德国高速列车综述

1、文章编号 :100227610(2005 0620001206德 国 高 速 列 车 综 述 李瑞淳 1, 王 马 矣 2(1. 长春轨道客车股份有限公司 研发中心 , 吉林 长春 130062;2. 四川东方电力设备联合公司 , 四川 成都 610041摘 要 :介绍了德国 I CE 系高速列车的车 型与基本结构 , 归纳了其技术特点。关键词 :高速列车 ; 技术特点 ; 德国中图分类号 :U271. 91文献标识码 :BSurvey of High Speed Trains in GermanyLI Rui 2chun 1, Wang A i 2(1. Development Center

2、 of Changchun R ail Passenger Car Co., Ltd. , Changchun 130062, China; 2. Sichuan Dongfang Electr ic Cor poration, Chengdu 610041, ChinaAbstr act:The types and fundamenta l structure of ICE ser ies high speed trains in Germany are descr ibed. The t echnical features ar e summed up.Key words:high spe

3、ed trains; t echnical features; Germany德国 ICE 系高速列车是世界上最为成功的高速 列车之一 , 以速度高、 功能完备、 技术等级高、 性能稳 定、 车辆总体布置结构合理、 内装档次高、 运用维护性 好等诸多优点而闻名于世。其中的多项技术被许多国 家广为引用或借鉴 , 推动了世界铁路技术的进步。1主要车型与基本结构德国 ICE 系高速列车主要有 ICE 1、 ICE 2、 ICE 3 (ICE 212 、 ICT(ICE 2T 、 ICE 2T D 等 , 还包括目前正在 处于试验阶段的 Velaro E 高速列车。各型高速列车 的概况如下。1. 1I

4、CE 1和 ICE 2ICE 1是 德 国 20世纪 80年 代 中期 开 始开 发、 1991年投入运用的动力集中型高速动车组。该车组 共计生产了 60列 , 有 2M14T 、 2M12T 、 2M10T 三种不 同的编组 形式 , 额定牵 引功 率均 为 9600kW, 其中 2M14T 编 组 列 车 的 最 高 运 营 速 度 为 250km/h; 2M12T 、 2M10T 编 组 列 车 的 最 高 运 营 速 度 为 280 km/h, 2M14T 、 2M12T 编组形 式列车的 定员分 别为 759人、 669人。ICE 2是德国于 1995年开发、 1997年投入运用的

5、动力集中型高速动车组。车组是 8辆车组成的 1M7T 的短编组列车 , 其中 1辆拖车为单端带驾驶室的控制 车 , 共计生产了 44列。其最高运营速度为 280km/h, 收稿日期 :2005205231:, 男 , , 额定牵引功率为 4800kW, 列车定员 391人。ICE 1、 ICE 2高速列 车的动 车均采 用不锈 钢车 体 , 拖车均采用铝合金车体、 带磁轨制动器的高速转向 架、 分装式空调机组、 故障技术诊断系统 , 以及 Schaku 半自动密接式车钩缓冲装置和可以包容车钩缓冲装置 的 H bner 高密封性双包波纹折棚风挡、 由透明车窗 与不透明盲窗组成的窗带、 德国格来默

6、高档座椅。 1. 2ICE 3(ICE 212ICE 3是德国 1997年开发、 2000年投入运用的动 力分散型高速动车组 , 在最初开发之时曾被称为 ICE 212, 正式投入运用时称为 ICE 3。该车组是 8辆车组 成的 4M4T 的短编组列车 , 迄今为止 , 共生产了两代 67列。第一代 ICE 3有 54列 , 其中 37列是交流单电 压制车组 ; 17列是交、 直流四电压制车组 , 其中有两个 分别为 AC15kV16#. H z 与 A C25kV50H z 的交流受 电电压制和两个分别为 DC3000V 与 DC 1500V 的 直流电压制。车组的最大牵引功率与最高运行速度

7、 , 在交流电压制下为 8000kW 与 330km/h; 在直流电 压制下为 4300kW/3600kW 与 220km/h 。 第二代 ICE 3生产了 13列 , 全部 为适 应德 国运用 的 AC15 kV16#. H z 交流单电压制列车。无论哪一种 ICE 3列 车 , 均由两个牵引动力单元组成 , 每个单元均为 2M2T 的结构。对应于第一代的单电压制、 四电压制 ICE 3和第二代 ICE 3, 列车的定员分别为 415人、 404人和 458人。,1综述 #述评合金车体、 带线性涡流制动机的高速转向架、 分装式空 调机组、 标准 TCN 列车计算机网络 , 以及 Schaku

