市域D型车辆研制及其标准实践

何丹炉，郭泽阔，李春峰，张冠男

热点研讨

市域D型车辆研制及其标准实践

何丹炉1，郭泽阔2，李春峰1，张冠男3

（1. 中车青岛四方机车车辆股份有限公司，青岛 266111；2. 北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100037； 3. 温州市铁路与轨道交通投资集团有限公司，温州 325000）

市域D型车辆是专为市域(郊)铁路自主研制的一款新型宽体客运车辆，车宽3 300 mm、25 kV供电，融高速动车组技术优势和城轨车辆运营特点于一体。针对市域铁路运营对车辆的要求，通过系统分析和优化设计，解决了大载客量与宽车体轻量化、快速运行与频繁起停、噪声控制等技术难题，创新研制了市域D型车辆；进而论述了温州S1线D型车辆的平面布置、编组形式、主要技术参数、主要系统技术方案。型式试验和运营统计表明，温州S1线市域D型车辆性能稳定、安全可靠，从而印证了市域D型车辆相关标准的适用性、先进性。

市域铁路；D型车辆；研制；标准；适用性；先进性

市域D型车是《市域快速轨道交通设计规范》(T/CCES 2-2017)[1]、《市域铁路设计规范》(T/CRS C0101-2017)[2]和《城市轨道交通市域快线120km/h～160km/h车辆通用技术条件》(GB/T 37532-2019)[3]所规定的市域车辆主要车型之一，速度涵盖100～160 km/h、尤其适合140 km/h及以上速度等级，适应2.5～10 km平均站间距，既具有A型地铁的载客能力、城市轨道交通的运营属性，又有城际动车组的快速运行、安全舒适和节能环保性能[4]，填补了城轨车辆和城际动车组之间的车型空白，承担交通强国战略中的1 h通勤运输职责。车宽3300 mm，不但满足大载客量和舒适度提升需要，还可以节约资源，在既有铁路上开行市域(郊)列车[5]，为推动干线铁路、城际铁路、市域(郊)铁路、城市轨道交通“四网融合”[6]提供轨道车辆基础。

1 市域D型车辆关键技术与解决方案

1.1 大载客量与宽车体轻量化技术

相比城际动车组，市域车辆潮汐客流和同城化通勤特征更加明显，定员载客量=座席载客量+4～6人/m²[1, 2]，超员载客量=座席载客量+8人/m²，因此载客量更大。为保证轴重不大于17 t，应进一步实施轻量化，以提高运能、降低人均能耗。

车体采用铝合金型材、薄壁筒型整体承载的轻量化结构；构架采用动态强度设计与损伤一致性评估技术，减重5%以上；优化牵引电机通风散热结构，实现牵引电机的小型化、轻量化等。

1.2 快速乘降与快速通过能力

市域铁路系都市圈内、城市群间的中短途运输，通勤客流量大、乘坐时间较长，座席数量和舒适度应尽可能提高，同时为使载荷均匀，采用2+2横向座椅和纵向座椅分区对称布置；为实现快速疏散，进行无障碍平面设计(见图1)：横向座椅间过道宽≥850 mm、纵向座椅间过道宽≥1 850 mm、贯通道宽度≥1 300 mm等，使得2人能并肩快速通过；车辆等间距布置4对双扇大开度(≥1 300 mm)车门，缩短乘客步行距离，便于快上快下；门区空间加大，利于疏散；开/关门动作不大于3 s等，最终保证30 s内半数超员乘客完成乘降。

注：列车编组形式：Tc1+Mp1+Mp2+Tc2，Tc1+Mp1绕编组横向中心线逆时针旋转180°即得编组中的Mp2+Tc2

Figure 1 Coach composition and plane layout of Wenzhou S1 line

1.3 快速运行与频繁起停的城轨交通运营能力

100～160 km/h快速运行、频繁起停的城市轨道交通运营模式，要求牵引、制动系统具有足够的加减速能力和精准的牵引控制水平。为此采用基于参数实时辨识、谐波主动抑制的精确牵引控制技术，保证牵引电机在全速范围内输出转矩误差不超过3%；针对动拖比1︰1的市域列车，研制了大功率、高转矩密度牵引电机，实现体积基本不变，转矩密度提高32%，启动转矩提高70%以上。

