DJ1型電力機車

DJ1型電力機車，是中國鐵路的電力機車車型之一，也是中國第一種從國外進口並投入批次生產的交流傳動電力機車。DJ1型電力機車為雙節八軸大功率貨運電力機車，由西門子交通集團在“歐洲短跑手”基礎上為中國市場改進設計而成，其中首批3臺由奧地利格拉茲工廠製造，後17臺透過技術轉讓並由中外合資企業株洲西門子牽引裝置有限公司在中國國內製造。發展歷史.引進.1990年代初起，隨著世界上交流傳動技術的成熟和所具有的優點，已經逐步成為國際上電力機車發展的必然趨勢。為了加快中國電力機車從直流傳動向交流傳動的轉換，中華人民共和國鐵道部除了立項開發AC4000型交流傳動電力機車，同時並考慮透過採用技貿結合、合資生產方式引進國外先進技術，儘快縮短中國與世界先進水平間的距離。早於1993年底，株洲電力機車廠已經與德國西門子交通集團開始就引進電力機車的技術、合作形式進行洽談。1997年3月底，中國機械進出口公司、中華人民共和國鐵道部與西門子交通集團正式簽訂了20臺交流傳動電力機車的供貨和技術轉讓合同，合同總值7000萬歐元，由中國鐵道部借用奧地利政府貸款支付。該型機車被定型為DJ1型，其中“D”代表電力機車、“J”代表交流傳動。DJ1型電力機車是由西門子公司以第二代“歐洲短跑手”基礎上，專門為中國鐵路設計製造的雙節重聯八軸過載貨運電力機車。機車採用交—直—交流電傳動系統，採用了非同步交流牽引電動機、水冷GTO牽引變流器、及“SIBAS 32”微機控制系統等技術。生產.根據合同規定，中國鐵道部訂購20臺DJ1型電力機車，其中首3臺開始採用國產化車體和屏櫃元件；從第15臺機車開始使用國產化的交流傳動系統；最後一臺機車儘量採用國產化零部件，包括轉向架等。首臺DJ1型電力機車於2001年5月31日在格拉茲工廠竣工；三臺進口機車於2001年底經海路運抵中國天津港。2002年7月8日，首臺中國國內生產的DJ1型電力機車在株洲西門子牽引裝置有限公司下線，時任中國鐵道部總工程師王麟書和西門子交通集團機車部門總裁沃爾克·克費爾出席了典禮。至2003年7月，株洲西門子牽引裝置有限公司生產的最後一臺DJ1型機車出廠並交付使用。運用.2001年12月，首批三臺從奧地利進口的DJ1型電力機車抵達中國後，其中0001號機車被送往中國鐵道科學研究院北京環形鐵道試驗基地，進行各種型式和效能試驗；0002號機車被送往株洲西門子牽引裝置有限公司，用於生產技術的轉讓和培訓工作；0003號機車配屬鄭州鐵路局寶雞機務段秦嶺補機隊，在寶成鐵路秦嶺北坡區段作為補機投入運用。根據機車在三年保修期內發現的故障和問題，西門子公司先後對機車車鉤、齒輪箱、撤沙閥、控制線路、車頂渡板等部分進行改造，又改善了機車的控制軟體。為了緩解中國大陸煤電油運緊張的狀況、使大秦鐵路運煤專線儘快在2004年實現年運量1.5億噸、2005年實現年運量2億噸的目標，中國鐵道部決定自2003年下半年開始在大秦鐵路開行單元萬噸過載列車，並進行了數次牽引執行試驗；而在此前由於受到當時中國鐵路技術條件限制，大秦線煤炭列車的牽引方式主要為韶山4型電力機車單機牽引5000～6000噸列車。2003年7月21日至27日，北京鐵路局、中國鐵道科學研究院合作，在大秦鐵路使用兩臺DJ1型電力機車進行了萬噸列車牽引及制動試驗，對列車起動加速、緊急制動、坡停起動、列尾裝置、變電所供電容量等各種方面進行測試；試驗結果表明DJ1型電力機車具有雙機牽引萬噸列車的良好能力。2003年8月，20臺DJ1型電力機車全部改配屬北京鐵路局大同鐵路分局湖東電力機務段；同年8月31日，DJ1型機車正式投入大秦鐵路運用，擔當萬噸單元過載列車的牽引任務；2004年底，大秦線萬噸單元過載空車車列的機車交路進一步延伸至北同蒲鐵路和雲崗支線。2007年7月起，湖東機務段開始配屬HXD1、HXD2“和諧”型大功率交流傳動電力機車，擔當大秦線2萬噸組合過載列車的牽引任務。隨著和諧型機車配屬數量的增加，逐步替代了原來的DJ1、韶山4型電力機車，成為大秦線過載運輸的主力車型。根據鐵道部的安排，湖東機務段於2009年上半年間陸續調出所有DJ1型機車，改配屬西安鐵路局新豐鎮機務段寶雞運用車間秦嶺補機隊，於2009年4月起再次在寶成鐵路秦嶺北坡區段投入運用，同時西安鐵路局並調整了貨物列車編組計劃，使寶成線的貨運牽引定數由2800噸提高到3500噸。隨著機車使用年限和執行公里數的增加，DJ1型機車從2009年開始陸續進入第一個大修週期。由於DJ1型機車並沒有定點大修廠，其中修主要由寶雞機車檢修廠進行，而南車洛陽機車有限公司負責機車輪對大修。然而，由於DJ1型機車數量僅20臺，造成小批次生產的國產零部件價格較高，而進口零件越趨缺乏的情況下，對機車檢修造成困難，加之在大秦鐵路中超負荷的運用，因此部分機車曾長期停機待修或封存。根據這一情況，寶雞運用車間制定了“維持使用，損壞一臺，報廢一臺”的原則，直至全部報廢。