和諧1B型電力機車

和諧1型電力機車背景

自2003年劉志軍出任中華人民共和國鐵道部部長后，提出并實施鐵路“跨越式發(fā)展”，以盡快縮小在鐵路機車車輛裝備上與國際先進水平的差距。2003年11月，中國鐵道部與中國南車、北車集團及其重點企業(yè)共同制定了《加快鐵路機車車輛裝備現(xiàn)代化實施綱要》，并選擇了6家機車制造企業(yè)作為引進先進技術(shù)和自主創(chuàng)新依托的主體。2004年1月，中國國務院常務會議通過了《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》；2004年4月，國務院常務會議研究通過的鐵路機車車輛裝備現(xiàn)代化實施方案明確指出，“加快我國鐵路運輸裝備現(xiàn)代化，要按照引進先進技術(shù)、聯(lián)合設計生產(chǎn)、打造中國品牌的總體要求，力爭在較短時間內(nèi)，使我國機車車輛生產(chǎn)能力達到世界先進水平”。根據(jù)國務院確立的上述方針，中國國家發(fā)改委與鐵道部于2004年7月聯(lián)合下達了《大功率交流傳動電力機車技術(shù)引進與國產(chǎn)化實施方案》，正式開始了新型交流傳動電力機車的采購過程。

2004年12月初，時任德國總理施羅德開始他就任以來的第六次中國之行，并有一個陣容龐大的商業(yè)代表團陪同訪華，包括了西門子、大眾汽車、德意志銀行、戴姆勒-克萊斯勒等著名企業(yè)在內(nèi)的近50名德國商界代表。2004年12月6日，中國國務院總理溫家寶在北京人民大會堂與施羅德舉行會談，會談結(jié)束后雙方代表簽訂了關于加強兩國中小企業(yè)合作的諒解備忘錄，以及在鐵路、航空、財政、金融和化工等領域開展合作的協(xié)議文件。在眾多的簽約項目中，西門子公司與中國南車集團株洲電力機車廠從中國鐵道部獲得了一項提供180臺雙節(jié)八軸重載貨運交流傳動電力機車的訂單，總價值約為73.4億元人民幣，其中西門子公司的份額約為3.5億歐元，而株洲電力機車廠的份額為52.6%，約38.6億元人民幣。

和諧1型電力機車研制

根據(jù)合同規(guī)定，這批機車的研發(fā)和設計由位于德國愛爾蘭根和慕尼黑的西門子交通集團總部完成，并由株洲電力機車廠在湖南株洲進行生產(chǎn)。這批機車的交付時間將從2006年年中開始，到2007年底全部交付完畢。新機車是在西門子“歐洲短跑手”（EuroSprinter）機車平臺上，以ES64F4型電力機車為原型車，結(jié)合DJ1型電力機車在大秦鐵路的運用經(jīng)驗而開發(fā)研制的干線貨運用八軸大功率交流傳動電力機車。機車由兩節(jié)完全相同四軸機車連掛而成，采用交—直—交流電傳動、水冷IGBT牽引逆變器、變頻異步牽引電動機、“SIBAS 32”微機控制系統(tǒng)、列車通信網(wǎng)絡，額定功率為9600千瓦，最高運行速度為120公里/小時，并裝有“Locotrol”遠程重聯(lián)控制系統(tǒng)，適合于多機分布式重載牽引。機車軸重按25噸設計，可通過卸除車內(nèi)配重壓鐵實現(xiàn)軸重23噸的轉(zhuǎn)換。

2005年內(nèi)，西門子、株洲廠聯(lián)合體與中國鐵道部先后進行了4次設計聯(lián)絡會，確定了機車的技術(shù)方案。2006年2月，機車的技術(shù)設計方案通過了鐵道部的技術(shù)審查，開始進入投料生產(chǎn)階段。機車的生產(chǎn)分為三個階段，第一階段首48臺機車（0001～0048）為進口散件國內(nèi)組裝階段，由西門子公司提供散件，株洲廠負責車體、轉(zhuǎn)向架制造和整車組裝；第二階段的22臺機車（0049～0070）開始國產(chǎn)化階段，南車株洲電機公司承擔牽引電動機、主變壓器的國產(chǎn)化；第三階段的110臺機車（0071～0180）為進一步國產(chǎn)化，西門子公司僅提供牽引逆變器、微機控制系統(tǒng)，株洲廠負責機車整車制造和傳動裝置的國產(chǎn)化。

