逐梦动车:中国第一代高速电力动车组·大白鲨诞生20年

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  逐梦动车:中国第一代高速电力动车组·大白鲨诞生20年

  20年前的今天,1999年5月26日,株洲电力机车厂彩旗飘扬,一台蓝白相间的子弹头电动车缓缓驶出“大铁厂房”,接受人们的“检阅”。这台动车因其酷似鲨鱼的外形,被人们亲切地称为“大白鲨”。

  1999年8月,“大白鲨”被派往广深铁路进行上线试验,试验中创造了223.2公里的瞬间时速。1999年9月27日,“大白鲨”在广深铁路载客试运营,每天担当2对来往深圳和广州东的广深城际列车,成为我国第一列时速200公里的商业营运列车。DDJ1型“大白鲨”是我国第一代高速铁路电动车组,它的商业运营标志着我国真正跨入准高速铁路运输时代。

  

  此后不到3年的时间里,在铁道部的统一部署下,大白鲨的诞生地中车株机担当起自主研发国产电动车组的大梁,先后研制出“蓝箭”“中原之星”“中华之星”三款动车组和“奥星”大功率交流传动电力机车。由此,成为了“中国电动车组技术的发祥地”。

  

  (“中华之星”动车组)

  光阴似箭,日月如梭。

  从1999年至今,在逐梦动车的20年里,大白鲨的诞生地从未言弃,不断创新。

  列车编组

  7节(1M6T)

  营运最高速度

  200 km/h

  设计最高速度

  220 km/h

  试验最高速度

  223.2 km/h

  编组定员

  438

  编组长度

  176 m

  车辆长度

  动力车:18,316 mm
客车:25,500 mm
控制车:24,320 mm

  车辆宽度

  3,104 mm

  编组总重量

  440 t

  轨距

  1,435 mm

  供电制式

  单相交流 25kV 50Hz

  传动方式

  交—直流电

  牵引电动机

  ZD118 × 4

  电动机功率

  1,000 kW

  牵引功率

  4,000 kW

  传动比

  73/36

  控制装置

  晶闸管不等分三段半控桥调压

  制动方式

  加馈电阻制动、直通式电空制动

  背景

  在1990年代初以前,中国铁路的旅客列车速度长期停留在120公里/小时的水平,并面对着来自高速公路和航空运输的严峻挑战。1990年,中华人民共和国铁道部决定选定广深铁路作为试验区段,对既有线路进行技术改造,以时速160公里的准高速铁路作为突破口,为未来发展高速铁路进行探索和试验。1994年12月,广深准高速铁路正式开通并投入运营,为中国自1995年开始的全面提速战略提供了坚实的技术基础;经过多次提速试验后,于1997年4月1日在三大铁路干线实现中国铁路第一次大面积提速。

  为了进一步提高铁路客运的竞争力,中国铁道部决定向时速200公里/小时的高速铁路领域进军。1997年1月5日,韶山8型电力机车在铁道部科学研究院北京环行铁道试验基地,创造了当时中国铁路最高试验速度——212.6公里/小时。同年,由中国铁道部科教司立项的“200公里/小时电动旅客列车组”正式被列入中国第九个五年计划国家科技攻关计划发展项目之一。

  研制

  1997年4月,中国铁道部正式下达了《200公里/小时电动旅客列车组设计任务书》,主要目标是研制一列运营速度为200公里/小时,最高试验速度达到220公里/小时,并能用于商业运营的电力动车组。动车组采用“一动六拖”的动力集中方式,研制单位主要有株洲电力机车厂、长春客车厂、四方机车车辆厂、唐山机车车辆厂、南京浦镇车辆厂及株洲电力机车研究所等;其中株洲厂和株洲所承担动力车的研制,长春厂承担动车组总体研究和研制单层一等座车、单层二等座车、带司机室的单层二等座车(控制车)各一辆,浦镇厂研制双层二等座车一辆,四方厂和唐山厂研制单层二等座车各一辆。

  为了验证既有线试验区段的提速改造的整体水平,以及为电力动车组的研制提供试验数据,1998年6月,在京广铁路许昌至小商桥区段进行了中国首次200公里/小时旅客列车正线综合性能试验,最高试验速度达到239.7公里/小时,创造了当时中国铁路第一速的纪录;除了韶山8型电力机车外,参与试验的车辆还包括了五辆分别装用长客厂CW-2G、CW-200、浦镇厂PW-200、四方厂SW-200等四种高速转向架的试验车。

  1999年3月,经铁道部确认,200公里/小时电力动车组正式定型为DDJ1型。

  

  试验

  1999年5月26日,动力车正式完成株洲厂内的测试,随后在同年6月上旬被运送至北京环行铁道,同时其他工厂研制的车厢亦陆续抵京。1999年7月7日,DDJ1型电力动车组进行编组后的首次综合试验。中国铁道科学研究院负责对动车组在环形线进行安全评估试验;四方车辆研究所、北方交通大学、株洲电力机车厂、南京浦镇车辆厂、唐山机车车辆厂、四方机车车辆厂、长春客车厂等单位共同完成动车组牵引性能、动车动力学、拖车动力学、制动性能、弓网受流质量、空调性能、供电等试验,期间列车最高试验速度达到180公里/小时。

