Desiro RUS “雨燕”电动车组
Desiro RUS “雨燕”电动车组（西门子公司在德国克雷费尔特工厂生产）
为了加强2014 年索契冬奥会的运输服务，俄罗斯铁路股份有限公司从西门子公司订购了38列Desiro Rus（“雨燕”）电动车组。该型车以Desiro ML原型车为基础，为5车编组的宽体车，能够提供直流3kV、交流25kV 50Hz两种供电制式，在耐碰撞性、车内布置的舒适性与便利性以及在40‰坡道上的运行安全性方面具有明显的优势，符合欧洲TSI和俄罗斯相关标准的要求，能够适应俄罗斯200mm、1100mm和1300mm三种站台高度。首批8列车组于2013年1月交货，然后进行商业试运，以进一步验证其可靠性。由于该型车先进的技术性能，后续又达成了供货16列车组的意向，而且力争逐渐过渡到本地化生产，预计2017年前，列车将达到80%本地化生产。本文介绍了该型电动车组的主要技术性能，从其机械部分和电气部分两大方面着重进行了详尽的阐述。
关键词：Desiro Rus 市郊电动车组 结构性能 舒适性 便利性 安全性 西门子公司 俄罗斯铁路股份有限公司
1 前言
2012年3月初，第一台市郊电动车组“雨燕”（即Desiro RUS）抵达俄罗斯，它是西门子公司在德国克雷费尔特工厂生产的，为索契冬奥会服务。2012年电动车组应通过一个周期的起动调整、全套的预验收、验收和认证试验。按照确认的进度表所有的试验都将在2012年11月前完成，2012年12月末应收到符合俄罗斯联邦安全标准的认证书，而在2013年1月中旬第一批8列电动车组将交付给俄罗斯铁路股份有限公司。为了测试和准备2014年冬奥会期间的客运服务，2013年初计划组织电动车组的商务试运。
运输市场的扩大，列车运行密度和速度的提高都对新车提出了更高的要求，特别是在可靠性、舒适性和起动加速等参数方面。2009年12月俄罗斯铁路股份有限公司与西门子公司签订了以Desiro ML原型车的构造为基础研制和供应38列5节车厢的电动车组的合同。在俄罗斯这种电动车组被命名为“雨燕”。
新电动车组的首要任务是保证2014年索契冬奥会和残奥会期间的客运服务。奥运会结束后部分“雨燕”电动车组作为奥林匹克运动会的象征将留在北高加索铁路局。其余电动车组则计划调往更繁忙的铁路网，即莫斯科地区，缓解当地的客运压力并提高舒适度。该批电动车组的供货将在2013年四季度结束。
举办奥运会的地区运输条件较为复杂，对自动制动装置和牵引系统的要求都有所提高。因此在设计电动车组时考虑到了保证在限制坡度达40‰的山地线路上的安全运营。
索契地区的牵引供电通过以下方式完成：运行在黒海沿岸的平原区段采用电压为3.3kV的直流系统；而在阿德列尔-阿尔皮卡-塞尔维斯山地区段采用电压为25kV、频率为50Hz的交流系统。这种情况要求西门子公司研制双流制电动车组，运行时交、直流可以自动转换。对于俄罗斯市郊运输来说，这是一项新方案，在对接区域，可以实现自动转换牵引供电系统，因此乘客没有必要中途换车，这样就节省了大量的时间。西门子公司已经在俄罗斯“游隼”电动车组（Velaro RUS）的高速运输中采用了这个系统。
西门子公司专家在设计“雨燕”电动车组时，借鉴了俄罗斯高速运输的诸多经验，尤其是“游隼”电动车组设计中的构造方案。Desiro ML电动车组的原型车在轨距为1520mm的铁路网上运营时经受了俄罗斯严冬条件的考验。
2 电动车组说明和主要技术性能
Desiro ML原型车符合TSI（技术兼容性）的所有要求。以该原型车为基础而设计的Desiro RUS电动车组符合俄罗斯相关标准以及TSI中与俄罗斯标准相符的要求。对Desiro RUS的要求应当通过电动车组预验收和认证试验的结果来证明。
关于Desiro RUS电动车组，西门子公司采纳的所有技术方案都与专门科研院所的专家们进行过广泛地讨论，并征求了俄罗斯铁路股份有限公司的意见。车内艺术设计、司机室和乘客车厢的构造形式都以电动车组头车的样本为基础进行讨论。
