NJ02-01由中车南京浦镇车辆有限公司设计制造,列车编组6辆,4动2拖,最高设计时速90 km/h,在南京地铁2号线运营。南京二号线地铁车辆车身颜色由三色组成,分别是红色、黑色和白色,其中面积最大的是红色,黑色主要是应用在车窗旁边,而白色则是在车体下部。采用6节编组,整车额定载客量为1886人,其中4节是动车。以前如果其中一节动车出了故障,只能减速慢行,到终点站后换车,现在则可以持续运营到结束。列车故障牵引能力显著提高,列车的控制系统也进行了升级,采用列车总线控制技术,使信息传递更快,解决故障更迅速。原先的“六人座椅”是由两排“三人座椅”拼成的,现在则是真正的“六人座椅”,坐中间两个座位的乘客不会觉得高低不平了。(来自中车浦镇官网)
智能运维系统的核心技术为故障预测与健康管理(PHM),依托工业互联网、数据融合、人工智能、5G等技术,搭建由车载系统、车地数据传输系统和地面系统组成的智能运维系统。车载PHM由列车级和系统部件级PHM组成,智能配置动车组每列设置1套车载PHM主机。首先能实现故障预警预判,通过构建列车级模型,识别高压、牵引、制动、网络等子系统异常状态,进行列车级模型预判。然后可进行数据汇总存储,对车载部件级模型和列车级模型诊断结果汇总、存储。通过数据可对列车进行健康状态评估,对关键环路继电器、接触器等进行动作次数统计,对使用寿命进行评估。同时车载安全监测增加齿轮箱、轴箱轴承振动检测。
乘务员室双屏合一,智能融合显示和集中控制,保留TTS文字转语音,增加空调和照明控制,车厢视频查看,增设烟火、超员、乘客紧急、车门等报警前后时段视频自动保存及回放功能。随车配置1台手持移动终端,通过车内专用无线网单向实时获取列车网络数据,提升机械师日常巡检和应急处置效率,能够实现信息实时显示、一二级故障报警及显示、历史故障查询等功能。
基于人工智能模型可实现异常判断和故障预测,避免小问题扩大化酿成不可挽回的后果。
列车采用MVB/WTB控车+以太网维护的网络架构。动力车、控制车网络采用两级总线,列车级为绞线式列车总线(Wire Train Bus,WTB),车辆级为多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus,MVB),车辆级同时设置以太网维护网络,当以太网故障时,动车组的控制、监视、诊断功能不受影响。 拖车采用两级网络,列车级和车辆级均为LonWorks,拖车网络系统通过LonWorks/MVB网关与动力车和控制车通信,向动力车和控制车传送状态及报警信息等。
第二代CR200J与上一代相比有诸多改进,车体断面改为鼔型,车厢宽度和坐席与CR300和CR400系列相同,由3105 mm加宽至3360 mm,坐席宽度也将大幅度加宽,车辆间距缩短到800mm,风挡改为对波橄榄型双层折棚风挡,提高车体气密性,拖车空调机组原有一车两台的改为一台,车厢高度仍保持4433 mm,虽然车体宽度增加,但整体重量控制相较于第一代更优。座位数及布局与CR200J第一代保持不变,但坐席宽度有所增加且乘客使用的充电插座由坐席下部改为与CR300/400系列相同的位置,即二等座插座位于座椅接缝处下方,一等座位于中央扶手。通讯、重联连接器采用矩形连接器,同时所有连接器插接采用螺栓固定方式,DC600V使用2个矩形连接器,正负极分开。车门由电控气动改为电控电动塞拉门,取消低站台停靠功能,取消站台补偿器。
整车的网络控制系统采用列车级网络(Ethernet Train Backbone, ETB)+车辆级网络(Ethernet Consist Network, ECN),列车级网络使用ETB贯穿全列,车辆级使用ECN星形连接各子系统设备,ETB网络和ECN网络带宽均达到100 Mbps。动力车控制车和餐吧车分别设置列车级以太网网关(ETHGW),形成3个编组节点,除餐吧车以外的拖车设置以太网中继器(Ethernet Repeater, EREP)用于放大信号,保证ETB总线数据长距离传输。每节车设置两个车辆级以太网交换机,形成双通道冗余结构,子系统采用基于TRDP协议的双网口冗余设计,每个网口连接到对应的网络通道中,其中重要子系统设备冗余。拖车增加制动控制单元,通过ETB实现与动力车/控制车的数据交互;将车电系统及行车安全系统整合为监控平台。所有与地面进行通信的设备均设置网络防火墙,以保证网络安全。网络控制系统采用动力车、拖车、控制车以太网一体化设计,统一了网络通信标准,实现快速组网,可以满足动力集中项目中动车拖车灵活编组的需求。
CR400AF网络控制系统采用TCN+以太环网(ETB),TCN符合GB/T 28029(IEC61375-1)标准,分为列车级网络和车辆级网络,列车级网络为WTB,速度1 Mbps,车辆级网络为MVB,速度1.5 Mbps。CR400AF 的 WTB 拓扑结构为总线型,TC01、TC08 车各两个网关,互为冗余。每个网关含4个DB9端口,DB9 端口之间采用屏蔽双绞线连接,DB9 仅使用针脚 1、2。各个网关指定其中两个DB9 端口相邻连接形成A线,另外两个DB9端口相邻连接形成B线,A、B两线互为冗余。列车端部留有端口用于列车联挂。另外设置以太网(100 Mbps),用于传输故障诊断、事件记录、显示信息、软件更新和数据下载等,可实现网络、牵引、制动、辅助等系统的单点维护,使列车的智能化程度大幅提升。
旅客信息系统由旅客信息及娱乐子系统、车厢监控子系统、车载无线子系统三大部分组成。采用符合 UIC568标准的音频总线和符合IEEE 802.3ab 标准的千兆以太网总线,各功能单元高度融合,系统可靠性高。 列车重联时,广播、对讲、乘客紧急报警音频及乘客信息显示实现重联功能,娱乐子系统、车厢监控子系统及车载无线子系统功能不重联。
列车网络控制系统采用两级总线式拓扑结构,分为列车级总线 WTB 和车辆级总线MVB,列车级和车辆级数据转换采用TCN网关,通过WTB总线将不同牵引单元的关键数据进行通信并传递给中央控制单元,而 MVB 总线和输入输出模块实现关键子系统与中央控制单元之间的数据交换。列车同时布设以太网列车总线,通过各车厢的以太网交换机与EGWM、显示屏、无线传输装置等设备相连进行数据交换。
旅客信息系统由旅客信息及娱乐子系统、车厢监控子系统、车载无线子系统三大部分组成。采用符合 UIC568标准的音频总线和符合IEEE 802.3ab 标准的千兆以太网总线,各功能单元高度融合,系统可靠性高。 列车重联时,广播、对讲、乘客紧急报警音频及乘客信息显示实现重联功能,娱乐子系统、车厢监控子系统及车载无线子系统功能不重联。
CW350/350D转向架为两轴无摇枕、有联系枕梁转向架,所有转向架的主模块都基本相同。采用H型焊接构架、转臂式轴箱定位、双圈螺旋式钢弹簧和垂向减振器的一系悬挂,大柔度空气弹簧、横向减振器、横向止挡、抗蛇行减振器(每侧两个)和Z型牵引装置的二系悬挂,盘式基础制动单元,架悬式交流电机、联轴节和齿轮传动系统。
青岛四方共设计了20种列车新头型方案,经过进行了气动阻力、气动升力、侧向力、隧道效应等大量的空气动力学的仿真计算,并通过三维流场数值仿真分析和多目标优化,进行了17项、75次仿真计算,确定了5种备选头型。继而又对备选方案制作1:8模型,分别进行了19个角度、8种风速的风洞气动力学实验和3种风速、4种编组的风洞噪声试验,对择优选出的方案进行了样车试制,完成了22项试验验证,经大量的比对、计算、试验之后,最终确定了新一代高速列车的头型方案,使用DSA350型高速受电弓,受电弓两侧加装了挡板,采用低阻力流线头型,实际运行时新头型的阻力系数小于0.13,尾车升力系数小于0.08,而低阻力新头型的使用亦减少超过5%的气动噪音,同时列车采用各种新型噪音吸收和阻隔技术材料,在时速350 km/h的情况下车厢内噪声保持67至69分贝,与CRH2A型动车组以250 km/h运行时的情况相若。振动模态系统匹配,优化了转向架设计参数并改善车厢内部结构,以配合动车组车体的自然震动频率,有效抑制列车在高速运行时的车体结构性共振,同时提高了乘坐舒适度。由于列车运行时速提高到380 km/h,为满足两列动车同时双向通过隧道的气密需要,CRH380A进一步提升了气密性,车厢采用差压控制模式的全密封加压,车厢内压力从4000帕下降到1000帕实际大于180秒,气压变化值小于200帕/秒。
