德国高速铁路技术（5）.doc

５ 高*“速*“列*“车５.１ 德国ＩＣＥ系列高速动车组发展概况 早在１９７０年原西 德联邦政府研究技术部就开始组织对未来长途运输系统新技术的研究，其主要任务包括从 １９７０年开始的发展磁浮列车的研究及１９７１年开始的发展高速铁路技术经济极限的 研究其中轮轨系统研究由德国铁路协会组织，磁浮列车研究由道尼尔系统组织至 １９９１年，对研究工作总投资为：磁悬浮技术１５.６亿马克、轮轨技术６.４亿马克， 总计２２亿马克轮轨技术研究重点是机车车辆与线路的相互作用及机车车辆—线路动力 学原制订高速列车速度目标值为３００ｋｍ/ｈ，为此确定了大量研究内容后来由于经 费短缺，以及联邦铁路在制订高速铁路实施计划中将速度目标值降到了２５０ｋｍ/ｈ，加 上法国ＴＧＶ列车于１９８１年２月１６日创造了３８０ｋｍ/ｈ高速世界记录，使德国认 为已没有必要再进行过多研究工作，因此削减了许多研究内容在发展高速铁路问题上，德国经过了旷日持久的讨论，但在决策上却始终议而不决 由于联邦铁路在市场竞争中经济亏损越来越大，而法国ＴＧＶ高速铁路运营成功，对素以 高技术著称的德国是一个很大的刺激，由此加速了原西德联邦政府发展德国高速铁路的步 伐。

１９８２年５月１３日，原联邦德国铁路成立了新的董事会，确定了发展高速铁路的 计划，决定加速修建汉诺威—维尔茨堡，曼海姆—斯图加特两条高速新线，１９８２年７ 月新线实质上动工１９８２年８月，联邦铁路投资１ ２００万马克，试制ＩＣＥ试验 型城间快车加上原西德联邦政府研究技术部投资４ ４００万马克，铁路工业企业投资 １ ６００万马克，１９８３年联邦铁路追加投资６００万马克，共７ ８００万马克 于１９８５年试制成功 2 动 3 拖ＩＣＥ/Ｖ试验型高速电动车组同年试验最高速度达 ３１７ｋｍ/ｈ１９８８年５月ＩＣＥ/Ｖ型列车又在汉诺威—维尔茨堡新建高速线上创 造了４０６ｋｍ/ｈ的世界速度最高记录ＩＣＥ/Ｖ试验型列车不仅是德国未来高速列车 方案的试验，而且成为新型铁路发展的标志在ＩＣＥ/Ｖ型动车组基础上，１９８５年１２月联邦铁路确定了ＩＣＥ设计任务书， １９８６年开始试制ＩＣＥ１型高速动车组ＩＣＥ１型动车组与ＩＣＥ/Ｖ试验型动车组 有不少不同点，示于表３—５—１ 表３—５—１ ＩＣＥ/Ｖ试验型与ＩＣＥ１型的比较静挠度３６.４ｍｍ；垂向液压减振器当振动速度为０.１ｍ/s 时， 阻尼力为３００ｋｇ二系：每侧２个二系高柔螺旋弹簧，垂向刚度０.８６６ｋＮ/ｍｍ;横向刚度 ０.３７ｋＮ/ｍｍ；静挠度１６９.１ｍｍ；二系垂向液压减振器：当振动速度为 ０.１ｍ/s，阻尼力为４５０ｋｇ；二系横向液压减振器：当振动速度为０.１ｍ/s，阻尼 力为５００ｋｇ；二系抗蛇行液压减振器：当振动速度为０.０１ｍ/s，阻尼力为１ ０００ｋｇ。

驱动制动单元的耦合减振器阻尼力为３００ｋｇｅ.尽可能使转动质量集中于回转中心分布，使转向架绕垂直轴的转动惯量大大减少；因驱动制动合为一体，且实现与车体的横向可转换联结，其转动惯量下降约６５％ｆ.采用重量最轻的大功率异步牵引电动机ｇ.采取一系列的结构轻型化措施ｈ.使用高效能的电子防滑装置由于上述各项措施的采用，ＩＣＥ１动力转向架的簧下质量只占动力车总质量的 １０％，一系簧上质量只占１２％而一般机车采用牵引电机轴悬挂的簧下质量要占 １７％，一系簧上质量占２２％，采用牵引电机转向架构架悬挂的簧下质量占１２％，一 系簧上质量占２８％Ｂ.兼顾直线及曲线的走行性能：由于德国的高速列车必须在高速新线上达到较高的运行速度而不失稳，又必须能以较 高的速度通过曲线半径较小的既有线，因此，要求动力车转向架同时具有较好的直线及曲 线运行性能为此，在ＩＣＥ动力转向架上采取了如下措施：ａ.通过减小走行部的质量和转动惯量，可以降低通过曲线时的导向力及提高直线上走 行的稳定性，１、２位转向架重量分别为１４ ４３２ｋｇ及１４ ３１２ｋｇ；ｂ.轮对的纵向及横向定位刚度保持一定的比例；ｃ.根据对曲线及直线性能深入研究的结果，取动力转向架的轴距为３ｍ；ｄ.利用磨耗型踏面达到高速运行，确保良好的曲线耐磨耗性能；ｅ.驱动—制动单元的横向可转换联结，通过不同的联结方式，分别保证不同条件下的 性能；ｆ.采用优化的一、二系静挠度分配及阻尼配置（包括抗蛇行减振器） 。

