市域D型車輛研制及其標準實踐

何丹爐，郭澤闊，李春峰，張冠男

熱點研討

市域D型車輛研制及其標準實踐

何丹爐1，郭澤闊2，李春峰1，張冠男3

（1. 中車青島四方機車車輛股份有限公司，青島 266111；2. 北京城建設計發展集團股份有限公司，北京 100037； 3. 溫州市鐵路與軌道交通投資集團有限公司，溫州 325000）

市域D型車輛是專為市域(郊)鐵路自主研制的一款新型寬體客運車輛，車寬3 300 mm、25 kV供電，融高速動車組技術優勢和城軌車輛運營特點于一體。針對市域鐵路運營對車輛的要求，通過系統分析和優化設計，解決了大載客量與寬車體輕量化、快速運行與頻繁起停、噪聲控制等技術難題，創新研制了市域D型車輛；進而論述了溫州S1線D型車輛的平面布置、編組形式、主要技術參數、主要系統技術方案。型式試驗和運營統計表明，溫州S1線市域D型車輛性能穩定、安全可靠，從而印證了市域D型車輛相關標準的適用性、先進性。

市域鐵路；D型車輛；研制；標準；適用性；先進性

市域D型車是《市域快速軌道交通設計規范》(T/CCES 2-2017)[1]、《市域鐵路設計規范》(T/CRS C0101-2017)[2]和《城市軌道交通市域快線120km/h～160km/h車輛通用技術條件》(GB/T 37532-2019)[3]所規定的市域車輛主要車型之一，速度涵蓋100～160 km/h、尤其適合140 km/h及以上速度等級，適應2.5～10 km平均站間距，既具有A型地鐵的載客能力、城市軌道交通的運營屬性，又有城際動車組的快速運行、安全舒適和節能環保性能[4]，填補了城軌車輛和城際動車組之間的車型空白，承擔交通強國戰略中的1 h通勤運輸職責。車寬3300 mm，不但滿足大載客量和舒適度提升需要，還可以節約資源，在既有鐵路上開行市域(郊)列車[5]，為推動干線鐵路、城際鐵路、市域(郊)鐵路、城市軌道交通“四網融合”[6]提供軌道車輛基礎。

1 市域D型車輛關鍵技術與解決方案

1.1 大載客量與寬車體輕量化技術

相比城際動車組，市域車輛潮汐客流和同城化通勤特征更加明顯，定員載客量=座席載客量+4～6人/m2[1, 2]，超員載客量=座席載客量+8人/m2，因此載客量更大。為保證軸重不大于17 t，應進一步實施輕量化，以提高運能、降低人均能耗。

車體采用鋁合金型材、薄壁筒型整體承載的輕量化結構；構架采用動態強度設計與損傷一致性評估技術，減重5%以上；優化牽引電機通風散熱結構，實現牽引電機的小型化、輕量化等。

1.2 快速乘降與快速通過能力

市域鐵路系都市圈內、城市群間的中短途運輸，通勤客流量大、乘坐時間較長，座席數量和舒適度應盡可能提高，同時為使載荷均勻，采用2+2橫向座椅和縱向座椅分區對稱布置；為實現快速疏散，進行無障礙平面設計(見圖1)：橫向座椅間過道寬≥850 mm、縱向座椅間過道寬≥1 850 mm、貫通道寬度≥1 300 mm等，使得2人能并肩快速通過；車輛等間距布置4對雙扇大開度(≥1 300 mm)車門，縮短乘客步行距離，便于快上快下；門區空間加大，利于疏散；開/關門動作不大于3 s等，最終保證30 s內半數超員乘客完成乘降。

注：列車編組形式：Tc1+Mp1+Mp2+Tc2，Tc1+Mp1繞編組橫向中心線逆時針旋轉180°即得編組中的Mp2+Tc2

Figure 1 Coach composition and plane layout of Wenzhou S1 line

1.3 快速運行與頻繁起停的城軌交通運營能力

100～160 km/h快速運行、頻繁起停的城市軌道交通運營模式，要求牽引、制動系統具有足夠的加減速能力和精準的牽引控制水平。為此采用基于參數實時辨識、諧波主動抑制的精確牽引控制技術，保證牽引電機在全速范圍內輸出轉矩誤差不超過3%；針對動拖比1︰1的市域列車，研制了大功率、高轉矩密度牽引電機，實現體積基本不變，轉矩密度提高32%，啟動轉矩提高70%以上。

