注：本文為期刊公眾號(hào)簡(jiǎn)版，完整版已發(fā)群內(nèi)自取。

作者：

錢(qián)銘，中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司

張大勇，?中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司科技和信息化部

廖洪濤，中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司

1 概述

拉日鐵路于2015年開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，線(xiàn)路允許最高速度為120km/h，為非電氣化鐵路；拉林鐵路于2021年開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，線(xiàn)路允許最高速度為160km/h，是西藏地區(qū)首條電氣化鐵路。為滿(mǎn)足西藏人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要和富民西藏的迫切需要，實(shí)現(xiàn)復(fù)興號(hào)動(dòng)車(chē)組中國(guó)內(nèi)陸省份的全覆蓋和拉林、拉日鐵路的貫通運(yùn)行，中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司于2020年10月開(kāi)始組織研制一款適用于高原環(huán)境需求的內(nèi)燃、電力雙源動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組，能夠?qū)崿F(xiàn)在電氣化和非電氣化線(xiàn)路上貫通運(yùn)行。

雙源制式動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組在國(guó)際上已有應(yīng)用案例。美國(guó)運(yùn)用的ALP-45DP列車(chē)內(nèi)燃電力集成式動(dòng)力車(chē)，配置2臺(tái)1567kW柴油機(jī)組，采用柴油機(jī)組和弓網(wǎng)牽引設(shè)備集成在1輛動(dòng)力車(chē)上的設(shè)計(jì)方式，電力模式下的輪周功率為4000kW，內(nèi)燃模式下的輪周功率為2700kW；西班牙運(yùn)用的RENFE730動(dòng)力集中型動(dòng)車(chē)組動(dòng)力車(chē)是在Talgo250的頭車(chē)（電力動(dòng)力車(chē)）后部加1輛內(nèi)燃發(fā)電車(chē)，內(nèi)燃發(fā)電車(chē)配置1臺(tái)1800kW柴油機(jī)組，采用電力動(dòng)力車(chē)+內(nèi)燃發(fā)電車(chē)AB節(jié)動(dòng)力車(chē)組的方式，電力模式下的輪周功率為2400kW，內(nèi)燃模式下的輪周功率為1200kW，最大起動(dòng)牽引力為220kN。但上述動(dòng)車(chē)組總功率偏小、載客量偏低，且無(wú)法滿(mǎn)足高原環(huán)境的運(yùn)用需求。

拉林拉日線(xiàn)全長(zhǎng)686km，屬于高原鐵路，具有高海拔、多隧道、坡度大、缺氧、低溫低壓、強(qiáng)紫外線(xiàn)、雨雪和雷擊頻繁等線(xiàn)路及環(huán)境特點(diǎn)，當(dāng)前世界上適用于高原鐵路的機(jī)車(chē)車(chē)輛主要在我國(guó)境內(nèi)，主要有NJ2型機(jī)車(chē)、高原HXN3型內(nèi)燃機(jī)車(chē)、高原HXD1D型機(jī)車(chē)、高原HXD1C型機(jī)車(chē)、青藏高原客車(chē)、KD25T青藏鐵路發(fā)電車(chē)等產(chǎn)品，適用于高原環(huán)境的雙源動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組還屬世界空白，研制該型動(dòng)車(chē)組需解決內(nèi)燃動(dòng)力和電力動(dòng)力的操控一體化關(guān)鍵技術(shù)，研究動(dòng)車(chē)組在高海拔、多隧道、跨電氣化和非電氣化運(yùn)營(yíng)環(huán)境下的復(fù)雜組合工況適用性、安全性和可靠性。

2 復(fù)興號(hào)高原雙源動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組方案

2.1 頂層研制目標(biāo)及主要技術(shù)參數(shù)

滿(mǎn)足在拉林、拉日鐵路安全、經(jīng)濟(jì)、高效貫通運(yùn)行的需要，復(fù)興號(hào)高原雙源動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組必須通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)以下頂層研制目標(biāo)：

（1）適應(yīng)復(fù)雜高原環(huán)境需求。

（2）滿(mǎn)足當(dāng)?shù)剌d客量需求。

（3）滿(mǎn)足內(nèi)電貫通運(yùn)行需求。

（4）具有優(yōu)良控制特性。

復(fù)興號(hào)高原雙源動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

2.2 編組及車(chē)型布局

復(fù)興號(hào)高原雙源動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組日常運(yùn)用編組形式為1Mec+9T+1Md+1Mdc，具體編組車(chē)型總體布局見(jiàn)圖1，各車(chē)輛配置見(jiàn)表2。

2.3 主要技術(shù)特點(diǎn)

