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AGV Italo 瞄准更低的寿命周期成本

意大利的 AGV italo 超高速动车组

意大利的 AGV italo 超高速动车组

AGV Italo是阿尔斯通公司为意大利NTV制造的11节编组的超高速动车组,该动车组的最高设计速度为360km/h,最高运营速度为300km/h。在提高旅客舒适性、耐碰撞性和脱轨时的安全性以及降低能耗、噪音和维护运营成本方面都进行了一系列的尝试,努力寻求一流的寿命周期经济性和卓越的乘客旅行体验。本文从车体结构、耐火性、牵引动力方式、永磁电动机、转向架及内部空间方面介绍了该车为实现上述目标所采取的最新技术及措施。

AGV Italo超高速动车组,从2012年4月28日开始,在意大利的那不勒斯—罗马—佛罗伦萨—博洛尼亚—米兰的高铁线路上投入商业运营。

关键词:高速动车组 舒适性 安全性 环保性 寿命周期成本 阿尔斯通公司 意大利

通过向意大利公共运输经营者Nuovo Trasporto Viaggiatori (NTV)所提供的25个列车组中的13个Aumotrice à Grande Vitesse(AGV),再加上双层TGV(高速列车)Duplex,阿尔斯通公司进一步巩固了其在高速列车市场中的地位。

AGV设计运行速度高达360km/h,补充了TGV。因为就速度与运载能力而言,它瞄准了一个不同的市场。它是一种借鉴30年来不同型号TGV经验的单层设计,采用动力分散式牵引。

2007年4月3日,当采用两台AGV转向架和牵引组件协助驱动V150列车组创出574.8km/h的世界速度记录时,AGV研制项目进入验证阶段。其转向架和牵引设备在超过500km/h以上速度时表现无可挑剔,这是NTV选择该列车组的一个重要因素。同年3月6日,阿尔斯通投标为这家意大利公司制造AGV列车组,而且恰巧一年以后签订了第一个制造25个列车组的合同。

1 目标

阿尔斯通公司为这种AGV制定了几个设计目标。在提高旅客舒适性方面,与TGV列车组相比,采用更便捷的通道、更大的座椅空间和更低的外部噪音。与竞争对手的设计相比,力争降低维护与运营成本15%~20%,提高耐碰撞性和万一脱轨时的安全性能以及降低列车对环境的影响。这就意味着需要通过部分采用新材料降低能源消耗,产生更低的外部噪音和降低重量。总之,阿尔斯通公司在寻找一流的寿命周期经济性和卓越的乘客旅行体验。

这种列车与前几代的TGV一样,采用关节式结构。关节式高速列车在脱轨安全性上的表现得到了充分的证明:当TGV以接近300km/h的速度运行时,发生过3次脱轨,但每一次脱轨列车编组都未改变,各节车仍停在线路上。

2 车体结构

这种AGV完全符合2006版欧洲高速列车TSI(互操作,欧洲铁路联运)技术规范,它规定了耐碰撞标准。为了达到这些技术要求,AGV列车两端防撞压损区能吸收4.6MJ动能,确保司机室或旅客铺位不变形。

这是通过采用称作MEGA的一种3级防撞压损构件实现的,该构件只需要在某次轻微碰撞时更换实际损坏的组件即可。这种MEGA构件包括两个可变形金属吸收组合件。在研制阶段,经过一系列能够再现真实碰撞条件的试验台试验,对MEGA装置进行了完善。

按比例测量和制造这些AGV Italo车体以便达到欧洲标准(属于PII类别,用于规定结构坚固性)EN12663的技术规范和各种TSI中所规定的防碰撞标准。

侧墙、顶棚与地板都采用铝挤压件焊接制成,以便达到全列车质量要求。这些挤压件的形状要能够方便加装各种部件。

为了经受住全范围的纵向力,将与转向架连接的车端面和两车之间的连接件采用钢制作。在研制阶段,阿尔斯通决定采用合成材料的替代设计,而且AGV001原型车上的两种车关节包括了这种材料的一根结构梁。这样就使每个关节节省400kg~600kg的重量。而AGV Italo保持钢结构不变。

一列11节AGV空载重375吨,这比现在运用中的任何相同列车轻约70吨。多亏关节和转向架数量较少,这种列车的阻力系数比竞争对手的列车低15%~20%,最少降低能耗15%。这些与其他因素相结合,会比现在市场上其他欧洲单层高速列车的寿命周期成本高出10%。