8、 自 动密接式 车钩 缓 冲装 置 和可 包 容车 钩 缓冲 装 置的 H bner 高密封性双包波纹折棚 风挡、 由 透明车窗与 不透明盲窗组成的窗带、 德国格来默高档座椅。 1. 3ICE 2T 和 ICE 2TDICE 2T 是德国 1997年开发的动力分散型高速摆 式电动车组。到目前为止 , ICE 2T 也生产了两代。在 第一代 ICE 2T 中 , 由 7辆车构成的 4M3T 和 5辆车构 成的 3M2T 两种编组形式。在第二代 ICE 2T 中只有 4M3T 的编组形式 , 其最高运营速 度均为 230km/h 。 对应于 4M3T 和 3M2T 的编组形式 , 车组牵引功率分

9、别为 4000kW 和 3000kW, 定员分别为 381人和 250人。ICE 2TD 是德国于 1997年开发的动力分散型高 速摆式内燃动车组 , 其最高运营速度为 200km/h, 车 组采取 4M 的编组形式 , 牵引功率 2240kW, 定员 195人。该车组为电传动内燃动 车组 , 4辆动车均各 有 1台动力转向架和 1台无动力转向架 , 每辆头车与相邻 的 1辆中间动车组成 1个牵引动力单元 , 单元中每辆 车下各悬挂 1台 560kW 的柴油机 , 由其各自直接驱 动 1台三相同步发电机 , 经过各车的整流设备集中向 本单元的脉冲控制牵引逆变器和辅助供电系统供电 , 再经过牵引

10、逆变器驱动分别装于该单元内的 2台动力 转向架上的 4台牵引电机。1. 4Velaro EVelaro E 是德国 2001年在 ICE 3列车的基础上 , 经过适当的改进而开发的动力分散型高速电动车组 , 其最高运营速度为 350km/h 。该车组是由 8辆车组 成的 4M4T 的短编组列车 , 牵引功率 8800kW, 定员 404人 , 该车组首批开发研制的批量为 16列。尽管第 一代 Velaro E 还没有实际投入运用 , 但德国已经开始 研制第二代 Velaro E 电动车组 , 研制的批量为 10列。2主要技术性能指标德国高速列车的主要技术参数与结构见表 1。 3重要技术3. 1

11、转向架德国 ICE 系 高速列 车采 用的 转向架 有 ET 401/ ET402、 MD530与 SGP 系 列 的 SGP300(SF300 、 SGP400(SF400 、 SF500型等转 向架 (表 2 。 ET 401是 ICE 1动车转向架 , ET 402是 ICE 2动车转向架 , 最 簧。 SGP300、 MD530均是试装于 ICE 1拖车的转向 架 , 经过比选 , 最终选定 MD530为 ICE 1拖车的转向 架 , 该转向架最高运营速度为 280km/h, 二系悬挂装 置采用螺旋钢弹簧。 SGP400是 ICE 2拖车 转向架 , 构造速度为 300km/h, 二系

12、悬挂装置采用空气弹簧。 SF500型转向架是 ICE 3、 V elaro E 列车采用的转向 架 , 分为动车用 SF500T DG 和拖车用 SF500LDG 型转 向架 , 构造速度为 350km/h, 二系悬挂装置采用空气 弹簧。从 ICE 系客车转向架的发展变化过程中可以看 到一个不断尝试与创新的过程。最初 , ICE 1高速列 车装用的 MD530型转向架是在试制试验列车 (ICE/ V 采用的 MD522350型转 向架基 础上改 进研 制的。 该转向架构架为 H 型焊接构架 , 采用圆锥型轴承。一 系悬挂为螺旋钢弹簧和液压减振器 , 二系悬挂为螺旋 钢弹簧 , 通过吊杆悬挂在弹