經(jīng)過近兩年時間的研制，首臺散件進口機車（0001）于2006年11月8日在株洲電力機車有限公司竣工下線，經(jīng)鐵道部批準，新機車被定型為DJ4型，并被命名為“神龍?zhí)枴?。此外，由大同電力機車及法國阿爾斯通合作研發(fā)10000千瓦八軸貨運電力機車同樣被定型為DJ4型，編號為6001起排序。同年12月底，鐵道部批準將新型大功率交流傳動電力機車系列命名為“和諧型”，西門子和株洲電力機車生產(chǎn)的DJ4型電力機車更名為HXD1型，其中“HX”是“和諧”的漢語拼音首字母縮寫、“D”代表電力機車、“1”代表株洲電力機車公司的生產(chǎn)廠商代號，通稱為“和諧”電1型電力機車；而阿爾斯通和大同電力機車生產(chǎn)的DJ4型6000系電力機車更名為HXD2型。

2007年2月初，首2臺進口散件組裝的HXD1型電力機車（0001、0002）被送往中國鐵道科學研究院北京環(huán)形鐵道試驗基地，至2007年4月完成了型式試驗和綜合性能試驗。2007年5月，南車株洲電機公司完成了國產(chǎn)化牽引變壓器、牽引電動機的制造和試驗，并裝用于0049號機車。2007年8月，首臺裝用國產(chǎn)化傳動裝置的HXD1型0071號電力機車竣工。2008年8月，在中國鐵道部和中國鐵道科學研究院組織下，選取了2臺HXD1型電力機車（0160、0161）赴北京環(huán)形鐵道進行國產(chǎn)化機車型式試驗，鐵道部專家組并分別對HXD1型機車車體、轉(zhuǎn)向架和傳動裝置的技術(shù)轉(zhuǎn)讓進行了評審并驗收通過。

和諧1型電力機車運用

HXD1型機車牽引萬噸貨列在大秦鐵路

2007年5月，首批4臺HXD1型電力機車（0003～0006）交付太原鐵路局湖東機務段，投入大秦鐵路試驗運用。在HXD1型機車投入使用以前，大秦線2萬噸煤炭組合列車使用4臺韶山4型電力機車牽引，采用“1 2 1”的方式運行，4臺機車采用基于GSM-R的“Locotrol”機車同步操控系統(tǒng)實現(xiàn)同步操縱。HXD1、HXD2型大功率交流傳動電力機車投入到大秦線作為2萬噸重載列車的牽引動力后，只需2臺就可以滿足一列2萬噸組合列車的牽引要求，采用“1 1”的方式運行。為了驗證HXD1、HXD2型機車在大秦線牽引2萬噸組合列車的運行安全性，中國鐵道部于2007年5月至7月間在大秦線進行了和諧型大功率電力機車加可控列尾裝置方式牽引2萬噸重載組合列車的運行試驗。2007年7月底起，HXD1型電力機車正式開始擔當大秦線2萬噸組合列車的牽引任務，逐步替代了原來的韶山4型電力機車。

2008年6月，鐵道部向南車株洲電力機車有限公司追加了第二筆40臺HXD1型電力機車（0181～0220）的訂單；至2008年9月底，首筆訂單中的180臺HXD1型電力機車已經(jīng)全部交付使用，此后仍按鐵道部要求繼續(xù)生產(chǎn)第二批40臺機車。2008年11月，鐵道部要求暫緩執(zhí)行原有合同，取消了原定向株洲電力機車有限公司采購40臺HXD1型電力機車的計劃；株洲電力機車有限公司并于2008年12月5日起暫停機車生產(chǎn)，經(jīng)過短暫生產(chǎn)空檔后，株洲電力機車有限公司于2009年初恢復機車生產(chǎn)。2009年11月，中國鐵道部委托中國技術(shù)進出口總公司與株洲電力機車有限公司簽署了40臺HXD1型電力機車的采購合同，合同總金額約11億元人民幣。

HXD1、HXD2型電力機車投入大秦線運用初期，由于不同機型的控制系統(tǒng)不同，每一列2萬噸組合列車只能由兩臺同一種型號的機車進行牽引，對列車編組造成較大的局限性。為了提高大秦線的機車運用靈活性和運輸效率，太原鐵路局其后對HXD1、HXD2型機車進行了互聯(lián)互通模式的改進，實現(xiàn)多種機型混合牽引，方便行車調(diào)度指揮。2009年10月，HXD1、HXD2型機車混合牽引的2萬噸和1.5萬噸組合列車試驗成功；2010年1月，兩種機型混合牽引的2萬噸組合列車在大秦線開行。2009年5月，京包鐵路大同至包頭區(qū)段完成電氣化改造工程，湖東機務段HXD1、HXD2型電力機車交路也延伸至包頭，單機擔當包頭西至湖東間的1萬噸、5000噸煤炭列車的牽引任務，由太原鐵路局、呼和浩特鐵路局機車乘務員實行跨局輪乘，其中萬噸級組合列車在呼和浩特西至集寧南間需要加掛一臺包頭西機務段的韶山4型電力機車作為補機。