3 耐火性

这种AGV在耐火性方面具有几种优势。安装牵引和其他电气设备的所有列车部位都装有火灾探测与灭火系统。客室地板和客室之间的墙壁是耐火的,而且一旦发生火灾,由于车辆之间设有耐火车门,可将每台车隔离。AGV Italo的所有客室都设有灭火系统。为了使列车能在发生火灾之后允许司机继续驾驶运行20分钟,以便使列车驶出欧洲任何长隧道,此列车纳入了足够的冗余技术。

4 信号设备与列车控制

从一开始就设计本AGV能够运行于欧洲4种普通电源系统中的任何一种。如果需要,可制造一种能接受所有4种电源的互操作列车。在这种AGV Italo中,仅需要安装能够接受意大利高速线路上25kV 50Hz电源和罗马-佛罗伦萨陡峭攀登线路上的3kV DC和本国常规线路的设备即可。

从一开始,就打算采用ETCS(欧洲列车控制系统)运行,按照需要增加国家指定的信号设备和列车控制系统。为Level 2运行安装了车载ETCS,而且由意大利SCMT/STB列车自动控制设备辅助。

在管理列车功能软件的确定和编码方面,本AGV列车控制与监测系统达到了最新欧洲标准。在某些情况下,由一个单独的鉴定器检查软件的安全水平。

5 动力分散式牵引

11节编组的AGV Italo最高速度限制到300km/h。它在第2、3、5、9和第10节车内安装了5个单独的牵引组件。如果其中一个牵引组件发生故障仍然有80%动力。也可在第6节车内增加第6台牵引组件形成一个能够运行于360km/h的变型产品。列车的比额定功率为20kW/t,但是其大功率变型产品可以将该值提高到22.6kW/t。

AGV Italo在1号车、7号车和11号车下悬挂了3台独立变压器,它们一起提供9.4MW的标称输出功率。如果一台变压器发生故障,仍然有约6MW的功率。

6 永磁电动机

与最近TGV变型产品所安装的异步电动机相比,为了提供更高的功率与重量之比和更低的重量与容量之比,阿尔斯通公司开发了永磁电动机。这种尺寸紧凑的电动机表明,可将其安装在转向架构架内,不需要某种复杂的三脚转动装置,而且简化了转向架结构。计划利用这些全密封和自通风的电动机降低维修和提高可靠性。

永磁电动机具有这样的优越性:即使架空输电线或蓄电池没有有效电压,可利用它们进行电阻制动,因为不需要产生电机磁通。这是一个重要的安全优势,因为它意味着:不需要在发动机转向架上安装制动圆盘,从而有利于降低能源消耗。同时还能降低簧下重量,具有降低轨道磨损的优势。这种电动机设计也使动力制动过程中能最大限度地利用再生能源。

这些紧凑一体型IGBT牵引变流器采用模块化水冷组件。每台电动机由其自己的单独逆变器供电,每个牵引组件中有两个逆变器。这表明,可调节同一转向架或不同转向架上的车轮直径间的差异。

7 转向架

AGV Italo转向架采用安装于V150试验列车和AGV001原型列车上的转向架的直接派生产品。电动机和拖车转向架位于同一个高强度钢构架,唯一不同的是动力转向架上的牵引电动机的悬挂和拖车变型产品的制动缸支架。

构架的设计利用了阿尔斯通在保持机械强度的同时降低重量方面的专利技术,尤其是在疲劳特性方面,达到了所有动力试验台试验的标准。虽然功率输出仅仅降低了一点,但重量却比同类TGV转向架轻25%。

批量生产转向架的变速箱和联轴节结构直接派生于原型车,仅有的改动是调整了传动比,以适应NTV所规定的300km/h最高速度。

这些转向架经过了为达到TSI技术规范和意大利规程所需的充分验证和审批手续。试验包括通过具有约180mm超高不足的常规线路上的弯道。

8 司机室设计

为了符合所有欧洲主要经营商的技术要求,基于数年对司机行为与运营公司期望的研究,开发了AGV司机室操纵台。

在一项符合人体工程学研究中,采用了Ergoman模型的数字建模,模型置于某个虚拟的实体大小模型中的驾驶位置。这种研究能使处于中心位置的座椅设计得到验证,以便适合列车司机和他们所进行的各种工作的需要,目的在于将司机的疲劳程度降到最低。

