韶山8型電力機車

韶山8型電力機車重點科技攻關專案，原設計是用於廣深準高速鐵路的電力機車，後成為用於中國幹線鐵路牽引提速旅客列車的主型機車。機車最大執行速度為170公里/小時，最高試驗速度達到240公里/小時。發展歷史.背景.1989年，中華人民共和國鐵道部、中國鐵道科學研究院和廣州鐵路局組成的聯合專家組，對廣深線旅客列車最高速度提高到160公里/小時進行了前期可行性研究。1990年，鐵道部發布《鐵計【1990】1號文》，正式將“廣深鐵路實現旅客列車最高速度160km/h的技術方案研究”列入1990年鐵道部科學技術發展專案。同年，鐵道部以《鐵科技函【1990】474號文》下達了《廣深線準高速鐵路科研攻關及試驗計劃的通知》，至此，廣深鐵路準高速機車車輛、線路工程、訊號系統、速度分級控制及安全評估試驗等15重點技術攻關研究計劃開始全面執行，並將韶山8型準高速電力機車以及東風11型準高速柴油機車、25Z型準高速雙層客車、25Z型準高速客車、準高速旅客列車速度分級控制、旅客列車行動電話系統，準高速鐵路接觸網及受流技術等專題列入“八五”國家科技攻關計劃。1991年，鐵道部以《鐵科技函【1991】98號》檔案下達“關於廣深線準高速SS8型電力機車設計任務書的要求”，由株洲電力機車廠與株洲電力機車研究所共同設計，新型準高速電力機車定型為韶山8型電力機車，車型代號SS8。後根據廣深鐵路的實際要求，於1993年在韶山8型機車技術設計審查會上對設計任務書的細節進行了修正。1993年9月底，根據“客運電力機車轉向架研討會”的要求，經再次修正確定設計指標，機車功率從3200千瓦提高到3600千瓦。研製.根據鐵道部下達的設計任務書要求，株洲所和株機廠於1993年10月至1994年6月，先後完成了機車總體、轉向架、電器、空氣管路系統、牽引電機等方面的設計工作；1994年7月開始試製，1995年2月首兩臺韶山8型機車樣車牽引電動機，電機功率為800千瓦，機車持續功率3,200千瓦。1996年4月至5月，株機所及株機廠按照設計要求，設計新的900千瓦牽引電機和輪對空心軸轉向架，並對0001、0002號兩臺機車進行重大技術改造，改為採用ZD115型900千瓦脈流牽引電動機和輪對空心軸傳動結構轉向架，持續功率提升至3,600千瓦，滿足最高運營速度170公里/小時的要求。試驗.1996年5月至10月期間，經改造後的韶山8型電力機車在鐵科院北京環行鐵道試驗基地進行了型式試驗，完成機車稱重、受電弓特性、執行阻力、動力學效能、制動系統等方面的測試，最高試驗速度達到了187公里/小時。1996年11月，韶山8型電力機車在京廣鐵路鄭武段間提速試驗和動力學效能試驗時，正線最高試驗速度達到185.3公里/小時，創下當時中國鐵路既有線最高執行速度。1997年1月5日，在鐵科院北京環行鐵道試驗基地進行中國鐵路首次時速200公里以上的高速綜合試驗，由韶山8型機車牽引南京浦鎮車輛廠研製的25Z型雙層客車，創造了最高試驗速度212.6公里/小時的記錄，創造了當時的“中國鐵路第一速”，時任鐵道部副部長傅志寰亦參與了這次試驗。1998年6月24日，SS8 0001機車於京廣鐵路許昌至小商橋區段的實驗中達到240公里/小時的速度記錄，創下了當時的“中國鐵路第一速”。其後這個紀錄雖然在1999年被DDJ1型電力動車組打破，但韶山8型電力機車仍然是中國鐵路機車中的最高速度記錄保持者，直至2016年。生產及改進.完成一系列的試驗後，株洲電力機車廠在1996年10月至12月開始小批次生產。1997年2月，韶山8型機車通過了鐵道部科技成果鑑定。由於當時廣深鐵路電氣化提速改造工程尚未完成，因此首批35臺韶山8型機車先於1997年3月交付鄭州鐵路局鄭州機務段，擔當京廣鐵路鄭武段的客運列車牽引任務。