在高原電力、內(nèi)燃機(jī)車(chē)和客車(chē)技術(shù)積累基礎(chǔ)上，整列車(chē)根據(jù)工況需求進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，具有如下技術(shù)特點(diǎn)：

（1）內(nèi)燃、電力雙源動(dòng)力集成設(shè)計(jì)。

（2）內(nèi)燃、電力動(dòng)力車(chē)雙動(dòng)力源一體化操控設(shè)計(jì)。

（3）高原型大功率柴油機(jī)。

（4）控制及監(jiān)測(cè)雙網(wǎng)。

（5）優(yōu)越的乘坐舒適性設(shè)計(jì)。

（6）裝備的高原、多隧道環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)。

3 關(guān)鍵系統(tǒng)方案

3.1 司機(jī)室及客室界面

復(fù)興號(hào)高原雙源動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組司機(jī)室和客室界面秉承良好的舒適性和美觀(guān)性設(shè)計(jì)理念。司機(jī)室（見(jiàn)圖2）分別設(shè)在電力動(dòng)力車(chē)和內(nèi)燃動(dòng)力車(chē)的前端，具有同樣操作方式，人機(jī)界面保持完全一致，具備電力和內(nèi)燃2種操控模式。內(nèi)燃動(dòng)力車(chē)司機(jī)室通過(guò)減振元件與車(chē)體連接，提升了司乘人員的舒適性。

客室區(qū)域在防紫外線(xiàn)、耐低氣壓、環(huán)保等方面進(jìn)行特別設(shè)計(jì)，采用防紫外線(xiàn)卷簾簾布，滿(mǎn)足紫外線(xiàn)防護(hù)系數(shù)（UPF）>40，且平均紫外線(xiàn)透射比（UVA）<5%，車(chē)門(mén)密封膠條、粘接密封膠采用耐紫外線(xiàn)材質(zhì)；為應(yīng)對(duì)高原低氣壓，客室車(chē)窗玻璃采用內(nèi)外壓力自平衡式中空玻璃，并帶有電加熱裝置；為滿(mǎn)足高原地區(qū)運(yùn)用零排放的需要，衛(wèi)生系統(tǒng)增設(shè)衛(wèi)生間、洗面間、茶爐室、餐吧區(qū)污水收集裝置。內(nèi)裝墻板集成隱藏式衣帽鉤、卷簾設(shè)計(jì)，防腐地板和隔音材料復(fù)合設(shè)計(jì)；一等座椅和二等座椅集成插座和供氧口（殘疾人座椅及商務(wù)座椅供氧口設(shè)于側(cè)墻）；商務(wù)座區(qū)（見(jiàn)圖3）配置半包圍設(shè)計(jì)的魚(yú)骨式智能商務(wù)座椅，坐姿到躺姿可無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，設(shè)有側(cè)柜臺(tái)面、插座、閱讀燈、儲(chǔ)物格、無(wú)線(xiàn)充電等；客室電控塞拉車(chē)門(mén)適應(yīng)1 250 mm高站臺(tái)，設(shè)置內(nèi)外端門(mén)。

3.2 電氣系統(tǒng)

復(fù)興號(hào)高原雙源動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組電氣系統(tǒng)拓?fù)浼軜?gòu)見(jiàn)圖4。電力動(dòng)力車(chē)電氣系統(tǒng)高壓側(cè)采用雙弓、雙主斷、雙高壓電壓互感器的結(jié)構(gòu)配置，大大提升了高壓系統(tǒng)可靠性，主電路采用“交-直-交”電傳動(dòng)形式，主輔共用中間直流回路，電制動(dòng)時(shí)可通過(guò)主輔共用的中間直流回路實(shí)現(xiàn)輔助電源在過(guò)分相時(shí)的不間斷供電。

3.3 柴油機(jī)及輔助系統(tǒng)

采用成熟可靠的12V265B型柴油機(jī)，在不同海拔工況下的功率及油耗情況見(jiàn)表3。

針對(duì)高原環(huán)境減小柴油機(jī)高原降功比率，在提升柴油機(jī)高原運(yùn)用經(jīng)濟(jì)性、安全性和監(jiān)控保護(hù)能力等方面進(jìn)行優(yōu)化：

（1）采用高原型增壓器，增加高原運(yùn)用時(shí)的增壓壓比，優(yōu)化空燃比，采用適應(yīng)高原環(huán)境使用的VTG控制程序。

（2）優(yōu)化中冷器，降低高壓比后的進(jìn)氣溫度。

（3）優(yōu)化柴油機(jī)控制軟件，增加供油提前角自動(dòng)調(diào)整功能、系統(tǒng)和部件預(yù)警功能，以及柴油機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)和部件的健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能。

