城軌車輛的試驗設施

文 | 湘潭電機股份有限公司技術中心 池耀田

城軌車輛的試驗設施

文 | 湘潭電機股份有限公司技術中心 池耀田

城軌車輛制造完成后，應按國際電工標準IEC61133進行型式試驗與例行試驗。本文介紹了國外完成這些試驗所具備的試驗設施，包括維也納的車輛環境試驗中心，西門子公司的牽引系統試驗中心及龐巴迪包岑工廠的車輛試驗設施。

城軌車輛；試驗設施；環境試驗；系統試驗

有軌電車、輕軌車與地鐵車輛在制造完成后均要按照國際電工標準IEC 61133的規定進行型式試驗與例行(出廠)試驗。根據需要，還要進行部分研究性試驗。主要試驗項目列于表1。

車輛進行以上項目試驗合格后交付用戶，基本可保證車輛運行的安全性與可靠性。但要全部完成上述項目的試驗需要龐大的試驗設施，一般的車輛制造企業也沒有必要投入大量資金建設這些試驗設施。國外通常是綜合的車輛檢測試驗中心與企業必要的試驗設施相結合，下面作個簡要的介紹。

1.也納的車輛環境試驗中心

1961年全世界第一個用于機車和車輛的試驗設施投入使用。這個大項目是由國際鐵路聯盟(UIC)的研究與試驗局、奧地利政府和眾多歐洲鐵路局的合作才完成的。該試驗中心到2002年就到了技術使用期并且必須關閉。為此在1998年底開始籌建新的試驗中心。該試驗中心的建設采用公共私營合股的模式(PPP)，奧地利政府與維也納市參加，對該項目出國有資本與貸款并提供長期投資，余下的資金需求籌集外部資金。其私人股東包括：奧地利研究與試驗中心、龐巴迪公司、阿爾斯通公司、西門子公司與安薩爾多布雷達公司。該試驗中心總投資6500萬歐元，于2002年12月30日建成并投入使用。

1.1.驗設施的構成

維也納環境試驗中心的整個裝置由兩個氣候風洞(KWK)組成。有效長度分別為100m和31m。在小風洞的前面有一個預熱車間和兩個長約l00m和60m的準備車間。

兩個風洞分別進行參數調節與數據測量?？梢赃M行機車試驗、單節或多節車輛試驗以及整個列車單獨或同時試驗。大風洞裝有雙波滾動試驗臺，小風洞也有一個滾動試驗臺可用于有軌電車的試驗。

氣候條件的模擬特性包括單獨的與無級可調的溫度、空氣濕度、風速、陽光強度的模擬以及降雨量，數據如表2所示。可模擬的最大風速為300km/h，陽光輻射強度1000w/m2。太陽光場可照射整個側面和車頂范圍(圖4)。在整個風洞長度的頂部有人工降雨噴嘴。水和雪也可從龍門架吹出。在試驗范圍內，雪還可用移動設備產生(圖5)，雪量可達4m3/h，也可根據實際需要設置。

預熱車間用于交變氣候試驗的溫度調整。

在小風洞進行的試驗還能夠模擬隧道內的情況并可反向模擬，車輛從深度冷卻的風洞移到濕熱的預熱車間，相反，也可用冷凍的露水使車輛立刻結冰。

表1.

試驗設施的電源功率為15MW，不僅向兩臺電驅動的鼓風機和制冷裝置供電，還向車輛試驗供電。可提供直流電壓、單相與三相電壓，可自由選擇具有高精確度的頻率，從200V到4000V全部可調，通過UIC——列車多種供電母線供電。

1.2.驗范圍

1.2.1.適性試驗

測試車輛空調的舒適度與可靠性。

1.2.2.軌道車輛的全部單個部件在苛刻的氣候條件下進行特殊的功能試驗以檢測系統的可靠性(圖5，圖6)。這些試驗按照車輛要求的氣候條件分為以下類別：

將外界溫度與空氣濕度施加在機械、電子、電氣與空氣部件上；

用雨和運行風檢查整個車輛的密封性能，尤其是對鉸接過道、門和窗的作用，并可檢查刮雨器的功能。

用潮濕的雪作用所有裝在外部的機械部件，如門、上車臺階、車鉤、車頂設備和機械制動系統。

用干燥的雪模擬運行中的飛雪侵入到敞開的與密封的設備，造成多次故障。

在機械部件如受流器、隔離開關、門、上車臺階和車鉤上結冰，檢查子系統的故障功能或封鎖。

表2.也納氣候風洞的技術數據

但是，僅對靜止的車輛在環境試驗室試驗是不夠的，除了氣候影響以外，還要模擬車輛的運動。為此，一方面在風洞內從車輛前面吹風(圖10)，另一方面車輛在雙波滾動試驗臺上模擬運行，測量所傳輸的牽引力與制動力，繪制輪緣牽引力與運行速度的關系曲線。還要考慮某些運行狀態對輔助機組的功率要求。

