和諧1D型電力機(jī)車機(jī)車配屬

和諧1型電力機(jī)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(shí)施鐵路“跨越式發(fā)展”，以盡快縮小在鐵路機(jī)車車輛裝備上與國際先進(jìn)水平的差距。2003年11月，中國鐵道部與中國南車、北車集團(tuán)及其重點(diǎn)企業(yè)共同制定了《加快鐵路機(jī)車車輛裝備現(xiàn)代化實(shí)施綱要》，并選擇了6家機(jī)車制造企業(yè)作為引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和自主創(chuàng)新依托的主體。2004年1月，中國國務(wù)院常務(wù)會(huì)議通過了《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》；2004年4月，國務(wù)院常務(wù)會(huì)議研究通過的鐵路機(jī)車車輛裝備現(xiàn)代化實(shí)施方案明確指出，“加快我國鐵路運(yùn)輸裝備現(xiàn)代化，要按照引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)、聯(lián)合設(shè)計(jì)生產(chǎn)、打造中國品牌的總體要求，力爭在較短時(shí)間內(nèi)，使我國機(jī)車車輛生產(chǎn)能力達(dá)到世界先進(jìn)水平”。根據(jù)國務(wù)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(dá)了《大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車技術(shù)引進(jìn)與國產(chǎn)化實(shí)施方案》，正式開始了新型交流傳動(dòng)電力機(jī)車的采購過程。

2004年12月初，時(shí)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(gè)陣容龐大的商業(yè)代表團(tuán)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(wù)院總理溫家寶在北京人民大會(huì)堂與施羅德舉行會(huì)談，會(huì)談結(jié)束后雙方代表簽訂了關(guān)于加強(qiáng)兩國中小企業(yè)合作的諒解備忘錄，以及在鐵路、航空、財(cái)政、金融和化工等領(lǐng)域開展合作的協(xié)議文件。在眾多的簽約項(xiàng)目中，西門子公司與中國南車集團(tuán)株洲電力機(jī)車廠從中國鐵道部獲得了一項(xiàng)提供180臺(tái)雙節(jié)八軸重載貨運(yùn)交流傳動(dòng)電力機(jī)車的訂單，總價(jià)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(jī)車廠的份額為52.6%，約38.6億元人民幣。

和諧1型電力機(jī)車研制

根據(jù)合同規(guī)定，這批機(jī)車的研發(fā)和設(shè)計(jì)由位于德國愛爾蘭根和慕尼黑的西門子交通集團(tuán)總部完成，并由株洲電力機(jī)車廠在湖南株洲進(jìn)行生產(chǎn)。這批機(jī)車的交付時(shí)間將從2006年年中開始，到2007年底全部交付完畢。新機(jī)車是在西門子“歐洲短跑手”（EuroSprinter）機(jī)車平臺(tái)上，以ES64F4型電力機(jī)車為原型車，結(jié)合DJ1型電力機(jī)車在大秦鐵路的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)而開發(fā)研制的干線貨運(yùn)用八軸大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車。機(jī)車由兩節(jié)完全相同四軸機(jī)車連掛而成，采用交—直—交流電傳動(dòng)、水冷IGBT牽引逆變器、變頻異步牽引電動(dòng)機(jī)、“SIBAS 32”微機(jī)控制系統(tǒng)、列車通信網(wǎng)絡(luò)，額定功率為9600千瓦，最高運(yùn)行速度為120公里/小時(shí)，并裝有“Locotrol”遠(yuǎn)程重聯(lián)控制系統(tǒng)，適合于多機(jī)分布式重載牽引。機(jī)車軸重按25噸設(shè)計(jì)，可通過卸除車內(nèi)配重壓鐵實(shí)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(jìn)行了4次設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì)，確定了機(jī)車的技術(shù)方案。2006年2月，機(jī)車的技術(shù)設(shè)計(jì)方案通過了鐵道部的技術(shù)審查，開始進(jìn)入投料生產(chǎn)階段。機(jī)車的生產(chǎn)分為三個(gè)階段，第一階段首48臺(tái)機(jī)車（0001～0048）為進(jìn)口散件國內(nèi)組裝階段，由西門子公司提供散件，株洲廠負(fù)責(zé)車體、轉(zhuǎn)向架制造和整車組裝；第二階段的22臺(tái)機(jī)車（0049～0070）開始國產(chǎn)化階段，南車株洲電機(jī)公司承擔(dān)牽引電動(dòng)機(jī)、主變壓器的國產(chǎn)化；第三階段的110臺(tái)機(jī)車（0071～0180）為進(jìn)一步國產(chǎn)化，西門子公司僅提供牽引逆變器、微機(jī)控制系統(tǒng)，株洲廠負(fù)責(zé)機(jī)車整車制造和傳動(dòng)裝置的國產(chǎn)化。

