AEG 12X 型電力機車

AEG 12X 型電力機車是由 AEG 於 1994 年建造的一臺實驗性高效電力機車，並一直作為試驗平臺和測試機車執行直至 2010 年。它在德國鐵路系統內被定型為德國鐵路 128 型電力機車，但始終由 AEG 持有。機車的設計特點是多項技術的創新，包括使用新型的半導體和水冷電力電子裝置、全新的動力總成概念、全新的轉向架構造、以及可提升空氣動力效能的突出式風領，這也造就了機車獨特的外形。

機車的開發始於德國鐵路在 1990 年代初對設計一款多用途機車的招標，當採購方逐漸傾向於用不同的機車對應不同的服務領域後，設計開始朝著模組化的方向發展。12X 型機車亦成為用於牽引中等載重貨運列車的德國鐵路 145 型電力機車的研發基礎，並隨著進一步的發展最終促成了龐巴迪 TRAXX 的模組化機車產品平臺面世。

歷史

1.1 開發 121 型機車

120 型電力機車是原德國聯邦鐵路首臺使用三相非同步交流感應電動機的電力機車，也是多用途機車概念的先行者，它可同樣適用於貨運、客運和高速列車的牽引任務。德國聯邦鐵路自 1979 年起接收了 5 臺樣車，隨後所有的德國本土機車製造商均自 1987 年起參與了其餘 60 臺同型機車的製造。1991 年，德國聯邦鐵路又開始向各鐵路製造商徵求新的 500 臺多用途機車方案，它要求改良設計並提升連續牽引功率至 5.6-6.4 兆瓦（7500 至 8600 匹馬力），代號為 121 型機車。同時原德國國營鐵路也考慮採購 200 臺。

作為 121 型機車競標對手，ABB 亨舍爾自 1991 年 12 月起開始在 4 臺 120 型樣車中進行測試，並將其重新定型為實驗編號 752 型。而 AEG 作為軌道車輛電氣部件的供應商，此時仍為戴姆勒 - 賓士的一部分，則開始研發一個新的動力總成概念，以及基於可關斷閘流體（GTO）技術的水冷變流器、輔助變流器和基於微處理器的。1992 年，AEG 接管了前東德的（簡稱 LEW），並將其更名為 AEG 軌道車輛有限公司（AEG Schienenfahrzeuge GmbH），併入 AEG 鐵路系統（AEG Bahnsysteme）的業務部門。而 LEW 此前已經開發出了輕量化的車身結構、更好的空氣動力學和高速傳動裝置。AEG 將這些結合在一起並繼續開發工作，旨在生成一臺完整的機車。新開發的基於可關斷閘流體變流器在 1992 年底被裝配至 752 002 號車，並在次年 1 月開始進行測試；新的 AEG 動力總成則被裝配至 120 118 號車，自 1993 年起開始進行測試。

1.2 12X 專案

在此期間，德國聯邦鐵路於 1992 年 10 月取消了 121 型機車的招標，這是由於開發價格過高，同時採購方的組織架構和運營情況也發生了改變。隨著鐵路改革的推進，德國聯邦鐵路和德國國營鐵路即將於 1994 年合併為德國鐵路，而德國鐵路為長途客運、區域客運和貨運業務領域劃分了不同的機車車輛，這使得多用途機車的概念顯得不再必要了。而貨運部門將優先考慮與高速列車服務共用一款多用途機車。從 1993 年底起，德國鐵路的業務部門及其前任開始對專門針對其特定需求的電力機車進行重新招標。

機車製造商為應對形勢的轉變，開始專注於它們的模組化設計，並允許透過移除或重置多用途機車的部件，從而衍生出不同的機車。在 121 型機車的招標取消後，AEG 以非正式的專案名稱 “12X” 繼續開展研發工作，並決定自己製造一臺原型機。這項決定也是出於 1994 年鐵路改革的進一步要求，導致了鐵路運營商必須發出整車標書，而不僅是讓製造商在零部件的層面上參與競爭，並要設立對車輛進行審批的獨立機構。AEG 為 12X 的發展計劃共斥資 4,000 萬馬克，機車本身的建造則另外花費了 800 萬馬克。AEG 對這款多用途的實驗機車漆以紅、白兩色的企業塗裝，將其命名為 12X 型機車（大寫字母 X），並在 1994 年 6 月 30 日舉行了首次出廠儀式。雖然機車為 AEG 所擁有，但德國鐵路亦將其定型為德國鐵路 128 型機車，並編號為 128 001 號。

