青藏鐵路的火車頭,國產化搞那麼多年,為何還要從美國引進?

科技     2021年07月20日

「鋼鐵巨龍穿越莽莽雪域高原,青藏鐵路造福沿線各族群眾。經過10多萬築路大軍歷時5年的艱苦奮戰,青藏鐵路格爾木至拉薩段建成,至此世界上海拔最高、線路最長的高原鐵路青藏鐵路全線勝利建成通車。」

青藏鐵路的火車頭,國產化搞那麼多年,為何還要從美國引進?

這是2006年7月1日新華網刊發的通訊稿,熱烈慶祝青藏鐵路全線開通!從1958年9月開始正式動工(一期,於1984年7月30日通車,二期於2001年6月29日開工),歷時將近半個世紀青藏鐵路全線通車,全長1956千米,II級單線鐵路,這是世界上海拔最高、線路最長的高原鐵路,全程最高點在海拔5072米的唐古拉山口,穿越了季節性凍土帶、高原低含氧量地區,是世界鐵路史上的奇蹟!

青藏鐵路的火車頭,國產化搞那麼多年,為何還要從美國引進?

但日前在網上出現了一種聲音,說的是中國人辛辛苦苦建設的青藏鐵路上,跑的卻是美國人的火車,到現在中國自己的火車都無法運行在青藏鐵路上!

青藏鐵路的火車頭,國產化搞那麼多年,為何還要從美國引進?

中國人的鐵路,跑美國人的火車,這究竟是怎麼回事?

我國鐵路上運行的列車比較有特色,大部分看到的都是綠色火車皮,紅皮車一般比綠皮車稍快,裝有空調,藍皮車舒適度比較高,速度也更快,而高速列車基本都是白色塗裝,比如動車和高鐵!當然現在的綠皮車也是裝上了空調的。

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青藏鐵路剛開通時,出現過一種與我國傳統火車頭截然不同、並且是白色+藍綠色腰線的火車頭,腰線附近標註著NJ2XXXX的字樣,熟悉火車頭型號的朋友一眼就能看出這種火車頭不是國產的,而且確確實實是來自美國通用公司的設備!

青藏鐵路的火車頭,國產化搞那麼多年,為何還要從美國引進?

這是美國通用電氣公司專門為中國青藏鐵路格爾木至拉薩區段的客貨牽引兩用機車,機車內置一台7FDL-16AD1型內燃機,為16缸、四衝程、廢氣渦輪增壓的V型中速內燃機,標準狀態下為3356千瓦(4500馬力),海拔2828米功率3000千瓦,海拔5000米功率達2700千瓦。

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機車不是直接牽引,而是柴電轉換後驅動電動機,這是省卻複雜且笨重的大功率齒輪箱的一種設計,包括現代全電推進的船用動力系統也是類似的方式。NJ2在空氣稀薄的高原鐵路沿線特殊的地理環境和氣候條件下仍可具有較高可靠性和牽引性能。

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NJ2的78台機車全部配屬青藏鐵路格爾木機務段!

為什麼要用美國人的機車,中國人的不能能用嗎?

關於這個話題,我們必須要來了解下青藏鐵路的路況,青藏鐵路是全世界建設難度最高的鐵路,沒有之一!不過本文不討論凍土帶以及唐古拉山的建設難度,但一定要了解青藏鐵路的路況,因為後續問題還有為什麼不選擇電氣化線路!

1、青藏鐵路中坡度最大的是海拔2828米的格爾木到海拔5082米唐古拉山口,最大坡度可達2%;

2、空氣稀薄,總含氧量很低,大約只有平原地區的一半左右;

熟悉內燃機的朋友很清楚,高原地區的內燃機效率嚴重下降,爬坡水平完全無法和平原地區相比,所以對高原地區的內燃機以及爬坡性能提出極高的要求。

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請注意每個站點的海拔高度

即使如NJ2車頭,單個火車頭在重載以保證安全運行的情況下仍嫌不足,一般都是兩個火車頭重聯運行,重聯運行時前方後車頭可以通過非操縱端實現互通,當然在必要情況下也可以三重聯運行。

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我國的機車頭技術參數並不差,為什麼不選用?

國產著名的火車牽引火車頭的東風8B和東風11的牽引功率都超過3000KW:

東風8B:16V280ZJA型內燃機,傳動方式為內燃機-發電機-電動機模式,牽引功率3100千瓦

東風11:16V280ZJA型柴油機,傳動系統為內燃機-發電機-電動機模式,牽引功率3860千瓦

和NJ2的車頭的內燃機類似,16V280ZJA型柴油機同樣是廢氣渦輪增壓的中速柴油機,應對高原高海拔時的功率損失兩者差距並不是特別大,而且在功率上還稍勝一籌,但青藏鐵路在選擇火車頭時仍然是NJ2!

