韶山5型电力机车

**韶山 5 型電力機車**（SS5），是中國鐵路的第一種快速客運電力機車，由株洲電力機車廠和株洲電力機車研究所在消化吸收進口 8K 型電力機車先進技術的基礎上設計、製造，於 1990 年研製成功。韶山 5 型電力機車屬於實驗性車型，採用了兩段相控整流橋電路、空心軸全懸掛牽引電機、輕量化車體、再生制動、功率因數補償等大量新技術、新結構，是當時中國國內技術最先進的國產電力機車。然而由於其粘著性能存在較大問題，未能投入批量生產，僅試製二台。韶山 5 型機車的研製、試驗為後來韶山 8 型准高速電力機車的設計和生產累積了經驗。

## 發展歷史

### 背景

隨著中國實行改革開放，國民經濟的高速發展對鐵路旅客運輸帶來大量需求，同時也對旅行速度提出了新的要求。為解決鐵路客運嚴重超員的問題，中華人民共和國鐵道部於 1980 年代中期，提出在中國第七個五年計劃（1986 年～1990 年）間實現以北京為中心、1500 公里為半徑的繁忙幹線上，開行編組 20 節、最高速度 140 公里 / 小時、運行時間不超過 15 小時的「朝發夕至」或「夕發朝至」特快旅客列車，在地理上相當於北京到上海、哈爾濱、西安、長沙的距離，以增加繁忙幹線的客運能力。1986 年，中國鐵道部下達了「七五」期間中國鐵路科技發展規劃，要求實現機車車輛產品升級換代，牽引動力進入以電力、內燃機車為主的時代，認真消化吸收引進技術，使機車車輛產品的水平達到 1980 年代的國際水平。同時，國家科委、國家計委、鐵道部將新型快速客運電力機車的研製列入了「七五」國家重點科技攻關項目。

### 研製

經過可行性技術論證分析，鐵道部於 1987 年正式向株洲電力機車廠、株洲電力機車研究所下達了研製韶山 5 型快速客運電力機車的設計任務書。根據任務書要求，新型機車能夠牽引 20 節客車，編組重量 1100 噸，最高運行速度達到 140 公里 / 小時，所規定的各項性能指標也參照了 8K、6K、8G 等幾種進口電力機車的技術參數。

韶山 5 型電力機車是中國鐵路第一種快速客運電力機車，設計上需要滿足客運列車擴大編組的要求，也要考慮到起動加速平穩、制動可靠有效、輪軌作用力小的需要。在研製過程中，以成熟技術為主，在消化吸收進口電力機車先進技術的基礎上，結合國產電力機車設計、製造、運用的經驗。中國在 1985 年向歐洲五十赫茲集團訂購 8K 型電力機車的同時，也簽訂了技術轉讓合同，中國共引進了 30 個技術項目，包括機車車體、轉向架、牽引電動機、主變壓器、晶閘管、電子控制裝置、輔助變流器等機車零部件。這些先進技術的引進和國產化，對後來中國國產電力機車造成重要影響。韶山 5 型機車成為在這樣的背景之下通過借鑑 8K 型電力機車先進技術設計而成的國產電力機車，其機車主電路、主變壓器、特性控制技術、功率因數補償、電子控制裝置、車體結構、中央電器櫃以及通風機等方面均有不同程度的模仿和應用。

1990 年 6 月，韶山 5 型電力機車通過了部級設計審查，同年 12 月完成了全部設計。

### 試驗

1990 年 9 月和 10 月，株機廠分別完成 0001、0002 號兩台韶山 5 型電力機車，同年 11 月 13 日舉行了竣工儀式並通過驗收，時任鐵道部部長李森茂並為機車剪彩。1990 年 12 月至 1991 年 1 月，兩台韶山 5 型機車赴鐵道部科學研究院北京環形鐵道進行初步性能試驗；隨後交付鄭州鐵路局西安機務段試用，在隴海鐵路西安至寶雞間進行 30 萬公里的運行考核。

在試驗期間很快就發現韶山 5 型機車存在粘著性能不良、輪對空轉嚴重等問題，尤其在起動及低速運行工況下粘著係數偏低，影響了機車牽引性能的正常發揮。主要原因在於其電機空心軸全懸掛傳動裝置，其特點是空心電樞軸通過齒形聯結器將扭矩傳給扭軸，再通過彈性聯軸節將扭矩傳給傳動齒輪，從而驅動輪對。但其軸傳動裝置的彈性系統和軸箱定位、齒輪箱定位剛度參數匹配不良，使粘著牽引力無法正常發揮，容易產生粘滑振動。此外，防空轉裝置的性能對機車粘著性能也有很大的影響，在運行過程中防空轉裝置頻繁運作，加劇了粘滑振動現象。

由於粘著性能的缺陷，韶山 5 型電力機車無法投入批量生產，但其製造經驗與試驗結果，為自 1994 年起製造的韶山 8 型電力機車提供了技術基礎。在吸取韶山 5 型經驗教訓基礎上，韶山 8 型電力機車參照了東風 9 型柴油機車所採用的輪對空心軸牽引電機全懸掛、六連杆萬向軸兩級彈性驅動裝置，成功解決了韶山 5 型機車粘滑振動引起結構共振等現象。