1.4 噪聲控制水平

市域車輛等間距布置的多對大開度(≮1300 mm)雙扇側門、寬大車窗和車頂2個大制冷量單元空調等使車體開口較動車組增加100%以上，導致車體模態密集、剛度降低，振動加劇，車內噪聲劇增。250 km/h以下，車外運行輻射噪聲以輪軌噪聲為主，輪軌噪聲以30 lg[7]關系增長，運行速度從80 km/h提升至160 km/h，速度翻番，噪聲增加約9 dB(A)。

針對上述場景，列車采用弧形斷面、頭車具有一定的流線造型，降低空氣阻力，減少隧道微壓力波和會車壓力波，提高乘坐舒適性；車體實施等強度等剛度氣密性設計及優良的減振降噪設計，牽引變流器采用分頻控制；轉向架懸掛系統優化設計、拖車車輪設降噪環等，有效降低輪軌噪聲等。多措并舉，實現客室座席區中部連續噪聲不超過75 dB(A)要求。

1.5 “四網融合”能力

市域鐵路在“四網融合”中處于承上啟下的位置，D型車輛寬度和地板面高度與干線鐵路、城際鐵路車輛一致，加速度、剩余加速度和牽引救援等性能優良，具備與干線鐵路、城際鐵路互聯互通能力，加減速性能、故障運行及推送救援等同時符合城市軌道交通運營要求。

2 市域D型車輛標準

中車四方股份2012年已經研究市域車輛技術，2014年1月中標溫州市域鐵路S1線車輛項目(以下簡稱溫州S1線車輛)。溫州S1線車輛最高運行速度140 km/h，車體長22 000 mm、寬3 300 mm，是中國首款市域列車，為2014年9月國家發展改革委批準的市域鐵路自主化裝備國家戰略新興產業示范工程之首[8]，2017年3月在中車四方股份下線，2018年9月按運營時刻表跑圖試運行，2019年1月載客運營。

溫州S1線車輛采用的車輛尺寸、供電制式、牽引制動性能和安全性、舒適性指標等被3個市域鐵路標準采標，并被定為市域D型車輛；與四方股份公司研制的時速140 km的成都17、18號線市域A型車、時速160 km的北京新機場線市域D型車一道，完善了市域(郊)鐵路列車譜系[5]。

2.1 平面布置與編組形式

每車設1 300 mm開度、等間距布置的4對雙開塞拉門，客室座椅橫縱結合，橫向座椅2+2形式，設立柱、扶手，2、3號車設輪椅停放區，首尾車一位端有司機室、操縱臺及逃生裝置等，平面布置見圖1，載客能力見表1，車輛主要尺寸滿足T/CCES 2-2017、T/CRS C0101-2017)和GB/T 37532-2019中市域D型車的規定，具體見表2。

表1 車輛編組及載客量

說明：AW2=AW1+5人/m2，W3=AW1+8人/m2

表2 車輛主要尺寸

溫州S1線車輛初期編組為2動2拖，受電弓、主空壓機均為2套，每套獨立運行，互為冗余備份；后期可擴展為3動3拖。

2.2 主要技術參數

主要技術參數包括運行速度、牽引制動性能、動力學性能、氣密性指標及線路條件、供電制式等，見表3。

表3 主要技術參數

2.3 車輛運行車內噪聲

溫州S1線車輛應用動車組隔音降噪技術、優化控制策略，在ISO 3381:2005中6.3.3規定的環境條件下，在縱向中心線的客室座席區中部距地板1.6 m高處，140(1±5%)km/h時，等效連續噪聲實測值為74 dB(A)[11]，優于T/CCES 2-2017中7.1.6條的75 dB(A)和GB/T 37532-2019第6.2.9條的限值規定。