CRH380B动车组的信息传输系统是实现整个动车组功能的关键,同时也是其监控和诊断的核心。该系统构建基于IEC61375-1,列车通信网络(TCN),是一个分为两级的通信网络,由列车总线WTB和车辆总线MVB组成,均为两路冗余。每个牵引单元内用MVB贯穿整个单元内4辆车,两个牵引单元之间通过TCN网关的WTB连接,完成列车级信息的传递。每个牵引单元内的MVB网段均设有两个互为冗余的中央控制单元(CCU),除此之外在MVB网段上还有牵引控制单元(TCU)、制动控制单元(BCU)、辅助控制单元(ACU)以及充电机单元(BC)、空调控制单元(HVAC)、门控制单元、旅客信息中央控制器(PIS-STC),人机显示接口(MMI),分布式输入输出站 SIBAS KLIP STATION(SKS)和紧凑式输人输出站 MVB COMPACT IO等,维修信息主要通过动车组的诊断系统提供给列车工作人员和维修人员,整个网络控制的诊断系统集成在司机和乘务员MMI中,称为动车组中心诊断系统。维修信息可通过MMI显示出来,并可通过无线通信接口传输或服务接口下载供相关人员参考和利用。每个司机室的两个MMI之间可通过专用的以太网在必要时进行通信。与MVB没有直接接口的子系统可用I/O模块(SIBAS-KLIP)和中心EMU诊断中的中央控制单元进行读取。
一系悬挂装置采用拉杆轴箱定位方式,二系悬挂系统由上枕梁、空气弹簧系统、抗侧滚扭杆、二系横向减振器、二系垂向减振器、抗蛇行减振器、防过充装置、横向挡和牵引装置等组成;传动装置由齿轮箱、万向轴、安全装置和体悬式电动机组成,转向架与车体间采用Z形双牵引装置,传递牵引力和制动力,基础制动采用轴盘制动。动力转向架有一根动力轴和一根非动力轴,而非动力转向架有两根非动力轴,动力轴上装有两个制动轴盘和一组齿轮箱,非动力轴上装有三个制动轴盘,动力转向架构架比非动力转向架构架在横梁上多了一个齿轮箱拉杆座。
一系悬挂装置采用拉杆轴箱定位方式,二系悬挂系统由上枕梁、空气弹簧系统、抗侧滚扭杆、二系横向减振器、二系垂向减振器、抗蛇行减振器、防过充装置、横向挡和牵引装置等组成;传动装置由齿轮箱、万向轴、安全装置和体悬式电动机组成,转向架与车体间采用Z形双牵引装置,传递牵引力和制动力,基础制动采用轴盘制动。动力转向架有一根动力轴和一根非动力轴,而非动力转向架有两根非动力轴,动力轴上装有两个制动轴盘和一组齿轮箱,非动力轴上装有三个制动轴盘,动力转向架构架比非动力转向架构架在横梁上多了一个齿轮箱拉杆座。
单元采用了六连杆空心轴的传动方式,较好地提升了转向架的动力学性能和安全性能,满足牵引运载要求。
轴式B0-B0,齿传动比4.43,新轮轮径1 250 mm、全磨耗轮径1 150 mm,持续运行速度95 km/h,最高设计速度200 km/h,起动牵引力240 kN、持续牵引力 212 kN,整车额定牵引功率5 600 kW、短时牵引功率 6 400 kW,每台动力车由 4 台牵引电机驱动,恒功运行速度范围 95 ~200 km / h。
YGZN2Q270变流器采用主辅一体化的设计方式,每台变流器包含有4组牵引变流器、2组辅助变流器,分别向4台牵引电机和辅助负载供电,采用轴控驱动方式,单轴额定功率为1400kW,最大单轴功率为1600kW。辅助变流器额定输出容量为130KVA,冗余输出容量为260KVA,该变流器可在-40℃至+40℃的环境下正常运用。变流器对牵引电机采用轴控方式,控制策略为额定点之前采用恒磁通控制,额定点之后采用恒功率控制。该电机为单轴承结构,即电机与齿轮箱合成一体组成整体式驱动单元,电机与齿轮箱共用传动端端盖,采用架悬方式在车底安装。电机由定子、转子、非传动端端盖、非传动端端轴承、附件等部件组成。
逆变器对牵引电机输出限制数据如下,中间直流电压3600 V,最高工作频率350 Hz,牵引最大电压2808 V,制动最大电压2808 V,额定输出电流430 A,最大输出电流480 A。牵引电机为异步牵引电机,具有体积小、质量轻、功率密度大、可维护性好等特点,电机质量2130 kg,额定功率1430 kW,额定电压2550 V,额定电流387 A,额定频率62.55 Hz,额定转速1863 r/min,额定转矩7330 N·m,最高转速4094 r/min。
轴式B0-B0,齿传动比4.43,新轮轮径1 250 mm、全磨耗轮径1 150 mm,持续运行速度95 km/h,最高设计速度200 km/h,起动牵引力240 kN、持续牵引力 212 kN,整车额定牵引功率5 600 kW、短时牵引功率 6 400 kW,每台动力车由 4 台牵引电机驱动,恒功运行速度范围 95 ~200 km / h。
YGZN2Q270变流器采用主辅一体化的设计方式,每台变流器包含有4组牵引变流器、2组辅助变流器,分别向4台牵引电机和辅助负载供电,采用轴控驱动方式,单轴额定功率为1400kW,最大单轴功率为1600kW。辅助变流器额定输出容量为130KVA,冗余输出容量为260KVA,该变流器可在-40℃至+40℃的环境下正常运用。变流器对牵引电机采用轴控方式,控制策略为额定点之前采用恒磁通控制,额定点之后采用恒功率控制。该电机为单轴承结构,即电机与齿轮箱合成一体组成整体式驱动单元,电机与齿轮箱共用传动端端盖,采用架悬方式在车底安装。电机由定子、转子、非传动端端盖、非传动端端轴承、附件等部件组成。
逆变器对牵引电机输出限制数据如下,中间直流电压3600 V,最高工作频率350 Hz,牵引最大电压2808 V,制动最大电压2808 V,额定输出电流430 A,最大输出电流480 A。牵引电机为异步牵引电机,具有体积小、质量轻、功率密度大、可维护性好等特点,电机质量2130 kg,额定功率1430 kW,额定电压2550 V,额定电流387 A,额定频率62.55 Hz,额定转速1863 r/min,额定转矩7330 N·m,最高转速4094 r/min。
轴式B0-B0,齿传动比4.43,新轮轮径1 250 mm、全磨耗轮径1 150 mm,持续运行速度95 km/h,最高设计速度200 km/h,起动牵引力240 kN、持续牵引力 212 kN,整车额定牵引功率5 600 kW、短时牵引功率 6 400 kW,每台动力车由 4 台牵引电机驱动,恒功运行速度范围 95 ~200 km / h。
YGZN2Q270变流器采用主辅一体化的设计方式,每台变流器包含有4组牵引变流器、2组辅助变流器,分别向4台牵引电机和辅助负载供电,采用轴控驱动方式,单轴额定功率为1400kW,最大单轴功率为1600kW。辅助变流器额定输出容量为130KVA,冗余输出容量为260KVA,该变流器可在-40℃至+40℃的环境下正常运用。变流器对牵引电机采用轴控方式,控制策略为额定点之前采用恒磁通控制,额定点之后采用恒功率控制。该电机为单轴承结构,即电机与齿轮箱合成一体组成整体式驱动单元,电机与齿轮箱共用传动端端盖,采用架悬方式在车底安装。电机由定子、转子、非传动端端盖、非传动端端轴承、附件等部件组成。
逆变器对牵引电机输出限制数据如下,中间直流电压3600 V,最高工作频率350 Hz,牵引最大电压2808 V,制动最大电压2808 V,额定输出电流430 A,最大输出电流480 A。牵引电机为异步牵引电机,具有体积小、质量轻、功率密度大、可维护性好等特点,电机质量2130 kg,额定功率1430 kW,额定电压2550 V,额定电流387 A,额定频率62.55 Hz,额定转速1863 r/min,额定转矩7330 N·m,最高转速4094 r/min。
