适用于干线铁路的时速160km城际车研制

孙 闯，邹 欣，丛培鹏

(中车大连机车车辆有限公司，辽宁 大连 116000)

城际车是在世界铁路客运发展趋势的宏观背景下，结合我国铁路客运改革需要推出的更能适应市场、满足经济和社会发展的旅客列车新品种。城际列车是介于干线铁路和城市轨道之间的一种新型轨道交通运行方式，城际线路一般不超过300 km，一次出行不超过2 h即可到达目的地，主要为城市带或城市群的居民提供公务、商务服务(工作圈)和通勤、通学服务(生活圈)。近些年，国内各轨道交通装备制造企业陆续开展了城际车的研制，如中车青岛四方机车车辆股份有限公司研制的CRH6F型城际车[1]、中车株洲电力机车有限公司研制的CJ-6型城际车等[2]。

中车大连机车车辆有限公司在成熟的机车和城轨车辆设计、集成能力基础上，研制了一款适用于干线铁路的时速160 km城际车。相对于其他城际车，该车具备灵活编组的特点，采用了全新的单点碰撞吸能结构、单空簧中间支撑结构转向架、工业以太网冗余传输网络等技术，在自主化、安全性、可靠性、智能性、舒适性、经济性等方面均取得了新的突破。

1 总体设计方案

1.1 车辆限界

车辆限界满足GB 146.1—1983《标准轨距铁路机车车辆限界》中的电力机车限界和《铁路技术管理规程》(高速铁路部分)中的客运专线铁路机车车辆限界要求。

1.2 列车编组形式及主要技术参数

列车采用2动2拖4辆编组，其编组形式为：+Mc1-Tp2-Tp3-Mc4+，其中，“+” 表示半自动车钩， “-” 表示半永久牵引杆，Mc表示带司机室的动车，Tp表示带受电弓的拖车[3]。

车辆主要技术参数如表1所示。

1.3 主要技术指标

车辆采用架控接触网供电，额定供电电压为单相AC 25 kV ，50 Hz(17.5～31 kV)，最高运行速度为160 km/h，试验速度为176 km/h，反向退行最大速度为20 km/h。

车辆主要技术指标如表2所示。

1.4 灵活编组方案

为满足不同线路的运载能力需求，车辆设计时充分考虑了由4辆编组扩编为6辆编组和8辆编组的方案，并对相关系统进行了预留接口设计，尽量避免扩编时改造。6辆编组扩编方案为：Mc1+Tp2+T1+M1+Tp3+Mc4，8辆编组扩编方案为：Mc1+Tp2+ T1+M1+ M2+T2+Tp3+Mc4。其中：T1、T2为不带受电弓的拖车，车体钢结构、车辆设备及布置方案除受电弓外，与Tp车完全相同；M1、M2为不带司机室的动车，车体钢结构、车辆设备及布置方案除司机室头罩外，与Mc车完全相同。

各系统预留接口设计。如网络控制系统，当车辆灵活编组时，通过WTB和ETB可以实现网络地址的自动分配，在车辆编组后重新上电，网络控制系统即能自动实现灵活编组后的控制功能。再如空压机的控制和管理，当车辆灵活编组时，中央控制单元将当前的编组状态通过MVB网络发送给制动控制单元，制动控制单元根据列车编组信息和日期，定义全列各空压机的启动优先级：4辆编组和8辆编组时，空压机启停依据日期单双号进行控制；6辆编组时，依据日期轮换3台空压机的启动优先级。

空压机配置与优先级定义分别见表3、表4。

表3 空压机配置表

表4 空压机启动优先级

2 主要结构

2.1 车体钢结构

车体钢结构主要分为带司机室的动车和带受电弓的拖车2种，其主承载结构采用大断面铝合金挤压型材整体承载的全焊接结构。车体强度满足EN 12663：2010+A1：2014《铁路应用 铁道车辆车体的结构要求》中P-Ⅱ类车辆标准，能承受纵向压缩载荷1 500 kN、纵向拉伸载荷1 000 kN、扭转载荷40 kN·m。