1.4 噪声控制水平

市域车辆等间距布置的多对大开度(≮1300 mm)双扇侧门、宽大车窗和车顶2个大制冷量单元空调等使车体开口较动车组增加100%以上，导致车体模态密集、刚度降低，振动加剧，车内噪声剧增。250 km/h以下，车外运行辐射噪声以轮轨噪声为主，轮轨噪声以30 lg[7]关系增长，运行速度从80 km/h提升至160 km/h，速度翻番，噪声增加约9 dB(A)。

针对上述场景，列车采用弧形断面、头车具有一定的流线造型，降低空气阻力，减少隧道微压力波和会车压力波，提高乘坐舒适性；车体实施等强度等刚度气密性设计及优良的减振降噪设计，牵引变流器采用分频控制；转向架悬挂系统优化设计、拖车车轮设降噪环等，有效降低轮轨噪声等。多措并举，实现客室座席区中部连续噪声不超过75 dB(A)要求。

1.5 “四网融合”能力

市域铁路在“四网融合”中处于承上启下的位置，D型车辆宽度和地板面高度与干线铁路、城际铁路车辆一致，加速度、剩余加速度和牵引救援等性能优良，具备与干线铁路、城际铁路互联互通能力，加减速性能、故障运行及推送救援等同时符合城市轨道交通运营要求。

2 市域D型车辆标准

中车四方股份2012年已经研究市域车辆技术，2014年1月中标温州市域铁路S1线车辆项目(以下简称温州S1线车辆)。温州S1线车辆最高运行速度140 km/h，车体长22 000 mm、宽3 300 mm，是中国首款市域列车，为2014年9月国家发展改革委批准的市域铁路自主化装备国家战略新兴产业示范工程之首[8]，2017年3月在中车四方股份下线，2018年9月按运营时刻表跑图试运行，2019年1月载客运营。

温州S1线车辆采用的车辆尺寸、供电制式、牵引制动性能和安全性、舒适性指标等被3个市域铁路标准采标，并被定为市域D型车辆；与四方股份公司研制的时速140 km的成都17、18号线市域A型车、时速160 km的北京新机场线市域D型车一道，完善了市域(郊)铁路列车谱系[5]。

2.1 平面布置与编组形式

每车设1 300 mm开度、等间距布置的4对双开塞拉门，客室座椅横纵结合，横向座椅2+2形式，设立柱、扶手，2、3号车设轮椅停放区，首尾车一位端有司机室、操纵台及逃生装置等，平面布置见图1，载客能力见表1，车辆主要尺寸满足T/CCES 2-2017、T/CRS C0101-2017)和GB/T 37532-2019中市域D型车的规定，具体见表2。

表1 车辆编组及载客量

说明：AW2=AW1+5人/m2，W3=AW1+8人/m2

表2 车辆主要尺寸

温州S1线车辆初期编组为2动2拖，受电弓、主空压机均为2套，每套独立运行，互为冗余备份；后期可扩展为3动3拖。

2.2 主要技术参数

主要技术参数包括运行速度、牵引制动性能、动力学性能、气密性指标及线路条件、供电制式等，见表3。

表3 主要技术参数

2.3 车辆运行车内噪声

温州S1线车辆应用动车组隔音降噪技术、优化控制策略，在ISO 3381:2005中6.3.3规定的环境条件下，在纵向中心线的客室座席区中部距地板1.6 m高处，140(1±5%)km/h时，等效连续噪声实测值为74 dB(A)[11]，优于T/CCES 2-2017中7.1.6条的75 dB(A)和GB/T 37532-2019第6.2.9条的限值规定。

2.4 车辆运行辐射噪声

在ISO 3095:2013第5.5.1.1条规定的距轨道中心7.5 m、轨面高1.2 m处[12]条件下，温州S1线车辆以140(1±5%)km/h恒速通过时，连续噪声实测值为87 dB(A)、86 dB(A)[13]，符合《市域铁路设计规范》(T/CRS C0101-2017)表5.1.10所规定的87 dB(A)限值要求。