时速 200 km 动力集中型动车组是基于 160 km/h速度级动车组的成熟应用,动力转向架主要特点如下:
1)采用 1050 mm 小直径车轮、小齿轮空心轴驱动结构的转向架总体技术方案,降低了转向架自重,可满足匹配整车 17 t 轴重、跨线运行需求,也可调整参数满足19.5 t轴重需求。
2)轮轴驱动系统采用小齿轮空心轴结构,齿轮箱与牵引电机之间采用双膜片联轴器连接,实现传递较大电机扭矩的同时适应牵引电机与齿轮箱相对位移。
3)一系悬挂端轴采用三角拉杆定位结构,中间轴采用单拉杆定位结构;二系悬挂采用高圆钢弹簧,配置各向减振器,布置单侧双根抗蛇行减振器。
4)牵引电机全顺置,端轴牵引电机采用低横向刚度叠层橡胶关节架悬,使其与簧间质量体运动解耦;中间轴的牵引电机采用普通橡胶关节刚性架悬。
5)牵引装置采用低位单拉杆,杆体采用整体锻件,设计为实心扁平杆,以适应底部紧凑的空间布置。
6)采用转向架左右侧一系调整垫片厚度不同方案,解决了使用膜片联轴器带来的驱动系统重心偏置问题,使转向架总重心居中。
为构建现代化铁路科技创新体系,不断提升铁路科技自强能力,加快机车车辆新技术应用,完善复兴号动力集中动车组系列化,面向200 km/h客货共线铁路客运及跨线运用,同时兼顾川藏铁路移动装备潜在需求,助力“一带一路”倡议,实现动力集中动车组关键技术的迭代和自主可控,有必要研制并形成复兴号200 km/h速度等级的动力集中动车组平合。
按牵引-制动系统的控制信息传输需求,开发了全新的列车网络系统,CRH380C型动车组列车设计用于中国现有铁路和最近新建客运线路。能够在中国铁路近期建设的客运铁路路段和专门的测试路段上以平均250km/h的速度运行,这与它完备的TCMS系统密不可分。TCMS(Train Control and Monitoring System:车辆信息装置)是利用金属线传输网络连接起装于各车辆上的中央单元、终端单元,并与IFU和其他设备进行数据交换、对设备进行监控和检查的综合性车辆信息控制系统。其主要功能包括利用乘务员主手柄操作对牵引变流器进行控制的“运行控制功能”;显示设备动作状态的“监视功能”;对发生的异常情况进行显示和记录并指导处置的“异常检测功能”;对空调装置等设备进行控制的“服务设备控制功能”;对主要设备进行自诊断检查和试运转时对各种数据测定提供支持的“检查功能”。
网络控制系统是采用日立公司基于ISO/IEC 13239(HDLC)标准开发的 ATI-C(Autonomous Train Integration-Control)系统,该系统机于ARCNET总线技术设计。列车总线采用ATI总线,传输介质采用了双重冗余的屏蔽双绞线,各节点采用轮询方式进行列车总线信息的广播发送,传输速率为3.2 Mb/s,车辆总线采用RS485总线,采用点对点传输方式,传输速率为38.4 kb/s、76.8 kb/s、115.2 kb/s。传输周期根据设备及数据种类不同,有10 ms和200 ms两种,控制指令传输周期为10 ms,监视信息传输周期为200 ms。
TCN车辆级网络为MVB。MVB总线传输周期小于1ms,传输速率1.5Mbit/s,列车网络控制系统分为2个网络单元(短编组),每个单元包含4节车厢,每个网关(非冗余)对应1个网络单元。2个网络单元整体为一个MVB网络。MVB总线物理层为DB9端口,采用屏蔽双绞线连接,使用针脚1、2、4、5 连接两根双绞线,互为冗余。每个 MVB 设备两个DB9端口分别与总线上相邻设备连接形成总线,总线端部一端连接网关,另一端连接终端电阻,车厢之间和车厢内距离较远的设备采用中继器连接。短编组列车在头车各部署1个中央控制单元(CCU),CCU通过MVB网卡连接于总线网络,列车运行时根据列车运行方向仅有一台 CCU为MVB主设备。
通过采用冗余的配置方案和完善的信息检错功能,提供高安全性、高可靠性的数据传输,保证信息传输的实时性。① WTB 总线冗余:列车总线 WTB 物理层上采用2 根双绞线 (A 线和 B 线 ) 连接的冗余结构,一条线定义为信任线,另一条线定义为监视线。② MVB 总线冗余:车辆总线 MVB 采用 MVBEMD 电缆,具有冗余结构,有线路 A、线路 B 两路通道。③以太网总线冗余:以太网总线主干线路采用总线型拓扑结构,两路以太网总线实现冗余传输。
1 动车构架;2 轮对轴箱定位装置;3 二系悬挂装置;4 牵引装置;5 基础制动装置;6 驱动装置;7 轴端设备;8 辅助装置
FXD3-J采用IGBT水冷变流机组,大转矩异步牵引电动机,动力车持续功率为5600 kW,短时(半小时)功率为6400 kW,运营速度为160 km/h,恒功率最高速度为200 km/h,持续速度为95 km/h,最大启动牵引力为 240 kN,持续牵引力为212 kN,可根据编组形式提供最大单路400 kW或双路200 kW的列车供电电源,轴式为B0-B0,轴重为19.5 t,通过最小曲线半径为125 m。动力车采用单司机室、中间贯通道结构,机械间主要设备按斜对称原则布置,整车采用预布线、预布管工艺;尾端设有与客车连接的通过门,连接部分采用双层折棚气密内风挡、外风挡及密接式车钩。动力车装有2组辅助变流器,分别集成在2个变流器中,并分别由牵引变压器2个辅助绕组供电,与牵引系统完全解耦,辅助系统具备过分相辅机不断电功能。列车供电系统由变压器二次侧绕组供电,采用四象限整流技术,每组列车供电模块输出功率为200kW,可并联运行。采用两级总线拓扑结构,分为列车级和车辆级总线,列车级总线为WTB,可用于重联通信;车辆级总线为MVB+以太网冗余方式,用于车内设备间的通信。动力车系统部件采用通用模块化设计,可靠性及互换程度高,整列车的购置、维护成本进一步降低。
1为司机室;2为转向架;3为牵引变压器;4为空调;5为牵引通风机;6为供电配电柜;7为冷却塔风机;8为变流器;9为空气压缩机;10为干燥器;11为网侧柜;12为总风缸;13为微机柜;14为第三方设备柜;15为6A柜;16为制动柜;17为控制电源柜;18为低压电器柜。
FXD3-J采用IGBT水冷变流机组,大转矩异步牵引电动机,动力车持续功率为5600 kW,短时(半小时)功率为6400 kW,运营速度为160 km/h,恒功率最高速度为200 km/h,持续速度为95 km/h,最大启动牵引力为 240 kN,持续牵引力为212 kN,可根据编组形式提供最大单路400 kW或双路200 kW的列车供电电源,轴式为B0-B0,轴重为19.5 t,通过最小曲线半径为125 m。动力车采用单司机室、中间贯通道结构,机械间主要设备按斜对称原则布置,整车采用预布线、预布管工艺;尾端设有与客车连接的通过门,连接部分采用双层折棚气密内风挡、外风挡及密接式车钩。动力车装有2组辅助变流器,分别集成在2个变流器中,并分别由牵引变压器2个辅助绕组供电,与牵引系统完全解耦,辅助系统具备过分相辅机不断电功能。列车供电系统由变压器二次侧绕组供电,采用四象限整流技术,每组列车供电模块输出功率为200kW,可并联运行。采用两级总线拓扑结构,分为列车级和车辆级总线,列车级总线为WTB,可用于重联通信;车辆级总线为MVB+以太网冗余方式,用于车内设备间的通信。动力车系统部件采用通用模块化设计,可靠性及互换程度高,整列车的购置、维护成本进一步降低。
相比较CR200J 1.0版既有动力车,车体宽度增加,侧面变为鼓形,司机室流线形做相应调整。通信网络由LonWorks / MVB调整为ETH / MVB。DV110V供电、停放制动、安全环路一体化设计;车端间距变化,后端密接式车钩向后移动138 mm,取消后端墙的折棚风挡过渡架,重联插座和列车供电插座相应变化。