采用4级吸能车体结构，其中第4级吸能结构采用全新设计的单点碰撞吸能结构，如图1所示。该吸能结构相对于传统的双点吸能结构，结构更简单，安装更方便，占用空间更小，且有利于车辆头部流线型的设计，降低车辆的空气阻力。车辆防撞性能满足EN 15227：2008+A1：2010《铁路应用 铁路车体的防撞性要求》中C-Ⅰ类车辆标准，当2列相同列车以36 km/h相对速度碰撞时，保证客室生存空间变形量≤1%(列车质量：空载质量+1/2座席质量)。

图1 碰撞吸能结构及安装

2.2 转向架

转向架分为动车转向架和拖车转向架，结构相似。转向架主要包括构架组成、轮对、轴箱及一系悬挂装置、二系悬挂装置(包含联系枕梁)、牵引装置、基础制动装置、踏面修型装置、附属装置等。其主要创新点为：二系悬挂系统采用单空簧中间支撑结构，2套抗侧滚扭杆，辅以各向减振器；设置二系联系枕梁，枕梁内腔采用密封结构作为空簧附加气室，采用碳纤维复合结构。

二系悬挂装置及转向架结构如图2、图3所示。

1.抗蛇行减振器；2.二系垂向减振器；3.联系枕梁；4.空气弹簧； 5.抗侧滚扭杆；6.二系横向减振器。

图3 转向架结构示意图

和双空簧相比，单空簧结构减小了车体与转向架之间的回转力矩，释放了车体与转向架之间的最大转角，兼顾了车辆的曲线通过能力和动力学性能，且具有质量轻、噪声小、性能可靠、检修方便、易于分解和组装等特点。

2.3 牵引辅助系统

列车配置2套牵引辅助系统。牵引辅助系统主要由网侧高压电器、牵引变压器、牵引辅助变流器、充电机、蓄电池、牵引电动机等组成，具有再生制动、空转/滑行控制、无火回送等功能。

网侧高压电器主要由DSA250型单臂受电弓和高压电器箱(真空断路器、高压隔离开关和避雷器)组成，为车辆提供25 kV电源。牵引变压器内部采用一体化多绕组结构，外部采用冷却单元与变压器集成式结构，采用强迫导向油循环风冷方式，冷却介质为脂油，总容量为1 700 kVA，采用下悬式安装方式。

牵引辅助变流器采用两电平电压型变流器，主辅一体化设计，主要由牵引变流器、辅助变流器、牵引控制单元、冷却系统等组成，单台牵引变流器额定输出功率为2×740 kW。辅助变流器采用交流输出母线并网供电方式，单台辅助变流器额定输出容量为200 kVA，在动车组过无电区时，利用牵引辅助变流器的再生工况可以实现供电保持状态[4]。

充电机为负载提供输出DC 110 V电源，同时对蓄电池充电，具有输出短路、过流、过载及输入过/欠压等保护功能，能够实现多台充电机并联工作。列车配置2组蓄电池，并联使用，蓄电池总容量440 Ah，其输出能力满足列车各种负载工况的用电需求。

采用三相异步感应牵引电动机。电动机采用强迫通风方式冷却，额定牵引功率350 kW。

2.4 信号安全系统

信号安全系统包括列车自动防护系统、综合无线通信系统和自动过分相系统。

列车两端各安装一套独立的列车自动防护系统车载设备，其总体结构采用硬件冗余结构，关键设备均采用双套，核心设备采用“3取2”或者“2×2取2”方式，防止在任何情况下发生列车无行车许可的运行。

综合无线通信系统是基于GSM-R数字移动通信技术、GPS全球定位技术、450 MHz及800 MHz模拟无线电台通信技术开发的综合车载通信设备，具有无线宽带数据传输功能，工作模式自动、手动转换和语音提示功能，上下行线路分别设定工作模式转换点的功能以及整机自检和故障定位功能等。

