查,并在德国铁道线上用意大利国家铁路(FS)和“Pendolino”ETR401型摆式列车进行了试运。文章介绍了几种摆式动车组。关键词:动车组摆式车辆电力牵引内燃牵引德国1,巴伐利亚东北线的“RSO”典型试验1987年前德联邦交通部长委托德国联邦铁路对纽伦堡地区即纽伦堡一拜伊罗特/豪夫铁路走廊进行客运改革的可行性研究。研究要点包括:为与公路客运竞争,纽伦堡与拜伊罗特之间的旅行时间缩短为60min;纽伦堡与豪夫之间为90min。研究的结论是:要达到如此短的旅行时间,唯一途径是运营采用有源摆式车体系统的列车。前德联邦交通部长、巴伐利亚自治州的行政当局和德国联邦铁路一致同意在上弗兰克尼亚高地的困难线路上,采用配置有源摆式车体系统的内燃动车组(DMU)。于是1988年德国铁路实施了称为“东巴伐利亚区间快速列车”的典型试验计划。为此,订购了20列双节内燃电传动动车组,命名为610型动车组(DMU)。2铁路基本设施检测要使摆式列车有效运行,轨道必须坚固,备有校准完善的上部结构,特别是盘旋上坡路段。难度最大的是弯道上的标准较低的车站、弯轨上的平交道口与铺设枕木轨床的桥梁。德国铁路的标准轨道执行为其制定的规则,即轨道的养护要达到足以使摆式列车良好运行,以这种标准作为养护标准。当时做好批量生产准备的厂商有:Fiat公司(1987年);Talgo公司(1988年)及ASEA公司(现为ADtranz公司)(1991年)。在轨道本身平面内,轨道控制座的最大横向阻力值甚至未达到2.0m/s2横向加速度阈值,对610型和611型内燃动车组(DMU)做运行检测,横向加速度阈值达到2.2m/s2,而未超出极限值。3610型内燃动车组(DMU)(“VT610”)在开发研制610型双节内燃动车组时,最优先考虑的是轻型化技术,以得到减轻轴重的效果。因此,车体采用大型铝制挤压型材制作。与常规钢构件相比,每列车减轻重量6600kg。列车按司机单人操作要求设计。为了遵照UIC(国际铁路联盟)505—1标准载荷规定,倾摆度最大允许值为8。,这要求客车车体顶部两侧各斜削100mm。司机室装有透明的后隔墙,为旅客提供轨道前方的清晰视野.车内的到站指示屏为旅客提供所需的基本信息。内燃动车组安装了热水交换的采暖系统,拥有强迫通风管道,每节车每小时有1800m3的空气流量。列车厕所采用无化学污染的封闭式真空保洁系统。表1610型内燃动车组的座位分配情况由转向架和有源液压摆式装置组成的倾摆系统由FiatFerroviaria公司提供,类似意大利国铁ETR450型电动车组(图1)。,转向架构架为开放式H形,每端有一端梁,以便转向架能沿其水平轴线运动。一系悬挂采用圆簧,转向万方数据德国铁路运营的摆式列车变流技术与电力牵引3/2002架摇枕借助它支承在构架上。此外,车辆在弯道时,有源横向悬挂装置使摇枕定位于中心位置,同时抵消因离心力引起的偏离中心,当轨道校正差误或缺陷产生冲击时,可通过调整总横向作用力来解决。碰撞力度猛烈且是刚性横向的极限情况属例外。图1德国铁路610型内燃动车组(DMU)和意大利国家铁路ETR450型电动车组上的Fiat有源摆式系统传动齿轮的设计要求考虑下列两点:(1)减轻簧下重量;(2)通过二系悬挂结合有源横向悬挂装置,实现运行中车辆后部与车体之问的动力解耦。借助液压缸使车体倾摆,其摆动程度有赖于横向加速度的力度。为了保证列车倾摆所需能量时时可用,每个转向架都备有由油泵保持14~16kPa压力的高压油箱。陀螺仪和加速度计组合系统用来控制列车的倾摆范围。它们探测弯道的起点,可以排除诸如要害站或平道口之类的不良影响,这是一种具有内部冗余度的系统。列车由内燃电传动三相交流系统供电,在列车的中央装有两台电/空冷却的柴油机。此柴油发电机组根据发动机转速给出三相交流电。然而,须用一个特性不同的三相系统来驱动异步牵引电机。因此发电机的输出首先被整流为直流,送入中间电路,然后供给油冷GT0牵引逆变器,接着由它向异步牵引电动机提供电压和频率可变的三相交流。3个动力转向架的每个内轴由万向轴和轴一齿轮箱组件来驱动。全部辅助设备都由三相电源供电,唯有柴油机冷却机组例外。