从驱动电机输出的旋转动力，经花键套直接输出到减速器的中间轴，经这个轴承输出机械动力。驱动电机最大输出动力为160kW，最高转速可达12 000r/min，由此看出，这个轴承需要承受很大的转矩和功率。但可惜的是比亚迪公司的配套供应商，没有采用质量上乘的重型轴承，而用了承载能力较低的普通“6208”滚珠轴承，经不起重负荷的承载，十分不耐用。由于“6208”滚珠轴承的提前损坏，维修中加重了车主的负担，即使损坏的轴承只有20元人民币的价值，但却可能造成数万元驱动系的整体更换。

2.5 主要系统技术方案

2.5.1 车体

2.5.2 转向架

基于5年大批量运用考验的时速160 km CRH6F型城际动车组转向架，重点以小曲线通过安全性、磨耗经济性和平稳性为目标，优化悬挂系统刚度、阻尼等参数，提高与车体、线路的良好匹配性，实现稳定性能提升，确保安全可靠性。试验结果表明，安全性和运行品质均达到优级，小曲线动力学性能良好。

构架采用H型焊接结构，无缝钢管横梁，变截面箱型结构焊接侧梁，无摇枕空气弹簧二系悬挂。LM型踏面，CL60车轮，LZ50车轴。提供车体四点支撑的大气囊空气弹簧及高度调整阀；设抗侧滚扭杆和横向刚性止挡。采用盘型制动，每个转向架设2套停放制动单元。转臂式轴箱定位；牵引电机架悬。主要技术参数见表4。

表4 转向架主要技术参数

根据《机车车辆动力学性能台架试验方法》(TB/T 3115-2005)4.2.3.2条，对于被试车，非线性稳定速度c2(临界速度)应大于最高运行速度或试验最高速度的1.15倍[16]。因此，温州S1线转向架375 km/h的临界速度远大于标准要求，具有良好的运用安全保障性能。

2.5.3 牵引系统

图2 牵引系统主电路图

Figure 2 Main circuit diagram of traction system

牵引系统还满足TSI 1302/2014第4.2.8.1.2的规定，平直道、定员载荷条件、最高运行速度时，剩余加速度不小于0.05 m/s²[17]；《地铁设计规范》(GB 50157—2013)第4.2.6规定，在坡道上起动加速度不应小于0.083 m/s²[18]。

上述性能与牵引制动性能一起，使得温州S1线车辆具有与干线铁路、城际铁路互联互通的能力。温州S1线机场站至灵昆站之间的故障运行能力试验表明[10]：超员载荷下，损失1/4动力时，列车能在28‰ (S1线最大坡道)坡道起动，并以超过60 km/h的速度维持运行至车辆段；损失1/2动力时，列车能在28‰坡道起动，并以超过50 km/h的速度行驶到前方车站。一列空载列车能将另一列停在28‰坡道上的相同编组超员载荷故障列车顶推至坡顶，并运行到前方车站。

2.5.4 列车维护网络系统

为提高维护效率和运行安全性，首次设置了以太网列车维护网络：通过交换机构成具有环形冗余功能的列车维护网络；数据传输通过双通道总线传送；列车子系统通过以太网接口与以太网交换机连接。在任一车厢都可通过PTU进行列车系统维护、数据下载，实现单点全列维护；列车以太网与车地无线系统(TAU)连接，实时向地面服务器发送列车状态和故障信息。拓扑结构见图3。

2.5.5 制动系统

1) 制动系统功能和制动力管理。采用微机控制的直通式架控电空制动系统，具有电制动、空气制动、保持和停放制动、空重车调整等功能；制动力采用单管供风、列车级管理模式。1M1T组成一个制动控制单元，每个控制单元接收列车制动指令进行制动力管理和分配。

图3 列车维护网络系统拓扑图

Figure 3 Network system topology diagram for train maintenance

常用制动采用速度-黏着的减速度控制模式，紧急制动采用恒定减速度控制。

2) 列车救援。市域D型车辆应具备两种救援方式，以满足不同的运营模式。

推送救援：救援列车推送被救援故障列车。此时被救援列车设为关门车，但停放制动施加和缓解可由救援列车同步控制。

牵引救援：适用于干线铁路运营模式，救援列车牵引被救援故障列车。在被救援列车制动系统正常及无车辆空气制动切除时，可同步施加制动和缓解，兼顾安全性，救援速度可达120 km/h；若有车辆空气制动切除时，救援限速60 km/h。