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牽引旅客列車運行在蘭新鐵路上的東風11型高原型機車

這是因為在自動化控制上我國的東風系列當時完全無法和NJ2相比,在平原地區故障與檢修壓力並不大,但在高原地區設備的生命周期以及故障自動報警與健康記錄非常重要。NJ2的車頭有數千個傳感器,運行控制由CCA(通用自己開發的綜合控制架構)控制,包括內燃機控制、牽引控制、制動控制、輔助電源控制、重聯控制、粘著控制、故障診斷和檢測等功能。

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這就是最初時為什麼國產的火車頭沒有被選用的原因,並非國產火車頭不堪用,而是當時的最佳選擇,不過如果沒有NJ2國產火車頭仍然可以上,而且我們也相信中國鐵路工程師的運行與維護能力,一定也會平穩運行。

為什麼不選用電氣化線路?

各位應該非常好奇這個問題,畢竟電氣化是鐵路發展的方向,為什麼不用電氣化線路?其實答案也比較簡單,首先電氣化鐵路非常怕冰凍,比如2008年的雪災就造成電氣化鐵路大面積停運,而內燃機車仍然保證正常,當然現在有區間直流加熱,可以保證電氣化鐵路正常運行!

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不過在青藏鐵路這種極端環境下,萬一出現接觸網故障,那問題就玩大了,首先在青藏鐵路上跑的機車都有制氧設備以保證跨越5000多米的唐古拉山口時使用,另一個則是全車供電取暖等,如果接觸網故障,那絕不是鬧著玩的。

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另外則是接觸網需要大量的升壓站點,需要人員維護,這對於接近2000千米的青藏線上有非常大的人員維護壓力

國產化設備其實早已應用

早在2003年,戚墅堰廠命名為「雪域神舟」東風8B型9001、9002號就已經在格爾木段進行了相當嚴格的測試:

海拔3575米的納赤台、4159米的玉珠峰、4771米的崑崙山口和4611米的不凍泉之間,分別完成內燃機功率修正、冷卻試驗、機車牽引2300噸性能試驗、隧道內內燃機功率調整和電阻制動、電機溫升及增壓器流量試驗,並在100多公里連續20‰長坡道和全長1686米的崑崙山隧道進行運行考核,試驗結果表明機車各項數據基本達到設計要求

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所以說國產東風系列火車頭是完全能滿足要求並不是吹的,而是完整地進行了試驗!

HXN3高原型火車頭

這是中車集團大連和美國易安迪共同研製的柴油機車,使用的是16V265H型內燃機,內燃機-發電機-電動機模式,牽引功率3700千瓦。

青藏鐵路的火車頭,國產化搞那麼多年,為何還要從美國引進?

早期HXN3高原型火車頭在拉日鐵路開通前就在格拉段進行了試驗,並順利完成,2018年6月,HXN3高原型機車正式承擔青藏鐵路格拉線每日往返12對客運列車的牽引任務(中新網2018年6月25新聞稿),未來的目標是在格拉段全面代替NJ2。

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倒計時!復興號要開進西藏

2021年6月19日,環球網刊發了「倒計時!復興號要開進西藏啦」,也許各位看得有點懵逼,這復興號不是需要接觸網的高鐵列車麼,怎麼上西藏?

青藏鐵路的火車頭,國產化搞那麼多年,為何還要從美國引進?

其實早在2021年1月5日,新華網就以「今年將開進西藏的復興號長什麼樣?」為標題,刊發過未來的拉林鐵路和即將進藏的復興號內電雙源動車組。

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綠色的為內電雙源的復興號

首先拉林鐵路是西藏第一條電氣化鐵路,拉薩至林芝,全長435.5公里,新建正線403.1公里,為單線電氣化Ⅰ級鐵路,設計行車速度為每小時160公里。全線新建車站34個,初期開站17個。4月26日拉林鐵路接觸網已正式受電。

而「內電雙源」的復興號則是採用了內燃機和電力兩種動力牽引方式,拉林鐵路地處高原地帶,如果遭遇接觸網故障,那麼內置的內燃機動力發電機組發電,實現緊急救援!拉林鐵路將於6月30日正式通車,相信復興號早已通過青藏鐵路,並且是以自己的動力方式通過格拉段進入拉薩!

青藏鐵路的火車頭,國產化搞那麼多年,為何還要從美國引進?

也許未來真的能實現青藏鐵路的電氣化,不過說實話這個改造成本還是有點高!