DDJ1型電力動車組

DDJ1型“大白鯊”電力動車組是中國鐵路第一代高速鐵路電力動車組，由株洲電力機車廠、長春客車廠、四方機車車輛廠、唐山機車車輛廠、南京浦鎮車輛廠及株洲電力機車研究所等單位於1999年聯合研製成功，屬於實驗性車型，僅試製一列並未投入批次生產，曾獲“九五”國家重點科技攻關計劃優秀科技成果。DDJ1型電力動車組為動力集中式的單端動力推輓式列車組，採用交—直流電傳動，最高運營速度為200公里/小時。發展歷史.背景.在1990年代初以前，中國鐵路的旅客列車速度長期停留在120公里/小時的水平，並面對著來自高速公路和航空運輸的嚴峻挑戰。1990年，中華人民共和國鐵道部決定選定廣深鐵路作為試驗區段，對既有線路進行技術改造，以時速160公里的準高速鐵路作為突破口，為未來發展高速鐵路進行探索和試驗。1994年12月，廣深準高速鐵路正式開通並投入運營，為中國自1995年開始的全面提速戰略提供了堅實的技術基礎；經過多次提速試驗後，於1997年4月1日在三大鐵路幹線實現中國鐵路第一次大面積提速。為了進一步提高鐵路客運的競爭力，中國鐵道部決定向時速200公里/小時的高速鐵路領域進軍。1997年1月5日，韶山8型電力機車在鐵道部科學研究院北京環行鐵道試驗基地，創造了當時中國鐵路最高試驗速度——212.6公里/小時。同年，由中國鐵道部科教司立項的“200公里/小時電動旅客列車組”正式被列入中國第九個五年計劃國家科技攻關計劃發展專案之一。研製.1997年4月，中國鐵道部正式下達了《200公里/小時電動旅客列車組設計任務書》，主要目標是研製一列運營速度為200公里/小時，最高試驗速度達到220公里/小時，並能用於商業運營的電力動車組。動車組採用“一動六拖”的動力集中方式，研製單位主要有株洲電力機車廠、長春客車廠、四方機車車輛廠、唐山機車車輛廠、南京浦鎮車輛廠及株洲電力機車研究所等；其中株洲廠和株洲所承擔動力車的研製，長春廠承擔動車組總體研究和研製單層一等座車、單層二等座車、帶司機室的單層二等座車各一輛，浦鎮廠研製雙層二等座車一輛，四方廠和唐山廠研製單層二等座車各一輛。為了驗證既有線試驗區段的提速改造的整體水平，以及為電力動車組的研製提供試驗資料，1998年6月，在京廣鐵路許昌至小商橋區段進行了中國首次200公里/小時旅客列車正線綜合性能試驗，最高試驗速度達到239.7公里/小時，創造了當時中國鐵路第一速的紀錄；除了韶山8型電力機車外，參與試驗的車輛還包括了五輛分別裝用長客廠CW-2G、CW-200、浦鎮廠PW-200、四方廠SW-200等四種高速轉向架的試驗車。1999年3月，經鐵道部確認，200公里/小時電力動車組正式定型為DDJ1型。試驗.1999年5月26日，動力車正式完成株洲廠內的測試，隨後在同年6月上旬被運送至北京環行鐵道，同時其他工廠研製的車廂亦陸續抵京。1999年7月7日，DDJ1型電力動車組進行編組後的首次綜合試驗。中國鐵道科學研究院負責對動車組在環形線進行安全評估試驗；四方車輛研究所、北方交通大學、株洲電力機車廠、南京浦鎮車輛廠、唐山機車車輛廠、四方機車車輛廠、長春客車廠等單位共同完成動車組牽引效能、動車動力學、拖車動力學、制動效能、弓網受流質量、空調效能、供電等試驗，期間列車最高試驗速度達到180公里/小時。同年8月，DJJ1型電力動車組在北京完成安全評估試驗和各項效能測試後，赴廣深鐵路進行上線試驗。1999年8月20日凌晨，DDJ1型電力動車組首次在廣深鐵路進行試執行；試執行為時12天，試驗包括機車車輛、線橋裝置及列車超速防護系統等三個方面100餘項測試專案，並在一次試驗中瞬間時速達到223.2公里/小時。試驗完畢後由鐵道部安全評估專家組對DDJ1型電動車組的各項試驗報告進行全面審查，認為時速200公里電動旅客列車在廣深線可按最高時速180公里進行運營考核。1999年9月27日起，DDJ1型電力動車組在廣深鐵路以180公里/小時的最高運營速度開始載客試營運，每天擔當2對來往深圳和廣州東的廣深城際列車，成為中國第一列時速200公里的商業營運列車。然而，由於動力車採用了四臺1000千瓦的脈流牽引電動機，以提高電壓和電流的方法來提高電機轉速。