来自中间电路的直流经分流,通过三相GTO逆变器变换成400Hz交流电,然后经降压变压器送至可控的中间电路,最后进入三相逆变器,由它向辅助设备提供3×400V50Hz三相交流电。列车由Siemens公司的sIBAs16微机系统控制,每辆车各有自己的中央控制器(ZSG)。内燃动车组的2台中央控制器彼此通过车辆总线交换数据。几乎所有的其他系统都经控制总线与中央控制器相接。当然,610型动车组还配置了德国铁路列车必不可少的全套安全设备:安全停车装置(SIFA)、感应自动停车装置(Indusi)和无线电话。此外,德国铁路首次配置的车辆脉冲式数据传输系统(PDS)是由Siemens公司制造的,命名为“ZUBl22”型。7这种固定在轨道上的系统在列车将要驶入的每一路段之前,向列车该路段的最大允许车速。由于德国铁路使用的Indusi系统在弯道时有时会影响列车最高车速,因此需要附加一个装置。这种限速与弯道有紧密关系而与在弯道上能快速运行的摆式列车无关。此时,附加脉冲式数据系统把额外的速度增量添加在常规最高值上,这一常规最高允许限值由Indusi系统监控,而该附加装置随后直接自我监控该更高的新车速。脉冲式数据传输系统的磁铁装配在铁路沿线,以不间断地监控动车组。如司机超过允许车速3km/h,则无线电报警器提醒司机注意;如在3~6km/h的范围内超速,自动制动器会使列车减速到允许限值,如列车超过规定车速9km/h以上,将自动施加紧急制动,以使列车达到完全静止状态。表2详细汇总了技术参数(本文中提及的其他列车的技术参数均在内)。4611型内燃动车组(DMU)(“VT611”)市场对610型内燃动车组(DMU)的认可导致了德国铁路(DB)在1994年继续订购50列新的611型双节摆式动车组(DMU)(保留另外订购50台的选择权)。整车是由AEG公司(现为ADtranz公司)和DW公司(现为Bombardier公司)联合制造的。动车组安装了由纽伦堡的ADtranz公司开发的新型转向架和ESW公司生产的新型有源摆式系统。611型坚持了610型已获成功的列车开发理念,即双节内燃动车组可重联为4节动车组。其车辆基本构架和车内设备布局与610型有所不同,其中一个差别是乘客间和司机室均配备了大功率空调装置。旅客信息系统扩展到包括列车外面的到站指示器(在列车的两端和两侧)。万方数据变流技术与电力牵引3/2002德国铁路运营的摆式列车37动车组的双节车中的每一节有承载转向架和动力转向架,转向架的基础设计相同;唯一差别在于动力转向架上装有轴一齿轮箱;在承载转向架上装有磁轨制动器和一些附件。轮对的径向定位是由ADtranz公司的获得专利权的轮对联接器自动控制(图2),在急弯道上行驶时,该联接器将牵引轮对的力传递到前面的导向轮对。在列车行驶在盘旋上升路段时,轮对联接器上的阻尼装置会产生相对缓慢的自动调节。转向架的一系悬挂是由橡胶夹层弹簧导向的柱形弹簧成对排列组成。该结构可单独确定纵向和横向刚度。转向架构架呈双H形,二系悬挂采用空气弹簧,倚靠摇枕横梁随之摆动。摇枕横梁悬装在转向架构架的4根摆杆上,而电一机械执行机构装在构架和摇枕横梁间的中心位置。新型依曲线半径摆动的车体摆式控制系统称为“neicontrol—E”⑧,其电一机械驱动装置装在转向架内,该系统用加速度计作为传感器,摆式系统的计算机加工从传感器接收到的数据。选用与610型不同的内燃一液力传动系统,双节车万方数据德国铁路运营的摆式列车变流技术与电力牵引3/2002组的每节车本身均有自动传动系统模块。它由12缸柴油机组和微机控制的液力传动装置组成。每节车上的辅助电路由液力传动的三相交流发电机提供230/400V50Hz三相交流电,无论柴油机的转速如何变化,液压元件总是保持发电机的RPM(转数)稳定。直接与三相母线联接的发电机负载包括:空调、通风机、空压机、用作启动器的蓄电池充电装置及摆式系统功率电路。图2611型和612型的转向架上安装的轮对联接器611型测量设备控制系统具有层次分类,其级别如下:(1)列车/车辆控制装置(ZFG)和列车总线的列车控制级;(2)ZFG和车辆总线的车辆控制级;(3)子系统级(例如:牵引控制器,可编程逻辑控制器(PLC),PI。