FXD3-J采用IGBT水冷变流机组,大转矩异步牵引电动机,动力车持续功率为5600 kW,短时(半小时)功率为6400 kW,运营速度为160 km/h,恒功率最高速度为200 km/h,持续速度为95 km/h,最大启动牵引力为 240 kN,持续牵引力为212 kN,可根据编组形式提供最大单路400 kW或双路200 kW的列车供电电源,轴式为B0-B0,轴重为19.5 t,通过最小曲线半径为125 m。动力车采用单司机室、中间贯通道结构,机械间主要设备按斜对称原则布置,整车采用预布线、预布管工艺;尾端设有与客车连接的通过门,连接部分采用双层折棚气密内风挡、外风挡及密接式车钩。动力车装有2组辅助变流器,分别集成在2个变流器中,并分别由牵引变压器2个辅助绕组供电,与牵引系统完全解耦,辅助系统具备过分相辅机不断电功能。列车供电系统由变压器二次侧绕组供电,采用四象限整流技术,每组列车供电模块输出功率为200kW,可并联运行。采用两级总线拓扑结构,分为列车级和车辆级总线,列车级总线为WTB,可用于重联通信;车辆级总线为MVB+以太网冗余方式,用于车内设备间的通信。动力车系统部件采用通用模块化设计,可靠性及互换程度高,整列车的购置、维护成本进一步降低。
CRH380A系列共有4种牵引变流器,分别为时代TGA10A/TGA10E以及永电捷通CII-HHR1420C/CII-HHR1420F,TGA10A/TGA10E功率模块为IPM,散热结构为热管结构,CII-HHR1420C/CII-HHR1420F功率模块为IGBT,散热器为住友沸腾式结构。额定输入电流AC 1658V,额定电流1006A,额定输出电流520A,牵引变压器为TBQ34-3855/25A或ATM9D。
YJ92B/YQ-365牵引电机定子为叠片式无机壳焊接结构,这种结构能有效地利用动车运行时的空气流动,对减轻电机质量和改善电机散热条件有比较突出的优势,具有体积小、重量轻和散热冷却效果好等特点。不足之处是在电机整个寿命周期内,部件损伤后的更换检修成本较高。为降低牵引系统转差控制精度的难度,对YJ92B/YQ-365牵引电机便于进行系统控制及减小轮对之间的负荷分配不均匀,而沿袭了较大转差率的设计理念,导条材质采用了高电阻率的铜合金和铝材。
由于列车牵引动力、结构质量、减噪水平的提高,车辆重量相应增加,但轴重仍维持在15吨的水平。当CRH380A动车组维持380 km/h的旅行速度时,平均每位旅客的每百千米能量消耗小于5.2千瓦小时;高效率再生制动,再生能量回馈电网效率达到90%。
动车组控制与监测系统(TCMS)的信息传输结构主要基于TCN标准(IEC61375-1),具有WTB列车总线和MVB车辆总线串行接口,使用冗余的MPU模块,每个动力单元两对,两个动力单元通过网关进行动力单元间和联挂列车间的通信。系统具有完善的冗余和控制、诊断、监视以及故障存储功能。每4节车辆为一个MVB网段称作一个动力单元,两个网段之间通过网关上的WTB总线进行信息交互。每个动力单元根据设备功能设有3条MVB总线,分别承担牵引、信号、旅客服务信息的传输,此外还有一个CAN 总线标准的车辆总线,用于充电机、自动车钩、卫生间单元的互联。一个动力单元包含4节车辆,由3条MVB总线连接,分别是MVB-A(信号线)、MVB-B(牵引线)和MVB-C(旅客服务线)。牵引线、旅客服务线通过信号线连接,各MVB总线均由 MPU 管理。通过冗余设计的两个MPU对每条总线进行控制,根据设备的数量或线路的长度,可利用中继器来增加MVB总线长度。MPU有两个MVB接口,第二个接口将两条总线的MPU、MVB/WTB 网关(冗余设计)、司机台显示器及司机室远程输入/输出模块连接在一起。网关被用于动力单元之间的信息传输。图中显示的主要设备如TCU、ACU连接在MVB 总线上。非智能设备通过远程输入/输出模块(RIOM)与TCMS 系统接口,RIOM 分布在每辆车中,从而减少配线和相应的质量。WTB和MVB 总线都是采用双通道冗余设计,网关、MPU、中继器也均采用完全冗余设计,冗余设备采用热备方式,无需手动切换,对于重要设备的RIOM 也采用了冗余设计。
动车组控制与监测系统(TCMS)的信息传输结构主要基于TCN标准(IEC61375-1),具有WTB列车总线和MVB车辆总线串行接口,使用冗余的MPU模块,每个动力单元两对,两个动力单元通过网关进行动力单元间和联挂列车间的通信。系统具有完善的冗余和控制、诊断、监视以及故障存储功能。每4节车辆为一个MVB网段称作一个动力单元,两个网段之间通过网关上的WTB总线进行信息交互。每个动力单元根据设备功能设有3条MVB总线,分别承担牵引、信号、旅客服务信息的传输,此外还有一个CAN 总线标准的车辆总线,用于充电机、自动车钩、卫生间单元的互联。一个动力单元包含4节车辆,由3条MVB总线连接,分别是MVB-A(信号线)、MVB-B(牵引线)和MVB-C(旅客服务线)。牵引线、旅客服务线通过信号线连接,各MVB总线均由 MPU 管理。通过冗余设计的两个MPU对每条总线进行控制,根据设备的数量或线路的长度,可利用中继器来增加MVB总线长度。MPU有两个MVB接口,第二个接口将两条总线的MPU、MVB/WTB 网关(冗余设计)、司机台显示器及司机室远程输入/输出模块连接在一起。网关被用于动力单元之间的信息传输。图中显示的主要设备如TCU、ACU连接在MVB 总线上。非智能设备通过远程输入/输出模块(RIOM)与TCMS 系统接口,RIOM 分布在每辆车中,从而减少配线和相应的质量。WTB和MVB 总线都是采用双通道冗余设计,网关、MPU、中继器也均采用完全冗余设计,冗余设备采用热备方式,无需手动切换,对于重要设备的RIOM 也采用了冗余设计。
单元采用了六连杆空心轴的传动方式,较好地提升了转向架的动力学性能和安全性能,满足牵引运载要求。
各车制动系统通过WTB/MVB连接,制动系统单独成网保证了在网络系统传输异常时,制动系统的所有信息仍能够传输至中央单元,减小网络控制系统带宽占用率。门系统采用硬线控制及网络监视,ATP 与网络系统也通过硬线连接,减少网络信息传输可能受到的干扰。重要的输入输出信号采用多路冗余的DI/DO进行监测和控制,逻辑处理时根据安全需求或冗余需求进行。当牵引变流器或辅助变流器出现异常时,通过TCU或ACU追踪异常发生时的RS-485接口输入信息,采样周期10 ms,对于电流、电压的瞬时值的记录,采样周期200 μs,对于门极信号的发出和反馈的记录,采样周期可以达到1μs,异常信息追踪记录可直接下载或经由GSM/WLAN发送到地面维护站,便于分析故障,查找原因。
以太环网用于部分列车设备信息传输,采用 TCP/IP 协议,整个网络为100 Mbps Base-T以太网,1、8车(短编组)各部署2个骨干交换机(冗余),其余车厢各部署一个编组网交换机,其拓扑结构为环形,上行环路01-02-04-06-08,下行环路 08-07-05-03-01,列车端部骨干交换机留端口用于联挂,物理层为M12端口,采用CAT5e四芯绞线连接,网关、CCU、TCU、BCU等装置通过M12接口与各车以太网交换机采用点对点连接,骨干以太网交换机再与无线传输装置(WTD)连接,将列车状态信息、故障记录事件等传送至各单位。
CW350/350D转向架为两轴无摇枕、有联系枕梁转向架,所有转向架的主模块都基本相同。采用H型焊接构架、转臂式轴箱定位、双圈螺旋式钢弹簧和垂向减振器的一系悬挂,大柔度空气弹簧、横向减振器、横向止挡、抗蛇行减振器(每侧两个)和Z型牵引装置的二系悬挂,盘式基础制动单元,架悬式交流电机、联轴节和齿轮传动系统。
