從 CRH6 看短距離鐵路運輸的發展

04-25

本文探討的是 CRH6A 與 CRH6F 的差異，由此對城際鐵路和市域鐵路運營的影響。因此如果需要透過本文獲知和猜測某一條城際鐵路或市域鐵路的車型選擇，以及運營組織方式，請恕本文無力提供相關結論。

資料來源：CNKI 論文期刊庫

感謝： @wmlrail

Cinova 是中車四方研發的時速 120KM/h 至 250KM/h 城際動車組平台。Cinova 是 China Intercity Nova 的簡稱。CRH6A 和 CRH6F 則是基於中車四方 Cinova 平台研製的兩款城際動車組。CRH6A 是 200KM/h 版本，CRH6F 是 160KM/h 版本。從表中規格猜測，Cinova 的250KM/h 版本應該是 CRH2G 高寒防風沙動車組。

在平台設計層面，160KM/h 的 CRH6F 預留了一個 D 型市域動車組限界的設計，中間車長度可以縮短為 22.8 米。北京地鐵新機場線很快就拿出 CRH6F 改型市域車的初始設計，這就一點都不奇怪了。

CRH6A 是面向 100 至 200 公里的城市間大站快車而設計，CRH6F 則主要用在 100公里以下城際鐵路和市域遠郊鐵路。因此兩款車型適宜的站距並不一樣。CRH6F 快啟快停的要求更高。

在標準設計里，CRH6F 的車體與 CRH6A 差別不大。車門從兩門改成三門，車門也從 1.1 米擴寬到 1.3 米，滿足快速乘降。車頂空調開口增大，方便放置製冷功率更大的空調。

CRH6A 和 CRH6F 同樣採用 4 米頭型，與其餘兩個方案 3.2 米和 2.5 米頭型相比，空氣阻力更少，尾車升力和擺力也優於其餘兩個方案。同時城際市域鐵路考慮到土建成本和速度等級，隧道截面對比高速鐵路要小得多，更尖的頭型也有利於降低噪音。

轉向架基本沿用 CRH2 的設計，為無搖枕轉向架。依然是 H 型構架，一系懸掛採用轉臂式定位裝置加油壓式減震器，牽引電機採用架懸方式安裝。二系懸掛則是採用兩個大間隔膜式橡膠氣墊，並增加抗側滾扭桿裝置。兩個空氣彈簧之間的間距十分大，除了吸收列車垂直方向的震動，也有效減少橫向方向的震動。為了應付大載客量設計，CRH6 的轉向架結構是得到加強，校核軸重增加到17噸。但 CRH6A 的整車最大軸重限制在 15.5 噸，而 CRH6F 則是 16.5 噸。可能是跟大載客量高速行駛時緊急制動的安全性有關吧。

對比同樣是高速動車組下放轉向架技術的西門子 Desiro ML，CRH6 的轉向架輕量化還是顯得不足夠，還是十分高速車的味道。

說到牽引傳動系統，CRH6A 和 CRH6F 是完全不同的設計。CRH6A 基本上沿用日系牽引傳動系統，只是針對城際鐵路的特點加以調整。CRH6F 則是全新設計，完全改成歐洲體系。

CRH6A 承襲自 CRH2A 的設計，每四個車輛組成一個動力單元，車輛編組是 TMMT-TMMT。牽引變壓器放置在 2 車和 6 車，牽引變流器放置在 2、3、6、7 車。牽引系統採用車控，每個牽引變流器包含一個逆變器，向四個牽引電機供電。輔助電源裝置放置在 1 、4、7 、8 車，從牽引變壓器獲取單相 400V 交流電，再逆變成各種電壓供應給車輛空調、廣播和照明等等子系統使用。