和諧1型電力機車改進

深度國產(chǎn)化的HXD1型7056號機車

深度國產(chǎn)化機車

根據(jù)鐵道部的要求，株洲電力機車有限公司在首批HXD1型電力機車基礎上，研制了“深度國產(chǎn)化”的HXD1型電力機車，機車編號由1001起排序，機車采用南車株洲電力機車研究所、株洲南車時代電氣自主開發(fā)的牽引逆變器和微機控制系統(tǒng)，替代了原來使用的西門子公司產(chǎn)品，有效降低了機車生產(chǎn)成本；司機室外觀也有所改變。首臺深度國產(chǎn)化機車（1001）于2012年3月在株洲下線，同年4月到達北京環(huán)形鐵道試驗基地進行各項試驗，同年6月1日，機車完成環(huán)鐵試驗，順利通過了特性試驗、溫升試驗、自動過分相等試驗項目。2012年6月16日，HXD1型1001、1002號機車到達武漢鐵路局江岸機務段，開始投入正線運行試驗。2012年7月12日起，1001、1002號機車在京廣線武漢北（武昌南）至株洲北間進行運用考核，擔當行包列車的牽引任務。2012年12月底，南車資陽機車有限公司按照南車株機公司提供的圖紙，試制了深度國產(chǎn)化HXD1型電力機車，機車編號由6001起排序，并赴北京環(huán)形鐵道進行試驗。自2013年1月18日起，深度國產(chǎn)化HXD1型電力機車襄渝鐵路正式投入運用，擔當襄陽北至達州間貨物列車牽引任務，牽引定數(shù)為4500噸，首批50臺機車（1001～1050）將陸續(xù)配屬武漢鐵路局襄陽機務段。

HXD1型7004號神八電力機車

神華集團機車

主營煤炭開采、運輸?shù)闹袊鴩移髽I(yè)神華集團擁有包神鐵路、神朔鐵路、朔黃鐵路（含黃萬鐵路）、大準鐵路、寧東鐵路五條自營煤運鐵路，鐵路運營里程約1600公里。在劉志軍任中國鐵道部部長時期，因神華集團所投資的自營鐵路并非由中國鐵道部控股，劉志軍不滿神華集團打破了鐵路“全路一盤棋”的局面，因此神華集團在機車車輛采購上一直受到來自鐵道部的種種限制，引進大功率交流傳動電力機車的計劃遲遲未能實現(xiàn)，而僅被批準采購韶山4B型直流傳動電力機車。2011年初，盛光祖接替被免職的劉志軍出任鐵道部部長后，擬加快轉(zhuǎn)換鐵路經(jīng)營機制，開始將設備采購、招投標的權(quán)力下放給了企業(yè)。隨著神華集團與鐵道部之間的溝通獲得改善，神華集團開始大力投資鐵路業(yè)務。2011年9月8日，中國神華能源股份公司與中國南車股份公司在北京簽署戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，中國南車集團將開發(fā)適合神華集團鐵路的機車車輛。株洲電力機車有限公司將與神華集團合作，在深度國產(chǎn)化的HXD1型電力機車基礎上研制2種大功率交流傳動電力機車，分別為9600千瓦的雙節(jié)八軸電力機車（機車編號由7001起排序）、14400千瓦的三節(jié)十二軸電力機車，機車采用國產(chǎn)牽引逆變器、微機控制系統(tǒng)和DK-2型制動系統(tǒng)。2013年1月15日，神華八軸大功率交流電力機車在朔黃鐵路上線投入試運行。 同年2月4日，神華集團訂購的八臺“神華號”八軸交流電力機車全部投入使用。