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

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

和諧1型電力機(jī)車運(yùn)用

HXD1型機(jī)車牽引萬噸貨列在大秦鐵路

2007年5月，首批4臺(tái)HXD1型電力機(jī)車（0003～0006）交付太原鐵路局湖東機(jī)務(wù)段，投入大秦鐵路試驗(yàn)運(yùn)用。在HXD1型機(jī)車投入使用以前，大秦線2萬噸煤炭組合列車使用4臺(tái)韶山4型電力機(jī)車牽引，采用“1 2 1”的方式運(yùn)行，4臺(tái)機(jī)車采用基于GSM-R的“Locotrol”機(jī)車同步操控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同步操縱。HXD1、HXD2型大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車投入到大秦線作為2萬噸重載列車的牽引動(dòng)力后，只需2臺(tái)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(yùn)行。為了驗(yàn)證HXD1、HXD2型機(jī)車在大秦線牽引2萬噸組合列車的運(yùn)行安全性，中國鐵道部于2007年5月至7月間在大秦線進(jìn)行了和諧型大功率電力機(jī)車加可控列尾裝置方式牽引2萬噸重載組合列車的運(yùn)行試驗(yàn)。2007年7月底起，HXD1型電力機(jī)車正式開始擔(dān)當(dāng)大秦線2萬噸組合列車的牽引任務(wù)，逐步替代了原來的韶山4型電力機(jī)車。

2008年6月，鐵道部向南車株洲電力機(jī)車有限公司追加了第二筆40臺(tái)HXD1型電力機(jī)車（0181～0220）的訂單；至2008年9月底，首筆訂單中的180臺(tái)HXD1型電力機(jī)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(tái)機(jī)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(jī)車有限公司采購40臺(tái)HXD1型電力機(jī)車的計(jì)劃；株洲電力機(jī)車有限公司并于2008年12月5日起暫停機(jī)車生產(chǎn)，經(jīng)過短暫生產(chǎn)空檔后，株洲電力機(jī)車有限公司于2009年初恢復(fù)機(jī)車生產(chǎn)。2009年11月，中國鐵道部委托中國技術(shù)進(jìn)出口總公司與株洲電力機(jī)車有限公司簽署了40臺(tái)HXD1型電力機(jī)車的采購合同，合同總金額約11億元人民幣。

HXD1、HXD2型電力機(jī)車投入大秦線運(yùn)用初期，由于不同機(jī)型的控制系統(tǒng)不同，每一列2萬噸組合列車只能由兩臺(tái)同一種型號(hào)的機(jī)車進(jìn)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(jī)車運(yùn)用靈活性和運(yùn)輸效率，太原鐵路局其后對HXD1、HXD2型機(jī)車進(jìn)行了互聯(lián)互通模式的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)多種機(jī)型混合牽引，方便行車調(diào)度指揮。2009年10月，HXD1、HXD2型機(jī)車混合牽引的2萬噸和1.5萬噸組合列車試驗(yàn)成功；2010年1月，兩種機(jī)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(jī)務(wù)段HXD1、HXD2型電力機(jī)車交路也延伸至包頭，單機(jī)擔(dān)當(dāng)包頭西至湖東間的1萬噸、5000噸煤炭列車的牽引任務(wù)，由太原鐵路局、呼和浩特鐵路局機(jī)車乘務(wù)員實(shí)行跨局輪乘，其中萬噸級(jí)組合列車在呼和浩特西至集寧南間需要加掛一臺(tái)包頭西機(jī)務(wù)段的韶山4型電力機(jī)車作為補(bǔ)機(jī)。

和諧1型電力機(jī)車改進(jìn)