  同年8月,DJJ1型电力动车组在北京完成安全评估试验和各项性能测试后,赴广深铁路进行上线试验。1999年8月20日凌晨,DDJ1型电力动车组首次在广深铁路进行试运行;试运行为时12天,试验包括机车车辆、线桥设备及列车超速防护系统等三个方面100余项测试项目,并在一次试验中瞬间时速达到223.2公里/小时。试验完毕后由铁道部安全评估专家组对DDJ1型电动车组的各项试验报告进行全面审查,认为时速200公里电动旅客列车在广深线可按最高时速180公里进行运营考核。1999年9月27日起,DDJ1型电力动车组在广深铁路以180公里/小时的最高运营速度开始载客试营运,每天担当2对来往深圳和广州东的广深城际列车,成为中国第一列时速200公里的商业营运列车。

  然而,由于动力车采用了四台1000千瓦的脉流牵引电动机,以提高电压和电流的方法来提高电机转速。基于直流电动机的技术限制,电机的各项性能指标已接近或超过临界值,导致牵引电机可靠性较差,机车耗电量大。列车投入商业运营后故障率很高,列车在广深铁路运用一年期间的总停运时间长达几个月,只能作为备用车使用。至2002年中,DDJ1型电力动车组停运,并封存于广州车辆段石牌客技站。2002年10月,“大白鲨”列车根据铁道部安排,改配属中国铁道科学研究院,并于2003年4月被送返北京环行铁道封存至今。

  

  技术特点

  DDJ1型电力动车组为动力集中方式的推挽式动车组,采用7辆编组,由1辆动力车、5辆单层客车(包括1辆一等座车、3辆二等座车及1辆带司机室的二等座车 )、1辆双层客车组成。动力车为一台四轴高速电力机车,其总体布置采用双侧走廊、单端司机室,车内设备采用分室斜对称布置,从前至后分别为司机室、第一电气室、变压器室、第二电气室、机械室。电气室内设有主整流拒、辅助变流柜、制动电阻柜、控制电器柜、微机控制柜等设备;机械室设有牵引电动机通风机、空气压缩机、空气制动柜等设备。主变压器位于车体中央并下沉于车体底架下,与平波电抗器、限流电抗器共用冷却油箱。机车车体、转向架、变压器等各主要部件均进行了轻量化设计,使机车达到了总重84吨、轴重21吨的要求。为了减少高速运行时的空气阻力,动力车采用了流线型车头、车顶导流罩,车体下部两侧并设有裙板。

  客车车厢采用无中粱薄壁筒整体承载的全钢焊接结构。列车总定员为438人,一等座车和二等座车均采用“2+2”单向座席布置,差异仅在于座位空间和间距。为提高车厢的密封性能,车辆门窗、连接风挡及排污系统均设计成密封结构,采用了法国进口塞拉门、日本成田制作所的密封风挡、瑞典进口的集便装置、日本三菱的空调机组等设备。为了减少运行阻力,所有客车均采用全封闭的车下裙板,与双层座车相邻之单层座车车顶并设有导流罩。各车厢之间使用密接式车钩连接。控制车车头盖版用复合材料制作,前窗玻璃采用双层防爆电热玻璃。为了克服列车反向推行状态下控制车轮重减载率偏大的问题,除了在控制车车体前端裙板内设置了配重箱,并借鉴了X2000摆式列车的经验,在控制车的前导转向架构架上加设了配重块。

  列车编组

  

  电路系统

  动力车为一台交—直流电传动的单相工频交流电力机车,机车主电路与韶山8型电力机车大致相同,采用晶闸管不等分三段半控桥调压和励磁无级调节,实现恒流准恒速特性控制,恒功速度范围为127~200公里/小时;电气制动采用加馈电阻制动。机车采用ZD118型牵引电动机,是在韶山8型机车所使用的ZD115型牵引电机基础上改进而成,为六极、中电压、带有补偿绕组、C级绝缘、全叠片机座的复励脉流牵引电动机,两者结构上基本相同,ZD118型电机提高了功率和绝缘等级,持续功率达到1000千瓦,令动力车成为中国铁路单轴功率最大的交—直流电传动电力机车。

  辅助电路采用单—三相交—直—交变流器供电,取代了传统的旋转式劈相机。动力车并设有向客车车厢供电的系统,采用集中整流、分散逆变的方式,动力车分两路向客车供应600伏直流电源,经由每节车厢设置的逆变器,将600伏直流电逆变为两路380伏交流电源,可为空调、电热、电茶炉以及照明等电器设备提供电源。

  控制系统

  DDJ1型电力动车组的控制系统与出口伊朗的TM1型电力机车相似,同时结合了国产微机控制系统和Adtranz公司的“MICAS-S2”微机控制系统,其中“MICAS-S2”部分主要实现故障记录、显示和列车重联控制功能。控制网络由三级构成,分别为列车总线、车辆总线、控制器总线,其中列车总线直接贯通全列车,连接动力车和控制车。列车总线重联通信采用频率偏移调制方式(FSK),通过网关与车辆总线交换信息。列车控制以微机加逻辑控制单元(LCU)为主体 ,控制功能包括牵引及制动特性控制、超速保护、空电联合制动、自动过分相控制、列车电空制动控制等功能。司机操作台取消了传统的模拟显示仪表,代之以微机控制和监控的液晶显示屏。

  转向架

  动力车走行部为两台二轴转向架,轴式为Bo-Bo。转向架结构与韶山8型电力机车大致相同,构架采用高强度低合金材料。一系悬挂为螺旋弹簧加垂向油压减振器;二系悬挂为高柔度螺旋圆弹簧配垂向、横向、抗蛇行油压减振器的组合。机车采用电机架承式全悬挂结构、双侧六连杆轮对空心轴弹性传动装置、单边刚性直齿传动。牵引力或制动力通过中间低位推挽式牵引装置传递。

  素材来源:综合自中车株机、维基百科公开资料等

  

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