韶山1型電力機車

韶山1型電力機車國產客、貨兩用幹線電力機車。該型電力機車原稱6Y1型，原型車為蘇聯的VL60型電力機車，首臺機車於1958年試製成功，但因質量不過關未能批次生產，此後20多年間經歷了三次重大技術改進，跳出了仿製的框架，於1968年更名為“韶山1型”，1980年基本定型並投入大批次生產。1958年至1988年間，原株洲電力機車廠累計生產了826臺韶山1型機車。韶山1型機車在1970年代至1980年代一度成為中華人民共和國電氣化鐵路幹線的主型電力機車，並開創了中國鐵路以“韶山”命名的幹線電力機車家族的生產歷史，其研製經驗為以後中國電力機車的研製與發展奠定了堅實的基礎。發展歷史.背景.韶山1型電力機車的研製始於1950年代。中華人民共和國成立以後，隨著國民經濟逐漸恢復，為了在第二、第三個五年計劃內更大規模地開展經濟建設，國務院科學規劃小組編制了《1956—1967年科學技術發展遠景規劃》。在1956年，中華人民共和國鐵道部也制定了《鐵路十二年科技發展規劃》，提出“技術政策的中心環節是牽引動力的改造，要迅速地有步驟地由蒸汽機車轉到電力機車和內燃機車上去”。但由於當時中國工業基礎薄弱，也缺乏製造幹線電力機車的經驗，在當時的國際環境下要取得電力機車的製造技術，蘇聯的協助自然成為首選。1957年10月，毛澤東率領代表團赴蘇聯參加蘇聯十月革命40週年慶祝活動，並選派了50位科學技術人員隨同赴蘇訪問考察，中國籍此機會向蘇聯提出了向中國提供電氣化鐵路及電力機車技術資料的要求，並列入《中蘇技術合作協議》條文。隨後，經國務院批准，中國組織了一個由第一機械工業部、鐵道部以及高校有關專家學者組成的電力機車考察團，分成電力機車總體、機械、電機、控制、電器、工藝、引燃管及高壓開關等6個專業組，於1957年12月赴蘇聯諾沃切爾卡斯克電力機車廠進行為期四個月的電力機車製造技術考察學習。研製.研製電力機車的首要條件是決定供電制式，在當時相當先進的電壓25千伏、頻率50赫茲的交流供電制式僅在法國和蘇聯國內少數鐵路試用，中國曾經考慮採用當時最普及3000伏直流供電，但經過詳細論證，最終決定採用25千伏工頻單相交流制。在蘇聯工程技術專家的指導下，中國決定以蘇聯當時最新型、剛投入批次生產的N6O型電力機車為原型，結合中國鐵路的技術規範進行仿製。考察團在完成電力機車技術設計任務書和技術設計預定任務之後，於1958年6月全部回國，組成了電力機車設計處，在蘇聯專家幫助下展開了電力機車的研製。由於株洲機車車輛工廠和湘潭電機廠有合作製造工礦用小型電力機車的經驗，鐵道部決定以這兩家工廠承擔電力機車的試製任務，中國鐵道科學研究院、上海交通大學、北京鐵道學院、唐山鐵道學院等單位參加聯合設計。1958年7月15日至20日，由國家技術委員會等組成的技術審查委員會在湘潭電機廠稽核了國產電力機車的設計任務書和技術設計方案，設計過程中方對H60型機車進行大量修改以滿足中國鐵路的實際需要，其中重大修改達78處。試製工作於同年8月開始，株洲機車車輛工廠負責機車車體、轉向架等機械部分，而湘潭電機廠負責牽引電動機、整流裝置等電氣部分。1958年11月18日，由株洲機車車輛工廠負責試製的電力機車車體、轉向架等機械部分組裝完成，隨後被送往湘潭電機廠進行總體組裝。1958年12月28日，中國第一臺幹線電力機車在湘潭電機廠出廠，定型為6Y1型，編號0001，命名為韶山號。“6Y1”型號中的“6”代表機車有六根車軸，“Y”代表採用引燃管整流，“1”代表第一種型號。6Y1型機車設計為客、貨兩用幹線電力機車，採用低壓側調壓開關調壓，功率為3900千瓦，最大速度為100公里/小時。機車出廠後隨即赴北京，在新建的環形鐵道試驗基地進行試驗，但引燃管整流器不能正常工作返廠整修。在1959年10月的國慶節期間，6Y1型“韶山號”電力機車與大連機車車輛工廠的巨龍型、戚墅堰機車車輛工廠的先行型、青島四方機車車輛廠的衛星型柴油機車一同前往北京展出，並於同年12月參加第二次全國工業交通展覽會。1959年11月12日，時任全國人大常委會副委員長、中國科學院院長郭沫若親自題詩祝賀。