韶山9型電力機車

韶山9型電力機車是中國鐵路使用的電力機車車型之一，亦是最後一款研製的「韶山」系列直流電機車，屬於準高速幹線客運用機車，由株洲電力機車有限公司製造。發展歷史.早期型.研製.1998年初，根據中華人民共和國鐵道部科技教育司《科教裝【1998】06號》“關於下達SS9型客運電力機車設計任務書的通知”檔案，以及鐵道部科技研究開發專案合同的要求，中國鐵路機車車輛工業總公司株洲電力機車廠、株洲電力機車研究所開始在韶山8型電力機車的基礎上，研製一種用於牽引時速160公里/小時準高速旅客列車的幹線客運用六軸電力機車，研製目的是加大機車功率、提高牽引力，以滿足在較大坡度線路上的大編組旅客列車的提速需要。新機車被定型為韶山9型，代號SS9。試驗.1998年12月26日，首兩臺韶山9型電力機車段的快速旅客列車長交路牽引任務。至1999年7月底，兩臺機車共完成30萬公里的執行考核。1999年7月31日至10月21日，兩臺機車在北京的中國鐵道科學研究院環行鐵道試驗基地進行了整車型式試驗，試驗包括機車稱重、受電弓、內部及外部過電壓、功率因數、諧波、牽引效能和制動效能等方面的試驗。1999年11月1日至11月22日，韶山9型電力機車在鄭州鐵路局管內的京廣鐵路鄭州至廣水區間往返進行動力學評估試驗，0001、0002號機車分別擔任被試機車及陪試機車，期間機車最高試驗速度達到190公里/小時。全部的型式試驗工作於1999年12月結束，在2000年3月7日通過了鐵道部科技成果鑑定。在完成動力學效能試驗後，0001號機車於1999年12月至2000年5月間，在北京環行鐵道進行的貨物列車直線脫軌試驗、秦沈客運專線通訊訊號裝置、TMIS車載識別系統試驗等多項部級科技試驗專案中擔任了牽引機車。1999年9月和2000年4月，該臺機車又分別兩次在隴海鐵路鄭州至天水區間擔當了隴海線提速試驗的牽引機車，其最高試驗速度達到了150公里/小時。運用.為了儘快滿足哈大鐵路全線於2001年8月完成電氣化改造後對客運電力機車的需求，株洲電力機車廠於2001年開始批次生產韶山9型電力機車，至2002年5月間共製造了43臺。這批早期生產的韶山9型機車均採用青綠色的車身塗裝，中國的鐵路愛好者對其暱稱為“青蛙”。於2018年4月，為配合大鄭鐵路完成電氣化而作出的調圖，亦有部分的韶山9型電力機車改隸通遼機務段，是早期型SS9首次配屬內蒙古地區車輛基地。大修.2006年10月起，所有早期型韶山9型電力機車由瀋陽鐵路局逐步調往北車太原機車車輛廠房進行大修，其後於2007年4月重新分配予上海鐵路局及瀋陽鐵路局，並加上北車「CNR」牌號。改進型.研製.2002年，中國鐵道部向株洲電力機車廠下達了《SS9型電力機車改進設計任務書》，要求株洲電力機車廠在早期生產的韶山9型電力機車的基礎上，針對首批機車存在的問題進行改進，按照“模組化、標準化、系列化”的原則，對機車的裝置佈置、通風系統、車體鋼結構等進行重大設計改進。改進型機車是在原韶山9型電力機車的主要技術引數和牽引制動特性不變的基礎上，開發一種新型的機車裝置佈置設計平臺，主要特點包括：採用獨立通風系統、中央貫通走廊、屏櫃化裝置佈置方式、標準化司機室、臥式主變壓器、以及流線型車體外觀等。中國鐵道部並沒對改進型機車給予新型號，但南車株機公司內部或中國鐵路愛好者普遍稱改進型機車為“韶山9G型”或“SS9G”。運用.首臺改進型機車牽引。而自2017及2019年起，滬九直通車/京九直通車在九廣鐵路以外牽引機車再全面升級為使用交流傳動的廣鐵廣段及上局滬段HXD1D/交替使用京局京段HXD3D及廣鐵廣段HXD1D。2018年4月10日起，為配合大鄭鐵路電氣化，部分瀋陽機務段改進型機車亦分別改配通遼及白城機務段。至2006年停產，株洲電力機車廠累計生產了170臺韶山9型改進型電力機車機車出廠時曾採用藍白色塗裝，並參加了2003年初舉行的鐵道部新造機車質量展示會，展示會結束後又恢復紅白色塗裝。韶山9型改進型機車常被中國的鐵路愛好者暱稱為“燒酒”，源於韶山9型簡稱為“韶九”，與“燒酒”諧音。技術特性.效能特點.