13、簧座上 , 采用旁承承载方 式。基础制动装置由盘形制动和磁轨制动组成 , 每轴 装有 4个制动盘。其后 , ICE 2高速列车采用了 SGP400型转向架 , 该转向架采用 H 型焊接构架 , 一系悬挂采用螺旋钢弹 簧与垂向液压减振器。轴箱轮对装置采用垂向液压导 柱式定位 , 靠导柱与导筒之间的液体传递纵向力和横 向力 , 属于弹性定位。二系悬挂采用空气弹簧与横向 液压减振器。ICE 3高速列车采用 SF500型转向架 , 该转向架 一系悬挂采用钢螺旋弹簧与垂向液压减振器 , 轴箱采 用转臂式橡胶弹簧节点定位 , 定位转臂一端与圆筒形 轴箱体固接 , 另一端以橡胶弹簧节点与转向架构架相 连。二

14、系悬挂采用 大气囊空气弹簧与横 向液压减振 器。后来德国将 SGP300、 SGP400与 SF500转向架皆 统一为 SF 系 列 (SF300、 SF400、 SF500 转向架 , 并采 用了经过近 20年不断完善的动力学仿真软件进行进 一步优化 , 完善了该系列转向架的动力学性能。 3. 2牵引控制系统ICE 系高速列车中 既有动力集 中型的高 速动车 组 , 也有动力分散型的高速动车组 , 各不同车型的牵引 控制系统 , 即主电路的原理与结构 , 既有相通之处也有 一定的差异。以 ICE 3列车为例 , 其适应交流电网的 牵引控制系统 (图 1 主要由受电弓、 主断路器、 主变压 器

15、等高压系统元件与四象限整流器、 中间滤波回路以 及牵引变流器、 牵引电机等组成。其适应直流电网的 牵引控制系统见图 2。3. 3铝合金车体2国外铁道车辆 第 42卷第 6期 2005年 11月表 1ICE 系高速列车主要技术参数车型 ICE 1ICE 2 ICE 3ICE 3M ICE 2T ICE 2T D Velaro E编组形式 2M14T 2M12T 2M10T 1M 7T 4M4T 4M3T3M2T4M 4M4T通过限界 UIC 50521UIC 50521UIC 505UIC 505U IC 505UIC 505通过最小曲线半径 /m 250250250250250150车体型式

16、不锈 钢、 铝 合金车体不 锈 钢、 铝 合金车体铝合金车体 铝合金车体 铝合金车体 铝合金车体列车全长 /m 358(1205. 4200184. 4/132. 6 200车辆长度 /mm头车 拖车 20560264002056026400256752477527450259002590025675 24775车体长度 /mm头车 拖车 20160256002016025600249752397525275251002510025275 23975车辆宽度 /mm动车 拖车 30703020307030202950285028502950车辆高度 /mm 38403840/3856(控 39

17、50384038403950车辆定距 /mm头车 拖车 11460190001146019000/18100(控 173751737519000190001900017375 17375定员 /人 759/669391415/404/458381/250/390195404列车质量 /t 782(1 422410/436/410366/273/366200425车辆自重 /t动车 拖车77. 551. 858. 27846. 553. 5/55. 4(控 46. 653. 8/49. 258. 145. 155. 8 车体自重 /t动车 拖车11. 410. 211. 211. 410. 21

18、1. 210. 211. 2 10. 211. 2转向架型式动车 拖车 E T401M D530ET402SGP400SF5002T DGSF5002LDGSF600 SF5002T DG SF5002LDG轴重 /t动车 拖车19. 51719. 517171715171517转向架固定轴距 /mm头车 中间车 30002500300025002500250027002700270027002500 2500编组牵引功率 /kW 960048008000/3600/43004000/300022408800牵引电机数量 /台 84168/6416牵引电机型式 额定输出功率 /kW 感应电机1

19、200感应电机1200感应电机500感应电机500柴油发动机560感应电机 550主电路控制方式GTOVVVF2IVGT OVVVF2IVGT OVVVF2IVGTOVVVF2IVGT O VV VF 2IV启动牵引力 /kN 400400300200/150284制动系统动车 再 生 /电 阻 +轴盘再 生 /电 阻 +轴盘再 生 /电 阻 +轴盘再 生 /电 阻 +轴盘电阻 +轴盘再 生 /电 阻 +轮盘拖车 轴盘 +磁轨 轴盘 +磁轨 轴盘 +线性涡流制动轴盘 +磁轨 轴盘 +线性涡 流制动供电制式 AC 15kV16#. Hz AC15kV16#. Hz AC 15kV16#. HzA