1960年3月，第二臺6Y1型電力機車在田心機車車輛工廠落成。1960年5月，中國第一條電氣化鐵路幹線——寶成鐵路寶雞至鳳州段建成通電，6Y1型電力機車於1961年5月起赴寶成鐵路實地試執行，但由於製造工藝較差，造成機車存在引燃管逆弧、調壓開關燒損“放炮”和牽引電機環火三大質量關鍵問題，且制動效能不良又缺乏電阻制動，列車下坡時危險性較大，6Y1型機車未能批次生產。為了應付電力機車短缺的情況，鐵道部決定從法國進口一批由阿爾斯通公司生產的6Y2型電力機車作為過渡。6Y2型機車同樣採用引燃管整流，但使用更先進的高壓側調壓且帶有再生制動，於1961年8月15日正式投入寶成鐵路執行。改進.面對機車的先天性質量問題，鐵道部和一機部在1961年兩度在株洲召開會議，針對6Y1型1、2號機車存在的可靠性問題，決定由田心機車車輛工廠、株洲電力機車研究所、湘潭電機廠組成6Y1型電力機車質量改進聯合工作組和技術服務組，進行技術攻關。隨著中國半導體技術的發展，且國產引燃管質量不穩定、壽命短，在株洲所、田心機廠、北京變壓器廠共同努力下，於1966年6月生產的6Y1型0004號機車開始採用大功率矽半導體整流器取代引燃管作為整流裝置，成為中國第一臺採用矽整流器的電力機車，每臺機車共享960只矽元件，使用效果良好。1967年，透過借鑑6Y2型機車的技術，田心機廠試製了6Y1型0007號機車。針對牽引電動機故障率高，主要是環火和電樞匝間短路的問題，經研究發現蘇聯的NB410型牽引電機設計中存在的根本性缺陷，電壓高、極數多、換向片多而薄，因此株洲所、田心機廠共同研製了1500伏四極帶補償繞組的ZQ650-1型牽引電動機。初期6Y1型機車仿照蘇聯H60型機車，採用28元件的調壓開關與鐵芯過渡電抗器，容易造成調壓開關觸頭燒損、牽引電機飛弧等故障；為此又研製了新的20元件帶滅弧罩的調壓開關，並設計試製了空心電抗器，減小了過渡電流的衝擊。透過這些改進，0007號機車成功解決了引燃管、調壓開關和牽引電機三大問題，並採用了碳滑板單臂受電弓取代原來的雙臂受電弓、加裝了電阻制動，解決了初期的許多故障問題。1968年，田心機廠、株機所總結了之前的經驗和成果，試製了6Y1型0008號機車，為6Y1型電力機車的第一次重大技術改造，綜合改進整流裝置，牽引電動機功率提高到700千瓦，機車小時功率提高到4200千瓦，持續功率3780千瓦，電阻制動功率也提高到2800千瓦，最大速度90公里/小時。第八臺6Y1型機車試製成功後，田心機廠報請鐵道部請求對該型電力機車投入批次生產，而當時正值文革時期，鐵道部已實行軍事管制。1968年4月27日，經鐵道部軍管會決定，批准自008號機車開始，6Y1型電力機車正式定名為韶山1型，並於1969年開始小批次生產。在1975月7月1日，參與寶成鐵路全線電氣化通車典禮的機車即為008號機車。在生產過程中，田心機廠、株機所又根據機務段的實際運用經驗，對韶山1型機車進行了許多改進。1971年，從韶山1型061號機車開始進行第二次重大技術改進，主要改進包括加大了主變壓器容量，用過渡矽機組取代過渡電抗器，電阻制動也改為矽機組勵磁，執行級位從9級增加到33級等。1976年，從韶山1型131號機車開始進行第三次重大技術改進，將主電路中抽式電路改為單拍式雙開口橋式整流調壓電路，取消了過渡矽機組而與主整流機組合並等。生產及運用.經過三次重大技術改進，韶山1型電力機車趨於成熟、穩定。1980年，經鐵道部審定，從韶山1型221號車起基本定型並開始大批次生產，至此，已經距首臺6Y1型機車出廠超過20年的時間。截至1982年底，株洲電力機車廠已經生產了299臺韶山1型電力機車，分別配屬4個鐵路局，運用於寶成鐵路、陽安鐵路、襄渝鐵路襄陽至安康段、隴海鐵路寶雞至天水段、石太鐵路等。韶山1型電力機車於1988年停產，共製造826臺。不同年代生產的機車的車號銘牌也有區別，其中6Y1型共7臺，車號為“6Y1-0001”～“6Y1-0007”；第8臺至第649臺韶山1型機車，車號為“韶山1008”～“韶山1649”；第650臺至第826臺韶山1型機車，車號為“SS1-0650”～“SS1-0826”。