CRH380A系列动车组使用SWMB-400/SWTB-400型无摇枕转向架,由CRH2C二阶段使用的SWMB-350/SWTB-350改良而来,两者相比,新的转向架增加了抗侧滚扭杆,带两组抗蛇行减震器,加强了二系悬挂空气弹簧柔度,提高了转向架的稳定性和减震效果,满足转向架临界失稳速度达550 km/h的指标要求,中国与欧盟的列车脱轨系数安全标准是小于或等于0.8,实验结果表示,当CRH380A动车组运行速度为386.3 km/h,其最大脱轨系数为0.34,而CRH2A型动车组以250 km/h运行时最大脱轨系数为0.72。空气弹簧跨距均为2460mm,空气弹簧有效直径520 mm,轴箱和转臂一体加工成型,转向架增加了抗侧滚扭杆,端部车的二系悬挂采用半主动横向减振器。二系悬挂由空气弹簧、两个横向减振器、抗侧滚扭杆、每侧两个抗蛇行减振器、横向止挡和中央牵引杆构成,没有设置纵向减振器,由于空气弹簧采用带固定节流装置的结构,能够实现纵向减震器的功能,抗侧滚扭杆与SWMB/TB-350的布局类似,牵引电机采用刚性架悬。转向架的结构和焊接工艺容易造成焊接位置应力过于集中,导致坑疲劳性能弱。动车转向架质量7.328 t,拖车转向架质量6.52(中部不带清扫装置)/6.57 t(端部带清扫装置),使用Lma踏面,采用小刚度的轴箱定位,以及小节点刚度、阻尼大的抗蛇行减振器,其中一系横向定位刚度为5.5 kN/mm,纵向为13 kN/mm,抗蛇行减振器的节点刚度为8.85 kN/mm,实现550 km/h的转向架临界失稳速度,但会使踏面磨耗范围较小但深度较大,对轮对的寿命有一定的负面影响。
动力车功率5600 kW( 短时6400 kW) ,运营速度160 km/h,构造速度 210 km/h。动力车电气系统为主、辅(滤波) 和列供变流器集成一体化设计,水冷技术;辅助系统的牵引电机通风机和冷却塔采用变频控制,具有节能、降噪的优点;主电路采用1400 kW牵引电机、6777 kVA牵引变压器、水冷牵引变流器采用6.5 kV的IGBT 元件、四象限、中间环节以及逆变器完全独立的轴控技术;分散式微机网络控制系统的电源为DC110 V,控制系统具有先进的智能化诊断功能,能对主、辅、列车供电电路、控制系统以及空气制动系统的故障进行诊断和安全导向,并具备动力车状态实时记录功能;利用变压器耦合技术实现过分相辅助系统不间断供电。
YGZN2Q271每个牵引变流柜中包含有2台牵引变流器、1台辅助变流器和1台供电柜。其中两组牵引回路采用独立中间电路输出DC3600V,通过各自逆变电路分别为两台牵引电机供电,单轴额定功率为1400kW。辅助遍历器采用AC-DC-AC模式进行辅助电源的供电设计,通过四象限整流成DC600V,然后通过逆变成380V供辅助电源使用。供电柜采用四象限整流方式输出一组DC600V/200kW,通过与这节机车上另一个变流柜中的供电模块并联输出400kW。牵引变流器额定输入电压AC 1950 V,中间直流电压3600 V,输出电压3AC 0-2700 V,额定输出电流450 A,辅助变流器额定容量230 kVA,额定输入电压AC 307V,CVCF输出电压为3AC 380V/50Hz,VVVF输出电压3AC 0-380V,VVVF输出频率25 Hz/190 V、40 Hz/304 V、50 Hz/380 V。
动力车功率5600 kW( 短时6400 kW) ,运营速度160 km/h,构造速度 210 km/h。动力车电气系统为主、辅(滤波) 和列供变流器集成一体化设计,水冷技术;辅助系统的牵引电机通风机和冷却塔采用变频控制,具有节能、降噪的优点;主电路采用1400 kW牵引电机、6777 kVA牵引变压器、水冷牵引变流器采用6.5 kV的IGBT 元件、四象限、中间环节以及逆变器完全独立的轴控技术;分散式微机网络控制系统的电源为DC110 V,控制系统具有先进的智能化诊断功能,能对主、辅、列车供电电路、控制系统以及空气制动系统的故障进行诊断和安全导向,并具备动力车状态实时记录功能;利用变压器耦合技术实现过分相辅助系统不间断供电。
YGZN2Q271每个牵引变流柜中包含有2台牵引变流器、1台辅助变流器和1台供电柜。其中两组牵引回路采用独立中间电路输出DC3600V,通过各自逆变电路分别为两台牵引电机供电,单轴额定功率为1400kW。辅助遍历器采用AC-DC-AC模式进行辅助电源的供电设计,通过四象限整流成DC600V,然后通过逆变成380V供辅助电源使用。供电柜采用四象限整流方式输出一组DC600V/200kW,通过与这节机车上另一个变流柜中的供电模块并联输出400kW。牵引变流器额定输入电压AC 1950 V,中间直流电压3600 V,输出电压3AC 0-2700 V,额定输出电流450 A,辅助变流器额定容量230 kVA,额定输入电压AC 307V,CVCF输出电压为3AC 380V/50Hz,VVVF输出电压3AC 0-380V,VVVF输出频率25 Hz/190 V、40 Hz/304 V、50 Hz/380 V。
动力车功率5600 kW( 短时6400 kW) ,运营速度160 km/h,构造速度 210 km/h。动力车电气系统为主、辅(滤波) 和列供变流器集成一体化设计,水冷技术;辅助系统的牵引电机通风机和冷却塔采用变频控制,具有节能、降噪的优点;主电路采用1400 kW牵引电机、6777 kVA牵引变压器、水冷牵引变流器采用6.5 kV的IGBT 元件、四象限、中间环节以及逆变器完全独立的轴控技术;分散式微机网络控制系统的电源为DC110 V,控制系统具有先进的智能化诊断功能,能对主、辅、列车供电电路、控制系统以及空气制动系统的故障进行诊断和安全导向,并具备动力车状态实时记录功能;利用变压器耦合技术实现过分相辅助系统不间断供电。
YGZN2Q271每个牵引变流柜中包含有2台牵引变流器、1台辅助变流器和1台供电柜。其中两组牵引回路采用独立中间电路输出DC3600V,通过各自逆变电路分别为两台牵引电机供电,单轴额定功率为1400kW。辅助遍历器采用AC-DC-AC模式进行辅助电源的供电设计,通过四象限整流成DC600V,然后通过逆变成380V供辅助电源使用。供电柜采用四象限整流方式输出一组DC600V/200kW,通过与这节机车上另一个变流柜中的供电模块并联输出400kW。牵引变流器额定输入电压AC 1950 V,中间直流电压3600 V,输出电压3AC 0-2700 V,额定输出电流450 A,辅助变流器额定容量230 kVA,额定输入电压AC 307V,CVCF输出电压为3AC 380V/50Hz,VVVF输出电压3AC 0-380V,VVVF输出频率25 Hz/190 V、40 Hz/304 V、50 Hz/380 V。
CRH380CL动车组平台对智能化进行了一定的尝试。智能列车通过运行环境感知系统获得车辆运行时的列车的运行的环境数据,通过以传感器构建的传感器网络获取车辆运行的状态数据,通过电子标签获取车辆主要设备的履历数据。车辆数据处理中心根据所获得的列车及主要部件数据,对列车自身状态进行评估,给出预警和报警信息,并通过“车-地”传输网络将数据传输到地面数据中心。地面数据中心通过“地-地”传输网络将数据根据需要将高速列车的数据和运行环境数据发送到智能化列车系统应用平台,对高速列车的运行状态进行综合评估,并给出高速列车运行状态的综合评判。以高速动车组为核心,以高速列车动态感知数字化及全息化运行环境为基础,以信息交互与处理为支撑,具有自决策、自检测、自诊断能力的,智能高速列车系统具体数据的实时获取、处理和发送功能、实现了高速列车在途预警和报警功能,提高了高速列车运行的安全性、提高了旅客的服务质量。
1 动车构架;2 轮对轴箱定位装置;3 二系悬挂装置;4 牵引装置;5 基础制动装置;6 驱动装置;7 轴端设备;8 辅助装置
