西門子ES64U4型電力機車
ES64U4型電力機車是德國西門子「歐洲短跑手」（EuroSprinter）系列電力機車車型之一，由西門子交通集團於2005年研製成功。ES64U4型機車是在ES64F4、ES64U2型電力機車基礎上開發研製的多電流制客貨運通用電力機車，適用於供電制式為15千伏16⅔赫茲低頻單相交流電、25千伏50赫茲工頻單相交流電、3000伏特直流電和1500伏特直流電的電氣化鐵路。奧地利聯邦鐵路的一台ES64U4型電力機車在2006年9月2日的一次試驗中創造了357公里/小時的速度紀錄，從而成為了世界上速度最快的鐵路機車。
| 西門子ES64U4型電力機車 奧地利聯邦鐵路1216型電力機車 | |
|---|---|
 奧地利聯邦鐵路1216型234號機車 | |
| 概覽 | |
| 類型 | 電力機車 |
| 原產國 | 德國 |
| 生產商 | 西門子交通 |
| 序列編號 | ÖBB 1216 001～009，011～025，127～131， 141～150，210，226，232～240 PKP 5 370 001～010 SŽ 541 001～022，101～110 |
| 生產年份 | 2005年—2011年 |
| 產量 | 116台 |
| 主要用戶 | 奧地利聯邦鐵路 波蘭國家鐵路 斯洛文尼亞鐵路 捷克鐵路 銳捷列車 |
| 技術數據 | |
| 華氏輪式 | 0-4-4-0 |
| UIC軸式 | Bo'Bo' |
| 軌距 | 1,435毫米 |
| 輪徑 | 1,150毫米 |
| 軸重 | 21.8噸 |
| 機車長度 | 19,580毫米 |
| 機車寬度 | 3,000毫米 |
| 機車高度 | 4,245毫米 |
| 整備重量 | 87噸 |
| 受流電壓 | AC 15 kV 16⅔ Hz AC 25 kV 50 Hz DC 3000 V DC 1500 V |
| 傳動方式 | 交-直-交流電 |
| 調速方式 | IGBT 水冷 VVVF 變流櫃控制 變流裝置：西門子交通製 E1600 D2261/580 M135 req（交流輸入部分） G3000 D3041/580 M135 req（直流輸入部分） |
| 牽引電動機 | 西門子交通製 開放式內扇形三相誘導牽引電動機 |
| 最高速度 | 230公里/小時 |
| 牽引功率 | 6,400千瓦（小時） 6,000千瓦（持續） |
| 牽引力 | 304千牛（起動） |
發展歷史
奧地利聯邦鐵路
自1999年以來，西門子交通集團為奧地利聯邦鐵路提供了數百台1016、1116型「金牛座」電力機車。奧地利聯邦鐵路原本計劃總共訂購400台1016、1116型電力機車，但自千禧年起歐洲鐵路貨運市場的快速發展使機車需求也發生了變化，僅僅適用於交流電氣化鐵路的1016、1116型電力機車已經不能滿足跨境國際聯運的需要，尤其機車無法在採用3000伏特直流電的意大利電氣化鐵路運行，對奧地利聯邦鐵路意圖打通由德國經奧地利至意大利的南北走廊的計劃構成一定障礙。為了提高奧地利聯邦鐵路在鐵路運輸市場的競爭優勢，奧地利聯邦鐵路於2003年向西門子交通要求將其中68台1116型電力機車的訂單，改為50台新型多電流制電力機車[1]。該型電力機車在奧地利聯邦鐵路系統內被定型為1216型「金牛座3」（Taurus 3）；而西門子交通將其定型為ES64U4型，其中「ES」是「EuroSprinter」的縮寫、「64」代表機車功率為6400千瓦、「U」代表客貨運通用（Universal）、「4」代表機車適用於四種供電制式。
2005年3月31日，西門子交通向奧地利聯邦鐵路交付了首三台1216型電力機車[2]，樣車在奧地利、德國、瑞士和捷克完成試驗後，ES64U4型電力機車於2006年初投入批量生產。ES64U4型電力機車的設計除了要滿足奧地利、德國、意大利、捷克、斯洛伐克和斯洛文尼亞的應用，西門子交通並針對歐洲各國鐵路不同的信號和安全設備制式，為不同國家的用戶開發了特定軟件套裝，奧地利聯邦鐵路的1216型機車分別安裝了A、B、C三套軟件和裝置。