截止2012年年底，共有12臺機車封存並拆解部分零件供另外8臺使用。儘管如此，8臺在運用的機車依舊“帶病工作”。2013年3月末，DJ1型機車被全部停用封存，補機任務全部由HXD3型電力機車以及少量SS4型電力機車擔當。評價.DJ1型電力機車自投入運用以來獲得了良好的評價，運用部門普遍認為機車牽引力大、操縱方便舒適、自動化程度高、經濟性較好，牽引時功率因數接近1。雖然機車投入運用初期部分零部件故障較多，例如絕緣子、蓄電池充電器、空調、砂箱等部分，但經過調整之後有所改善，而最主要的交流傳動系統故障率較小。然而，由於訂購機車的時候並未充分考慮到中國鐵路的實際發展需要，因此所選擇的機車軸功率偏小，僅與交—直流電傳動的國產韶山4型電力機車相同，一定程度上限制了交流傳動優勢的發揮。此外，由於DJ1型機車為西門子公司的產品，其微機控制系統有關部分仍受到專利技術保護，對機車的故障診斷、維護檢修造成一定困難，例如中方人員技術人員從機車下載資料之後，需要上傳到西門子德國本部，經德方分析故障原因和提出解決方案後，通知西門子公司在華的售後服務組進行處理。技術特點.總體佈置.DJ1型電力機車是雙節重聯的八軸大功率幹線貨運用電力機車，由兩節完全相同的四軸機車透過中間車鉤、橡膠聯掛風擋、電氣及空氣重聯管線等連線而成，之間並設有中間走廊連通，車頂設有25千伏高壓連線線；每節機車是一個完整的獨立系統；可由司機在任何一端司機室對兩節機車進行控制。車體為焊接式整體承載結構，車內裝置採用兩側屏櫃化佈置，並設中間貫通走廊。車頂外接裝置較少，每節機車後部車頂設有一臺單臂式受電弓，以及賽雪龍公司，持續功率為6400千瓦；機車標準軸重為23噸，並可以透過增加壓鐵提高到25噸；機車並設有“加速模式”，當牽引列車啟動時機車最大功率可達到8100千瓦，使用時間限制為十分鐘，以提高列車啟動加速能力。DJ1型機車出廠時均使用西門子8WL0-138-6YG69型受電弓。自2004年2月份起，北京鐵路局當局發現一些受電弓出現裂紋及轉軸彎曲等問題，加上類似型號受電弓在廣鐵集團進港SS8機車使用時，導致九廣東鐵架空電纜加速損耗，就算更換碳滑板後情況依舊。為保障行車安全，遂委託中車大同電力機車研製了國產的DSA-200型受電弓。四臺DSA-200受電弓分別安裝在4輛機車上進行運用試驗；至2006年，所有DJ1型機車均在中修期間陸續改用DSA-200型受電弓，並陸續被推廣至後期的韶山4型、韶山8型、韶山9型等電力機車使用。機車主電路.DJ1型電力機車是交—直—交流電傳動的單相工頻交流電力機車，每節四軸機車的主電路由主變壓器、牽引變流器、牽引電動機三大部分構成。接觸網導線上的25千伏單相工頻交流電電流，經受電弓進入機車後經過主斷路器再進入主變壓器，交流電經過主變壓器的三個牽引繞組後，分別向三組四象限脈衝整流器供電並整流為直流電，然後經過兩組並聯工作、電壓為2400～2600伏的中間直流回路，再由兩個牽引逆變器轉換成三相交流電輸出，分別向兩臺轉向架上的四臺非同步牽引電機供電，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。機車採用了西門子公司開發的VVVF牽引變流器，每節機車均有一臺牽引變流器櫃，內部包含了3個四象限整流器、2個逆變器以及中間電路電容器、保護模組、牽引控制單元。此外，DJ1型機車也繼承了西門子交流傳動系統的特點，當機車起動加速時其GTO牽引變流器會發出音階磁勵音，與ES64U2型電力機車類似。控制系統.DJ1型機車裝載了西門子公司開發的“SIBAS 32”-{zh-hans:32位; zh-hant:32位元}-車載智慧微機系統，實現了對機車的調節和邏輯控制，並能夠透過人機介面顯示故障並進行相關保護。“SIBAS 32”系統採用集散控制模式，由中央控制單元兩級網路構成，WTB負責兩節機車之間的外部通訊，而MVB負責單節機車內部各單元的資料交換。司機操縱檯上並設有一臺液晶顯示屏，直接顯示機車執行狀態和故障診斷資訊。此外，“SIBAS 32”系統並設有配套的診斷軟體，技術人員可以使用-{zh-cn:膝上型電腦; zh-tw:筆記型電腦; zh-hk:手提電腦}-，透過機車上的RS-232-{zh-hans:序列介面; zh-hant:串列埠}-與機車連線並下載資料紀錄，然後使用“SIBAS Expert 2”軟體分析導致機車出現故障的軟硬體，從而提高檢修效率。轉向架.每節機車擁有兩臺二軸轉向架，是以ES64F型電力機車的轉向架為基礎設計。轉向架構架採用鋼板焊成箱形結構的“H”型構架，輪對軸箱採用拉桿定位。一系懸掛採用螺旋彈簧；二系懸掛為高撓螺旋圓彈簧配橡膠墊，並設有垂向液壓減振器。牽引力或制動力透過中間低位推輓式斜拉桿牽引裝置傳遞。牽引電動機採用滾動軸承抱軸式半懸掛、單邊剛性直齒傳動。基礎制動裝置為輪盤制動；停放制動裝置為蓄能制動。