YQ-625电机采用无机壳、刚性全悬挂结构、强迫风冷,由定、转子装配、轴承装配及附件装配等组成。N端端盖采用轻型铝合金材料,转轴采用高强度合金钢材料。电机额定功率625 kW,额定电压2750 V,额定电流155 A,额定转速4100 r/min,额定力矩1454 N.m,启动力矩:3100N.m,额定效率94%,功率因数≥0.87,绝缘等级200级(定子),重量735 kg。电机轻量化、大转矩、高功率密度,通过电磁、力学、温度等多物理场的耦合仿真,实现了牵引电机轻量化设计,提高了功率密度和转矩密度,最大输出转矩较CRH380AM动车组牵引电机提升30%,电机单位功率质量比达0.85。 低噪音设计,应用流体-结构耦合分析技术,优化通风结构,提高电机散热效率、降低通风噪声,电机具有冷却风量小、噪声低的特点。长周期轴承顺滑技术,优化设计了轴承结构,能延长检修周期,降低检修成本。绝缘结构耐候性技术,优化绕组槽口绝缘结构,解决风沙环境下电机绕组绝缘磨损问题,提高产品耐候性。在保证高速轴承可靠运行的条件下,通过优化轴承结构,可将牵引电机更换润滑油脂周期从60万公里提升至120万公里,有效提升牵引电机的免维护周期。
智能运维系统的核心技术为故障预测与健康管理(PHM),依托工业互联网、数据融合、人工智能、5G等技术,搭建由车载系统、车地数据传输系统和地面系统组成的智能运维系统。车载PHM由列车级和系统部件级PHM组成,智能配置动车组每列设置1套车载PHM主机。首先能实现故障预警预判,通过构建列车级模型,识别高压、牵引、制动、网络等子系统异常状态,进行列车级模型预判。然后可进行数据汇总存储,对车载部件级模型和列车级模型诊断结果汇总、存储。通过数据可对列车进行健康状态评估,对关键环路继电器、接触器等进行动作次数统计,对使用寿命进行评估。同时车载安全监测增加齿轮箱、轴箱轴承振动检测。
乘务员室双屏合一,智能融合显示和集中控制,保留TTS文字转语音,增加空调和照明控制,车厢视频查看,增设烟火、超员、乘客紧急、车门等报警前后时段视频自动保存及回放功能。随车配置1台手持移动终端,通过车内专用无线网单向实时获取列车网络数据,提升机械师日常巡检和应急处置效率,能够实现信息实时显示、一二级故障报警及显示、历史故障查询等功能。
基于人工智能模型可实现异常判断和故障预测,避免小问题扩大化酿成不可挽回的后果。
1 拖车构架;2 轮对轴箱定位装置;3 二系悬挂装置;4 牵引装置;5 基础制动装置;6 轴端设备;7 辅助装置
YQ-625电机采用无机壳、刚性全悬挂结构、强迫风冷,由定、转子装配、轴承装配及附件装配等组成。N端端盖采用轻型铝合金材料,转轴采用高强度合金钢材料。电机额定功率625 kW,额定电压2750 V,额定电流155 A,额定转速4100 r/min,额定力矩1454 N.m,启动力矩:3100N.m,额定效率94%,功率因数≥0.87,绝缘等级200级(定子),重量735 kg。电机轻量化、大转矩、高功率密度,通过电磁、力学、温度等多物理场的耦合仿真,实现了牵引电机轻量化设计,提高了功率密度和转矩密度,最大输出转矩较CRH380AM动车组牵引电机提升30%,电机单位功率质量比达0.85。 低噪音设计,应用流体-结构耦合分析技术,优化通风结构,提高电机散热效率、降低通风噪声,电机具有冷却风量小、噪声低的特点。长周期轴承顺滑技术,优化设计了轴承结构,能延长检修周期,降低检修成本。绝缘结构耐候性技术,优化绕组槽口绝缘结构,解决风沙环境下电机绕组绝缘磨损问题,提高产品耐候性。在保证高速轴承可靠运行的条件下,通过优化轴承结构,可将牵引电机更换润滑油脂周期从60万公里提升至120万公里,有效提升牵引电机的免维护周期。
单元采用了六连杆空心轴的传动方式,较好地提升了转向架的动力学性能和安全性能,满足牵引运载要求。
日系和欧系高压母线跨接方式不同,日系采用L型T型插头,跨接稳定,缺点是拆装麻烦,拆装后需要重新做耐压试验,更换真空包。欧系采用跳线+半刚性终端,拆装简单,维护方便。缺点是检修强度大,需要清洗绝缘子;高压线裸露容易触发接地故障,高压拓扑结构需要增加高隔防止母线接地故障。复兴号采用的结构为日系接头+欧系拓扑,母线布置在3/4/5/6车上,如需通过轮渡等场景需要解编,采取的方式为断开2/3车和(或)6/7车,而无需拆解高压母线。CR400AF牵引变流器采用主辅一体结构,架控驱动方式。
CR400BF牵引变流器和辅助变流器采用主辅分离布置,车控驱动方式。牵引系统一个牵引单元包括一台牵引变压器及冷却单元、两台牵引变流器及其冷却单元、四台牵引电机、两台牵引电机冷却风机。一个标准组动车组共设置两台牵引变压器,安装在03/06号车,为相邻两个动力车的两台牵引变流器分别提供单相交流电源。每个动力车包含一台牵引变流器,牵引变流器采用交-直-交变换,可供本车四台牵引电机正常运行,并可实现牵引电机的变频调速。此外,牵引变流器通过中间直流环节为辅助变流器提供电源。牵引电机采用三相鼠笼式异步电动机,在驱动模式下可将电能转换成机械能,制动时将机械能转换成电能。
根据铁总技术条件要求,350 km/h 中国标准动车组辅助供电系统采用母线并网供电方式,由分散布置在若干车厢的各辅助变流器向 AC 380 V/50 Hz 母线供电并网运行。采用无互联线的并联技术,只需各辅助变流器之间通过三相 AC 380 V 功率母线相连,各辅助变流器间不通过控制信号线连接,不需要同步总线和均分电流总线,拥有独立的控制系统,有利于提高辅助电源系统的抗干扰性和可靠性。
日系和欧系高压母线跨接方式不同,日系采用L型T型插头,跨接稳定,缺点是拆装麻烦,拆装后需要重新做耐压试验,更换真空包。欧系采用跳线+半刚性终端,拆装简单,维护方便。缺点是检修强度大,需要清洗绝缘子;高压线裸露容易触发接地故障,高压拓扑结构需要增加高隔防止母线接地故障。复兴号采用的结构为日系接头+欧系拓扑,母线布置在3/4/5/6车上,如需通过轮渡等场景需要解编,采取的方式为断开2/3车和(或)6/7车,而无需拆解高压母线。
辅助供电系统采用母线并联供电方式,辅助变流器电源由牵引变流器的中间直流环节提供。辅助变流器将来自牵引变流器中间直流电转换成三相交流电为辅助系统供电。在过分相区的情况下可以通过牵引变流器中间电路将牵引电机发出的电转换成三相交流电继续供给辅助系统。动车组在无火回送速度大于等于70 km/h也能够向辅助系统供电,当速度低于50km/h时退出供电状态。辅助供电低压系统电源由3AC380V 50Hz 供电母线提供,通过充电机将三相交流电转换为DC110V,实现母线并网供电,为蓄电池组充电,同时也为低压设备提供电源。 8辆编组的动车组设4台辅助变流器,1、8 车为ACU-A 型,3、6车ACU-B型,每台辅助变流器的输出功率为200 kVA,全列车共800 kVA。正常情况下所有的辅助变流器同时向母线输出同相位 3AC380V/50Hz电源,实现并网供电,地面三相AC380V/50Hz 电源也可以为车上辅助负载供电,动车组的外接电源插座与受电弓设连锁机构,动车组由外部电源插头供电时,受电弓不能升弓。在1、8车配置两台充电机和两组蓄电池组,充电机通过3AC380V/50Hz母线获得供电,经整流变换后为蓄电池和与DC110V系统相连的负载供电,DC110V 母线贯穿整列动车组。每个充电机输出功率为 30kW,全列车为 120kW。在每节车上设一台逆变器,由DC110V系统逆变获得电能,输出 AC220V 50Hz电源提供给旅客插座,该电源仅供单车使用,不贯穿整列车。长编组电气系统相当于两列短编组重联,各设备数量相应翻倍。
拖车转向架分为控制车转向架和普通车转向架,采用无摇枕轻量化结构,沿用H型焊接构架、单牵引拉杆、盘形制动等成熟结构。采用两级悬挂,一系悬挂采用圆柱螺旋钢弹簧+垂向油压减振器,轮对轴箱采用转臂式定位;二系悬挂采用空气弹簧,设高度调整阀及差压阀,安装横向油压减振器、抗蛇行油压减振器。控制车转向架二位端加装排障装置。基础制动型式为盘形制动,每轴2铸钢轴盘+粉末冶金闸片。图为控制车转向架,其中1为构架组成;2为一系定位装置;3为中央悬挂装置;4为基础制动装置;5为速度传感器安装;6为转向架排障装置。
转向架构架为H形箱形焊接结构,由两个中间为凹形的侧梁以及横梁组成;一系悬挂为螺旋钢弹簧加垂向减振器,转臂式定位方式;二系悬挂采用带有应急橡胶堆的空气弹簧支撑车体,在车体和转向架之间装有双抗蛇行减振器、横向减振器、垂向减振器、抗侧滚装置以及Z形双拉杆牵引装置。动力转向架采用轮盘制动方式,非动力转向架采用轴盘制动方式,转向架轴箱轴承采用自密封式圆锥滚动轴承。