株機廠根據機車實際運用情況，對機車存在問題進行了改進，提高了機車的可靠性，並於1997年7月正式批次生產。1998年根據《鐵道部科技機函【1998】34號》檔案的要求加裝了DC600V列車供電裝置，1999年進行機車雙管供風改造。韶山8型電力機車於2001年停產，共累計生產245臺。韶山8型2000系.韶山8型機車按持續制功率3600千瓦設計，除了可以作為準高速客運機車，也容許以改變轉向架或改變傳動比，構成其它型別的機車。1997年，為了適應京廣鐵路客運提速的實際需要，同時鐵道部也要求對隴海線西段，與大同電力機車廠的韶山7C型競爭。透過修改機車的齒輪傳動比，最高速度降低到150公里/小時，但機車牽引力提高了約14%，恆功率範圍向低速區偏移，以滿足透過西隴海線12‰的長大坡道的需要，在1998年中生產了韶山8型2001、2002號兩臺試驗車。1998年6月26日，株機廠與鄭州鐵路局合作，在隴海鐵路鄭州至三門峽區段進行了試驗。但其試驗結果不如採用Bo-Bo-Bo軸式的韶山7C型電力機車，也使株洲廠失去了在隴海線客運提速機車選型中的訂單。而2001號和2002號機車也被重新改回原來最大速度170公里/小時的結構，並配屬北京鐵路局石家莊機務段。至2007年，這兩臺機車連同另外若干臺普通型SS8，以及部分舊版SS9在山西完成大修後被調撥到上海鐵路局上海機務段，是上局首次使用本型機車。大修.本型機車大修主要由中車株機原廠保修，但亦有個別機車由中車太原機車車輛。而最近一次則為2015-2016年，包括SS8 2002在內的上海鐵路局SS8機車返回中車株機進行大修及翻漆車身，並於2016年2月完成。封存及退役.由於新型交流傳動客運機車。南昌局集團亦在2019年1月尾招標，將已除籍的0050、0054、0055、0109、0111、0115、0116及0117八輛機車的廢鋼出售予回收業者，並已於2月9日開標。至於廣州局集團，則於2019年11月2日拆解0065-0067三輛機車，但外殼獲鐵路迷購入作私人收藏；而0002亦於2019年退役，及後成為韶關機務實訓基地的收藏品之一，是目前唯一一臺獲完整儲存的退役機車。此外，由於廣州局集團廣州機務段及北京局集團邯鄲機務段在2018年中分別接收大批HXD1D及HXD3C新款機車，上述機務段已於同期將部分SS8送往下轄的其他運用車間，以“儲備機車”名義封存但未除籍。隨著更多CR200J、復興1型電力機車及FXD3投入服務，相信SS8的重要性會大不如前。技術特點.總體佈置.韶山8型電力機車是在韶山5型電力機車基礎上研製的四軸準高速幹線客運電力機車。機車車體採用框架式整體承載全鋼焊接結構，車體蒙皮結構使用耐候鋼，並使用了有限元分析法進行車體輕量化設計，韶山8型機車的車體重量從韶山5型機車的20.7噸減少到18.1噸。總體佈置沿用“韶山”系列電力機車傳統的雙側走廊、兩端司機室，全車共分七個間隔室，中間為變壓器室、然後向兩側依次為l、II端電氣室，I、II端機械室，I、II端司機室。主要電器裝置以機車最重裝置主變壓器為中央，其他裝置分平面斜對稱佈置為主，有利於重量平衡。兩端司機室之後車頂各安裝一臺TSG3 630/25型，其他車頂裝置包括空氣斷路器、高壓電流互感器、高壓電感互感器、避雷器等。車體底架下安裝有兩臺轉向架、兩個總風缸、空氣乾燥器及蓄電池箱。機車採用車體自然通風方式，冷風透過機車側牆過濾器百葉窗進入車內，經四個風道系統對牽引電動機、變壓器及矽整流機組進行冷卻。制動系統採用DK-1型電控空氣制動機，由機車電空制動機對列車電空制動系統直接控制，以保證列車制動時的平穩性。機車持續功率3600千瓦，最高運用速度170公里/小時，機車總重88噸，軸重22噸。為減少機車高速執行時的空氣阻力，韶山8型機車頭型經風洞模擬試驗，司機室正面為傾斜角達26.15°的傾斜平面。