20、C 25kV50HzDC1500V/3000VAC 15kV16#. Hz AC25kV50Hz德国高速列车综述 李瑞淳 , 王 马 矣表 2 I CE 系高速列车用转向架结构及技术 参数转向架型式 ET 401/ET 402M D530SGP400SF500T DG/LDGSF600构造速度 /(km #h -12802803003301717 1717(动 15(拖 自重 /t14. 3(动 7. 5 9. 2(动 7. 5(拖 簧下质量 /t4. 43 轮径 /mm 新磨耗后1040950 920860920860920830860790一系弹簧横向跨距 /m m 20002000200

21、02040二系弹簧横向跨距 /m m 2400200019002040应用车型ICE 1动车 ICE 2动车ICE 1拖车ICE 2拖车ICE 3动车 /拖车 Velar o E 动车 /拖车ICE 2T注 :(动 动车 ; (拖 拖车。图 1 I CE 3列车适应交流电 网的牵引控制系统示意图重要的技术 , 也是一项很有特点的、 不断完善而趋于成 熟的技术。从 ICE 1列车开始 , 即采用了由闭口铝型材组成的铝合金车体结构。全车共由 18块连续通长 的铝型材组焊而成 , 其中车顶由 1块中顶型材、 2块中 侧顶型材与 2块侧顶型材组成 ; 侧墙由 1块上侧墙型 材、 1块中侧墙型材与 1块

22、下侧墙型材组成 ; 底架由 2块边梁型材与 5块地板型材组成。总的来说 , 无论是组 成车体的铝合金型材 , 还是整个车体结构均比较原始。 ICE 2列车的铝合金车体做了一定的改进。 ICE 3以及后来 生产的 ICE 2T 、 ICE 2T D 和 V elaro E 等车 型的铝合金车体又做了进一步的改进 , 提高了车体的 强度、 刚度 , 将车体与转向架结合部位的抗冲击强度提 高到了 5g 。同时还调整了车体断面和底架枕梁的结 构与组装制造方式 , 将与底架焊接成一体的枕梁改为 采用螺栓组装连接的结构。概括起来讲 , ICE 系高速 列车的铝合金车体的特点与发展变化情况是 , 采用大 断

23、面闭口铝型材制造 , 不断提高强度与刚度 , 提高车体 固有频率并简化制造工艺。 3. 4 车辆密封技术, 速车辆的密封技术开展了较为深入的研究。通 过大量的 试验 , 总结出 了图 3所示的特定试验 条件下的车内外压力变 化关系曲线。根据上述 车内外压力变化关系曲 线 , 对高速列车 制定了 车辆内部压力由 4kPa 降至 1kPa 的时间不小 于 50s, 且 最大变化率 不大 于 200Pa/s 的 密 封要求。然后将车辆的密封 技术分解为车体密封技术、 车体穿透密封技术、 车体与门窗之间的密封技术、 车辆连接密封技术而进行分项研究与集成。在对上述 内容的研究过程中 , 将车内压力的变化

24、时间定义为密 封常数 , 用公式S 总数=S 1+S 2+, , +S n来计算。式中 :S 总数 、 S 1、 S 2、 , , S n 分别代表车辆总的 密封常数、 车体、 车窗、 车门、 车辆连接及其他相关结构密封常数。以数据化的方式对车辆各个部位建立了分项考核目标 , 制定了相关结构设计的依据和具体的解 决措施。 3. 5 制动技术ICE 系高速列车的制动系统采用了再生制动、 电 阻制动、 盘形 (轮盘与轴盘 制动、 磁轨制动、 线性涡流 制动等多种制动方式 , 并按照不同车型的实际运用需 要 , 进行了不同方式的有效组合。在 ICE 1、 ICE 2高速列车中 , 动车 采用再生 (

25、电 阻 制动与轮盘空气制动的组合方式 , 拖车采用了轴盘 空气制动与磁轨制动的组合方式 , 构成了整列车的空 电联合制动的模式。在 ICE 3中采用了再生 (电阻 制 动与轴盘 +线性涡流制动组成的空电联合制动模式。ICE 系高速列车制动技术的最大特点 , 也是其在 高速列车制动技术领域的最大贡献 , 就是其在再生制 动和电阻制动以外的非粘着制动 磁轨制动与线性 涡流制动技术上所做的探索和实际应用上的推广及其 所取得的成功。3. 6 列车技术诊断系统与网络系统ICE 系高速列车率先采用了技术诊断系统 , 经过 标准4国外铁道车辆 第 42卷第 6期 2005年 11月 图 2 I CE 3 列