- 1216 001～025：方案A，適用於奧地利、德國、意大利和斯洛文尼亞鐵路。
- 1216 141～150：方案B，適用於奧地利、德國和斯洛文尼亞鐵路。
- 1216 226～240：方案C，適用於奧地利、德國、捷克和斯洛伐克鐵路。
斯洛文尼亞鐵路
2006年6月至2007年5月間，斯洛文尼亞鐵路接收了首批20台ES64U4型電力機車，該型機車在斯洛文尼亞鐵路系統內被定型為541型，其中10台採用B2軟件方案，另外十台採用F軟件方案。2007年1月，斯洛文尼亞鐵路再次投資48億歐元，訂購12台採用B2軟件方案的機車，這批機車於2009年5月起陸續投入運營[3]。
波蘭國家鐵路
2008年6月，波蘭國家鐵路向西門子交通訂購了10台ES64U4型電力機車，總值44萬歐元，該型機車在波蘭鐵路系統內被定型為EU44型，計劃用於替換逐漸老化的EP09型直流電力機車。2008年12月10日，波蘭國鐵在華沙正式宣布將這種機車命名為「驃騎兵」（Husarz），並公布的機車的塗裝方案。機車在完成波蘭運輸部鐵道研究院的認證試驗後，於2009年10月6日獲發認證證書，正式批准上線運營。EU44型電力機車主要擔當華沙至柏林的歐城列車，以及華沙至阿姆斯特丹、慕尼黑、法蘭克福的歐洲夜車牽引任務[4]。
為了迎接在波蘭及烏克蘭舉行的2012年歐洲足球錦標賽，波蘭國鐵的EU44型電力機車均分別披上了不同的塗裝，包括其中6個參賽國家、4個波蘭比賽場館的代表塗裝。
- EU44-001：波蘭
- EU44-002：俄羅斯
- EU44-003：丹麥
- EU44-004：烏克蘭
- EU44-005：德國
- EU44-006：捷克
- EU44-007：華沙國家體育場
- EU44-008：弗羅茨瓦夫城市球場
- EU44-009：格但斯克PGE體育場
- EU44-010：波茲南市立球場
私營鐵路公司
除了在奧地利、斯洛文尼亞和波蘭的國營鐵路公司擁有ES64U4型電力機車外，在奧地利、德國、意大利均有私營鐵路運輸公司購置了ES64U4型電力機車；其中，在德國鐵路系統內被定為183型，在意大利鐵路系統內被定為E190型[5]。
| 企業名稱 | 數量 | 國家 | 機車編號 | 軟件方案 |
|---|---|---|---|---|
| RTS鐵路運輸服務有限公司（RTS Rail Transport Service GmbH） | 3 | 奧地利 | 1216 901～903 | VB3 |
| LTE物流及運輸有限公司（LTE Logistik- und Transport GmbH） | 1 | 奧地利 | 1216 910 | VB3 |
| 亞德里亞運輸（Adria Transport） | 3 | 奧地利 | 1216 920～922 | VB3 |
| 貨運服務有限公司（CargoServ） | 2 | 奧地利 | 1216 930～932 | VG |
| 薩爾斯堡股份有限公司（Salzburg AG） | 1 | 奧地利 | 1216 940 | VG |
| 維也納鐵路公司（Wiener Lokalbahnen Cargo GmbH） | 1+4 | 奧地利 | 1216 950 183 704～705 1216 953～954 |
VG/VC |
| mgw SERVICE | 1 | 德國 | 183 500 | VB |
| Netinera | 4+1 | 德國 | 183 001～005 | VG |
| PRESS | 2 | 德國 | 183 701～702 | VB |
| 烏迪內奇維達雷鐵路公司（Ferrovie Udine Cividale） | 2 | 意大利 | E190 301～302 | VD |
| InRail | 2 | 意大利 | E190 311～312 | VD |
| 意大利鐵路公司（Compagnia Ferroviaria Italiana） | 2 | 意大利 | E190 321～322 | VD |