這一套牽引傳動的輔助供電部分採用交流供電。輔助電源裝置從主變壓器的輔助繞組取電，轉換成各種制式的交流電和直流電到車上各設備使用。因此在列車每一次通過分相區的時候，輔助電源裝置都會停止供電一段時間，直到列車受電弓通過無電區以後才恢復。每一次通過分相區時，列車的空調機組都會因為輔助電源裝置停電而停止工作。如果像 CRH2 原型車一樣面向長途車次，載客量比 CRH6 少，能夠靠慣性直接高速通過分相區，對車內客室影響不大。然而 CRH6 的運行速度並不快，城際線的分相區又集中在車站附近，通過分相區的時間要比 CRH2 多。尤其是執行金山鐵路和珠三角城際站站停的車次時，高峰期車內的乘客很多，天氣炎熱時列車通過分相區空調自動關閉，車內瞬間悶熱起來。而且高頻次不停開關，對用電器的可靠性要求也增高。

從牽引曲線來看，CRH6A 並沒有沿襲 CRH2A 低速階段准恆轉矩控制的做法，改成了恆轉矩控制，在 0 到 63KM/h 階段恆牽引力。通過 63KM/h 以後進入恆功率輸出狀態，車速增快，牽引力下降，加速度也隨著下降。0 到 63KM/h 加速度能維持 0.65m/s/s，即 2.334KM/h/s。0 到 200KM/h 平均加速度達到了 0.357m/s/s，即 1.29KM/h/s。

CRH6A 使用株洲電機出品的 YQ-300 牽引電機，廠家額定標稱 300KW。但車輛廠家計算牽引曲線時是按照 345KW 計算，估計這是小時功率。對比 CRH2A 的 MB-5120-A，最大轉速同樣是 6120rpm，齒輪箱傳動比增大至 4.315。在車輪全磨損至 790mm 下，理論車速達到 211KM/h，滿足 200KM/h 運營需求。YQ-300 降低輸入電壓，輸入電流稍微增加，為的是增大啟動轉矩和牽引力，提高啟動加速度。重量增加至 475KG，增重不算明顯。而再生制動功率達到了 565KW，牽引電器額定容量並不能滿足再生制動需求，看來會是短時容量是下了功夫的。

CRH6F 按照每兩個車輛一動一拖組成一個動力單元。車輛編組是 TMTM-MTMT。牽引變壓器放置 1、3、6、8 車，主輔一體變流器放置在 2、4、5、7 車。牽引變壓器沒有輔助繞組，從受電弓輸入 AC25KV 單相工頻交流電降壓成兩組 AC970V 交流電，輸入主輔一體變流器。整流器把 AC970V 交流電整流成 DC1800V 直流電，然後分別輸入兩個牽引逆變器和輔助逆變器。牽引系統採用架控模式，每一個牽引逆變器各自控制每一個動力轉向架上的兩個牽引電機。輔助逆變器則輸出 AC380V 供車上設備和 DC110V 給充電機充電至蓄電池。

與 CRH6A 不同，CRH6F 的輔助供電是直流供電。輔助逆變器從主變流器中的整流部分取出直流電，並逆變成各種制式的交流電和直流電，供應給車上各個用電氣。通過分相區時主變壓器同樣會停止供電，但是牽引電機再生制動產生電流，經過牽引逆變器反向供電給主變流器。主變流器處理後，將再生制動的電能供應給輔助逆變器，繼而供電給各個用電氣。當然再生制動產生的電流不如直接供電穩定，但基本上能保證車內的空調照明不停機工作。

從牽引曲線看，CRH6F 沿用了 CRH6A 恆轉矩控制的做法，但恆功率點降低至 40KM/h。恆牽引力只維持在 0 至 40KM/h，40KM/h 以後牽引力開始大幅下降。0 至 40KM/h 加速度達到接近地鐵列車水平的 0.8m/s/s，即 2.88KM/h/s。而 0 到 160KM/h 則只有0.38m/s/s，即1.37KM/h/s。也難怪有個說法，0到 160KM/h 加速時間，CRH6A 和 CRH6F 相差無幾，還沒有司機個人習慣差異大。

CRH6F 使用 YQ-275 牽引電機，與 CRH6A 的 YQ-300 並不一樣，是一款全新的設計。額定功率是 275KW，短時功率達到 322KW。最大轉速降低至 5000rpm，但啟動扭矩增大至 2540Nm。輸入電壓進一步降低，輸入電流提高，為的是輸出更大扭矩。因為牽引電機轉速降低，傳動比並沒有大變動。但看得出來齒輪箱是重新研製，傳動比為 4.44。車輪全磨損狀態下對應車速是 168KM/h，滿足 160KM/h 運營需求。值得注意的是，YQ-275 牽引電機重量增大到 630KG。