在确定电动车组的设计风格时沿用了Desiro ML原型车的设计原理（如图）。Desiro RUS电动车组有5节车厢的构造形式，这种构造可以把补充的第六节车编入车列（先前的以Desiro ML原型车为基础的设计方案规定列车组成为2～4节车厢）。列车载客量随着季节的变化而做相应的调整，构造规定有双牵引工况，即可以连接两列5节车厢的列车。形成的10节车厢的车列有四台牵引动车。这样列车的制动效能也相应增加。
列车车厢中设备的分布：PWR-为牵引电机供电的脉冲逆变器；VQS-四象限输入调整器；HBU-自供电变流器；BLG-蓄电池充电机组；T-牵引变压器；LF-电网滤波器的电抗圈；BAT-蓄电池；BR-制动电阻；HS-主断路器
通过西门子公司专家们的努力,Desiro ML原型车的构造最大限度地适应了俄罗斯铁路股份有限公司载客量要求。因此车厢的限界扩大了：宽度为3.48m,头车的长度为26m,中间车厢的长度为24.8m(不算车厢间折棚通过台则为24m)，车厢的高度为4.85m。由于车厢限界的扩大和乘客车厢无通过台的构造型式使载客量得到了保证，当空间完全利用时载客量能与欧洲一些国家正在运营的双层车厢的载客量相当。
Desiro RUS原型车的主要优势
•车体的宽度最大程度地符合俄罗斯车辆的构造限界。这样使乘客站台与车厢间的距离最小，最大限度地保证乘客上下车的安全；
•依靠采用碰撞时能吸收撞击能的褶皱部件保证乘客高级别的安全水平；
•车厢的装备情况符合TSI-PRM要求；
•列车车厢的出/入口区域配置与俄罗斯的乘车站台相匹配（高度为200mm、1100mm和1300mm）；
•走行部构造的研制考虑到了小半径曲线的存在（比如在机务段）；
•在电动车组上安装保证列车运行安全的系统，针对俄罗斯铁路股份有限公司铁路网的条件，安装了列车自动控制系统，从能耗、乘客舒适度和走行时间这三方面保证最佳运行。采用该系统可以有效利用索契冬奥会地面铁路设施的通过能力，其特点是单线区段（其中包括隧道）和复线区段的交替，并保证奥运期间运送需要数量的乘客。
Desiro RUS列车的主要技术性能
列车长度 126.462m
头车长度 26.031m
中间车的车体长度 24m
车辆间折棚通过台的长度 0.8m
车体宽度 3.48m
地板面距轨面的高度 1400mm
轨距 1520mm
车体材料 铝合金
座位数:
一等车厢 16
旅行车厢 397
折叠椅座位 30
轮椅专区 4
站位（按 3 人/m2） 379
总计 822
最大轴重 190kN
实际重量 268t
最大轮径/最小轮径 920/840mm
最小通过曲线半径 150m（10km/h 以内）
接触网的额定电压：
直流电 3kV
交流电 25/50kV/Hz
牵引工况下轮周最大功率 2.55MW
起动牵引力 255kN
再生制动力 210kN
最大运营速度 160km/h
加速时平均加速度从0到60km/h 0.64m/s2
运营温度范围 从-40 到+40℃
低站台的乘客上下车装置 活动台阶
空调 每间司机室和每节乘客车厢都有独立装置
使用寿命 40年
3 机械部分
3.1 转向架
Desiro RUS电动车组的转向架是以SF500系列为基础制成的。研制“游隼”列车转向架时也以它为基础。Desiro RUS不仅要运送坐乘旅客，还包括站客定员，因此其轴重大于“游隼”列车。在商榷转向架构造的过程中，西门子公司参照“游隼”电动车组运营经验，综合考虑到了不利因素，低温时它们能影响转向架的工作。
为1520㎜轨距设计的Desiro RUS电动车组的转向架有两个级别的弹簧悬挂。一系弹簧悬挂中采用螺旋弹簧。二系弹簧悬挂是自动调压的空气弹簧，因此在车厢人数变化时能保持地板距轨面的高度并自动调整列车的制动效果。