为了检查人机工程学设计,将全原尺寸操纵台输入到列车模拟器中供不同驾驶员使用,进一步证实了该设计的正确性。

9 宽敞的内部空间

就有效旅客面积和有效容纳旅客空间而言,本AGV内部被设计成没有设备柜,否则就占据旅客空间。所有容纳安全与信号设备的柜紧靠驾驶室之后。其他设备柜被设置得能留出中间车内部空间用于安装座椅。车内宽度为2750mm,在具有2+2座位客室内设有一条宽敞的中央通道。在Smart列车组中,每节车有50或52个座位空间,座位间距为900mm;Prima列车的间距为960mm;而Club列车的间距达到1000mm。从任何一个座位到出口门的距离是9m;像TGV一样,每节车一侧只设一个出口门。

为了能使旅客利用两个200mm高的踏板从距离轨顶760mm高站台上车,选定距离轨顶1155mm的地板高度,达到了TSI技术要求。第8节车入口处安装了一个轮椅升降机,就像原型车所试验的一样;该入口临近残疾人厕所和行动不便旅客的车上铺位,以减少乘客的移动。

该型车的车窗比其他列车上的更大,表面积比TGV或其他高速列车的大15%。

通风和冷却设备规格尺寸的选择要考虑在极热或极冷气候条件下使用,空调额定功率为0.55kW/每个旅客。

AGV Italo列车组的主要数据

轨距 1435mm
电源 25kV 50Hz/3kV DC
全长 201m
编组车辆 11
端车长 22735mm
中间车长 17300mm
车体自轨顶高度 4130mm
地板自轨顶高度 1155mm
外部宽度 2985mm
内部宽度 2750mm
端车转向架中心距 17100mm
中间车转向架中心距 17300mm
转向架轴距 3000mm
车轮直径,新的/磨损的 920/850mm
最高设计速度 360km/h
最高运用速度 300km/h
动力转向架 5个(转向架1、4、6、9 和12)
拖车转向架 7个
牵引电动机 10台
变压器 3台
牵引模件 5个
受电弓 4个
车轮踏面最大功率 7.6MW
300km/h时的剩余加速度 0.10m/s2
(该加速度对于一个预定的速度,相当于有效牵引力与保持这种速度所必需的牵引力之间的差值。)
座椅 450
(Club 19、Prima 143、Smart 288)
空车重量 375t
最大静态轴重 17t

10 审批手续

5个列车组已送审,为的是获得在意大利进行商业运输的批准。

AGV 001原型列车历时20个月完成10万km试运。最初,在Velim试验环线上以高达200km/h的速度进行了38000km的试运,在2008年夏天和2009年进行了牵引和制动试验。在2008年11月和12月,为了检验牵引与制动性能以及声学、动态和空气动力行为,在法国的LGV Est用364km/h速度进行了7000km的试运行。在2010年,本列车在意大利进行了55000km试运行,包括牵引和制动性能、动态行为和STB信号设备应用。

办理AGV Italo的审批手续用了10个月的时间,涉及到4个列车组总共完成14万km的试运,其中70%在意大利高速线路上,包括罗马-佛罗伦萨陡峭山路。利用PS1进行了为期36周的信号、牵引和制动试验;进行动态行为试验、电磁兼容性和空气动力学试验时,占用列车组L02达25周;列车组L03试验STB信号设备用了3周,而且在法国Valenciennes centre d’Essais Ferroviaire又多停留了3周,在那里它可运行达60km/h。最后,利用列车组L05在LGV Rhin-Rhône进行了空气动力学、鼓室与声学试验。

2012年1月13日,Agenzia Nazionale perla Sicurezza delle Ferrovie(意大利安全行政机构)颁发了AGV适合在意大利进行商业运输的证书。

作者 Laurent Baron 等
感谢 魏柏林 译自《Railway Gazette International》 2012 (7) – 43-46

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该日志于2013-01-03 10:49由 Zac 发表在轨道交通分类下, 你可以发表评论。除了可以将这个日志以保留源地址及作者的情况下引用到你的网站或博客,还可以通过RSS 2.0订阅这个日志的所有评论。

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