### 運用

兩台韶山 5 型機車完成運行考核後配屬西安機務段，主要擔當西安至寶雞之間的短交路旅客列車。1997 年，兩台機車轉配屬至鄭州機務段作為段備機車，主要用於牽引鄭州至信陽、漯河的管內旅客列車。2002 年正式報廢並封存於鄭州機務段。

## 技術特點

### 總體布置

韶山 5 型電力機車是四軸快速客運電力機車，適用於供電制式為 25 千伏工頻單相交流電的電氣化鐵路，機車軸式 Bo-Bo，持續功率 3,200 千瓦，最高速度 140 公里 / 小時。機車採用雙邊內走廊，設兩端司機室；車頂兩端各裝一台單臂式受電弓；車頂中部裝一台空氣斷路器。主要電器設備以機車最重設備主變壓器為中央，變壓器設計借鑑了 8K 型機車的技術，採用一體化結構，與平波電抗器、濾波電抗器共用油箱和冷卻系統。機車並採用低合金鋼焊接的整體承載結構輕量化車體，設計過程中應用了有限元分析法，使車體的重量減小 2 噸。車體結構和製造工藝均吸收了 8K 型機車的技術，採用了大頂蓋結構、預布線 、預布管工藝，有效縮短機車生產周期。

### 機車主電路

韶山 5 型電力機車是交 — 直流電傳動的單相工頻交流電力機車。機車主電路主要是由受電弓、主斷路器、高壓電流互感器、主變壓器、矽整流裝置、牽引電機、高壓電器櫃、平波電抗器及電路保護裝置等組成，是產生機車牽引力和制動力的主體電路。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，交流電從主變壓器的牽引繞組經過晶閘管整流後，向四台分兩組並聯的牽引電動機集中供應直流電，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。

韶山 5 型電力機車採用交 — 直流電傳動方式，機車主電路沿用 8K 型機車的晶閘管兩段串聯相控整流橋調壓方式，由一段半控整流橋和一段全控整流橋組成，而使用再生制動時全控撟變為逆變裝置，半控橋作為勵磁電源裝置。此外，韶山 5 型電力機車也是首次在國產機車上採用晶閘管無級磁場削弱，從而機車在 80～135 公里 / 小時的恆功調速範圍內可以實現無級平滑調速，避免了有級磁場削弱調速時牽引力突變造成的衝擊。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製造技術，被應用於韶山 5 型電力機車的晶閘管元件。此外，機車功率因數補償裝置也借鑑了 8K 型機車的設計，通過在主電路中投入或切除電容器來提高機車的功率因數，機車在 50～100% 功率範圍內功率因數均可大於 0.9，以提高電氣化鐵路的總效率、減少對無線通信的干擾。

### 轉向架

機車走行部為兩台相同的二軸轉向架，採用由低合金箱型焊接而成的「日」字型構架，一系懸掛採用軸箱螺旋彈簧與彈性連杆的獨立懸掛結構；轉向架構架和車體之間設有二系懸掛，兩台機車分別採用兩種方案以作比較，0001、0002 號機車分別採用高撓橡膠彈簧和高撓圓柱彈簧。機車牽引力與制動力通過中心銷傳遞。

轉向架中的車軸均為動軸，每台轉向架裝有兩台 ZD107 型六極串勵直流牽引電動機，持續功率 800 千瓦，轉子及定子雙 H 級絕緣，並借鑑了 6K 型機車牽引電機的半疊片機座技術。電機恆功速比達 1.68，保證機車高速時實現額定功率的寬恆功特性。為減小簧下部分重量、提高機車運行品質，韶山 5 型電力機車是中國首次採用電機空心軸彈性傳動，電機採用架懸式懸掛，配合 21.5 噸的軸重，減小機車對鋼軌的動力作用。

### 控制系統

韶山 5 型電力機車的電子控制系統採用了瑞士勃朗 - 包維利公司（BBC）的技術，設有兩套互相獨立的電子控制系統，均安裝於標準電子控制櫃，其中一套主要負責機車牽引控制、防空轉裝置、功率因數補償裝置，另一套主要負責晶閘管控制。機車採用特性控制，兼備了恆速和准恆速的優點，機車起動時以恆流起動，保證機車平穩起動；在進入准恆速運行後，可按司機控制器級位規定的速度運行。而防空轉防滑行裝置則借鑑了 8K 型、6K 型、ND5 型等進口機車的國外技術，當檢測到機車空轉、滑行時自動撒砂、減載，使機車恢復再粘著。

## 車輛保存

* 韶山 5 型 0001 號機車，2002 年退役後封存於鄭州機務段。2007 年經過修復，於 2008 年 1 月 6 日交付中國鐵道博物館永久收藏。
* 韶山 5 型 0002 號機車，2002 年退役後封存於鄭州機務段。2004 年經過修復，於 2004 年 4 月 15 日由鄭州鐵路局贈予鄭州世紀歡樂園作靜態展覽。

## 參看

* 8K 型電力機車
* 韶山 4 型電力機車
* 韶山 8 型電力機車
* 東風 9 型柴油機車

## 參考文獻

## 外部連結