转向架在既有25T型客车SW-220K转向架基础上进行改进。拖车转向架分为控制车转向架和普通车转向架,采用无摇枕轻量化结构,沿用H型焊接构架、单牵引拉杆、盘形制动等成熟结构。采用两级悬挂,一系悬挂采用圆柱螺旋钢弹簧+垂向油压减振器,轮对轴箱采用转臂式定位;二系悬挂采用空气弹簧,设高度调整阀及差压阀,安装横向油压减振器、抗蛇行油压减振器。控制车转向架二位端加装排障装置。基础制动型式为盘形制动,每轴2铸钢轴盘+粉末冶金闸片。图为控制车转向架,其中1为构架组成;2为一系定位装置;3为中央悬挂装置;4为基础制动装置;5为速度传感器安装;6为转向架排障装置。
相较于既有列车,空气阻力进一步减小,气动阻力由CRH380A的74.5 kN和CRH380D的71.6 kN下降至68.7 kN,CR400BF转向架对抗蛇行减振器座、二系垂向减振器座、抗侧滚扭杆座进行了重新设计,悬挂参数重新匹配设计,动力转向架纵梁与横梁处于同一水平面,且转向架横、侧、纵梁全部采用钢板焊接的箱型结构,增强了抗扭刚度,齿轮箱CR400BF则为吊挂在横梁上,牵引电机同样直接吊挂在横梁上,采用4点支撑弹性架悬,无动力转向架制动吊座为整体锻造结构,其与制动梁钢管通过组焊连为一体。
动力转向架主要由焊接构架、一系悬挂及轮对轴箱定位装置、二系悬挂及牵引装置、抗测滚扭杆装置、枕梁、驱动装置、基础制动装置、轴温报警装置、撒砂装置和ATP信号接收装置以及轮缘润滑装置等组成。动力转向架有2根动力轴,动力轴上装有两个制动轮盘和一组齿轮箱。
非动力转向架主要由焊接构架、一系悬挂及轮对轴箱定位装置、二系悬挂及牵引装置、抗测滚扭杆装置、枕梁、停放储能制动装置、基础制动装置、轴温报警装置与接地回流装置和速度传感器装置等组成。非动力转向架有2根非动力轴,非动力轴上装有三个制动轴盘。
牵引变压器为单相变压器,将一次绕组上的接触网AC 25 kV转换为四个二次绕组牵引绕组(TW1~TW4)的电压,并给牵引变流器供电。变压器一次额定电压AC 25 kV,额定电流234 A,额定功率约5848 kV·A,二次额定电压4×1850 V,额定电流4×790 A,额定功率约4×1462 kV·A。每台牵引变流器中有两组四象限斩波器(4QC)横块、一个PWM逆变器模块、一组牵引控制单元、冷却系统及中间直流环节,每一组逆变器控制4台牵引电机。变流器的主要功能是将牵引变压器输出的1AC1850V/50Hz经四象限整流得到3200~3600 V的中间直流电压,再经逆变器输出电压、频率可调的三相交流电压为牵引电机供电。
1 拖车构架;2 轮对轴箱定位装置;3 二系悬挂装置;4 牵引装置;5 基础制动装置;6 轴端设备;7 辅助装置
CR300列车网络控制系统在国内首次将实时以太网作为列车控制网络,以太网连接列车牵引、制动等所有子系统,通过传输其控制、状态和诊断数据实现对列车的控制、监视和诊断。CR300AF列车级网络均采用线性拓扑,传输速率为100 Mbps,采用链路聚合协议,2条传输链路互为热备冗余;头尾车配置2个列车级以太网交换机(ETBN),互为热备冗余;中间车配置以太网中继器(REP),用于中继传输列车级以太网信号,ETBN和REP均支持断电旁路功能。车辆级网络采用环形拓扑,传输速率为100 Mbps,每编组内车辆级以太网交换机(ECNN)组成单环结构网络,每车内配置2台ECNN,为重要设备提供冗余连接,允许线路单点故障,各编组内设备通过ECNN与中央控制单元进行数据交互,采用专用环网协议控制环网状态,最高带宽可达800 Mbps,环路变化时的收敛时间为微秒级,不支持设备旁路功能。
CR300列车网络控制系统在国内首次将实时以太网作为列车控制网络,以太网连接列车牵引、制动等所有子系统,通过传输其控制、状态和诊断数据实现对列车的控制、监视和诊断。CR300BF列车级网络均采用线性拓扑,传输速率为100 Mbps,采用链路聚合协议,2条传输链路互为热备冗余;头尾车配置2个列车级以太网交换机(ETBN),互为热备冗余;中间车配置以太网中继器(REP),用于中继传输列车级以太网信号,ETBN和REP均支持断电旁路功能。车辆级网络采用线性拓扑,传输速率为100 Mbps,每车内配置2台车辆级以太网交换机(ECNN),为重要设备提供冗余连接,各车ECNN之间通过链路聚合协议进行链路冗余,支持故障旁路功能,最高带宽可达1600 Mbps,链路聚合线路冗余切换时间为微秒级。
CR200J第一代存在一系列的问题。采用和普速列车类似的车厢风挡结构,在过弯时会摩擦发出声音且气密性不足。与既有25T保持相同尺寸,车体高度(不含空调)为4030 mm,宽度3105 mm,较窄的车厢宽度导致坐席和过道宽度不足,影响乘坐体验。
CRH380A系列继承了CRH2系列诸多特征,同时很多缺点仍然存在,因CRH380A系列动力车多,且依然使用的是极其落后的ARCNET网络标准,监测列车运行状态的传感器数量不足,需要人工查找问题,检修十分困难,需要频繁人工检查,同时由于过度追求轻量化而导致车体结构强度严重不足,致使CRH380A系列早期修程较短,无法胜任较长交路运营,维护成本极高,是CRH380中成本最高的系列,后期更换部分配件后修程逐渐增长,部分运行条件较好的交路一级修里程已由早期的4000+400km/24h延长至6000+600km/48h,部分交路仍执行4000km/24h。另外,该车车内通风设施设计不合理,新风与废气容易串流,车内回风口设置于地面座椅下方,同时没有防护措施,车内尤其是卫生间内的污水或者污物有进入通风系统的概率,一旦进入就会发酵变质产生异味,且整个结构不利于清洁。
CRH2系列列车网络落后,不仅列车检修维护困难,而且包括后续的CRH380A、CRH2-NG以及早期的CRH6A,需要使用(日本进口的寿命约为5年的内置不可充电且无法更换电池的)有源NFC卡片写入包括列车车次数据、广播信息以及显示屏内容的列车运行数据,卡片寿命到期后需要更换,且部分列车因年代久远,相关车载装置也存在问题,导致列车无法更换车次信息,部分列车只能长期固定交路,限制了列车运行范围。另外该系统与列车网络深度绑定,通信协议落后,且使用非标准光纤传输,更换系统较为困难,暂无法升级更新。过分相时辅助变流器断电,空调、换气系统和空压机等会停止工作,重新启动时会发出额外的噪音。
备用制动也采用电制动(DC100V),当受电弓无法取电且蓄电池无电的情况下无法缓解制动,只能使用同型号同批次列车以固定方向救援(00车-01车),当使用不同型号动车组或机车救援时,只能全列手动缓解,限速5 km/h。
列车气密性一般,通过密集隧道时容易使乘客产生一定的不适感。制动性能相较于CRH380A和380D系列稍弱。
CRH380D操作方法与其他CRH380差异较大,需要重新进行培训。每节车厢长度达26.6米,相较其他车型长,难以使用相同的设施和各种标记,重量也比较重,定员状态轴重超16 t,同时转向架抗蛇行减振器性能弱,容易导致车轮失圆和踏面产生裂纹。列车空间利用率低,车厢长度虽长,但是客室空间和坐席间距并未增加。采用全包式折棚车间风挡,难以清洁和维护;列车气密性一般,通过密集隧道时容易使乘客产生一定的不适感。
由于原型车为短途城际列车,CRH1保留了类似地铁的加速度,但每节车厢每侧仅有一个车门,上下乘客的速度很慢,高峰期经常造成列车晚点。该车空调不能随着外界气压变化自动进入内循环模式,需要手动操作进入内循环,在隧道较长且较为密集的线路,司机无法及时操作,列车在高速运行中通过隧道,会使乘客产生强烈的耳鸣感甚至难以受。另外由于CRH1采用不锈钢车身,时速达130 km/h左右时,会和部分较旧铁轨产生共振,车身会产生振动,影响乘坐体验。