2.4 車輛運行輻射噪聲

在ISO 3095:2013第5.5.1.1條規定的距軌道中心7.5 m、軌面高1.2 m處[12]條件下，溫州S1線車輛以140(1±5%)km/h恒速通過時，連續噪聲實測值為87 dB(A)、86 dB(A)[13]，符合《市域鐵路設計規范》(T/CRS C0101-2017)表5.1.10所規定的87 dB(A)限值要求。

從驅動電機輸出的旋轉動力，經花鍵套直接輸出到減速器的中間軸，經這個軸承輸出機械動力。驅動電機最大輸出動力為160kW，最高轉速可達12 000r/min，由此看出，這個軸承需要承受很大的轉矩和功率。但可惜的是比亞迪公司的配套供應商，沒有采用質量上乘的重型軸承，而用了承載能力較低的普通“6208”滾珠軸承，經不起重負荷的承載，十分不耐用。由于“6208”滾珠軸承的提前損壞，維修中加重了車主的負擔，即使損壞的軸承只有20元人民幣的價值，但卻可能造成數萬元驅動系的整體更換。

2.5 主要系統技術方案

2.5.1 車體

2.5.2 轉向架

基于5年大批量運用考驗的時速160 km CRH6F型城際動車組轉向架，重點以小曲線通過安全性、磨耗經濟性和平穩性為目標，優化懸掛系統剛度、阻尼等參數，提高與車體、線路的良好匹配性，實現穩定性能提升，確保安全可靠性。試驗結果表明，安全性和運行品質均達到優級，小曲線動力學性能良好。

構架采用H型焊接結構，無縫鋼管橫梁，變截面箱型結構焊接側梁，無搖枕空氣彈簧二系懸掛。LM型踏面，CL60車輪，LZ50車軸。提供車體四點支撐的大氣囊空氣彈簧及高度調整閥；設抗側滾扭桿和橫向剛性止擋。采用盤型制動，每個轉向架設2套停放制動單元。轉臂式軸箱定位；牽引電機架懸。主要技術參數見表4。

表4 轉向架主要技術參數

根據《機車車輛動力學性能臺架試驗方法》(TB/T 3115-2005)4.2.3.2條，對于被試車，非線性穩定速度c2(臨界速度)應大于最高運行速度或試驗最高速度的1.15倍[16]。因此，溫州S1線轉向架375 km/h的臨界速度遠大于標準要求，具有良好的運用安全保障性能。

2.5.3 牽引系統

圖2 牽引系統主電路圖

Figure 2 Main circuit diagram of traction system

牽引系統還滿足TSI 1302/2014第4.2.8.1.2的規定，平直道、定員載荷條件、最高運行速度時，剩余加速度不小于0.05 m/s2[17]；《地鐵設計規范》(GB 50157—2013)第4.2.6規定，在坡道上起動加速度不應小于0.083 m/s2[18]。

上述性能與牽引制動性能一起，使得溫州S1線車輛具有與干線鐵路、城際鐵路互聯互通的能力。溫州S1線機場站至靈昆站之間的故障運行能力試驗表明[10]：超員載荷下，損失1/4動力時，列車能在28‰ (S1線最大坡道)坡道起動，并以超過60 km/h的速度維持運行至車輛段；損失1/2動力時，列車能在28‰坡道起動，并以超過50 km/h的速度行駛到前方車站。一列空載列車能將另一列停在28‰坡道上的相同編組超員載荷故障列車頂推至坡頂，并運行到前方車站。

2.5.4 列車維護網絡系統

為提高維護效率和運行安全性，首次設置了以太網列車維護網絡：通過交換機構成具有環形冗余功能的列車維護網絡；數據傳輸通過雙通道總線傳送；列車子系統通過以太網接口與以太網交換機連接。在任一車廂都可通過PTU進行列車系統維護、數據下載，實現單點全列維護；列車以太網與車地無線系統(TAU)連接，實時向地面服務器發送列車狀態和故障信息。拓撲結構見圖3。

2.5.5 制動系統

1) 制動系統功能和制動力管理。采用微機控制的直通式架控電空制動系統，具有電制動、空氣制動、保持和停放制動、空重車調整等功能；制動力采用單管供風、列車級管理模式。1M1T組成一個制動控制單元，每個控制單元接收列車制動指令進行制動力管理和分配。