1.3 除錯、改造及租賃運營

在拖曳測試和靜態測試完成後，12X 型機車在 1995 年 4 月 10 日進行了首次自主試執行。1995 年 9 月和 10 月，12X 型機車又在德國鐵路滾動臺進行的速度模擬測試中達到 330 公里 / 小時。與此同時，AEG 收到了一個商用低速版本的衍生型號訂單 —— 德國鐵路 145 型電力機車。為了對使用在 145 型機車上的部件進行運營試驗，12X 型機車首先完成了針對 160 公里 / 小時的初步除錯，隨後租賃至德國鐵路，於 1995 年 8 月 22 日首次牽引定期城際列車班次運營。

1996 年，ABB 公司與戴姆勒 - 賓士將它們的鐵路業務部門整合為一個全新的合資企業 ——Adtranz。1996 年 1 月 31 日，Adtranz 在期間為 128 001 號機車展示了一個全新的改良塗裝。車身上漆有聯合國兒童基金會的廣告、Adtranz 標誌以及廣告贊助商馬克林的標誌。同年 2 月，機車繼續進行最高時速至 280 公里 / 小時的調校試驗，隨後又達到 283 公里 / 小時，並在 1996 年夏天通過了 220 公里 / 小時的稽核。

Adtranz 還利用 12X 型機車作為平臺測試更先進的電力電子裝置。在 1997 年底，機車搭載了新型的絕緣柵雙極電晶體（IGBT）變流器，這是該技術在全球範圍內的機車中的首次應用。1998 年初，牽引力控制系統的電子裝置也被更換。該機車還獲得了最終的塗裝，在側壁上漆以彩虹色波浪紋圖案。經過在勒奇山鐵路牽引 BLS 公司的列車進行廣泛的試驗和試執行後，機車回到了黑尼格斯多夫。在隨後的幾年中，機車交替進行執行測試，以測試機載系統和測試 Adtranz 新機型的調校服務，並租賃至德國鐵路的貨運部門和巴斯夫牽引定期貨運班次。

2001 年 5 月，Adtranz 被龐巴迪運輸收購。龐巴迪繼續使用 12X 型機車作為試驗車型，並將其駐紮在瑞士的工廠。至 2010 年 7 月，機車又返回黑尼格斯多夫工廠。

1.4 12X 機車在德國及瑞士以外發展

1994 年 5 月，挪威國家鐵路為引進大功率交流傳動機車進行招標，當中 AEG 公司以本型機車技術平臺方案入標。但是，挪威國鐵最後決定採購 ABB（及後與 AEG 亦被併購至 Adtranz）的 Re465 型電力機車，並按挪威的實際需要重新設計，另行定型為 El 18 型。故此，12X 的第二次出口方案告吹。

技術特點

12X 型機車的設計保留了 120 型機車的基本配置：擁有兩副轉向架、每副轉向架擁有兩副輪軸，每軸由一臺獨立的三相非同步電動機驅動；設於斜頂邊緣的電動機風冷裝置和冷卻排氣裝置；以及帶有密閉牆和中央通道的氣密式機械室。

2.1 電氣部分

主變壓器被安裝在兩副轉向架之間的底板下。它有 6 條次級繞組作為牽引電路，其中一條供應車載輔助裝備和電池充電，另一條則用於對牽引列車供電。輔助繞組連線至兩臺 120 千伏安的輔助變流器。

兩副轉向架各有一臺牽引變流器，它們被置於主變壓器的正上方，位處中央通道的兩側，以儘可能的保持較短的電源線和一個對稱的重量分佈 。變流器最初使用模組化製造的兩個水冷式可斷閘流體，它可以進行調節，從而允許控制電路的構造具有比常規閘流體少得多的部件。每臺變流器中的 3 個模組之一作為變壓器繞組和之間的四象限整流器，另外 2 個模組則作為逆變器提供三相可變電壓可變頻率輸送至轉向架的兩臺電動機，從而實現獨立的軸控。用作直流接觸網供電的直流斬波器也被預置。在牽引力和電力控制方面，機車配備了 GEATRAC II 系統，它由 32 位元微處理器組成，允許軟體獨立於硬體之外運作和更新。隨著 Adtranz 對機車進行升級，基於可斷閘流體的變流器被絕緣柵雙極電晶體所取代，後者可適應多電壓條件下的運作，同時控制技術也更換為 Adtranz 當時最新的 MITRAC 系統。