Ｃ.追求在不增加维修工作量的前提下实现高速：德国选用了磨耗型踏面（ＯＲＥＳ１００２型即ＤＩＮ５５３７型） ，采用１∶４０的 轨底坡，轮对相应宽度为１ ４２４～１ ４２６ｍｍ，轮对横动量为３ｍｍ，等效锥度 为０.１～０.４，极限情况下可达到０.６，平均值为０.２５～０.３由于采用了磨耗型踏面，在两次旋轮间运行达到６０万～１００万ｋｍＤ.采用尽可能简单的结构：ＩＣＥ高速动车组的动力转向架结构相当简单，可接近性、可维修性及零部件的更换 都相当方便，结构的简单体现在下述几个方面ａ.框形无中间横梁的焊接构架；ｂ.单侧轴箱拉杆的简单的轴箱定位形式；ｃ.集中布置，结构紧凑的驱动制动单元，牵引及制动力的传递采用相同的路线；ｄ.转向架端梁上单边布置的拉压牵引杆；ｅ.较简单的一、二系悬挂方式（使用螺旋弹簧＋橡胶垫） Ｅ.采用大功率交流异步牵引电动机：ａ.大功率：轴功率达到１.２５ＭＷ；ｂ.体积小、重量轻：其外径仅为７８５ｍｍ，单位功率重量仅为 １.７～１.８ｋｇ/ｋＷ，总重量为１ ９８０ｋｇＦ.追求高的黏着利用：ａ.采用交流异步电动机，利用变频调速，可以有效防止及抑制轮对空转；ｂ.采用各动轴的单独控制，即使一个动轴发生空转，其他动轴仍能维持尽可能高的牵 引及制动力；ｃ.轮对空心轴驱动系统具有足够高的扭转刚度，以保证动轮驱动系统具有很高的黏— 滑振动稳定性，实现较高的黏着利用；ｄ.在转向架和车体间采用低位牵引装置，牵引点高度为３８０ｍｍ，可使牵引及制动时的轴重转移很小，提高黏着利用；ｅ.由于簧下质量及一系簧上质量很小，路不平顺的条件下，轮对垂向动态力的变 化很小，有利于轮轨黏着的充分发挥；ｆ.轮对及构架联结的运动学关系及弹性阻尼特性，可以保证在轨道缺陷激励及运动部 分偏转的联合作用下，发生的动态蠕滑较小，有助于发挥较高的切向（圆周方向）蠕滑力， 从而保持稳定的牵引力特性。

③一系及二系悬挂一系采用螺旋弹簧，每个一系螺旋弹簧有１.５圈，簧径３７ｍｍ，中径２１７ｍｍ， 包括橡胶垫的高度为１４３ｍｍ，重１４.４ｋｇ二系采用高挠柔性弹簧，每个二系高挠 圆簧有７.５圈，簧径４６ｍｍ，中径２４２ｍｍ，重７９.３ｋｇ与一系弹簧并联着垂 向液压减振器，每个轴箱１个，重１５ｋｇ与二系弹簧并联着垂向液压减振器，每侧１ 个，重１６ｋｇ，置于车体与转向架构架间在构架中部每侧布置着 1 个横向减振器，重 １８ｋｇ，转向架构架与车体在两侧的纵向布置着起回转阻尼作用的抗蛇行减振器，重 ２４ｋｇ每个弹簧都坐于上下２个橡胶垫间以发挥其横向刚度，并可隔离高频振动轴箱采用单侧长拉杆定位，刚度很大，有利于保持驱动系统稳定性，提高黏着利用， 同时可提高高速运行时的临界速度，而对轮对横向运动没有限制，轮对的横向定位刚度由 一系悬挂的刚度保证，为确保走行性能，纵向与横向定位刚度间保持了一定的比例关系 三角形轴箱拉杆可以大大提高轮对的横向定位刚度，拉杆的两端采用了橡胶球关节从维 修角度出发，仍采用铸钢轴箱为了减重，车轴采用空心轴结构，壁厚３０ｍｍ，其材质为２５ＣrＭo４，轮座处进 行了喷钼处理，一端车轮上有 6 个孔以安装六连杆机构的联结销。