韶山9型電力機車是六軸幹線客運電力機車，是在韶山8型電力機車基礎上研製的系列化產品，同時吸收了韶山6B型電力機車的經驗，並克服了韶山8型技術上存在的問題，其高速動力學效能、牽引和制動效能均優於韶山8型機車，適用於長距離、長大坡道、大編組旅客列車的牽引需要。不同於韶山8型機車採用的Bo-Bo軸式功率為4000千瓦，分別比韶山8型機車的持續功率、持續牽引力和電制動功率高33.3%、34.1%、48.1%。韶山9型機車克服了韶山8型在長大坡道牽引大編組列車功率不足的缺陷，可牽引18節客車在16‰、14‰、12‰、10‰的長大坡道上，分別以84公里/小時、92公里/小時、96公里/小時、105公里/小時的速度勻速上坡，提高列車的平均運營速度。總體佈置.早期型.韶山9型機車車體採用側壁承載式全鋼焊接結構，並對車體、變壓器油箱、轉向架及其他電氣部件進行了輕量化設計，使其達到軸重21噸的要求。總體佈置沿用雙側走廊、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端高壓室，I、II端輔助室，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DSA-200型單臂式受電弓；車頂中部裝一臺主斷路器。此外，機車頭型設計突破了傳統的以平面為主的多稜角外形設計，司機室正面為傾斜角達68.85°的傾斜平面，機車外形全部採用圓弧過渡。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。制動系統採用DK-1型電控空氣制動機。早期型SS9機車是中國最後一款採用「一正一/二副」司機值乘設計的機車，在SS9G中已改為只供單司機值乘。改進型.韶山9型改進型機車的裝置佈置、車體外觀有較大變化。改進型機車跟隨國際趨勢改用寬600毫米的貫通式中間走廊，放棄了中國“韶山”系列電力機車一貫的雙側走廊設計；車內裝置隨中間走廊斜對稱佈置，以利於軸重分配；車頂蓋由原來的5個改為3個。屏櫃及各部件採用模組化設計，包括1號矽整流櫃、2號矽整流櫃、1號高壓櫃、2 號高壓櫃、2號牽引通風機組、 3號牽引通風機組，以便於部件維護和更換。同時，牽引變壓器由殼式變壓器改為芯式臥放變壓器，懸掛在車體底架以下，降低了機車的重心高度。同時，株洲電力機車廠也邀請了義大利著名汽車設計公司賓尼法利納，參與對改進型機車車體外形的流線型最佳化設計，採用圓弧微流線頭型外觀造型。由於賓尼法利納也是瑞士聯邦鐵路Re 460型電力機車車體的造型設計單位，因此這兩種機車的外觀也相當類似。改進型機車並改用獨立通風系統，採用側牆夾層進風道，因應冷卻物件不同而分為四大通風支路。每條通風支路均有自己獨立的進、出風風道，有助減低車內負壓，改善機車防塵效果及防寒效能。機車採用了標準化司機室，可滿足單司機值乘條件下司機在司機室內完成部分裝置的轉換和隔離。原裝SS9G機車兩頭頂端裝有整流罩；但是，目前絕大多數機車，其整流罩悉數已被摘除，此等機車又稱「砍頭九」。電路系統.主電路.韶山9型電力機車是交—直流電傳動的單相工頻交流電力機車。早期型機車安裝一臺TBQ12-8668/25型主變壓器，該型變壓器採用一體化結構，與平波電抗器、列車供電濾波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。改進型機車安裝一臺TBQ19-8668/25型臥式結構主變壓器，安裝在車體底架之下。機車主電路採用由大功率閘流體和二極體組成的不等分三段半控橋相控整流電路，整流橋採取先大橋後小橋的順控方式，其中一段半控橋佔二分之一的整流電壓用於低速區，另外兩段半控橋佔另外二分之一的整流電壓用於高速區，以提高高速區的功率因數。每臺機車設有兩組相同的整流裝置，向轉向架獨立供電方式，同一臺轉向架上的三臺牽引電動機並聯連線。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。改進型機車安裝由株洲南車時代電氣研製的TGZ29型整流櫃。此外，機車並設有加饋電阻制動，使機車在低速區可以有較大的制動力，實現機車全過程無級調速。每臺機車裝有六臺牽引電動機，分別安裝在兩臺轉向架上。