順帶一談 CRH6S 雙電壓城際市域動車組，基本上也沿用 CRH6F 這一套牽引系統的設計，只是車速降低，功率並不需要那麼大，牽引系統輸出被調低了。當列車使用 DC1500V 供電時，牽引系統不再需要交流轉直流環節，從受電弓獲取的電流直接輸入牽引逆變器和輔助逆變器。換言之，CRH6F 同樣具備雙電壓運作的能力，只是沒有最終實現此功能。在直流模式下，牽引功率顯然會比交流模式小一點。

最近新下線四輛編組城際動車組，CRH6A-A 和 CRH6-F-A，基本設計與原來車型一樣，但動力單元都減少成原來車型的一半。CRH6A-A 是一個動力單元，CRH6F-A是兩個動力單元，皆為 2M2T 設計。與原車型不同的是，無論是 CRH6A-A 還是 CRH6F-A，頭車和尾車都改為動車，中間車廂則是拖車。短編組動車組對黏著條件要求那麼高有關。

CRH6A 和 CRH6F 的制動系統設計基本相同，都是沿用 CRH2 的電空複合制動。同樣採用一動一拖兩個車輛組成一個制動單元。常用制動減速度和緊急制動減速度與地鐵列車相近。CRH6A 能滿足 1400 米緊急制動距離要求，CRH6F則是 850 米。

CRH6A 的列車網控沿用 CRH2 日系 ARCNET 系統，CRH6F 則基於歐系 TCN 網路全新研製，分為 WTB 列車匯流排和 MVB 車輛匯流排兩級。網控方面我不太了解，這就不獻醜了。四方版 350 標動 CR400AF 是在 CRH6F 網控的基礎上研發的。

車內設施，CRH6A 和 CRH6F 大致一樣。同樣為人所詬病的是扶手數量不足和座椅舒適度不夠。扶手不足的問題在更大載客的 CRH6F 更為突出。雖說要降低製造和檢修成本，座椅不能換向和調整靠背角度，但座椅應該考慮更符合人體工程學的設計。對比一下 Coradia Liner V160 的城際動車組內飾，差距還是很大的。我倒不認為需要改成地鐵式豎排座椅來增載入客量，因為城際動車組的舒適性要求還是要比地鐵列車高不少。

總結：

CRH6A 是面向 100 至 200 公里的城市間大站快車而設計，CRH6F 則主要用在 100 公里以下城際鐵路和市域遠郊鐵路。雖然在實際運用中問題很多，但CRH6 的設計並非一無是處。

對比歐洲 160KM/h 級別的城際動車組，像西門子 Desiro 和阿爾斯通 Coradia 系列啟動加速度達到 1.0m/s/s（3.6KM/h/s）甚至 1.1m/s/s（3.96KM/h/s），當然是有差距。但是對比龐巴迪 Regio 2N，CRH6 的啟動加速度更有優勢。至於功率方面，歐洲 160KM/h 級別的城際動車組，100 米車長的列車一般配備 2500KW 左右，換算回CRH6 的 200 米車長是 5000KW 左右，功率也沒有大上多少。

歐系城際動車組多採用低地板和鉸接轉向架設計，牽引電器放置在動車車頂，拖車則可以選擇製造成雙層車廂，單雙層混編動車組增大運力。同時低地板設計方便城際動車組進入各類型鐵路和有軌電車。至於國內，地鐵技術標準和列車限界，與國鐵差別很大，想要直通不是一件容易的事情。更大的問題並不在鐵路技術層面，這裡不展開討論。

需要指出一點，CRH6F 運用在新建的市域鐵路，啟動加速度可能是並不足夠的。一條市域鐵路，從市中心到遠郊衛星城，大約六七十公里，總共設站10個左右。平均算起來每個站間距六七公里左右，看上去完全吻合 CRH6F 的適用範圍。但是市域鐵路每個區間的長度並不一定大致相同，靠近市中心人口密集區站間距可能只有兩三公里甚至更短，而市郊路段站間距可以拉大到超過十公里。市中心短站距導致地鐵式頻繁啟停，CRH6F 未必能十分適應。頻繁停站也令 CRH6F 的制動閘片磨損增大，增加損耗件的。而增加動車則需要衡量增加的列車製造成本和牽引電器的檢修成本。