退出運營.至2000年代，早期生產的韶山1型機車的使用壽命已經接近或超過30年，開始進入報廢階段，許多機車已經相繼被封存或按廢鐵出售拆解。2014年9月19日晚21時59分，韶山1型309號電力機車完成牽引鎮城底-太原的6806次客車牽引任務返回太原機務段後，中國國鐵所持有的韶山1型電力機車徹底退出執行。技術特點.總體結構.韶山1型電力機車是六軸幹線客貨運通用電力機車，採用雙邊內走廊，設兩端司機室。主要電器裝置以機車最重裝置主變壓器為中央，分平面斜對稱佈置為主，有利於重量平衡。車頂兩端相對車底轉向架處各有一臺受電弓；中部有一臺空氣斷路器；車頂兩端還裝有制動電阻櫃。車體為全金屬箱式承載結構，由型鋼與鋼板焊接而成。機車的兩端各有一個司機室，機車中部是變壓器室，向兩端分別佈置為I、II端高壓室和I、II端輔助室。通風系統採用車體通風方式，側牆百葉窗是車內裝置通風冷卻的進風視窗，早期的機車採用進風百葉窗視窗，後期採用大面積豎式結構進風百葉窗，過濾除塵效果較好，外形美觀大方。轉向架.機車走行部為兩臺完全相同的三軸轉向架，採用“目”字形箱型焊接結構的構架，構架由兩根縱向側梁、枕梁和管型端梁組焊而成。車輪直徑為1250毫米，採用鍛鋼車軸和有孔輻板輪對。轉向架設有二系懸掛裝置，一系懸掛裝置由均衡梁和鋼彈簧組成，二系懸掛裝置由中央支承和搖擺旁承組成，每臺轉向架有二個摩擦旁承和二個搖擺旁承，分別各承擔一半的車體重量，牽引力和制動力透過中央支承傳遞。制動裝置採用由制動橫樑和制動拉桿的組合式基礎制動裝置，車輪的兩側都設有閘瓦。牽引電動機在轉向架上採用抱軸式懸掛、雙側剛性斜齒輪傳動。傳動系統.機車採用交—直流電傳動，接觸網上的25千伏單相交流電透過受電弓、主斷路器和電流互感器引入機車，電能經主變壓器降壓，透過整流器整流直流電後，再經平波電抗器濾波，供給兩臺轉向架上六臺並聯連線的直流牽引電動機，從而使牽引電動機產生轉矩並驅動輪對。早期的6Y1型機車採用引燃管整流，後來基本定型的韶山1型機車均改用了大功率半導體矽整流管代替引燃管，提高了裝置可靠性，也延長了機車檢修週期。韶山1型電力機車裝用一臺TGQ1-6300/25型主變壓器，額定輸入電壓為25千伏，額定容量為6300千伏安。牽引變壓器有四個繞組，包括高壓輸入繞組、兩個牽引繞組和輔助繞組，變壓器採用強迫油迴圈風冷式冷卻。整流裝置方面，早期的6Y1型電力機車採用引燃管整流器，每臺機車上裝有12個引燃管，以石墨和水銀分別作為陽極和陰極，並用引燃極在每個周波的正半波點燃電弧，因而稱為引燃管。而後來的韶山1型電力機車採用了矽整流器，整流方式為中抽式全波二極體整流，定型後改為雙電源單拍式全波二極體整流，整流裝置型號為TGZ6-3000/1500型整流器和派生系列TGZ6A-3000/1500型整流器，額定輸出直流電壓為1500伏，額定輸出直流電流為3000安倍，採用ZP500-20型或ZP500-24型的二極體整流元件，全車共享108只整流元件，整流裝置採用強迫風冷。韶山1型電力機車採用變壓器低壓側調壓開關進行調速控制，透過改變牽引變壓器次邊低壓繞組抽頭的接法來調節牽引電動機的端電壓，從而實現機車的速度調節。和高壓側調壓方法相比，低壓側調壓無需在牽引變壓器設定調壓繞組，因此大大減輕了其重量。主變壓器設有22個抽頭，其中級位轉換觸頭18個、繞組轉換觸頭4個。早期第8～60臺、第61～130臺機車分別採用過渡電抗器、過渡矽機組進行級位轉換，機車設有33級調壓級，其中9級為經濟執行位。而以後生產的機車採用矽轉換調壓的橋接中抽線路，取消了過渡機組，透過改變主變壓器低壓繞組抽頭的不同接法來調節電壓，實現33個全經濟執行級，並簡化了機車結構。除此之外，還可以對牽引電動機實施三級磁場削弱，作為恆功區的輔助調速手段，磁場削弱率分別為70%、54%和45%。韶山1型電力機車採用ZQ650-1型牽引電動機，該型電動機是四極串勵帶補償繞組的直流電動機，額定電壓為1600伏，小時功率為700千瓦，持續功率為630千瓦，最高轉速為每分鐘1835轉。