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DJ1型電力機車

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DJ1
DJ1型0003號機車
概覽
類型電力機車
原產國 奧地利
 中國
生產商西門子交通集團
株洲西門子牽引設備有限公司
序列編號0001～0020
生產年份2001年—2003年
產量20台
主要用戶中國國家鐵路集團西安鐵路局（西局新段）
中國國家鐵路集團北京鐵路局/太原鐵路局（京局/太局湖段）
中國國家鐵路集團中國鐵路西安局集團有限公司（西局新段，已封存）
暱稱白天鵝
技術數據
華氏輪式0-4-4-0+0-4-4-0
UIC軸式Bo-Bo+Bo-Bo
軌距1,435毫米
輪徑1,250毫米（新輪）
軸重23（25）噸
軸距2,800毫米（固定軸距）
機車長度2 × 17,616毫米（車鉤中心距）
機車寬度3,300毫米
整備重量2 × 92（100）噸
受流電壓AC 25 kV 50 Hz
傳動方式交—直—交流電
牽引電動機1TB2624-0TB02 × 8
最高速度120公里/小時
持續速度42.7（37.8）公里/小時
牽引功率6,400千瓦（持續）
8,100千瓦（10分鐘）
牽引力700（760）千牛（起動）
540（610）千牛（持續）
設計加速度0.54（0.478）km/h/s
制動方式輪盤制動、再生制動
制動功率6,400千瓦（電制動）
制動力461千牛
列車制動空氣制動

DJ1型電力機車，是中國鐵路的電力機車車型之一，也是中國第一種從國外進口並投入批量生產的交流傳動電力機車。DJ1型電力機車為雙節八軸大功率貨運電力機車，由西門子交通集團在「歐洲短跑手」（EuroSprinter）系列ES64F型電力機車（德國鐵路152型電力機車）基礎上為中國市場改進設計而成，其中首批3台由奧地利格拉茲工廠製造，後17台通過技術轉讓並由中外合資企業株洲西門子牽引設備有限公司在中國國內製造。

發展歷史

引進

ES64F型電力機車

1990年代初起，隨著世界上交流傳動技術的成熟和所具有的優點，已經逐步成為國際上電力機車發展的必然趨勢。為了加快中國電力機車從直流傳動向交流傳動的轉換，中華人民共和國鐵道部除了立項開發AC4000型交流傳動電力機車，同時並考慮通過採用技貿結合、合資生產方式引進國外先進技術，儘快縮短中國與世界先進水平間的距離。早於1993年底，株洲電力機車廠已經與德國西門子交通集團開始就引進電力機車的技術、合作形式進行洽談。

1997年3月底，中國機械進出口公司、中華人民共和國鐵道部與西門子交通集團正式簽訂了20台交流傳動電力機車的供貨和技術轉讓合同，合同總值7000萬歐元，由中國鐵道部借用奧地利政府貸款支付[1][2]。該型機車被定型為DJ1型，其中「D」代表電力機車、「J」代表交流傳動。DJ1型電力機車是由西門子公司以第二代「歐洲短跑手」（EuroSprinter）系列電力機車作為技術平台、在ES64F型電力機車（德國鐵路152型電力機車）基礎上，專門為中國鐵路設計製造的雙節重聯八軸重載貨運電力機車。機車採用交—直—交流電傳動系統，採用了異步交流牽引電動機、水冷GTO牽引變流器、及「SIBAS 32」微機控制系統等技術[3][4]。

生產

根據合同規定，中國鐵道部訂購20台DJ1型電力機車，其中首3台（0001～0003）由奧地利西門子公司格拉茲工廠（Siemens SGP Verkehrstechnik GmbH）建造，並整車付運中國；其餘17台（0004～0020）則由西門子公司和株洲電力機車廠、株洲電力機車研究所合作，共同成立合資公司並通過技術轉讓負責本地組裝生產。為此，株洲電力機車廠、株洲電力機車研究所與德國西門子（中國）有限公司於1998年11月共同投資設立了株洲西門子牽引設備有限公司（STEZ），作為技術轉讓的承接單位，並負責生產交流傳動牽引系統的關鍵部件，西門子公司向中方轉讓的技術主要涵蓋車體、轉向架、主變壓器等部分[1]。DJ1型機車採用逐步提高國產化比率的方式，從第4台機車（首台國產化機車）開始採用國產化車體和屏櫃組件；從第15台機車開始使用國產化的交流傳動系統；最後一台機車儘量採用國產化零部件，包括轉向架等[5]。