世界紀錄
2006年9月2日下午4時03分，奧地利聯邦鐵路的1216型050-5號電力機車在德國巴伐利亞州因戈爾施塔特和紐倫堡之間新建的高速鐵路線上，以時速357公里/小時創造了當今世界上鐵路機車速度的新紀錄，打破了由法國BB 9004電力機車於1955年所創造時速331公里/小時的舊世界紀錄。這次試驗被委託由德國的國際鐵路運輸公司（Internationale Gesellschaft für Eisenbahnverkehr）組織進行，機車並未經過任何特殊改動，僅在其中一個受電弓和兩個輪軸上安裝有特殊的測量儀器，為監控機車運行提供必要的信息；機車在試驗過程中並牽引一輛德國鐵路的試驗車，對測試數據進行收集和評估，通過車上的監控設備來記錄此次試驗中所有的重要數據[6]。
技術特點
總體結構
ES64U4型電力機車為第三代「歐洲短跑手」（EuroSprinter）電力機車，綜合了ES64F4、ES64U2等第二代機車的設計特點。機車車體與ES64U2型機車大致相同，仍採用整體承載全鋼結構和大圓弧彎曲表面流線型司機室，設中間貫穿走廊、雙端司機室；但機車長度延長了300毫米以容納增加的電氣設備，司機室頂棚以金屬焊接結構取代了原來的玻璃纖維結構，而司機室車門也改為設於司機室兩側而非機械間內。機車頭燈採用了經過ES64F4型電力機車使用驗證的LED頭燈。司機操縱台採用了標準化的「歐洲司機台」（European driver's desk，EUDD），司機台上正前方安裝了兩台多功能的觸控式液晶顯示屏，減輕了司機輸入數據的工作量，並通過信號的顏色或閃爍來顯示機車出現的故障或相應的解決措施[7]。
電路系統
ES64U4型電力機車為交—直—交流電傳動的四電流制電力機車，機車主電路與ES64F4型電力機車基本相同，主要差異在於主變流器基礎上補加了一個輔助逆變器（HBU），每台機車設有2個變流器櫃以及2台獨立的輔助逆變器，車頂上設置了4台受電弓和交流電系統所用的高壓部件，包括交流主斷路器、高壓隔離開關等；而機車內部機械間設有直流電系統的直流主斷路器、電流電壓互感器。為了減輕機車重量，變壓器經過輕量化設計，其重量比ES64U2型機車減少了2.5噸，因此ES64U4型機車的功率也相應降低，持續功率為6,000千瓦，小時功率為6,400千瓦[1]。
在交流電模式下，接觸網導線上的15/25千伏單相交流電電流，經受電弓進入機車後經過主斷路器再進入主變壓器，交流電經過主變壓器降壓後，分別向2個變流器櫃內4組四象限脈衝整流器供電並整流為直流電，然後經過電壓為2800伏特的中間直流迴路，再由4台PWM牽引逆變器轉換成三相交流電輸出，獨立向各自的4台牽引電動機供電。而在直流電模式下，經受電弓輸入的1500/3000伏特直流電直接與主變流器的中間直流迴路連接。四象限整流器和逆變器由相同的功率控制模塊組成，功率控制元件為IGBT（6.5kV；由關聯公司英飛凌或日本三菱電機代工生產）。牽引電動機為三相交流異步電動機，單軸功率為1600千瓦[8]。
機車的輔助電路系統採用交流傳動，輔助逆變器同樣置於變流器櫃內，採用了IGBT元件，輸出功率為4×90kW，向機車上的通風電動機、空氣壓縮機等輔助機械供電。
控制系統
機車裝載了西門子交通集團開發的「SIBAS 32」32位元車載智能微機系統，實現了對機車的調節和邏輯控制，並能夠通過人機界面顯示故障並進行相關保護。「SIBAS 32」系統採用集散控制模式，由中央控制單元（CCU）、牽引控制單元（TCU）、輔助控制單元（ACU）、液晶顯示屏（HMI）和外設智能接口（KLIP）構成，並採用基於列車通信網絡（TCN）國際標準的網絡控制系統進行數據通信，由絞線列車總線（WTB）和多功能車輛總線（MVB）兩級網絡構成，WTB負責機車與其他車輛之間的外部通信，而MVB負責單節機車內部各單元的數據交換[9]。
轉向架