头车的所有轮对都是电动轮对。异步牵引电动机悬挂在转向架构架上。双级牵引齿轮箱在轮对的电动轴上。通过齿形联轴节传递电动机到齿轮箱的牵引力。齿形联轴节可保证电动机和齿轮箱的相互位移。下图列举的是列车的牵引性能和制动性能。
5节车厢的Desiro RUS电动车组性能：1—100%功率时的牵引力;2—75%功率时的牵引力;3—50%功率时的牵引力;4—再生制动时的制动力；5—平道上的运行阻力；6—40‰坡道上的运行阻力；F—牵引力/制动力；V—运行速度
中间车厢装有不带牵引电动机的转向架。因此在计算最多乘客定员人数时，站客定员人数根据每平方米7人计算，最大轴重估计为19t。
3.2 车体
像Desiro ML列车一样，自承载式车体骨架是由空心铝板制成。与Desiro ML的乘客定员相比，由于限界扩大使负载更大，因此为承受增大的载荷而另外设计了这种轻型构造。
在设计安装范围时采用了Desiro ML的高地板面构思。牵引传动装置和辅助设备配置在顶棚上或车体下的空间。
像“游隼”一样，Desiro RUS列车也要通过耐碰撞的可靠性试验。
司机室骨架的设计条件是能最大限度地保证乘务组和乘客的安全，因此加固了司机室骨架，并补充装备了可更换的钢制的能吸收碰撞能量的褶皱部件（牺牲部件）。这些部件是以吸收撞击能的控制变形原理为基础研制的。
Desiro RUS电动车组上采用的是西门子公司新研制的“牺牲部件”，特别是它能吸收车辆联结装置上的撞击能量。模块的外形是针对Desiro RUS电动车组与装备了CA-3车钩的俄罗斯生产的无缓冲器的车列可能产生的碰撞。变形组件与刚性联结装置组合在一起，紧急情况下可以防止电动车组脱轨，并可保护乘务组和乘客的安全。
为保证安全，所决定的车头部分复杂的力学构造要求西门子公司研制专门的前部造形，这是为了完成电动车组司机室优美的外观设计。
3.3 内部设计
乘客应该最大限度地利用电动车组的内部空间。A、B车厢中各有67个坐乘席位（8个一等席位，50个二等席位，9个折叠座椅），各有2个残疾人轮椅专区，而C、D和E车厢各有99个二等席位和4个折叠座椅。每节车厢都有两个手提箱架。
标准配套中旅行等级的座位占了列车的主要部分（座位按照3+2的方式布置）。只是各头车内有一个不大的舒适性较高（2+2方案）的乘客室（8个座位）。列车上还有带行李架和折叠座位的多功能区。为了冬奥会这个区域还专门装备了固定滑雪板和滑雪用具的立柱。
卫生设备配置在列车的头车内。这里是指专门为行动不便的旅客所配备的通用盥洗室。车厢两端折棚两侧都配有车间折棚通过台的门扇。
入口门是双扇滑动门。门高超过2050mm，门洞净宽为1300mm。为使行动不便的乘客从高度为1100和1300mm的站台顺利进入头车，设置了手动控制的折叠式坡板。为方便坐轮椅的残疾人上下车，必要时在高度为200mm的站台上可以设置带电传动的升降装置。
在俄罗斯冬季条件下，西门子公司仍需加紧努力以满足俄罗斯铁路股份有限公司中关于采用暖气、通风机、空调方面的要求以及有效利用能耗。因为进/出口区域只是用玻璃隔墙与乘客车厢隔开，那么补充加热器能保证这个区域的温度，该加热器能把热空气定向传递到通过台区并加热隔墙。按照空调和暖气构思，新鲜空气的输送系统与调整CO2等级的传感器有关，因此列车的乘车人数少时消耗的能量也随之大量减少。
3.4 司机室
司机室的制造要考虑到单人驾驶列车的要求，配置了人机对话设施的司机台位的最佳构造型式、司机室内部空间的艺术设计以及司机室瞭望区都要在头车模型上预先进行讨论。
为了在俄罗斯运行，电动车组装备了БЛОК列车行车安全系统和模拟数字列车无线电台。必要时可以把数字卫星通信制式集成到系统中。
按照俄罗斯铁路股份有限公司对所有电动车组的要求安装的专用的自动牵引系统是电动车组能效运营的重要方面。系统根据能耗选择最佳的自动牵引列车工况。在这种情况下司机在任何时间都能转换到手动操纵。