由于原型车设计时间较早,技术水平相对较低,CRH2使用的是极其落后的ARCNET网络标准,监测列车运行状态的传感器数量不足,需要人工查找问题【营造出不告诉你有问题就等于没问题的假象】,检修十分困难,导致修程较短,无法胜任较长交路运营,维护成本极高,虽然CRH2系列制造成本低,但是高昂的运营成本致使其综合成本高于其他车型。同时,不仅列车检修维护困难,而且需要使用日本进口的寿命约为5年的内置不可充电且无法更换电池的有源NFC卡片写入包括列车车次数据、广播信息以及显示屏内容的列车运行数据,卡片寿命到期后需要更换,且部分列车因年代久远,相关车载装置也存在问题,导致列车无法更换车次信息,部分列车只能长期固定交路,限制了列车运行范围。另外该系统与列车网络深度绑定,通信协议落后,且使用非标准光纤传输,更换系统较为困难,暂无法升级更新。
列车设计寿命较短,车身和转向架结构强度、防腐性能都无法满足高强度运用的要求,需要频繁进行人工检查。DC100V以车体为负极,容易发生因各种意外情况导致的短路跳闸。过分相时辅助变流器断电,空调、换气系统和空压机等会停止工作,重新启动时会发出额外的噪音。电气系统设备落后,早期出厂的列车部分电路甚至刀闸而非断路器。备用制动也采用电制动(DC100V),当受电弓无法取电且蓄电池无电的情况下无法缓解制动,只能使用同型号同批次列车以固定方向救援(00车-01车),当使用不同型号动车组或机车救援时,只能全列手动缓解,限速5 km/h。另外,该车车内通风设施设计不合理,新风与废气容易串流,车内回风口设置于地面座椅下方,同时没有防护措施,车内尤其是卫生间内的污水或者污物有进入通风系统的概率,一旦进入就会发酵变质产生异味,且整个结构不利于清洁。
CRH2-NG系列虽然对外观与内饰进行了大幅度更新,但并未对列车网络进行升级,使用的依然是源自CRH2的落后网络,不仅列车检修维护困难,还需要使用(日本进口的寿命约为5年的内置不可充电且无法更换电池的)有源NFC卡片写入包括列车车次数据、广播信息以及显示屏内容的列车运行数据,卡片寿命到期后需要更换,且部分列车因年代久远,相关车载装置也存在问题,另外该系统与列车网络深度绑定,通信协议落后,且使用光纤传输,更换系统较为困难,导致列车无法更换车次信息,部分列车只能长期固定交路,限制了列车运行范围。过分相时辅助变流器断电,空调、换气系统和空压机等会停止工作,重新启动时会发出额外的噪音。
备用制动也采用电制动(DC100V),当受电弓无法取电且蓄电池无电的情况下无法缓解制动,只能使用同型号同批次列车以固定方向救援(00车-01车),当使用不同型号动车组或机车救援时,只能全列手动缓解,限速5 km/h。
CRH2C系列同样继承了CRH2系列存在的问题,采用较为落后的列车网络和电气系统,且传感器数量少,出现故障时排查极为困难。不仅列车检修维护困难,而且需要使用(日本进口的寿命约为5年的内置不可充电且无法更换电池的)有源NFC卡片写入包括列车车次数据、广播信息以及显示屏内容的列车运行数据,卡片寿命到期后需要更换,且部分列车因年代久远,相关车载装置也存在问题,另外该系统与列车网络深度绑定,通信协议落后,且使用光纤传输,更换系统较为困难,导致列车无法更换车次信息,部分列车只能长期固定交路,加之CRH2C的结构存在诸多缺陷且无法准确判断故障,检修难度大,运用成本高,导致其无法胜任长距离交路,限制了列车运行范围。DC100V以车体为负极,容易发生因各种意外情况导致的短路跳闸。过分相时辅助变流器断电,空调、换气系统和空压机等会停止工作,重新启动时会发出额外的噪音。
备用制动也采用电制动(DC100V),当受电弓无法取电且蓄电池无电的情况下无法缓解制动,只能使用同型号同批次列车以固定方向救援(00车-01车),当使用不同型号动车组或机车救援时,只能全列手动缓解,限速5 km/h。
另外,该车车内通风设施设计不合理,新风与废气容易串流,车内回风口设置于地面座椅下方,同时没有防护措施,车内尤其是卫生间内的污水或者污物有进入通风系统的概率,一旦进入就会发酵变质产生异味,且整个结构不利于清洁。此问题在CRH2C及之后制造的CRH2系列动车组仅将空调进风口置于列车顶部后,车内异味现象仍然存在,需要频繁清洁。
列车气密性一般,通过密集隧道时容易使乘客产生一定的不适感。没有自动施加停放制动功能,在退出主控占用时,不自动施加停放制动,容易导致列车溜车。
受列车宽度较小的影响,CRH5系列客舱布局相对紧凑,座椅空间和舒适度较差,同时因特殊的驱动方式使得CRH5系列运行平顺程度较差,列车与部分线路的轨道兼容性差,致使列车运行极度不平顺。且动力轴数量小,虽然有5节动力车,但仅相当于2.5M5.5T,列车性能比较一般。
尽管CRH2动车组因各种原因导致维护和运用成本相对较高,但正因电气和控制系统相对落后,多采用硬线控制,列车各部分动作执行依靠电路控制,列车网络主要用于监控,整体控制逻辑和原理简单,对检修维护人员学历和知识水平要求较低,相对易于学习。
智能3.0动车组在二阶段技术提升型动车组CR400AF-S-2361试装的基础上进一步优化和完善,实现更轻量化的结构,相较第二代(S)减重逾5.3 t,同时提供更舒适的乘车环境。
牵引变流器顶板及门板由钢质改为铝质,优化主电路拓扑结构,中间直流环节使用无LC谐振电路,实现牵引变流器轻量化,减重约8.2%,同时机械接口与既有牵引变流器保持一致,可实现对等互换。通过改变绕组线径和铁芯高度实现电磁优化,配套适形油箱、局部结构优化等措施,在性能基本保持一致的前提下(效率由96.8%变为96%),实现牵引变压器轻量化,单台减重约1.14 t(约18%),同时机械接口与既有牵引变压器保持一致,可实现对等互换。
CED420型自主化主动控制受电弓采用轻量化设计,结构简单,具有良好的弓网耦合特性,设计时速400 km/h,采用单滑板弓头,单杆件变截面上下臂,下臂为一体式铸铝,无需额外喷涂进行防腐,耐候性优良,配套主动控制技术,依据车辆速度、方向、等实施精细化、定制化弓网匹配策略,运用简统化设计,与既有动车组接口一致可实现对等互换。
转向架接口与既有转向架保持一致,为进一步减重并降低旋转部件温升,采用窄斜齿齿轮箱和全新设计的轴箱。
车窗内置防脱结构,在外侧的夹胶玻璃PVB胶层中间增加一层防脱钢网,可以规避中空玻璃的脱落风险。优化客室空间布局,并对坐席进行轻量化,实现全列进一步减重。
智能3.0动车组在二阶段技术提升型动车组CR400BF-GS-5307试装的基础上进一步优化和完善,实现更轻量化的结构,相较第二代(S)减重逾5.3 t,同时提供更舒适的乘车环境。
牵引变流器顶板及门板由钢质改为铝质,优化主电路拓扑结构,中间直流环节使用无LC谐振电路,实现牵引变流器轻量化,减重约8.2%,同时机械接口与既有牵引变流器保持一致,可实现对等互换。通过改变绕组线径和铁芯高度实现电磁优化,配套适形油箱、局部结构优化等措施,在性能基本保持一致的前提下(效率由96.8%变为96%),实现牵引变压器轻量化,单台减重约1.14 t(约18%),同时机械接口与既有牵引变压器保持一致,可实现对等互换。
CED420型自主化主动控制受电弓采用轻量化设计,结构简单,具有良好的弓网耦合特性,设计时速400 km/h,采用单滑板弓头,单杆件变截面上下臂,下臂为一体式铸铝,无需额外喷涂进行防腐,耐候性优良,配套主动控制技术,依据车辆速度、方向、等实施精细化、定制化弓网匹配策略,运用简统化设计,与既有动车组接口一致可实现对等互换。
转向架接口与既有转向架保持一致,为进一步减重并降低旋转部件温升,采用窄斜齿齿轮箱和全新设计的轴箱。
车窗内置防脱结构,在外侧的夹胶玻璃PVB胶层中间增加一层防脱钢网,可以规避中空玻璃的脱落风险。优化客室空间布局,并对坐席进行轻量化,实现全列进一步减重。
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列车开往的方向并不重要,
重要的是窗外的风景和看风景的心情。
处在嘈杂的动态中,
却是静而细腻的心思。