首台DJ1型電力機車於2001年5月31日在格拉茲工廠竣工；三台進口機車於2001年底經海路運抵中國天津港。2002年7月8日，首台中國國內生產的DJ1型電力機車在株洲西門子牽引設備有限公司下線，時任中國鐵道部總工程師王麟書和西門子交通集團機車部門總裁沃爾克·克費爾（Volker Kefer）出席了典禮[6]。至2003年7月，株洲西門子牽引設備有限公司生產的最後一台DJ1型機車出廠並交付使用。

運用

2001年12月，首批三台從奧地利進口的DJ1型電力機車抵達中國後，其中0001號機車被送往中國鐵道科學研究院北京環形鐵道試驗基地，進行各種型式和性能試驗；0002號機車被送往株洲西門子牽引設備有限公司，用於生產技術的轉讓和培訓工作；0003號機車配屬西安鐵路局寶雞機務段秦嶺補機隊，在寶成鐵路秦嶺北坡區段（寶雞至秦嶺）作為補機投入運用。根據機車在三年保修期內發現的故障和問題，西門子公司先後對機車車鉤、齒輪箱、撤沙閥、控制線路、車頂渡板等部分進行改造，又改善了機車的控制軟體。

為了緩解中國大陸煤電油運緊張的狀況、使大秦鐵路運煤專線儘快在2004年實現年運量1.5億噸、2005年實現年運量2億噸的目標，中國鐵道部決定自2003年下半年開始在大秦鐵路開行單元萬噸重載列車，並進行了數次牽引運行試驗；而在此前由於受到當時中國鐵路技術條件限制，大秦線煤炭列車的牽引方式主要為韶山4型電力機車單機牽引5000～6000噸列車。2003年7月21日至27日，北京鐵路局、中國鐵道科學研究院合作，在大秦鐵路使用兩台DJ1型電力機車進行了萬噸列車牽引及制動試驗，對列車起動加速、緊急制動、坡停起動、列尾裝置、變電所供電容量等各種方面進行測試；試驗結果表明DJ1型電力機車具有雙機牽引萬噸列車的良好能力[7]。2003年8月，20台DJ1型電力機車全部改配屬北京鐵路局大同鐵路分局湖東電力機務段；同年8月31日，DJ1型機車正式投入大秦鐵路運用，擔當萬噸單元重載列車的牽引任務；2004年底，大秦線萬噸單元重載空車車列的機車交路進一步延伸至北同蒲鐵路和雲崗支線。

2007年7月起，湖東機務段開始配屬HXD1、HXD2「和諧」型大功率交流傳動電力機車，擔當大秦線2萬噸組合重載列車的牽引任務。隨著和諧型機車配屬數量的增加，逐步替代了原來的DJ1、韶山4型電力機車，成為大秦線重載運輸的主力車型。根據鐵道部的安排，湖東機務段於2009年上半年間陸續調出所有DJ1型機車[注 1]，改配屬西安鐵路局新豐鎮機務段寶雞運用車間（原寶雞機務段）秦嶺補機隊，於2009年4月起再次在寶成鐵路秦嶺北坡區段投入運用，同時西安鐵路局並調整了貨物列車編組計劃，使寶成線的貨運牽引定數由2800噸提高到3500噸[注 2]。

隨著機車使用年限和運行公里數的增加，DJ1型機車從2009年開始陸續進入第一個大修周期。由於DJ1型機車並沒有定點大修廠，其中修主要由寶雞機車檢修廠進行，而南車洛陽機車有限公司負責機車輪對大修。然而，由於DJ1型機車數量僅20台，造成小批量生產的國產零部件價格較高，而進口零件越趨缺乏的情況下，對機車檢修造成困難，加之在大秦鐵路中超負荷的運用，因此部分機車曾長期停機待修或封存。根據這一情況，寶雞運用車間制定了「維持使用，損壞一台，報廢一台」的原則，直至全部報廢。截止2012年年底，共有12台機車封存並拆解部分零件供另外8台使用。儘管如此，8台在運用的機車依舊「帶病工作」。