3 结语

作为中国首列首款商业运营的市域列车，温州S1线车辆通过自主创新，解决了所有技术难题，并被相关标准定型为市域D型车辆。第三方型式试验和运营统计(车辆系统故障率、列车退出正线运营故障率等远低于《城市轨道交通运营管理规范》GB/T 30012-2013第8.1.12条规定的4次/万列千米、0.4次/万列千米[19])表明，市域D型车安全可靠、节能环保、快速便捷、舒适平稳，印证了市域D型车辆标准的适用性和先进性。

市域D型车相继被北京地铁新机场线、台州市域S1线、广州地铁18/22号线所采纳，实现了温州S1线车辆的示范效应，彰显了市域D型车辆的良好运用前景：良好的经济社会效益，促进城镇化和轨道上的都市圈建设；提高市域(郊)铁路的运营能力和效率，实现都市圈1 h通勤，提升人们出行质量和生活水平。

伴随SiC等新型电力电子器件、5G、大数据、人工智能、物联网、智能运维、自动驾驶等新技术及新型轻质高强度材料等的快速发展，研制新一代绿色智能型市域车辆，更好地服务城市群、都市圈的市民通勤和区域经济一体化发展是未来的主要研究方向。

[1] 中国土木工程学会. 市域快速轨道交通设计规范: T/CCES2-2017[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2017. China Civil Engineering Society. Code for design of metro­politan rapid rail transit system[S]. Beijing: China Archite­cture & Building Press, 2017.

[2] 中国铁道学会. 市域铁路设计规范: T/CRS C0101- 2017[S]. 北京: 中国铁道出版社, 2017.China Railway Society. Code for design of suburb railway[S]. Beijing: China Railway Press, 2017.

[3] 城市轨道交通市域快线120km/h～160km/h车辆通用技术条件: GB/T 37532-2019[S]. 北京: 中国标准出版社, 2019. General technical specification for 120km/h～160km/h com­muter express of urban rail transit system: GB/T 37532- 2019[S]. Beijing: China Standard Press, 2019.

[4] 丁叁叁, 张忠敏, 何丹炉, 等. 城际动车组总体技术设计[J]. 机车电传动, 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] 中华人民共和国国家发展和改革委员会, 中华人民共和国住房和城乡建设部, 中华人民共和国交通运输部, 等. 关于促进市域(郊)铁路发展的指导意见(发改基础〔2017〕1173号)[S]. 北京: 2017.

[6] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.关于培育发展现代化都市圈的指导意见(发改规划〔2019〕328号)[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: Com­mission Regulation(EU) No 1304/2014[S]. Official Journal of the European Union, 2014.

[8] 中华人民共和国国家发展和改革委员会. 关于温州市域铁路S1线一期工程设备研发项目列入国家战略新兴产业示范工程的复函(产业城轨〔2014〕45号)[R]. 北京: 2014.

[9] 国家铁路产品质量监督检验中心检测报告时速140公里温州S1线市域动车组((2018) GTJ(JL)字第W-0073号)[R]. 北京: 2018.

[10] 温州S1线市域动车组专项试验报告(2019)(GTJ(JL)字第W-0041号)[R]. 北京: 中国铁道科学研究院, 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] 中国铁道科学研究院研究报告. 中车四方股份时速140公里温州S1线市域动车组(第二列)噪声性能科学研究试验(2019年JL字第078号)[R]. 北京: 中国铁道科学研究院, 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] 机车车辆动力学性能台架试验方法: TB/T 3115- 2005[S]. 北京: 中国铁道出版社, 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] 地铁设计规范: GB 50157-2013[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2013. Code for design of metro: GB 50157-2013[S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2013.

[19] 城市轨道交通运营管理规范: GB/T 30012-2013[S]. 北京: 中国标准出版社, 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

何丹炉，男，硕士，教授级高级工程师，主要从事城际市域动车组的总体设计及技术研究，sf-hedanlu@163.com

国家发展和改革委员会国家战略新兴产业示范工程项目(产业城轨〔2014〕45号)

何丹炉，郭泽阔，李春峰，等. 市域D型车辆研制及其标准实践[J]. 都市快轨交通，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.

（编辑：王艳菊）