（4）針對(duì)高原海拔高度和環(huán)境溫度，優(yōu)化柴油機(jī)牽引曲線(xiàn)和功率修正曲線(xiàn)（見(jiàn)圖5、圖6），使得柴油機(jī)滿(mǎn)足高原運(yùn)用時(shí)排溫、增壓器轉(zhuǎn)速等限度要求。

3.4 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

通過(guò)分析32類(lèi)典型運(yùn)用場(chǎng)景、23類(lèi)故障場(chǎng)景，復(fù)興號(hào)高原雙源動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組控制系統(tǒng)融入電力動(dòng)力車(chē)與內(nèi)燃動(dòng)力車(chē)的聯(lián)控互控功能，在原有電力司機(jī)操作控制部件基礎(chǔ)上增設(shè)“內(nèi)電模式選擇”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、“主發(fā)勵(lì)磁”轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、“機(jī)控”扳鍵開(kāi)關(guān)、“柴油機(jī)起機(jī)”按鈕和“柴油機(jī)停機(jī)”按鈕，以實(shí)現(xiàn)兩端司機(jī)室任何一端主控時(shí)對(duì)內(nèi)燃柴油機(jī)起停、勵(lì)磁和電力升降弓、分合主斷、牽引、制動(dòng)等指令的控制功能，并新增內(nèi)電模式轉(zhuǎn)換、柴油機(jī)起機(jī)及保溫、速度/轉(zhuǎn)矩模式轉(zhuǎn)換、內(nèi)電自動(dòng)換端、同步/異步過(guò)分相、內(nèi)電列供互鎖等控制功能，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃和電力分置式配置、雙控及交叉匹配。

復(fù)興號(hào)高原雙源動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由列車(chē)控制網(wǎng)和列車(chē)安全監(jiān)控網(wǎng)組成，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)見(jiàn)圖7。

3.5?車(chē)體

復(fù)興號(hào)高原雙源動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組整列車(chē)車(chē)體采用一體化鼓形設(shè)計(jì)，車(chē)體司機(jī)室區(qū)域和客室區(qū)域通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)及各安裝部件的氣密性控制以及客室區(qū)域冷凝水集中收集排放，實(shí)現(xiàn)大斷面寬體高氣密性設(shè)計(jì)，同時(shí)動(dòng)力車(chē)頭部設(shè)開(kāi)閉機(jī)構(gòu)，具備手動(dòng)開(kāi)閉功能，并預(yù)留增加自動(dòng)開(kāi)閉功能接口，各車(chē)輛間采用統(tǒng)型的內(nèi)外風(fēng)擋，內(nèi)風(fēng)擋采用雙層折棚氣密風(fēng)擋。端部車(chē)鉤采用105A型車(chē)鉤緩沖裝置，中間車(chē)鉤采用密接式車(chē)鉤緩沖裝置，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)連掛。為應(yīng)對(duì)高原強(qiáng)紫外線(xiàn)，對(duì)車(chē)體外部油漆、內(nèi)外風(fēng)擋、開(kāi)閉機(jī)構(gòu)密封件等外部非金屬件進(jìn)行防紫外線(xiàn)、抗老化性能提升，密接式車(chē)鉤在鉤頭位置增加防風(fēng)沙、耐紫外線(xiàn)密封圈。復(fù)興號(hào)高原雙源動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組車(chē)體主要參數(shù)見(jiàn)表4。

3.6 轉(zhuǎn)向架

復(fù)興號(hào)高原雙源動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組電力動(dòng)力車(chē)采用C0轉(zhuǎn)向架，內(nèi)燃動(dòng)力車(chē)采用A1A轉(zhuǎn)向架，拖車(chē)采用2軸無(wú)動(dòng)力轉(zhuǎn)向架，其主要參數(shù)見(jiàn)表5。

3.7 制動(dòng)系統(tǒng)

復(fù)興號(hào)高原雙源動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組采用自動(dòng)式空氣制動(dòng)系統(tǒng)，即列車(chē)管減壓產(chǎn)生制動(dòng)作用方式，采用五線(xiàn)制電空制動(dòng)，雙管供風(fēng)，設(shè)有列車(chē)管和總風(fēng)管貫通全列車(chē)，其制動(dòng)系統(tǒng)拓?fù)浼軜?gòu)見(jiàn)圖8。

3.8 壓力波保護(hù)及制氧

為應(yīng)對(duì)拉林拉日線(xiàn)多隧道的特點(diǎn)，整列車(chē)空調(diào)配備被動(dòng)及主動(dòng)結(jié)合的壓力波保護(hù)裝置，進(jìn)入隧道時(shí)，可通過(guò)安裝在頭車(chē)的壓力波傳感器或通過(guò)LKJ獲取線(xiàn)路信息快速關(guān)閉新風(fēng)和廢排閥門(mén)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)內(nèi)壓力波動(dòng)的控制。