2.2 機械部分

12X 型機車搭載了新開發的 GEALAIF 動力總成，其中 GEA 是指 AEG 公司，LAIF 則表示帶有整合式牽引電動機的機車動力總成（Lokomotiv-Antrieb mit Integriertem Fahrmotor）。電動機軸端與動力總成的小齒輪軸端透過膜片聯軸器相連，它採用可旋轉的徑向剛性材質，但可輕微彎曲。GEALAIF 概念的主要創新在於小齒輪軸端採用軸承的兩側支撐，而不是僅在電動機一側。這種解決方案減輕了小齒輪軸端和相連的電動機軸端之間的彎曲力矩，從而大規模的降低了兩者的尺寸和重量。動力總成和電動機的整合還包括強制風冷氣流的逆轉，透過冷卻氣流向下穿過電動機的動力總成端，還可對小齒輪實現降溫。動力總成以傳動軸驅動輪對，它採用的方式。

轉向架的軸距為 2,600 毫米，較類似的機車的更短，這一設計的目的在與減少透過彎道時的受力及磨損。而在早前的測試中，德國鐵路的工程師們對設計持質疑態度，這是由於被安裝在 752 004 號機車的另一副短型轉向架，軸距為 2650 毫米的 ABB 制靈活浮動 (Flexifloat) 轉向架原型曾存在不少問題。然而，經過滾動臺測試和線路測試的結果表明其執行是穩定可靠的。其一系懸掛採用金屬螺旋彈簧，二系懸掛採用。轉向架和車體間的牽引力是透過斜拉桿的方式進行傳動。

機車車體採用輕量化的構造，其目的是使 12X 型機車成為重量在 84 噸動力級別中最輕的機車。處於工作狀態下的機車成品實際重量為 85.9 噸。機車車體的支撐結構由底架和機械室側壁組成，並採用鋼質材料。車頂、駕駛室和在底架下覆蓋變壓器的保護罩均由塑膠及複合材料製成，它們被粘合在鋼質結構中。傾斜的頂板透過邊緣過渡到側壁的斜面端，並突起超過車頭高度，這種風領式的設計可以增強機車在透過隧道、車站和列車交會時的穩定性。

2.3 其它特點

環境的可持續性發展是 12X 型機車開發的原則之一。電力電子裝置中由福伊特提供的冷卻系統使用帶有乙二醇的自來水作為防凍劑，而不是油質或油質代用品。對於機車的外部塗裝，水溶性塗料被用於取代有機溶劑比例很高的雙組分塗料。與以往系統偏離的還包括空調裝置，它使用的是不含氯的製冷劑。

12X 型機車的部件被開發為可移除、替換和重置的模組化系列版本。AEG 曾構想在 12X 型機車的部件基礎上配置 4 種基本車型：在原始的 12X 型機車配置中用於快速服務的高效能機車；用於高速電聯車和只有單個駕駛室的動力端；用於區域交通的輕載機車；以及兩端各有一個駕駛室的過載雙機車。AEG 也考慮用 12X 型機車的部件隨電力電子裝置安裝在電聯車的地板下方，並改善用於多系統電壓的變流器裝置。模組化的目的還在於允許部件隨著科技的進步替換為更具現代化的部件，以延長車輛的使用壽命。

衍生車型

1994 年 11 月，德國鐵路選擇了 AEG 作為其貨運業務領域德鐵貨運（即如今的德鐵辛克鐵路）的供應商，開發製造 80 臺中量型貨運機車 —— 德國鐵路 145 型電力機車。最初的 145 型機車是 12X 型機車的廉價衍生品，它摒棄了用於高速執行的部件，包括空心軸傳動，取而代之的是更為簡化的軸懸式傳動。在 AEG 鐵路系統與 ABB 運輸合併為 Adtranz 後，機車的最終設計被改變為與德國鐵路 101 型電力機車擁有更多的共性，後者原本也是德國鐵路在同期向 ABB 訂購的高速客運機車型號。尤其是 145 型機車所搭載不太先進的可斷閘流體酯冷逆變器和酯冷主變壓器均是來自 101 型機車。同時轉向架設計也作出了修改以適應原 ABB 開發的靈活浮動系列，其軸距被增至 2,650 毫米。

隨後，Adtranz 在 1998 年宣佈，145 型機車將成為該公司開展模組化電力機車計劃的主要平臺。由 145 型機車衍生的機車型號還包括用於國際運輸業務、搭載雙電壓作業系統版本的德國鐵路 185 型電力機車，後者在 1998 年 7 月由德國鐵路率先訂購。在龐巴迪運輸於 2001 年收購 Adtranz 後，其在 185 型機車的基礎上完全實現了模組化機車平臺的理念，並於 2003 年將此命名為龐巴迪 TRAXX。