26、车适应直流电网的牵引控制系统示意图试验条件 :隧道断面面积与车辆断面面积之比 =8B 1(隧道断面 面积 82m 2, 车辆断面面积 10m 2 , 交会列车速度为 280km/h图 3 列车在隧道中会车的车内外压 力变化关系曲线化的专业技术。 ICE 1和 ICE 2的车辆控制和诊断的通讯结构是按照 20世纪 80年代技术水准设计的。为 了使列车数据传输达到国际上的统一 , 在国际电子委 员会 (IEC 的协调与支持下 , 制定出了 TCN 列车通讯 网络标准。从 ICE 3开始全面实施。无论是 ICE 1、 ICE 2, 还是 ICE 3高速列车及其后 续产品 , 列车技术诊断系统与网络系

27、统的开发目标都 是 :(1 实现车辆技术状态的现实状态模拟 ; (2 为车辆司乘人员和维修人员提供合乎需求的 信息 ;(3 降低维修时间和费用以及提高车辆的可支配 从 ICE 3高速列车开始形成了标 准的 TCN 列车网 络 , 该 网络由 传输 数据 的 列 车 级 双 铰 母 线 信 息 通 道 (WT B 与多功能车辆信 息通道及联 系两者的网关组成。其实现的功能主 要有 :中央控制 ;自动行驶控制和制动控制 ; 走行距离和速度数据采集 ; 安全驾驶控制 ;诊断并集中显示控制的内容及相 关服务信息 ;对中央控 制单元实行监测和控制 。 所有检测与技术诊断数据按照子 系统 y 车辆 y M

28、VB 单位 (动力单元 y 网关 y 列车组 (WT B 的优先级进 行信息传输。3. 7 辅助供电技术无论是动力集中型的 ICE 系高速列车 , 还是动力 分散型的 ICE 系高 速列车 , 均采 用直流 辅助供 电技 术 , 在列车中设有 DC670V 供电母线 , 由动车 (或受电 弓车 将从接触网获得的单相交流电降压后供给各车 , (或由受电弓车 分散变流后供给各辅助电气负载。以 ICE 3高速列车为例 , 其适应交流电网的辅助供电系 统的基本原理与结构见图 4。每个动力单元均为一个 独立的辅助供电系统 , 列车由受电弓车从电网集中受 流 , 经主变压器降压成 DC670V 直流电 ,

29、 通过列车供电母线送给各车分散变流后 , 供给各用电负载 , 同时通 过充电机 (蓄电池 转换成 DC110V 直流 电 , 再经过 DC110V 列车直流母线供给各车。 3. 8 车辆装饰技术ICE 系高速列车的车辆装饰技术极具特色 , 达到 了较高的水平。在 ICE 1与 ICE 2高速列车上采用了 许多特色技术与结构 , 如采用板式透明行李架、 造型独 特的组合式铝合金骨架座椅、 客室透明玻璃隔断与透 明玻璃大拉门 , 以及带有车窗卷帘的模压玻璃钢制内 墙板与由透明车窗和不透明的盲窗组成的车外窗带相 配合的装饰结构 , 形成了独特的技术 风格。从 ICE 3开始 , 又对车辆的内部装饰结

30、构进行了进一步的改进 , 如将板式透明行李架改为了弧形透明行李架 , 统一了 车辆内部的墙板与金属零部件的美工 装饰色调和图 案 , 使车辆内部装饰更加和谐、 典雅 , 达到了当今世界 5德国高速列车综述 李瑞淳 , 王马 矣6 国外铁道车辆 第 42 卷第 6 期 2005 年 11 月 图4 ICE 3 高速列车辅助供电系统原理示意图 3. 9 防撞和防火技术 防撞与防火技术是 ICE 系高速列车最新采用的 网络; ( 5 注重功能设备的齐全性; ( 6 注重车辆内部装饰设计与档次; (7 加强了与安全相关的防撞与防火技术的运用。 技术, 也是 T GV 高速列车所采用的新技术和欧洲跨 国联运铁路客车技术条件( TSI规定必须采用的技术。 按照 TSI 标准规定, 列车必须具有 以 110 km/ h 的