和諧1型電力機車總體布置

HXD1型電力機車是雙節(jié)重聯(lián)的八軸大功率干線貨運用電力機車，由兩節(jié)完全相同的單端司機室四軸機車通過內(nèi)重聯(lián)環(huán)節(jié)連掛成八軸機車，成為一完整系統(tǒng)。司機可在任何一端司機室對兩節(jié)機車進行控制，兩節(jié)機車之間并設有中間走廊連通，車頂設有25千伏高壓連接線。機車車體采用全鋼框架結(jié)構(gòu)的中央梁承載方式，司機室呈微流線型外形。車內(nèi)設備采用模塊化結(jié)構(gòu)、兩側(cè)屏柜化布置，并設中間貫通走廊。每節(jié)機車后部車頂設有一臺由株洲九方電器設備有限公司制造的TSG15型單臂式受電弓，其技術(shù)由西門子旗下的MWW公司提供；其他車頂外置設備包括真空斷路器、接地開關、避雷器、高壓連接器等高壓設備。牽引變壓器采用臥式懸掛結(jié)構(gòu)，與蓄電池一同吊裝于車底中部。機車采用車體獨立通風方式，從側(cè)墻上部進風百葉窗吸入冷風，向發(fā)熱部件冷卻后從車底排出，并維持機械間呈微正壓，改善機車防塵效果及防寒性能。機車軸式為2×（Bo-Bo），持續(xù)功率為9600千瓦；機車標準軸重為23噸，并可以通過增加壓鐵提高到25噸。

和諧1型電力機車電氣系統(tǒng)

HXD1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(jié)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(gòu)成。架空接觸網(wǎng)導線上的25千伏單相工頻交流電電流，經(jīng)受電弓、主斷路器進入機車后再輸入主變壓器，交流電經(jīng)過主變壓器的4個牽引繞組后，分別向4組四象限脈沖整流器供電并整流為直流電，然后經(jīng)過兩組并聯(lián)工作、電壓為1800伏的中間直流回路，再由2組牽引逆變器轉(zhuǎn)換成三相交流電輸出，分別向兩臺轉(zhuǎn)向架上的四臺異步牽引電動機以架控方式供電，使牽引電動機產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，經(jīng)過齒輪的傳遞驅(qū)動輪對。

機車采用了西門子公司設計的VVVF牽引變流器，每節(jié)機車均有2臺牽引變流器，其中四象限整流器和PWM逆變器由相同的功率控制模塊組成，采用西門子公司制造的SIBAC 1800 14SP2ST01型水冷IGBT變流模塊（3300V/1200A），每組機車使用了32個變流模塊。HXD1型電力機車采用西門子公司的1TB2624-0TD02型或國產(chǎn)化的JD160型鼠籠式三相異步牽引電動機，額定功率為1224千瓦，冷卻方式為強迫通風，采用直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）。

HXD1型機車的變流器采用集成結(jié)構(gòu)，將主變流器和輔助變流器集成在一起。每節(jié)機車采用2個IGBT輔助逆變器供應三相交流電源，正常情況下其中1個為恒頻恒壓變流器（CVCF），為牽引電動機通風機和油水冷卻塔風機供電；另一個為變頻變壓變流器（VVVF），向水泵、油泵、蓄電池充電機等設備供電。

和諧1型電力機車控制系統(tǒng)

HXD1型電力機車裝載了西門子公司開發(fā)的“SIBAS 32”32位微機控制系統(tǒng)和列車通信網(wǎng)絡（TCN），并安裝了“Locotrol”多機牽引無線同步控制系統(tǒng)和克諾爾公司的“CCB II”微機控制電空制動系統(tǒng)?！癝IBAS 32”系統(tǒng)采用集散控制模式，由中央控制單元（CCU）、牽引控制單元（TCU）、輔助控制單元（ACU）、液晶顯示屏（HMI）和外設智能接口（KLIP）構(gòu)成，并采用網(wǎng)絡控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信，由絞線列車總線（WTB）和多功能車輛總線（MVB）兩級網(wǎng)絡構(gòu)成，使機車控制系統(tǒng)具有控制、監(jiān)測、傳輸、故障診斷、顯示和存儲功能；主逆變器由TCU控制，CCU負責對機車進行全面管理，每節(jié)機車內(nèi)所有電子控制裝置、顯示器等都通過MVB相連，兩節(jié)機車之間以及重聯(lián)機車之間的通訊則通過WTB實現(xiàn)。

和諧1型電力機車轉(zhuǎn)向架

每節(jié)機車裝用兩臺二軸轉(zhuǎn)向架，其結(jié)構(gòu)與DJ1型電力機車的轉(zhuǎn)向架基本相同。轉(zhuǎn)向架構(gòu)架采用鋼板焊成箱形結(jié)構(gòu)的“H”型構(gòu)架，輪對軸箱采用拉桿定位。一系懸掛采用螺旋彈簧配垂向油壓減震器；二系懸掛為高撓螺旋圓彈簧配垂向、橫向油壓減振器。牽引力或制動力通過中間低位推挽式斜拉桿牽引裝置傳遞。牽引電動機采用滾動軸承抱軸式半懸掛、單邊剛性斜齒傳動?；A制動裝置為輪盤制動；停放制動裝置為蓄能制動。