機車採用ZD115型直流牽引電動機，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，持續功率800千瓦，短時最大功率900千瓦，絕緣等級為全H級，冷卻方式為強迫風冷。輔助電路.早期型機車採用旋轉式劈相機為輔助電路供電，將主變壓器輔助繞組供應單相交流電轉換成三相交流電，車內許多裝置如變壓器、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電動機，電壓制式為380伏特三相交流電。而改進型機車的輔助供電電源參考了韶山7E型電力機車的方式，既可以選用靜止式輔助變流器供電，也可以採用傳統的劈相機系統供電；其中0044、0045號機車採用了輔助變流器，而從0046號機車開始又恢復採用劈相機。韶山9型電力機車並設有列車供電功能，每臺裝備了二套完全獨立的列車供電系統，輸出電壓為600伏特直流電，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、採暖、茶爐、照明等供電電源。早期型機車採用分散式列車供電裝置，列車供電系統各元件分佈在機車各電器櫃中，不利於系統的檢修和維護。而改進型機車改為採用集中式列車供電櫃，集中安裝整流裝置及其控制系統。0044、0045號機車是最早安裝列車供電櫃的改進型機車，而此後的0046～0111號機車在出廠時雖預留了列車供電櫃位置但未安裝，0112～0125號機車安裝了ZS380B型供電櫃，從2006年生產的0155號機車開始安裝了經過改良的TGF28型供電櫃。隨著25G型直供電客車的迅速普及，所有未安裝供電櫃的韶山9型電力機車於2009年完成改造，恢復列車供電功能。2015年，瀋陽鐵路局的其中九輛韶山9型機車供電制式改為AC380V，這些機車的交流電列車供電系統由株洲電力機車研究所研製，首臺接受改造的是0006號機車；目前，已有SS9 0006、0008、0009、0010、0011、0016、0018、0034及0035機車改用交流供電櫃。該等車輛供電插座一般為灰色，成為中國首輛雙制式列車供電客運機車。控制系統.在控制技術方面，韶山9型電力機車採用微機控制及邏輯控制單元技術，用以替代傳統的繼電器有觸點控制電路，使邏輯控制由軟體來完成，從而減少機車佈線，簡化了控制系統的設計。韶山9型電力機車的控制系統是在韶山8型、韶山7D型電力機車的基礎上發展而成，當操作機車時司機指令傳送到邏輯控制單元，由邏輯控制單元進行邏輯判斷，並向微機系統輸出指令，由微機系統執行機車的特性控制。除此之外，微機系統和邏輯控制系統並具有與微機顯示屏的通訊功能，透過三者互相配合，機車可以實施恆流準恆速控制特性控制、制動系統的恆制動力控制、防空轉及防滑行控制、軸重轉移補償控制、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。從2004年開始，韶山9型電力機車開始陸續加裝由廣州鐵路科研所開發的車載自動過分相系統，透過安裝地面訊號感應器、訊號處理裝置，並對機車的微機控制系統軟體進行升級，使機車過分相時能夠自動分合主斷路器。轉向架.機車走行部為兩臺架懸式三軸轉向架，構架採用“目”字形箱形梁焊接結構，軸箱採用雙拉桿式定位。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雙側平行拉桿牽引機構傳遞，與韶山6B型機車相同。韶山9型機車的驅動裝置與韶山8型機車相同，牽引電動機採用雙側六連桿輪對空心軸全懸掛安裝方式，電動機與齒輪箱組成的傳動部件的全部重量懸掛在轉向架構架上，牽引電動機的扭矩透過空心軸和兩端的六連桿聯軸盤傳遞到輪對，大幅減輕了轉向架簧下重量及減小輪軌作用力。基礎制動裝置與韶山6B型機車相同，採用單元式單側雙閘瓦制動器；每臺轉向架上設有一個停車蓄能制動裝置。故障問題.韶山9型機車是採用微機控制的電力機車之一，瀋陽鐵路局的部分韶山9型機車在配屬初期，曾經常發生系統宕機問題，導致整輛機車無法啟動，尤以冬天最為嚴重，影響列車車次的正點率。及後有關方面為在中國東北地區的韶山9型機車微機櫃內加裝加熱器，使其微機系統在嚴寒環境下仍能保持穩定，大大減低微機故障率。機車配屬.早期型.有關改用AC380V列車供電的機車編號，詳見上文「電路系統-輔助電路」部分。