基於直流電動機的技術限制，電機的各項效能指標已接近或超過臨界值，導致牽引電機可靠性較差，機車耗電量大。列車投入商業運營後故障率很高，列車在廣深鐵路運用一年期間的總停運時間長達幾個月，只能作為備用車使用。至2002年中，DDJ1型電力動車組停運，並封存於廣州車輛段石牌客技站。2002年10月，“大白鯊”列車根據鐵道部安排，改配屬中國鐵道科學研究院，並於2003年4月被送返北京環行鐵道封存至今。技術特點.總體結構.DDJ1型電力動車組為動力集中方式的推輓式動車組，採用7輛編組，由1輛動力車、5輛單層客車、1輛雙層客車組成。動力車為一臺四軸高速電力機車，其總體佈置採用雙側走廊、單端司機室，車內裝置採用分室斜對稱佈置，從前至後分別為司機室、第一電氣室、變壓器室、第二電氣室、機械室。電氣室內設有主整流拒、輔助變流櫃、制動電阻櫃、控制電器櫃、微機控制櫃等裝置；機械室設有牽引電動機通風機、空氣壓縮機、空氣制動櫃等裝置。主變壓器位於車體中央並下沉於車體底架下，與平波電抗器、限流電抗器共用冷卻油箱。機車車體、轉向架、變壓器等各主要部件均進行了輕量化設計，使機車達到了總重84噸、軸重21噸的要求。為了減少高速執行時的空氣阻力，動力車採用了流線型車頭、車頂導流罩，車體下部兩側並設有裙板。客車車廂採用無中粱薄壁筒整體承載的全鋼焊接結構。列車總定員為438人，一等座車和二等座車均採用“2+2”單向座席佈置，差異僅在於座位空間和間距。為提高車廂的密封效能，車輛門窗、連線風擋及排汙系統均設計成密封結構，採用了法國進口塞拉門、日本成田製作所的密封風擋、瑞典進口的集便裝置、日本三菱的空調機組等裝置。為了減少執行阻力，所有客車均採用全封閉的車下裙板，與雙層座車相鄰之單層座車車頂並設有導流罩。各車廂之間使用密接式車鉤連線。控制車車頭蓋版用複合材料製作，前窗玻璃採用雙層防爆電熱玻璃。為了克服列車反向推行狀態下控制車輪重減載率偏大的問題，除了在控制車車體前端裙板內設定了配重箱，並借鑑了X2000擺式列車的經驗，在控制車的前導轉向架構架上加設了配重塊。電路系統.動力車為一臺交—直流電傳動的單相工頻交流電力機車，機車主電路與韶山8型電力機車大致相同，採用閘流體不等分三段半控橋調壓和勵磁無級調節，實現恆流準恆速特性控制，恆功速度範圍為127～200公里/小時；電氣制動採用加饋電阻制動。機車採用ZD118型牽引電動機，是在韶山8型機車所使用的ZD115型牽引電機基礎上改進而成，為六極、中電壓、帶有補償繞組、C級絕緣、全疊片機座的復勵脈流牽引電動機，兩者結構上基本相同，ZD118型電機提高了功率和絕緣等級，持續功率達到1000千瓦，令動力車成為中國鐵路單軸功率最大的交—直流電傳動電力機車。輔助電路採用單—三相交—直—交變流器供電，取代了傳統的旋轉式劈相機。動力車並設有向客車車廂供電的系統，採用集中整流、分散逆變的方式，動力車分兩路向客車供應600伏直流電源，經由每節車廂設定的逆變器，將600伏直流電逆變為兩路380伏交流電源，可為空調、電熱、電茶爐以及照明等電器裝置提供電源。控制系統.DDJ1型電力動車組的控制系統與出口伊朗的TM1型電力機車相似，同時結合了國產微機控制系統和Adtranz公司的“MICAS-S2”微機控制系統，其中“MICAS-S2”部分主要實現故障記錄、顯示和列車重聯控制功能。控制網路由三級構成，分別為列車匯流排、車輛匯流排、控制器匯流排，其中列車匯流排直接貫通全列車，連線動力車和控制車。列車匯流排重聯通訊採用頻率偏移調製方式為主體 ，控制功能包括牽引及制動特性控制、超速保護、空電聯合制動、自動過分相控制、列車電空制動控制等功能。司機操作檯取消了傳統的模擬顯示儀表，代之以微機控制和監控的液晶顯示屏。轉向架.動力車走行部為兩臺二軸轉向架，軸式為Bo-Bo。轉向架結構與韶山8型電力機車大致相同，構架採用高強度低合金材料。一系懸掛為螺旋彈簧加垂向油壓減振器；二系懸掛為高柔度螺旋圓彈簧配垂向、橫向、抗蛇行油壓減振器的組合。機車採用電機架承式全懸掛結構、雙側六連桿輪對空心軸彈性傳動裝置、單邊剛性直齒傳動。牽引力或制動力透過中間低位推輓式牽引裝置傳遞。