圖3 列車維護網絡系統拓撲圖

Figure 3 Network system topology diagram for train maintenance

常用制動采用速度-黏著的減速度控制模式，緊急制動采用恒定減速度控制。

2) 列車救援。市域D型車輛應具備兩種救援方式，以滿足不同的運營模式。

推送救援：救援列車推送被救援故障列車。此時被救援列車設為關門車，但停放制動施加和緩解可由救援列車同步控制。

牽引救援：適用于干線鐵路運營模式，救援列車牽引被救援故障列車。在被救援列車制動系統正常及無車輛空氣制動切除時，可同步施加制動和緩解，兼顧安全性，救援速度可達120 km/h；若有車輛空氣制動切除時，救援限速60 km/h。

3 結語

作為中國首列首款商業運營的市域列車，溫州S1線車輛通過自主創新，解決了所有技術難題，并被相關標準定型為市域D型車輛。第三方型式試驗和運營統計(車輛系統故障率、列車退出正線運營故障率等遠低于《城市軌道交通運營管理規范》GB/T 30012-2013第8.1.12條規定的4次/萬列千米、0.4次/萬列千米[19])表明，市域D型車安全可靠、節能環保、快速便捷、舒適平穩，印證了市域D型車輛標準的適用性和先進性。

市域D型車相繼被北京地鐵新機場線、臺州市域S1線、廣州地鐵18/22號線所采納，實現了溫州S1線車輛的示范效應，彰顯了市域D型車輛的良好運用前景：良好的經濟社會效益，促進城鎮化和軌道上的都市圈建設；提高市域(郊)鐵路的運營能力和效率，實現都市圈1 h通勤，提升人們出行質量和生活水平。

伴隨SiC等新型電力電子器件、5G、大數據、人工智能、物聯網、智能運維、自動駕駛等新技術及新型輕質高強度材料等的快速發展，研制新一代綠色智能型市域車輛，更好地服務城市群、都市圈的市民通勤和區域經濟一體化發展是未來的主要研究方向。

[1] 中國土木工程學會. 市域快速軌道交通設計規范: T/CCES2-2017[S]. 北京: 中國建筑工業出版社, 2017. China Civil Engineering Society. Code for design of metro-politan rapid rail transit system[S]. Beijing: China Archite-cture & Building Press, 2017.

[2] 中國鐵道學會. 市域鐵路設計規范: T/CRS C0101- 2017[S]. 北京: 中國鐵道出版社, 2017.China Railway Society. Code for design of suburb railway[S]. Beijing: China Railway Press, 2017.

[3] 城市軌道交通市域快線120km/h～160km/h車輛通用技術條件: GB/T 37532-2019[S]. 北京: 中國標準出版社, 2019. General technical specification for 120km/h～160km/h com-muter express of urban rail transit system: GB/T 37532- 2019[S]. Beijing: China Standard Press, 2019.

[4] 丁叁叁, 張忠敏, 何丹爐, 等. 城際動車組總體技術設計[J]. 機車電傳動, 2014(6): 10-15.DING Sansan, ZHANG Zhongmin, HE Danlu, et al. Overall technical design of intercity EMUs[J]. Electric drive for locomotives, 2014(6): 10-15.

[5] 中華人民共和國國家發展和改革委員會, 中華人民共和國住房和城鄉建設部, 中華人民共和國交通運輸部, 等. 關于促進市域(郊)鐵路發展的指導意見(發改基礎〔2017〕1173號)[S]. 北京: 2017.

[6] 中華人民共和國國家發展和改革委員會.關于培育發展現代化都市圈的指導意見(發改規劃〔2019〕328號)[S]. 北京: 2019.

[7] On the technical specification for interoperability relating to the subsystem ‘rolling stock - noise’ amending Decision 2008/232/EC and repealing Decision /2011/229/EU: Com-mission Regulation(EU) No 1304/2014[S]. Official Journal of the European Union, 2014.

[8] 中華人民共和國國家發展和改革委員會. 關于溫州市域鐵路S1線一期工程設備研發項目列入國家戰略新興產業示范工程的復函(產業城軌〔2014〕45號)[R]. 北京: 2014.

[9] 國家鐵路產品質量監督檢驗中心檢測報告時速140公里溫州S1線市域動車組((2018) GTJ(JL)字第W-0073號)[R]. 北京: 2018.