對于摩擦制動試驗可有實際的輪軌接觸、運行風、加雪或加冰等。

1.2.3.量輔助電源的能量效率模擬。

1.2.4.風洞中測量受電弓與雨刮器某部件在運行風作用下的性能與可靠性。

1.2.5.量轉向架的主要部件如減振器、撒砂裝置與制動裝置在惡劣環境條件下的失效情況?？稍谶@些部件上堆集雪和冰，從功能下降到運行失效，在風洞的滾動試驗臺上檢試。

1.2.6.輛的整個電氣系統，從受電弓經主斷路器、變壓器、變流器、蓄電池到輔助電子設備在低溫或高溫同時有高的濕度條件下進行試驗，以檢測其可靠性。

2.門子公司的牽引系統試驗中心

西門子公司的牽引系統試驗中心位于德國北萊茵——威斯特法命州的韋格貝格——韋爾登拉特，于1997年投入使用，占地面積35公頃(525畝)，有準軌鐵路28km，米軌鐵路8km，建筑面積21300m2，員工200多人，(圖7、圖8)示出了中心的核心地區包括管理、試驗大樓與車間。

表3.率試驗范圍注：※為英國結構類型。

該試驗中心于1998年由德國聯邦鐵路局認定為鐵路專業試驗的試驗地，并取得DIN IS09001證書，2000年擴展為國際鐵路檢測中心；2001年創立可靠性檢測中心；2006年通過DINtS017025認證。

2.1.驗功率范圍

該中心的試驗功率范圍列于表3。

2.2.驗設施

圖9繪出了車輛試驗線的線路圖，共有五條試驗線，有準軌線路，米軌線路，小半徑曲線及陡坡區段，可滿足各種功率范圍的試驗要求。其中最長的環形試驗線T1線長6100m，用于準軌車輛，160km/h的速度；T2線用于100km/h的運行速度；T3線可進行起動與制動試驗；T4線用于短程交通車輛的曲線通過性能試驗；T5線用于極限坡道的運行試驗。整個試驗線網總長28km。

該試驗中心可進行所有供電系統的試驗。

包括地鐵的三軌供電以及英國市場的車輛。圖10是試驗場的軌道與架線設施。對于系統變化、分相點、電壓突變、短時斷電以及電網末端等狀況均可模擬。

用于T2環形試驗線的所有道岔與線路閉鎖裝置及路線安排都可通過中央調度室進行控制。在安全與信號技術范圍內，試驗中心裝備了列車自動控制與通信系統。

2.3.輛機械部分試驗

試驗中心可進行的機械部分試驗包括車輛外形尺寸檢查、運行技術狀況研究、惰行試驗、坡度系統與擺動極的檢測，空氣制動試驗、負載與裝車狀態測量、空氣噪聲與車體噪聲測量、采暖狀態測量，照明與通風系統檢測等(圖11正在測試中的機車)。

在完成一系列的檢測后，可進行牽引運行試驗，包括按照UIC544的制動功率試驗、自振頻率檢測、振動技術研究，運行特性，運行安全性，機械負載試驗，連續熱試驗(對電氣與機械部件)，動態驅動試驗以及車內與車外噪聲水平測量。

2.4.氣系統試驗

試驗中心在另外的試驗設施上對車輛電氣設備進行絕緣試驗、電磁兼容試驗與輔助電源測試。檢測安全、信息與診斷系統，測量采暖與空調系統，接地試驗與保護措施以及輔助作業。

在牽引運行中對車輛電氣部分的試驗包括功率與牽引動力，牽引與電制動。進行有關電網反作用、直流回路、噪聲與無線電干擾的測量，檢測系統的過渡過程與變化過程如電壓中斷與電壓突變。在系統試驗時要驗證車輛與牽引供電系統的相互作用以及車輛與操縱及安全技術的相互作用。另外，試驗中心還可滿足歐洲標準化的列