首130臺韶山8型電力機車駕駛室擋風玻璃面積較大，使用厚度12毫米的玻璃。但由於多次發生機車高速行駛途中玻璃被異物擊中爆裂，因此由0131號機車開始，兩端車窗面積改小以減少受壓面積，同時採用了更高強度、厚度達21毫米的玻璃，減低機車在高速行駛期間發生玻璃碎裂的機會，頂燈也作出一些改動以減少風阻。到後來早期出廠的大車窗機車也在廠修期間被改為小車窗。另外，上述後期生產機車，其小車窗設計為長方型，而非早期130輛改裝車窗機車的平行四邊型。順帶一提，以往所有本型機車近車頭位置，均漆上中易宋體或仿宋體看齊。另外，各鐵路局本型機車所用車號、配屬局字型亦有所不同。電路系統.主電路.韶山8型電力機車是交—直流電傳動的單相工頻交流電力機車。接觸網導線上的25千伏工頻單相交流電電流，經受電弓經過主斷路器進入機車後，輸入主變壓器經牽引繞組降壓後，由閘流體相控整流電路轉換成直流電，供給六臺分兩組並聯的牽引電動機，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。機車安裝一臺TBQ9-5816/25型主變壓器，該型變壓器採用一體化結構，與平波電抗器、限流電抗器合併安裝並共用冷卻系統，冷卻方式為強迫油迴圈導向風冷冷卻。機車主電路設計借鑑了6K型電力機車，採用由大功率閘流體和二極體組成的不等分三段半控橋式相控整流電路，而非韶山5型機車的兩段串聯相控整流電路，並取消了原來的功率因數補償裝置。在引進8K型電力機車的同時，株洲電力機車研究所也從美國西屋電氣公司引進大功率半導體制造技術，被應用於韶山8型機車的閘流體元件。為擴大機車恆功速度範圍，機車可採用閘流體分路進行無級磁場削弱，實現機車全過程無級調速。由於整流電路不設全控橋，因此機車的動態制動方式由韶山5型機車的再生制動，改為加饋電阻制動，使機車在低速區可以保持較大的制動力，制動功率為2700千瓦。每臺機車裝用四臺直流牽引電動機，首兩臺原型車初期試驗時採用與韶山5型電力機車相同的ZD107型六極串勵直流牽引電動機，額定功率為800千瓦，採用半疊片機座技術、全H級絕緣、電機空心軸架承式懸掛。後來批次生產的韶山8型機車均採用ZD115型牽引電動機，該型電機是採用全疊片焊接機座機構、帶有補償繞組的六極串勵直流電動機，額定功率為900千瓦，絕緣等級為全H級，採用輪對空心軸三支點彈性架承式懸掛，冷卻方式為強迫風冷。輔助電路.韶山8型機車的輔助電路採用單—三相交流電系統，使用為輔助電路供電，將主變壓器輔助繞組供應單相交流電轉換成三相交流電，車內各種輔助裝置如變壓器、整流裝置、牽引電動機、制動電阻櫃等裝置的通風冷卻，以及空氣壓縮機的驅動均採用三相交流非同步電動機，電壓制式為380伏三相交流電。供電電路.韶山8型電力機車並設有列車供電功能，在設計時主變壓器就預留了列車供電繞組，當初期由於列車供電的條件未成熟，因此早期出廠的機車並未設有供電裝置，車頭下方的供電插座亦被封閉。至1998年，株洲電力機車廠成功研製了DC600V列車供電系統，並首次安裝在韶山8型電力機車上及投入運用。每臺機車裝備了二套完全獨立的列車供電系統，由主變壓器供電繞組提供870伏單相交流電，經整流後輸出電壓600伏直流電，功率為2×400千瓦，採用機車集中整流、客車分散逆變的供電方式，向旅客列車提供空調、取暖、茶爐、照明等供電電源，使列車無需加掛發電車。首列採用DC600V直供電的25K型客車自1998年10月1日起在北京西—武昌的T79/80次列車上使用，由鄭州機務段的韶山8型電力機車擔當牽引及供電任務，是中國鐵路採用DC600V機車直供電的首次試驗。自2005年開始，隨著機車直供電技術成熟，配套的DC600V直供電25G型客車、25T型客車的快速普及，早期生產的韶山8型機車也加裝了供電系統，至今所有韶山8型機車都配有客車供電裝置。控制系統.