2013年3月末，DJ1型機車被全部停用封存（其中0015號機車封存於寶雞電力機車修理廠），補機任務全部由HXD3型電力機車以及少量SS4型電力機車擔當。

評價

DJ1型電力機車自投入運用以來獲得了良好的評價，運用部門普遍認為機車牽引力大、操縱方便舒適、自動化程度高、經濟性較好，牽引時功率因數接近1。雖然機車投入運用初期部分零部件故障較多，例如絕緣子、蓄電池充電器、空調、砂箱等部分，但經過調整之後有所改善，而最主要的交流傳動系統故障率較小。然而，由於訂購機車的時候並未充分考慮到中國鐵路的實際發展需要，因此所選擇的機車軸功率偏小（800千瓦），僅與交—直流電傳動的國產韶山4型電力機車相同，一定程度上限制了交流傳動優勢的發揮。此外，由於DJ1型機車為西門子公司的產品，其微機控制系統有關部分仍受到專利技術保護，對機車的故障診斷、維護檢修造成一定困難，例如中方人員技術人員從機車下載數據之後，需要上傳到西門子德國本部，經德方分析故障原因和提出解決方案後，通知西門子公司在華的售後服務組進行處理[8]。

技術特點

總體布置

DJ1型電力機車是雙節重聯的八軸大功率幹線貨運用電力機車，由兩節完全相同的四軸機車通過中間車鉤、橡膠聯掛風擋、電氣及空氣重聯管線等連接而成，之間並設有中間走廊連通，車頂設有25千伏高壓連接線；每節機車是一個完整的獨立系統；可由司機在任何一端司機室對兩節機車進行控制。車體為焊接式整體承載結構，車內設備採用兩側屏櫃化布置，並設中間貫通走廊。車頂外置設備較少，每節機車後部車頂設有一台單臂式受電弓，以及賽雪龍公司（Sécheron）的真空斷路器、避雷器等高壓設備。臥式牽引變壓器安裝於車底中部，與電抗器共用冷卻油箱。司機室運用歐洲標準的人機工程學設計，適應單司機執乘，並成為了日後被中國鐵道部廣泛推廣應用的標準化司機室設計基礎。DJ1型機車採用了車體獨立通風方式，從車頂頂蓋夾層風道吸入冷風，向發熱部件冷卻後從車底排出，並維持機械間呈微正壓，改善機車防塵效果及防寒性能。機車軸式為2×（Bo-Bo），持續功率為6400千瓦；機車標準軸重為23噸，並可以通過增加壓鐵提高到25噸；機車並設有「加速模式」，當牽引列車啟動時機車最大功率可達到8100千瓦，使用時間限制為十分鐘，以提高列車啟動加速能力[5]。

DJ1型機車出廠時均使用西門子8WL0-138-6YG69型受電弓。自2004年2月份起，北京鐵路局當局發現一些受電弓出現裂紋及轉軸彎曲等問題，加上類似型號受電弓在廣鐵集團進港SS8機車使用時，導致九廣東鐵架空電纜加速損耗，就算更換碳滑板後情況依舊。為保障行車安全，遂委託中車大同電力機車研製了國產的DSA-200型受電弓（由德國斯特曼公司授權生產）。四台DSA-200受電弓分別安裝在4輛機車上進行運用試驗；至2006年，所有DJ1型機車均在中修期間陸續改用DSA-200型受電弓，並陸續被推廣至後期的韶山4型、韶山8型、韶山9型等電力機車使用[9]。

機車主電路

DJ1型電力機車是交—直—交流電傳動的單相工頻交流電力機車，每節四軸機車的主電路由主變壓器、牽引變流器、牽引電動機三大部分構成。接觸網導線上的25千伏單相工頻交流電電流，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的三個牽引繞組後，分別向三組四象限脈衝整流器供電並整流為直流電，然後經過兩組並聯工作、電壓為2400～2600伏的中間直流迴路，再由兩個牽引逆變器轉換成三相交流電輸出，分別向兩台轉向架上的四台異步牽引電機供電，使牽引電動機產生轉矩，將電能轉變為機械能，經過齒輪的傳遞驅動輪對[5]。