車作用系統與歐洲鐵路控制系統的試驗要求。

3.巴迪公司包岑工F的車輛試驗設施

龐巴迪公司在德國薩克森州中部的包岑工廠主要制造有軌電車與輕軌車輛。2006年承接了法蘭克福交通公司146輛輕軌車(25m長)的訂單，交貨期從2008年至2015年。由于檢試驗要求多，包岑工廠的試驗設施必須增加，如要求滿足動力制動與連續運行試驗以及兩輛車或4輛車連掛運行試驗。為此，在2006年建成了800m長的試驗線，有1000mm與1435mm軌距的試驗中心。整個試驗線路均裝有架線，可提供DC600V，DC750V或DCl500V的供電電壓。在試驗線末端回轉線的前面有50m長的50‰的坡道線，約有1/4的線路為半徑90m的曲線(圖12)。鐵路設施適于12t的軸重與70km/h的最高速度。在2007年補建了一條外部設施的鐵路可以進行偷敦輕軌車項目的列車自動運行試驗。

在試驗線路終點建有40m長的回轉臺，可承重67t(圖12的7)，該回轉臺可用于單向運行車輛的轉向以及使車輛停放在兩個相連的工作軌道上。

2008年在包岑工廠北區又建了850m長的試驗線，使試驗設施更加完善并擴大了試驗能力，從型式試驗至運行試驗均可進行。

試驗中心可進行以下試驗項目：

牽引與制動試驗，多機牽引與拖車作業；

電氣系統部件的各種型式與系列試驗，如車門、采暖、空調、通風、乘客信息以及運行性能研究等。

主要的技術裝備有：

(1)供電設備

變電所位于試驗車間，裝有變壓器(圖14)，額定功率2MVA，由工廠自身的10KV線網供電。其可調電壓的輸出端，對600V額定電壓為528V，對750V額定電壓為610V。為此，空載直流電壓分別為713V與824V。按照歐洲標準EN50163的規定，該空載電壓值與最高連續電壓的限制值相近。這樣，在架線中的損耗最小。該變壓器用六脈沖半導體整流器，空氣冷卻、電流為2410A，在負載等級為Ⅵ級時，額定電流相應為1610A。

直流電壓接通設備裝在試驗車間(圖15)，其組成為：整流器單元、線路與回饋線、保護與控制設備、測量與顯示設備。

架線為Risl20型簡單懸掛架線，有100m長的架線可接成無電壓或連接成回線，這樣可進行車輛無架線供電試驗。

儲能器(圖16)用于接收制動能量與敷平尖峰負荷并用于無架線供電運行的研究。該裝置的外形尺寸為3300×2100×2700(長×寬×高)，質量約3t，作為核心的儲能器模塊是由大功率電容器構成，與蓄電池和飛輪儲能器相比，其能量密度更高，該模塊共有額定電壓2.5V的電容器1536個，整個儲能單元的電容量為60.4F，容量為3KWh。

結語

如上所述，城軌車輛的研發與制造需要大量的試驗設施，國外已有完善的檢測試驗中心可滿足國際標準的各種試驗要求。我國的車輛檢測中心功能尚不齊全，尤其難以滿足有軌電車的特殊要求，為此，在建設新的制造能力時應予以考慮。

[1] Klima-Wind-Kanal Wien zur Oualitats—sichemng bei Schienenfahrzeugen《ELEKTRIESCHE BAHNEN》2005．H8．

[2] Prufcenter fur Bahnsysteme Wegberg-Wilden—rathbestehtzehnJaher《ELEKTRIESCHEBAHNEN》2006．H12

[3] TestanlagenfurNahverkehrsfahrzeugeinBautzen《ELEKTRIESCHEBAHNEN》2008．H7

[4] Entwicklun～derNieder-undMittelflur-Strassen—undStadtbahnen《Stadtverkehr》2010．H1—2

Testing Facilities for Mass Transit Vehicle

After completion of mass transit vehicle manufacture, it's essential to carry out type test and routine test according to IEC 61133. This article introduces some foreign testing facilities for implementation of those tests, including Vienna Vehicle Environmental Testing Center, Siemens Testing Center for Traction System and Vehicle Testing Facilities in Bautzen Plant of Bombardier.

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池耀田，男，高級工程師，從事城軌車輛的研究。