機車走行部為兩台二軸轉向架，ES64U4型電力機車沿用了與ES64U2型電力機車相同的SF1型高速轉向架。轉向架採用了全焊接箱型結構構架，一系懸掛採用輪對軸箱三點式拉杆定位[需要解釋]，具有一定的被動自導向徑向調節性能；二系懸掛為四個並列布置的高柔度螺旋圓彈簧。每根車軸均安裝有一個HAB驅動制動單元，牽引電動機通過輪對空心軸彈性傳動裝置，向電動機齒輪和輪對齒輪傳遞扭矩；制動系統採用獨立的軸盤制動，即由驅動齒輪箱獨立引出一根軸來安裝制動盤[需要解釋]；整個驅動自動單元採用架懸式全懸掛方式安裝在轉向架構架上。牽引力通過低位Z字型牽引拉杆和中心銷牽引機構傳遞[需要解釋]，牽引點距軌面420毫米。轉向架並安裝有輪緣潤滑裝置和踏面清掃裝置[10]。
參見
參考書目
- （德文）Karl Gerhard Baur: EuroSprinter - Die erfolgreiche Lokomotivfamilie von Siemens. EK-Verlag, Freiburg, 2007 ISBN 3-88255-226-3
- （德文）Michael Palfinger: Taurus - Die Werbeloks der ÖBB. Eisenbahn-Bildarchiv - Band 36. EK-Verlag, Freiburg 2009. ISBN 3-88255-375-8
- （德文）Jörg Schurig: Die Mehrsystem-Lokomotive ES 64 U4 (ÖBB-Reihe 1216). Eisenbahn-Revue International, 2005(5), 220–229; 2005(6), 268–274; 2005(7),333–336.
參考文獻
- ^ 1.0 1.1 Karl Gerhard Baur. Die neue Reihe 1216 der ÖBB. Eisenbahn Kurier. 2005-06: 60–63.
- ^ Roll-out der ÖBB-Reihe 1216. Eisenbahn-Revue International. 2005年5月: 219. ISSN 1421-2811.
- ^ Slowenische Bahn bestellt Siemens-Lokomotiven im Wert von 48 Millionen Euro. Siemens. 2008-01-20 [2012-05-15]. （原始內容存檔於2016-03-06）.
- ^ PKP IC 5370. Railcolor.net. [2012-05-15]. （原始內容存檔於2012-05-29）.
- ^ Helmut Petrovitsch. Europa-Lok auf Hinderniskurs. eisenbahn-magzin. 2011年11月: 28–31.
- ^ 新的世界纪录！西门子机车以每小时357公里的时速行驶. 西門子有限公司. 2006-09-05 [2012-05-15]. （原始內容存檔於2011-10-04）.
- ^ Priority for Progress: The ES64U4 Multi-System Locomotive. Siemens. [2012-05-15]. （原始內容存檔於2019-10-16）.
- ^ A new Family of Modular IGBT Converters for Traction Applications (PDF). SIEMENS AG. [2012-05-15]. （原始內容 (PDF)存檔於2013-06-26）.
- ^ Электровоз ES64U4 (Окончание). ЖДМ-online • Информационная служба журнала. [2012-05-15].[永久失效連結]
- ^ First Class Bogies: The complete programme for high-quality railway transportation (PDF). Siemens. [2012-05-15]. （原始內容 (PDF)存檔於2012-05-17）.