機車採用了西門子公司開發的VVVF牽引變流器，每節機車均有一台牽引變流器櫃，內部包含了3個四象限整流器、2個逆變器以及中間電路電容器、保護模塊、牽引控制單元（TCU）等設備。其中四象限整流器和逆變器由相同的功率控制模塊組成，採用了與ES64F型電力機車相同的水冷GTO模塊（4.5kV/3kA）。DJ1型電力機車採用西門子公司的1TB2624型鼠籠式三相異步牽引電動機，額定功率為817千瓦，冷卻方式為強迫通風，採用直接轉矩控制（DTC）。此外，DJ1型機車也繼承了西門子交流傳動系統的特點，當機車起動加速時其GTO牽引變流器會發出音階磁勵音，與ES64U2型電力機車類似。

控制系統

DJ1型機車裝載了西門子公司開發的「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，由絞線列車匯流排（WTB）和多功能車輛匯流排（MVB）兩級網絡構成，WTB負責兩節機車之間的外部通信，而MVB負責單節機車內部各單元的數據交換。司機操縱台上並設有一台液晶顯示屏，直接顯示機車運行狀態和故障診斷信息。此外，「SIBAS 32」系統並設有配套的診斷軟體，技術人員可以使用筆記型電腦，通過機車上的RS-232串列埠與機車連接並下載數據紀錄，然後使用「SIBAS Expert 2」軟體分析導致機車出現故障的軟硬體，從而提高檢修效率[10]。

轉向架

每節機車擁有兩台二軸轉向架，是以ES64F型電力機車的轉向架為基礎設計。轉向架構架採用鋼板焊成箱形結構的「H」型構架，輪對軸箱採用拉杆定位。一系懸掛採用螺旋彈簧；二系懸掛為高撓螺旋圓彈簧配橡膠墊，並設有垂向液壓減振器。牽引力或制動力通過中間低位推挽式斜拉杆牽引裝置傳遞。牽引電動機採用滾動軸承抱軸式半懸掛、單邊剛性直齒傳動。基礎制動裝置為輪盤制動；停放制動裝置為蓄能制動[5]。

參見

注釋

  1. ^ 同時，配屬湖東機務段的100台韶山4型電力機車，被安排轉配上海鐵路局（40台）和南昌鐵路局（60台），由杭州機務段、向塘機務段支配運用，擔當滬昆線貨運列車牽引任務。
  2. ^ 該次調整主要目的為擴充入川鐵路運輸能力，以滿足四川省在2008年汶川大地震災後重建需要；新豐鎮機務段除了調入20台DJ1型電力機車，同時又配屬120台HXD3型電力機車，部分由秦嶺補機隊使用。

參考文獻

  1. ^ 1.0 1.1 中外合资生产的重载电力机车下线. 新華網. 2002-07-08 [2012-04-15]. （原始內容存檔於2014-12-07）. 
  2. ^ First roll out for China locomotive contract. Asia Pacific Rail (Westlaw International). 2001-07-01. ISSN 1367-3017. 
  3. ^ Mahr, W.; Girgert, M. O.; Broerkens, J. Heavy freight double-locomotives for the Chinese railways. Railway Technical Review (Germany: Darmstadt: Dr. Strauss GmbH). 2002-07-01. ISSN 0079-9548. 
  4. ^ DJ1 – das erste deutsch-chinesische Lokomotivprojekt. Siemens. [2012-04-15]. （原始內容存檔於2019-02-15）. 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 陳翰芹、史衛軍. DJ1型交流传动电力机车. 《機車電傳動》 (株洲: 株洲電力機車研究所). 2001年5月: 5–9, 18. ISSN 1000-128X. 
  6. ^ 动态消息. 《中國鐵路》 (北京: 鐵道部科學技術信息研究所). 2002年8月. ISSN 1001-683X. 
  7. ^ 大秦线万吨重载试验. 中華鐵道網. 2007-02-06 [2012-04-15]. （原始內容存檔於2016-03-05）. 
  8. ^ 孫劍方. 对铁路装备现代化的几点建议. 《中國鐵路》 (北京: 鐵道部科學技術信息研究所). 2004年2月: 16–20. ISSN 1001-683X. 
  9. ^ 王樹森. DJ1机车受电弓国产化开发. 《機車電傳動》 (株洲: 株洲電力機車研究所). 2008年4月: 43–44. ISSN 1000-128X. 
  10. ^ 劉月文. 西门子SIBAS32自动控制系统在DJ1型电力机车上的应用. 《電氣技術》 (中國電工學會). 2007年7月: 27–30. ISSN 1673-3800. 

外部連結

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