[10] 溫州S1線市域動車組專項試驗報告(2019)(GTJ(JL)字第W-0041號)[R]. 北京: 中國鐵道科學研究院, 2019.

[11] Railway applications-Acoustics-Measurement of noise inside railbound vehicles: ISO 3381: 2005[S].

[12] Acoustics-Railway applications-Measurement of noise emitted by railbound vehicles: ISO 3095: 2013[S].

[13] 中國鐵道科學研究院研究報告. 中車四方股份時速140公里溫州S1線市域動車組(第二列)噪聲性能科學研究試驗(2019年JL字第078號)[R]. 北京: 中國鐵道科學研究院, 2019.

[14] Railway applications-Structural requirement of railway vehicle bodies Part1: Locomotives and passenger rolling stock (and alternative method for freight wagons: EN 12663-1: 2014[S].

[15] Railway applications-Crashworthiness requirements for railway vehicle bodies: EN 15227: 2008[S]. European Standard, 2008

[16] 機車車輛動力學性能臺架試驗方法: TB/T 3115- 2005[S]. 北京: 中國鐵道出版社, 2005. Test methods for dynamic performance of locomotive and rolling stock on test rig: TB/T 3115-2005[S]. Beijing: China Railway Press, 2005.

[17] Concerning a technical specification for interoperability relating to the ‘rolling stock-locomotives and passenger rolling stock’ subsystem of the rail system in the European Union: Commission Regulation(EU) No 1302/2014[S]. Official Journal of the European Union, 2014.

[18] 地鐵設計規范: GB 50157-2013[S]. 北京: 中國建筑工業出版社, 2013. Code for design of metro: GB 50157-2013[S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2013.

[19] 城市軌道交通運營管理規范: GB/T 30012-2013[S]. 北京: 中國標準出版社, 2013. Regulations for operation management of urban rail transit: GB/T 30012-2013[S]. Beijing: China Standard Press, 2013.

Development of Style D Suburban Railway Vehicle and Applicability of Its Standards

HE Danlu1, GUO Zekuo2, LI Lichunfeng1, ZHANG Guannan3

(1. CRRC Qingdao Sifang Co., Ltd., Qingdao, Shandong 266111; 2. Beijing Urban Construction & Development Group Co., Ltd., Beijing 100037; 3. Wenzhou Mass Transit Railway Investment Group Co., Ltd., Wenzhou, Zhejiang 325000)

The Style D suburbanrailway vehicle is independently developed for suburban railways, and it is a new style of wide-body passenger vehicle with a width of 3, 300 mm and a power supply of 25 kV. It has the technical advantages of high-speed EMUs and the operating characteristics of an urban railway vehicle. In this study, in accordance with the requirements of suburban railway operation for vehicles, a system analysis was conducted and an optimization design was developed involving a large passenger capacity, lightweight and wide-body design, fast operation, frequent starts and stops, and noise control to solve technical problems. Furthermore, the plane layout, marshalling form, main technical parameters, and main system technical solutions of a Wenzhou S1 line Style D vehicle have been discussed. Type tests and operational statistics show that the Style D vehicle performance of the Wenzhou S1 line is stable, safe, and reliable, which proves the applicability and advancement of the relevant standards of a Style D suburban railway vehicle.

suburban railway; Style D vehicle; development; standard; applicability; advancement

U231

A

1672-6073(2021)02-0029-06

10.3969/j.issn.1672-6073.2021.02.005

2020-01-15

2020-04-02

何丹爐，男，碩士，教授級高級工程師，主要從事城際市域動車組的總體設計及技術研究，sf-hedanlu@163.com

國家發展和改革委員會國家戰略新興產業示范工程項目(產業城軌〔2014〕45號)

何丹爐，郭澤闊，李春峰，等. 市域D型車輛研制及其標準實踐[J]. 都市快軌交通，2021，34(2)：29-34.

HE Danlu, GUO Zekuo, LI Lichunfeng, et al. Development of style D suburban railway vehicle and applicability of its standards[J]. Urban rapid rail transit, 2021, 34(2): 29-34.

（編輯：王艷菊）