深度國產(chǎn)化的HXD1型7056號(hào)機(jī)車

深度國產(chǎn)化機(jī)車

根據(jù)鐵道部的要求，株洲電力機(jī)車有限公司在首批HXD1型電力機(jī)車基礎(chǔ)上，研制了“深度國產(chǎn)化”的HXD1型電力機(jī)車，機(jī)車編號(hào)由1001起排序，機(jī)車采用南車株洲電力機(jī)車研究所、株洲南車時(shí)代電氣自主開發(fā)的牽引逆變器和微機(jī)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(jī)車生產(chǎn)成本；司機(jī)室外觀也有所改變。首臺(tái)深度國產(chǎn)化機(jī)車（1001）于2012年3月在株洲下線，同年4月到達(dá)北京環(huán)形鐵道試驗(yàn)基地進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)，同年6月1日，機(jī)車完成環(huán)鐵試驗(yàn)，順利通過了特性試驗(yàn)、溫升試驗(yàn)、自動(dòng)過分相等試驗(yàn)項(xiàng)目。2012年6月16日，HXD1型1001、1002號(hào)機(jī)車到達(dá)武漢鐵路局江岸機(jī)務(wù)段，開始投入正線運(yùn)行試驗(yàn)。2012年7月12日起，1001、1002號(hào)機(jī)車在京廣線武漢北（武昌南）至株洲北間進(jìn)行運(yùn)用考核，擔(dān)當(dāng)行包列車的牽引任務(wù)。2012年12月底，南車資陽機(jī)車有限公司按照南車株機(jī)公司提供的圖紙，試制了深度國產(chǎn)化HXD1型電力機(jī)車，機(jī)車編號(hào)由6001起排序，并赴北京環(huán)形鐵道進(jìn)行試驗(yàn)。自2013年1月18日起，深度國產(chǎn)化HXD1型電力機(jī)車襄渝鐵路正式投入運(yùn)用，擔(dān)當(dāng)襄陽北至達(dá)州間貨物列車牽引任務(wù)，牽引定數(shù)為4500噸，首批50臺(tái)機(jī)車（1001～1050）將陸續(xù)配屬武漢鐵路局襄陽機(jī)務(wù)段。

HXD1型7004號(hào)神八電力機(jī)車

神華集團(tuán)機(jī)車

主營煤炭開采、運(yùn)輸?shù)闹袊鴩移髽I(yè)神華集團(tuán)擁有包神鐵路、神朔鐵路、朔黃鐵路（含黃萬鐵路）、大準(zhǔn)鐵路、寧東鐵路五條自營煤運(yùn)鐵路，鐵路運(yùn)營里程約1600公里。在劉志軍任中國鐵道部部長時(shí)期，因神華集團(tuán)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(tuán)打破了鐵路“全路一盤棋”的局面，因此神華集團(tuán)在機(jī)車車輛采購上一直受到來自鐵道部的種種限制，引進(jìn)大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車的計(jì)劃遲遲未能實(shí)現(xiàn)，而僅被批準(zhǔn)采購韶山4B型直流傳動(dòng)電力機(jī)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(jī)制，開始將設(shè)備采購、招投標(biāo)的權(quán)力下放給了企業(yè)。隨著神華集團(tuán)與鐵道部之間的溝通獲得改善，神華集團(tuán)開始大力投資鐵路業(yè)務(wù)。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(tuán)將開發(fā)適合神華集團(tuán)鐵路的機(jī)車車輛。株洲電力機(jī)車有限公司將與神華集團(tuán)合作，在深度國產(chǎn)化的HXD1型電力機(jī)車基礎(chǔ)上研制2種大功率交流傳動(dòng)電力機(jī)車，分別為9600千瓦的雙節(jié)八軸電力機(jī)車（機(jī)車編號(hào)由7001起排序）、14400千瓦的三節(jié)十二軸電力機(jī)車，機(jī)車采用國產(chǎn)牽引逆變器、微機(jī)控制系統(tǒng)和DK-2型制動(dòng)系統(tǒng)。2013年1月15日，神華八軸大功率交流電力機(jī)車在朔黃鐵路上線投入試運(yùn)行。 同年2月4日，神華集團(tuán)訂購的八臺(tái)“神華號(hào)”八軸交流電力機(jī)車全部投入使用。