為應(yīng)對(duì)高原缺氧環(huán)境，復(fù)興號(hào)高原雙源動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組配置一體化制氧系統(tǒng)，制氧壓縮空氣全列車(chē)貫通，其制氧系統(tǒng)拓?fù)浼軜?gòu)見(jiàn)圖9。供氧方式分為彌散式供氧和分布式供氧。彌散式供氧是制氧機(jī)將富氧空氣輸送至空調(diào)機(jī)組送風(fēng)口，富氧空氣與空調(diào)風(fēng)一起送入司機(jī)室或客室；分布式供氧是制氧機(jī)將富氧空氣通過(guò)專(zhuān)門(mén)管路及終端設(shè)備送入司機(jī)室或客室。動(dòng)車(chē)組內(nèi)彌散供氧氧氣濃度設(shè)計(jì)為≥23.6%，且具備過(guò)分相制氧空壓機(jī)不停機(jī)功能。

3.9 防火安全設(shè)計(jì)

為提升復(fù)興號(hào)高原雙源動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組高原、多隧道復(fù)雜線(xiàn)路環(huán)境的防火安全性，整車(chē)對(duì)標(biāo)EN45545：2013《鐵路應(yīng)用鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛防火》要求進(jìn)行防火設(shè)計(jì)。

（1）材料防火方面：部分金屬材料選用熔點(diǎn)更高的碳鋼材質(zhì)替代原有鋁合金材質(zhì)，提升電氣屏柜或門(mén)的防火性能；部分非金屬材料和部件替換為滿(mǎn)足EN45545-2標(biāo)準(zhǔn)要求的新材料或新增EN45545-2防火標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)要求。

（2）電氣線(xiàn)路和設(shè)備防火設(shè)計(jì)方面：優(yōu)化大功率部件短路、接地等電氣保護(hù)邏輯，變流柜及供電柜采用干式電容，新增火災(zāi)報(bào)警與制氧系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制。

（3）柴油機(jī)系統(tǒng)防火設(shè)計(jì)方面：增加曲軸箱防爆閥、燃油防火罩、增壓器防護(hù)罩、中冷器隔熱層等防護(hù)設(shè)計(jì)。

（4）火災(zāi)探測(cè)及滅火設(shè)備方面：設(shè)置火災(zāi)報(bào)警安全環(huán)路，變流柜、制氧機(jī)室、內(nèi)燃動(dòng)力間等關(guān)鍵區(qū)域設(shè)置火災(zāi)探測(cè)器，針對(duì)電力動(dòng)力車(chē)列供柜試裝固定式滅火裝置。動(dòng)車(chē)組火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)拓?fù)浼軜?gòu)見(jiàn)圖10。

（5）防火隔斷設(shè)計(jì)方面：司機(jī)室入口門(mén)采用防火門(mén)設(shè)計(jì)，客室外端門(mén)采用防火拉門(mén)，與動(dòng)力車(chē)連掛外端門(mén)采用防火門(mén)，耐火隔熱性不低于15min。

4 結(jié)束語(yǔ)

復(fù)興號(hào)高原雙源動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組通過(guò)105項(xiàng)型式試驗(yàn)，2021年6月25日3列動(dòng)車(chē)組正式在拉林拉日線(xiàn)上線(xiàn)運(yùn)營(yíng)，填補(bǔ)了我國(guó)雙源制式動(dòng)車(chē)組領(lǐng)域的空白，豐富了復(fù)興號(hào)動(dòng)車(chē)組譜系，內(nèi)電雙源融合控制、控制及監(jiān)測(cè)智能化雙網(wǎng)并行、不間斷自動(dòng)供氧、壓力波主被動(dòng)結(jié)合控制、柴油機(jī)高海拔低降功比等技術(shù)首次得到應(yīng)用和驗(yàn)證，為高原動(dòng)車(chē)組技術(shù)研發(fā)、工程設(shè)計(jì)、運(yùn)用、維護(hù)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。復(fù)興號(hào)高原雙源動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組實(shí)現(xiàn)了復(fù)興號(hào)動(dòng)車(chē)組中國(guó)內(nèi)陸省份全覆蓋，結(jié)束了藏東南地區(qū)不通鐵路的歷史，實(shí)現(xiàn)了西藏首條高原電氣化鐵路動(dòng)車(chē)組的開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，進(jìn)一步完善了區(qū)域綜合交通運(yùn)輸體系。

來(lái)源：《中國(guó)鐵路》編輯部