C站)。司机室的彩显终端为司机显示所有来自列车和车辆控制设施的信息。5612型内燃动车组CVT612”)ADtranz公司在611型的经验基础上进一步开发研制采用电动摆式系统的612型内燃动车组。头车端部为塑料结构,是这一新设计的关键部件。该设计符合司机室的技术规范,还能承受相应的纵向力。旅客娱乐室紧靠司机室后,由此获得了望线路前方的良好视野。612型内燃动车组的另一新特点是具有测量设备控制系统:即高度集成的列车和机车控制技术(MITRAC)。深层诊断系统有利于提高工作效率和年度行车里程。列车控制级的内在冗余度确保列车即使发生故障,还能保持缓行。列车运行的重要数据经DIN列车总线传送给头车。这样安排保持了与611型车的兼容性。612型的技术参数见表2。德国铁路取消追加订购611型车的选择,转而订购154列612型双节内燃动车组。6Talgo城际夜行摆式列车1992年,德国铁路认为需要加速改造其卧车,着手订购4列装有无源摆式系统的全摆式“Talgo”卧车,1995年又续订了2列。列车编组包括自身发电车。自1997年起,这些列车按下述编组运行:装有分隔式沐浴和卫生问的豪华卧车、豪华卧铺、豪华坐席车、餐车和酒吧车。这在德国实属首次。车体为采用挤压铝型材的轻型结构。其长度约13m,宽2.94m,车体净重14~16t。除双节头车外,全部车辆配备空调,空调按不同的需求设计,旅馆车的功率为12kW,其余车辆都为21kW。这些夜行车装有与TalgoPendular同样的无源摆式系统。其走行系统是由对中控制偏转的独立轮对组成。对德国铁路来说,又一个新特点是液空联合制动器。由液压制动缸产生制动力施加于传统的车轮制动盘上。液空制动变换器将来自主空气管道的制动能转换为制动缸所需的油压。每节车上的KE控制阀用常规方式控制制动器,具有与UIC的兼容性。亦即,摆式动车可与任何符合UIC规范的机车联接。7干线摆式电动车组——411/415型(“ET411/415”型、“ICE—T”型)为缩小新线与既有线路网之间的速度差别,德国铁路于1994年订购了43列摆式城际特快电动车组(称为ICE—T),还想再续订40列。起初,这些动车组有不同的编组:7辆车编组(称为411型);5辆车编组(称为415型)。这些列车编组基于模块化理念:动车组编组长度可为5~9辆车,在正常运行状态下不得拆分,但允许联接编组成更长的列车。动力分散布置设计理念而研制出“ICE—T家族”(原型为41l型和415型),这一方案也运用于德国铁路的ICE3型非摆式电动车组,这一理念具有以下几个优点:(1)载客容量增大,因为技术装备可以置于地板下方;(2)总重沿整个列车长度分配更为均匀;(3)易于保证最大轴重在15t以内;(4)座位数与空车重量之比值降至960kg;(5)低的轮/轨粘着,可改善牵引性能;(6)采用电气制动的动力转向架比率增大。这类电动车组的特点之一是用尽可能少的车型实现所需的方案。这就是所谓“基本模式1”的3节车编组:(1)装有牵引变压器、受电弓和司机室的头车(称为“T”车);(2)装有2台牵引电动机的变流器中间车(称为“SR”车);万方数据舞流技术与电力牵引3/2002德国铁路运营的摆式列车(3)同样装有2台牵引电动机的中间动力车(称为“FM”车)。车体为整体铝结构,周边为大型挤压型材。依据“空心式”的工程原理进行设计并且技术要求遵守UIC566标准静载荷+的规定。列车牵引系统迄今试运良好,装在头车上的变压器向相邻的变流器车的四象限变流器供电,经共用的中间电路向脉冲逆变器供电,再向4台异步牵引电机供电。模块化的GTO逆变器采用水冷却方式,它悬装在车辆地板下方的推人式箱体中。电气系统基本上不仅要适应德国15kV/16%Hz电流制,还要适用于其他电流制的接触网。车上负载由650V母线采用如同变压器车中自带的2台总容量为2×250kVA的变流器供电。各辆车的各自负载由其自带的输出逆变器(可以是固定频率或变频)供电。车辆照明、车门和制动控制、旅客信息系统以及牵引和列车控制器由110V蓄电池母线供电。