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臺 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。

發展歷史

1.1 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臺 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 臺 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 伏特直流電的義大利電氣化鐵路執行，對奧地利聯邦鐵路意圖打通由德國經奧地利至義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 臺 1116 型電力機車的訂單，改為 50 臺新型多電流制電力機車。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臺 1216 型電力機車，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 年初投入批次生產。ES64U4 型電力機車的設計除了要滿足奧地利、德國、義大利、捷克、斯洛伐克和斯洛維尼亞的應用，西門子交通並針對歐洲各國鐵路不同的訊號和安全裝置制式，為不同國家的使用者開發了特定軟體套裝，奧地利聯邦鐵路的 1216 型機車分別安裝了 A、B、C 三套軟體和裝置。

1216 001～025：方案 A，適用於奧地利、德國、義大利和斯洛維尼亞鐵路。
1216 141～150：方案 B，適用於奧地利、德國和斯洛維尼亞鐵路。
1216 226～240：方案 C，適用於奧地利、德國、捷克和斯洛伐克鐵路。

1.2 斯洛維尼亞鐵路

2006 年 6 月至 2007 年 5 月間，斯洛維尼亞鐵路接收了首批 20 臺 ES64U4 型電力機車，該型機車在斯洛維尼亞鐵路系統內被定型為 541 型，其中 10 臺採用 B2 軟體方案，另外十臺採用 F 軟體方案。2007 年 1 月，斯洛維尼亞鐵路再次投資 48 億歐元，訂購 12 臺採用 B2 軟體方案的機車，這批機車於 2009 年 5 月起陸續投入運營。

541 001～022：方案 B2，適用於奧地利、德國、克羅埃西亞和斯洛維尼亞鐵路。
541 101～110：方案 F，適用於奧地利、德國、捷克、克羅埃西亞、匈牙利、義大利和斯洛伐克鐵路。

1.3 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 臺 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佈將這種機車命名為 “驃騎兵”（Husarz），並公佈的機車的塗裝方案。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。

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

1.4 私營鐵路公司

除了在奧地利、斯洛維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、義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，在義大利鐵路系統內被定為 E190 型。

1.5 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，為監控機車執行提供必要的資訊；機車在試驗過程中並牽引一輛德國鐵路的試驗車，對測試資料進行收集和評估，透過車上的監控裝置來記錄此次試驗中所有的重要資料。

技術特點

2.1 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裝置，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。司機操縱檯採用了標準化的 “歐洲司機臺”（European driver's desk，EUDD），司機臺上正前方安裝了兩臺多功能的觸控式液晶顯示屏，減輕了司機輸入資料的工作量，並透過訊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。

2.2 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），每臺機車設有 2 個變流器櫃以及 2 臺獨立的輔助逆變器，車頂上設定了 4 臺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。

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 伏特的中間直流回路，再由 4 臺 PWM 牽引逆變器轉換成三相交流電輸出，獨立向各自的 4 臺牽引電動機供電。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回路連線。四象限整流器和逆變器由相同的功率控制模組組成，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非同步電動機，單軸功率為 1600 千瓦。

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。

2.3 控制系統

機車裝載了西門子交通集團開發的 “SIBAS 32” 32 位車載智慧微機系統，實現了對機車的調節和邏輯控制，並能夠透過人機介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）和外設智慧介面（KLIP）構成，並採用基於列車通訊網路（TCN）國際標準的網路控制系統進行資料通訊，由絞線列車匯流排（WTB）和多功能車輛匯流排（MVB）兩級網路構成，WTB 負責機車與其他車輛之間的外部通訊，而 MVB 負責單節機車內部各單元的資料交換。

2.4 轉向架

機車走行部為兩臺二軸轉向架，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桿定位，具有一定的被動自導向徑向調節效能；二系懸掛為四個並列佈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，牽引電動機透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；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。牽引力透過低位 Z 字型牽引拉桿和中心銷牽引機構傳遞，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。