自动过分相系统由车载控制设备、信号接收设备、连接器电缆、安装附件等组成。自动过分相系统用于列车过分相区时，接收地面磁枕信号以确定列车位置，由车载控制设备处理后向列车微机发出信号，使列车自动卸载、断主断路器，惰行通过无电区后合主断路器恢复牵引电流，完成自动过分相操作。

2.5 列车网络控制系统

列车网络控制系统分为两级总线式网络拓扑结构，列车级总线采用WTB和列车级以太网(ETB)，车辆级总线采用MVB和工业级以太网(ECN)，其中WTB、MVB作为主控，以太网作为冗余备份，当MVB通信故障时，列车网络控制系统将切换至以太网总线进行网络控制。

列车网络控制系统主要功能包括：列车级控制功能、运行控制功能、高压系统控制功能、牵引系统控制功能、辅助系统控制功能、低压系统控制功能、制动系统控制功能、其他控制功能以及计算功能等。列车网络拓扑结构如图4所示。

EREP.以太网中继器；ETBN.骨干网交换机；ECN.组成网交换机；REP.中继器；GW.网关； CCU.中央控制单元；HMI.显示屏；RIOM.远程输入输出单元。

2.6 制动系统

制动系统采用微机控制的直通式电空制动系统，遵循“故障导向安全”的设计原则，主要功能充分考虑了冗余性。制动控制采用车控方式，以单元为单位进行空电复合制动的管理，按模式曲线控制列车减速或停车。

制动系统具有常用制动，紧急制动EB，紧急制动UB，停放制动，保持制动，乘客紧急制动，车轮滑行保护WSP，非冗余的不旋转轴检测DNRA，监测、诊断和故障记录等功能。配备了BP救援转换装置，可由采用自动式空气制动系统的中国既有机车操纵控制(包括制动与缓解),以满足救援和回送需求。

2.7 空调系统

列车设有客室空调机组、废排装置、压力波保护装置、风道系统和独立的司机室空调机组。

每节车安装2台制冷量37 kW、制热量17 kW、风量4 000 m3/h的客室空调机组，1台通风量3 060 m3/h的废排装置与一整套风道系统，可实现通风、预冷、制冷、预热、制热及紧急通风等功能，为乘客提供一个舒适的客室环境。

司机室安装1台制冷量5 kW、制热量5 kW、风量900 m3/h的空调机组，采用主动式压力保护系统。高压风机在运转时可以抵抗外界的压力波，实现对司机室内压力舒适性的控制。

2.8 车门系统

列车设有单开塞拉门和双开塞拉门，头车每侧配置1个单开塞拉门和2个双开塞拉门，中间车每侧配置3个双开塞拉门。

车门供电电压为DC 110 V，单开门净通过宽度800 mm，双开门净通过宽度1 300 mm，净通过高度均为1 900 mm，所有车门均具有开关门延时、开关门二次缓冲、障碍物检测、故障切除、旁路、自诊断、故障记录和气动锁紧等功能。

2.9 车钩系统

列车配置3种车钩系统：头尾车配置全自动车钩；中间车配置半永久车钩，分为带缓冲器车钩和带压溃管车钩；为了实现救援和回送，额外配置过渡车钩，放置于车下箱体内，过渡车钩包括10 型过渡钩模块和机车过渡钩模块，在救援和回送时，实现端部全自动车钩与救援机车连挂。

3 试制及试验

2019年9月，适用于干线铁路的时速160 km城际车总组装完成,同年11月，车辆静态调试完成并委托第三方按《高速动车组整车试验规范》(铁运[2008]28号文)进行整车型式试验，目前车辆已完成车体静强度、转向架均衡性、牵引系统、制动系统、车辆称重、限界、动应力和动力学等试验，试验结果均合格。图5为适用于干线铁路的时速160 km城际车。

图5 适用于干线铁路的时速160 km城际车

4 结束语

中车大连公司研制的适用于干线铁路的时速160 km城际车兼顾了地铁车辆快速乘降、快速启停的特点，该车在车体、转向架设计和灵活编组设计方面采用了多项创新技术，整车技术先进，性能安全可靠。