该蓄电池母线贯穿整个列车。列车和车辆总线有100%的冗余度。列车总线(WTB)通过符合多功能车辆总线(MVB)标准且有冗余度的路由器与车辆总线连接。每辆车的计算机部件以及牵引和列车控制装置、连续式列车运行自控系统(I,ZB)和旅客信息系统中心计算机等都直接连至车辆总线。除再生制动外,所有动力转向架和非动力转向架都装有空气制动器。所有非动力轮对的车轴上安装3个制动盘,动力轮对的车轴仅安装2个制动盘,因为动力轮对中央空间安装了齿轮箱,另外还安装磁轨制动装置。’8605型干线摆式内燃动车组尽管电气化和新车型的开发取得进展,但是德国铁路仍有一些非电气化线路,为此德国铁路在1996年订购了20列605型摆式电传动内燃动车组。在连续数十年停驶后,电传动内燃动车组由此重返德国铁路的干线快车行列。605型动车组有一辆带有司机室、娱乐室和多用途设施隔间的二等头车;一辆具有家庭套间的二等中间车;还有一辆有乘务员包房和厨房的二等中问车;最后一辆是带有司机室、二等娱乐室和头等坐席的混编头车。特别需引起重视的是在列车车速为200km/h时,其车内噪声限值为65~70dBA,车外限值为84dBA,尤其要考虑列车轴重条件因素。4节车编组可重联,为此在列车两端可实行自动联挂,也可以作为高速动车组与411/415电动车组连接成“混编”列车。ICE—T型摆式电动车组与605型摆式内燃动车组的区别之一在于所用的摆式系统类型不同,后者采用的是SiemensSGP公司运输技术部开发的电一机械摆式系统。为提高车辆纵向走行性能,转向架装有空气弹簧,采用有源横向悬挂以抵消列车在过弯道时由于离心力引起的车体偏移并保持其在中心位置。这互相抵消的横向作用有益于车体摆动。摆式结构和有源横向复位结构所需的全体部件都集中装在转向架内,而且转向架内的异步牵引电动机也横向安装。动力转向架和非动力转向架均装有电子控制的盘式制动器。全部轮对带有双向作用的车轮制动盘,再生制动按照阻力原理来工作。2节相邻车构成一个电气单元,一个单元中的2个柴油机模块通过同步发电机和二极管整流器向800~1800V的中问直流电路供电,然后经GTO脉冲逆变器向4台异步牵引电动机供电。中间电路贯穿整列列车,可使4个驱动单元在中间电路的负载对称。中间电路母线经电源模块为辅助电路提供3×400V/50Hz三相交流电。该电路向具有三相电动机的辅助机组直接供电,并通过AC/DC变流器整流供给直流负载。每节车有一台组合式稳压器/蓄电池充电器为110V负载供电,每台柴油机自备的24V启动电池由联接在电源模块内的一个装置对其再充电。当列车进行预加热时,采暖设备由中间电路供电,或者由外接的l000V单相交流电源供电。同样这个外接电源也可经整流后为中问电路供电,这样也可以保证电源模块即使在列车动力停机时还能长时间为辅助电路供电。内燃电传动设备中所有重要的部件都安装在地板下方。柴油机配置了排气涡轮增压器、电空冷却和电子转速控制器,一旦这些辅助设备分接电流,它可提供425kW的牵引功率,这意味着4节车编组的额定牵引功率为1700kW。计划2000年交付将在德国铁路运营的首列完整编组的列车,预定秋季开始在纽伦堡一德累斯顿线路匕运营。9前景如果德国铁路计划扩充其总有效运能,则修建铁路新线通常仅视作“商业行为”,可以显而易见的是德国铁路在某些运营的既有干线上采取了某些改良措施,即摆式列车或者可以代表未来若干年内采取的重大抉择,或者也是对其他类型列车运营服务很有益的补充。(参考文献15篇略)摘译自((RTR))2000,N-03/4译者:纪晔校者:倪觉生万方数据德国铁路运营的摆式列车作者:V.Kottenhahn,纪晔作者单位:刊名:变流技术与电力牵引英文刊名:CONVERTERTECHNOLOGY&ELECTRICTRACTION年,卷(期):2002,(3)被引用次数:0次相似文献(1条)1.期刊论文每季文献题录(2000.11—2001.1)-铁道车辆2001,39(4)综 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