每一轮对重量为１ ３８８ｋｇ，弹簧悬挂装置重７５５ｋｇ，每一轴箱（带接地保护）重１９５.７ｋｇ，一 位轮对的排障器重１１４.１ｋｇ车轮采用轻型结构的辐板式，轮缘经调质处理，采用Ｒ８材质，装卸车轮采用油压法， 轮对使用寿命应至少达到运行１２０万（±２4 万）ｋｍ④转向架构架及牵引杆转向架构架为由ＳＴ５２钢板焊接成的箱型梁组成的框形结构，无中间横梁，结构简 单，重量仅有１ ４９８ｋｇ，侧梁为中部下凹鱼腹型结构，牵引端梁也为中部下凹鱼腹 梁，端梁上有驱动制动单元摆杆的吊孔，在构架靠车体中部的内侧端梁上，摆杆吊座中间 是牵引杆座在构架的外侧端梁上有点头止挡，在侧梁靠近端梁的地方有摇头侧挡，在侧 梁中部有横移侧挡，此外还有各种减振器安装座，在构架的部分结构上采用了铸焊结合的 方式增强其承载能力 ＩＣＥ高速动车组的动力转向架的牵引装置是在转向架外侧端梁上布置的拉压牵引杆， 在耐磨耗和可维修性方面，拉压牵引杆明显优于中心销方案，其结构简单，重量轻，牵引 拉杆重２２４.４ｋｇ在由试验型ＩＣＥ/Ｖ发展为系列型ＩＣＥ时，除因动力车功率加大使变压器加长，因 而牵引杆必须相应缩短外，还将牵引杆设计成可分的，即能与转向架一起与车体分离。

牵 引杆关节处有大体积的橡胶元件，以适应转向架相对于车体的转动及横动，并缓和纵向冲 击，在两端的安装座上有珐琅盘限制橡胶的轴向位移，牵引杆上有ＬＺＢ天线和装卸托座⑤转向架走行试验情况根据走行试验结果表明，速度达到２８０ｋｍ/ｈ，动负荷变化不大，而且低于车轮动 负荷最高限值１７０ｋＮ轮对横向力测得结果也低于ＵＩＣ规定的横向力最大值７０ｋＮ５.４.２ ＩＣＥ１型动车组制动系统（１）复合制动系统根据ＩＣＥ/Ｖ型试验列车所获得的经验，发展和改进了ＩＣＥ１型动车组的制动系统， 形成了包括下列主要部件的复合制动系统①能将电能反馈到电网的三相异步电机再生制动；②不论动力轴和拖车轴均带有盘型制动，每根动力轴有两组不通风的轴盘式盘型制动， 每根拖车轴有４组通风的轴盘式盘型制动；③拖车上采用磁轨制动，并有可能将来用涡流轨道制动替换磁轨制动而不用改动转向 架结构；④用微处理器进行制动控制；⑤根据ＵＩＣ的规定，采用带有列车管的电空控制空气制动；⑥采用旋转螺杆式空气压缩机，空气干燥器；⑦制动部件采用模块式结构,板式集中安装复合制动系统适应的最高速度是２８０ｋｍ/ｈ制动系统的作用准则是尽可能达到无磨耗的制动作用，优先使用动力车的再生制动， 盘型制动作为制动力不足时的补充及停车之用，磁轨制动只用于紧急制动。

使用列车运行自动控制装置（ＬＺＢ）的常用制动时减速度：一般在＜５‰坡度上时 为０.５ｍ/s２，＜１２.５‰坡度上为０.４４ｍ/s２列车最大常用制动减速度为 ０.７ｍ/s２（ＡＴＣ速度监督曲线） ，紧急制动时减速度为１.０ｍ/s２ＩＣＥ１型 动车组在初速度２５０ｋｍ/ｈ时紧急制动距离小于２ ３００ｍ，初速度２８０ｋｍ/ｈ 时紧急制动距离小于２ ９００ｍ图３—５—１６所示为ＩＣＥ１型动车组在常用制动工况下各种制动方式的制动力分 配关系因仅在紧急制动时应用,无明显轨温上升;制动时簧下 质量不增加;直接支撑在钢轨上，不需附加长的横梁；不需调整空隙缺点是：有磨耗；常 用制动时不能应用；冬天有结冰的危险；高速时制动力下降较快磁轨制动机的制动力随 速度变化的实测值见图３—５—２０所示６）中央检测与监控系统（ＺＥＶＳ） 同时，控制和监督系统的操作部分由继电器接触电路改为中央检测监控系统的软件程 序控制由于设备和子系统减少，改善了信息可读量，缩短数据传输周期每一条多功能母线（ＭＶＢ）联结４辆车网络间接口保证了ＭＶＢ和ＷＴＢ之间的 联系在２个动车组重联运行时，全列车由统一的ＷＴＢ进行监督从ＩＣＥ１型和ＩＣＥ２型动车组经验及ＩＣＥ３的新要求，研制了一套新的 ＣＯＢＲＡ诊断系统，见图３—５—４８，这是一种分级结构不间断作用的诊断系统，主 要部件是：（１）列车预诊断子系统，并具有高层次（整列车）预检系统；（２）信息传输（其中包括可视显示）和信息记录；（３）数据交换。

ＣＯＢＲＡ包含了发生的全部信息，并能随机选取实时信息信息数据传输的分级程 序是：子系统→车辆→ＭＶＢ连接的 4 辆车母线的半列车→８辆编组整列车→合并 2 列车， 每个用户如司机、列车乘务 &〖ＴＰＴＩＥＴ３５４８，＋７３ｍｍ１１２ｍｍ，ＢＰ，ＤＹ。