和諧1型電力機(jī)車總體布置

HXD1型電力機(jī)車是雙節(jié)重聯(lián)的八軸大功率干線貨運(yùn)用電力機(jī)車，由兩節(jié)完全相同的單端司機(jī)室四軸機(jī)車通過內(nèi)重聯(lián)環(huán)節(jié)連掛成八軸機(jī)車，成為一完整系統(tǒng)。司機(jī)可在任何一端司機(jī)室對兩節(jié)機(jī)車進(jìn)行控制，兩節(jié)機(jī)車之間并設(shè)有中間走廊連通，車頂設(shè)有25千伏高壓連接線。機(jī)車車體采用全鋼框架結(jié)構(gòu)的中央梁承載方式，司機(jī)室呈微流線型外形。車內(nèi)設(shè)備采用模塊化結(jié)構(gòu)、兩側(cè)屏柜化布置，并設(shè)中間貫通走廊。每節(jié)機(jī)車后部車頂設(shè)有一臺(tái)由株洲九方電器設(shè)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(shè)備包括真空斷路器、接地開關(guān)、避雷器、高壓連接器等高壓設(shè)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(jī)車采用車體獨(dú)立通風(fēng)方式，從側(cè)墻上部進(jìn)風(fēng)百葉窗吸入冷風(fēng)，向發(fā)熱部件冷卻后從車底排出，并維持機(jī)械間呈微正壓，改善機(jī)車防塵效果及防寒性能。機(jī)車軸式為2×（Bo-Bo），持續(xù)功率為9600千瓦；機(jī)車標(biāo)準(zhǔn)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(jī)車電氣系統(tǒng)

HXD1型電力機(jī)車是交—直—交流電傳動(dòng)的單相工頻交流電力機(jī)車，每節(jié)四軸機(jī)車的主電路由主變壓器、牽引變流器、牽引電動(dòng)機(jī)三大部分構(gòu)成。架空接觸網(wǎng)導(dǎo)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(jìn)入機(jī)車后再輸入主變壓器，交流電經(jīng)過主變壓器的4個(gè)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(tái)轉(zhuǎn)向架上的四臺(tái)異步牽引電動(dòng)機(jī)以架控方式供電，使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，經(jīng)過齒輪的傳遞驅(qū)動(dòng)輪對。

機(jī)車采用了西門子公司設(shè)計(jì)的VVVF牽引變流器，每節(jié)機(jī)車均有2臺(tái)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(jī)車使用了32個(gè)變流模塊。HXD1型電力機(jī)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(dòng)機(jī)，額定功率為1224千瓦，冷卻方式為強(qiáng)迫通風(fēng)，采用直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）。

HXD1型機(jī)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(jī)車采用2個(gè)IGBT輔助逆變器供應(yīng)三相交流電源，正常情況下其中1個(gè)為恒頻恒壓變流器（CVCF），為牽引電動(dòng)機(jī)通風(fēng)機(jī)和油水冷卻塔風(fēng)機(jī)供電；另一個(gè)為變頻變壓變流器（VVVF），向水泵、油泵、蓄電池充電機(jī)等設(shè)備供電。

和諧1型電力機(jī)車控制系統(tǒng)

HXD1型電力機(jī)車裝載了西門子公司開發(fā)的“SIBAS 32”32位微機(jī)控制系統(tǒng)和列車通信網(wǎng)絡(luò)（TCN），并安裝了“Locotrol”多機(jī)牽引無線同步控制系統(tǒng)和克諾爾公司的“CCB II”微機(jī)控制電空制動(dòng)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(shè)智能接口（KLIP）構(gòu)成，并采用網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)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(jí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，使機(jī)車控制系統(tǒng)具有控制、監(jiān)測、傳輸、故障診斷、顯示和存儲(chǔ)功能；主逆變器由TCU控制，CCU負(fù)責(zé)對機(jī)車進(jìn)行全面管理，每節(jié)機(jī)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(jī)車之間以及重聯(lián)機(jī)車之間的通訊則通過WTB實(shí)現(xiàn)。

和諧1型電力機(jī)車轉(zhuǎn)向架

每節(jié)機(jī)車裝用兩臺(tái)二軸轉(zhuǎn)向架，其結(jié)構(gòu)與DJ1型電力機(jī)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(dòng)力通過中間低位推挽式斜拉桿牽引裝置傳遞。牽引電動(dòng)機(jī)采用滾動(dòng)軸承抱軸式半懸掛、單邊剛性斜齒傳動(dòng)?；A(chǔ)制動(dòng)裝置為輪盤制動(dòng)；停放制動(dòng)裝置為蓄能制動(dòng)。