此外，制动系统能给司机能效方面的支持。常用制动时主要是动车上的再生电制动机起作用，制动能返回到接触网。如果由于没有耗电器，制动能不能返回到接触网，制动电阻就能自动接通。电制动力不足时系统自动接通，直接实施电空制动（混合工况）。
4 电气部分
5节车厢电动车组的高压设备是由两个相连接的受电弓、保护装置、牵引和辅助变流器、制动电阻和牵引电动机组成。
牵引系统和列车总供电系统的部件分布于车列的所有车厢。动车组的牵引设备由两个模块组成，其中的每一个模块向两个牵引电动机供电。
在交流工况下25kV/50Hz的电压从受电弓经过SS系统变流器进入HS-AC交流总开关，从这里再进入Tr牵引变压器的初级线圈。两个VQS四象限控制器从变压器的二次绕组获得供电，其中的每一个控制器都与自己的直流电压中间环节相连。从CD带电容器的中间环节获得供电的PWR脉冲逆变器在输出端形成根据电压和频率进行调整的三相系统。来自于每一个逆变器的电能供应给并联的两个牵引电动机。
动车组的牵引设备图：SS-电流系统转换开关；ET-接地断路器；HS-DC-直流总开关；HS-AC-交流总开关；SE-电流系统测定器；ÜSA-放电器；SpW-测量变压器；StW-交流测量变流器；SW-直流测量变流器；Tr-牵引变压器；LF-电网滤波器的抗流圈；VLE-中间环节的充电装置；VQS-四象限控制器；CD-中间环节的容量；PWR-脉冲逆变器；RB-制动电阻；HBU-自用变流器；BLG-蓄电池的充电机组；M-牵引电动机
如前所述，所有头车的轮对都是装牵引电动机的。牵引电动机是鼠笼式六极异步电机。
把为随车电网和BLG充电装置供电的HBU自用变流器接到动车组上其中一个逆变器的中间环节上。把两个HBU变流器安装在中间车厢下。通过电压为380V的三相电流列车汇流母线供电给耗电器。
Desiro RUS列车控制系统由用于列车信息母线的、在运营中证明有效的Sibas32部件组成。
与Desiro ML相比，Desiro RUS的最大牵引力增大了，这是为了在50%的牵引力有故障的紧急工况下列车能爬上40‰的坡度。
在交流和直流工况下高压部件的设置要考虑到系统的冗余。在额内工况打乱的情况下列车用其中一个受电弓可以运行。依靠四个独立的变流器装置，电动车组在技术故障时能保证其高稳定性。甚至在接触网没有电压时列车也具有一定的“生命力”。在这种情况下，一个半小时内应急照明、扬声器、声音信号、尾部限界信号、应急通风、控制门的电路、列车无线电台和停车弹簧制动机仍处在工作状态。
列车上采用的现代化的诊断系统可以延长修车间的走行里程，并能从根本上过渡到新的维护和修理系统。设备的模块化配置促使维护和修理简化，并能降低成本，在排除故障时采用完好的部件直接替换故障部件还可以缩短停车时间。
5 结论和前景
“雨燕”电动车组是在Desiro ML型电动车组高级工艺构造原型车的基础上设计的。凭借模块系统，一些新的工艺方案和设计方案很容易整合到构造中。
俄罗斯铁路局采取对市郊列车进行现代化改造和更新的方针，把这些市郊列车更换成高级工艺的列车，其优点是：高可靠性、运用系数高、高能效、生产工艺清洁环保以及高舒适性。
在2010 InnoTrans展览会上达成了继续供货16列车组意向，其生产将部分限定在俄罗斯国内。2011年4月西门子公司和“锡纳拉集团”股份公司创建了合作企业，在这里将完成俄罗斯市场的“雨燕”电动车组的本地化生产。
2011年9月在国际沙龙上，上述合作企业已经获得了240列“雨燕”系列5节市郊电动车组的第一批订单。位于斯维尔德洛夫区的上培诗马市的俄罗斯铁路制造企业“乌拉尔机车”有限公司将有组织地进行生产。到2017年前列车将达到80%本地化生产。第一批电动车组暂时准备在俄罗斯铁路局进行试验和认证。
感谢 王丽 译自 《ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА》 2012 (4) – 44-51
没有评论▼