韶山8型電力機車採用微機控制系統取代了韶山5型機車的電子模擬控制。微機控制系統架構模仿自進口的8K、6K型機車，並根據韶山4型0038號機車的使用經驗進行改進，系統由一個微機控制櫃，和裝在司機室操縱檯上的顯示屏及顯示控制箱組成。控制系統具有恆流準恆速牽引特性控制、制動系統的恆制動力控制、防空轉及防滑行控制、磁場削弱控制、空電聯合制動控制、列車供電控制、故障診斷與故障記錄等功能。韶山8型機車在出廠時均使用電磁式繼電器等作為控制裝置，機車在進行大修時均會改用分散式邏輯控制單元作為控制裝置，將高低壓電氣櫃、列車供電櫃內的有觸點繼電器改為無觸點電路，消除了傳統電磁式繼電器容易老化和故障的缺點，提高了機車可靠性。韶山8型0010號機車是首臺大修安裝LCU的車。在指定十輛進入東鐵線的機車駕駛室內，右方的LCU螢幕上方，亦加裝了一個用來操作自動列車警報裝置的小螢幕，而車底亦裝有該系統所需的感磁器。轉向架.機車走行部為兩臺相同的架懸式二軸轉向架。構架採用“日”字形箱形梁焊接結構，軸箱採用彈性雙拉桿式定位。一系懸掛裝置由螺旋圓彈簧、橡膠墊和垂向油壓減振器組成；二系懸掛裝置採用高柔圓彈簧及橡膠墊，車體與轉向架之間並裝有垂向減振器、橫向減振器和抗蛇行減振器。牽引力和制動力透過轉向架與車體底架間的低位中間推輓式拉桿牽引機構傳遞。基礎制動裝置採用單元式單側雙閘瓦制動器；每臺轉向架上設有一個仿8K型機車的停車蓄能制動裝置。首兩臺原型車最初仍然沿用與韶山5型電力機車相同的轉向架，採用電機空心軸全懸掛驅動裝置，其齒輪箱的大部分仍屬簧下重量，加上輪徑較大達1250毫米，這兩個因素使機車的簧下重量稍大，但由於軸重較輕，因而仍然能滿足在160公里/小時執行速度下的輪軌相互作用力指標。經改造後定型及批次生產的韶山8型機車，改為採用輪對空心軸六連桿彈性傳動裝置、單側直齒六連桿萬向節傳動。牽引電動機的一端懸掛在轉向架的構架上，另一端固定在輪對的空心軸套上，齒輪箱屬於簧上重量，簧下重量僅為3噸，改善了機車的動力學效能。集電弓與直通車/港鐵完全電氣化.韶山8型機車在出廠時均使用TSG3 630/25型單臂受電弓，在2004年年初更被發現集電弓出現不同程度的扭曲及斷裂情況。在經過雙方協商後，廣九直通車即時停止使用韶山8型電力機車，恢復使用東風11型內燃機車牽引。#重定向2000年初，德國斯特曼公司及韶山7C型電力機車裝車運用，並於2005年起開始在韶山8型電力機車推廣運用，替換舊有的TSG3型受電弓。#重定向由於DSA系列受電弓能夠符合香港東鐵綫的技術要求，韶山8型電力機車也再次獲批准進入香港。2008年1月起，為配合京九直通車、滬九直通車改用DC600V直供電25T型客車，兩對列車開始改用韶山8型機車負責牽引廣州東站—九龍以有載客方式回送至廣州。#重定向截至2012年12月，牽引直通車進入香港的韶山8型電力機車計有：SS8-0141、SS8-0148、SS8-0156、SS8-0163、SS8-0166、SS8-0173、SS8-0181、SS8-0186、SS8-0191、SS8-0192，共10部韶山8型電力機車，全部於2000年生產。#重定向廣州機務段實行輪乘制，機車運用並不固定，但在運營廣州東至紅磡的直通車路段時。另外，本型機車在東鐵線上行駛時，會有一名穿上反光衣的港鐵監察員於羅湖站或紅磡站月臺長室登車帶道。#重定向主要故障.主電路瞬間接地，是韶山8型機車較常出現的問題之一，其原因為位於機車下方的牽引電動機常受風雨侵蝕，及清潔電刷等日常工作做得不足而導致的。機車配屬.有關可進入東鐵線的機車編號，詳見上文「集電弓與直通車/港鐵完全電氣化」部分。機車命名.多數已命名機車均掛上一個紅底金邊；而“新世紀金龍號”的小牌號則為藍底金字金色圖案，以6枚拉釘安裝於生產商牌號上方，“廣鐵廣段”字樣則改漆於牌號右方。