正如前文說到，CRH6A 和 CRH6F 在 0 到 160KM/h 的加減速性能相差不大。國鐵制式的城際鐵路，如果速度目標值定在 160KM/h 或以下，兩款車型實際是沒什麼區別的，列車造價也差不多。如果一個城際鐵路運營商選擇了其中一款 CRH6，那麼很難再選擇另外一款，除非配屬數量十分巨大。兩款車型的差異，在配屬規模不大的情況，會增加運用檢修成本。CRH6A 能滿足 200KM/h 運營需要，優勢反而會大一點。現有國鐵制式城際鐵路，大多會委託給鐵路局運營，而 CRH2A 作為使用最廣泛的 250KM/h 級別動車組，幾乎每一個鐵路局都曾經配屬運營過，鐵路局們都熟悉日系動車組的日常運用檢修。說起來，未來會不會有一款基於 CRH6F 牽引系統改進的 CRH6A 第二階段呢？

CRH6 系列最大的問題在於造價，目前造價接近 1.2 億一列，比 CRH2A 還貴，實在不容易推廣。某程度上說 CRH6 的造價阻礙了既有線客運動車化的設想。實際上城際鐵路因為各種原因，需要較長的客流培育期，初期並不需要那麼大的列車編組，八輛編組的列車就顯得浪費了。車次密度也上不去。在相同的購置車輛資金情況下，採購四輛編組的列車擁有更多的列車數量，開行更多的車次吸引客流。同時降低了單組列車的造價。現在四方開始提供 CRH6A-A 和 CRH6F-A 的四輛編組城際動車組。

擴展說說用於短途城際 160KM/h 的動力集中動車組。首先需要說明白的是，怎麼樣的里程長度算短途車，怎麼樣的里程長度算長途車。傳統普速客車和高鐵動車對長途短途的定義是並不一樣的。

相對於動輒兩三千公里或者運行時間超過十五小時的長途普速客車，那運行十小時內或里程不超過一千公里就算是短途車。運行五六個小時以上，運行距離超過一千公里以上，那就是長途高鐵動車。相比之下，運行里程少於兩百公里，運行時間在兩小時內，那當然是短途動車。

所以 160KM/h 動集和 CRH6 對應的短途動車，其實是不同的概念，並不是一回事。CRH6 是面向 100 至 200 公里的市場，目標運行時間在兩小時內。160KM/h 動集則是面向 500 至 1000 公里的普速短途車，目標運行時間在 10 小時內。

即使對比現有機輛普速客車提升了啟停性能， 160KM/h 動集並不適合快停快啟的城際列車場景。受制於動力集中的牽引特性，1M8T 的動力配置 0 加速到 160KM/h 所需的時間可能超過 CRH6F 的 102 秒的兩倍。而低速度階段加速為了避免車輪打滑，牽引力輸出可能受限制，而恰恰這一段是CRH6F加速能力最強的階段。HXD1D 牽引 18 輛 25T 客車，0 加速到 160KM/h 需要 300 秒。HXD1G的加速性能預期會比 HXD1D 快 20%，動集的機車部分沿用 HXD1G 的設計。

早前有一篇論文寫得挺好的，普速人均里程主要在 500 到 800 公里區間，用 160KM/h 動集剛好吸引了這個市場和動車組尚未覆蓋的區域，並且提高車輛在火車站折返出入庫的效率。而且中小城市始發車之間的 OD 客流並不大，大多數情況下用傳統大編組普速車肯定是浪費，上座率不佳。短編組容易客流大的時候直接重聯即可。動集應該要有一定量的軟卧來適應夕發朝至市場，日間還能轉換成卧代座增加運力。

最後，期待新一代城際動車組有更好的設計，更好的表現。或許，這很快就會到來。

原文發於地鐵族，內容有增加和修正。