為什麼固定重聯HXD1和HXD2型機車只在大秦線運用,且總功率相同情況下,牽引力和同系列其他型號不同?

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%AD%E5%9B%BD%E7%94%B5%E5%8A%9B%E6%9C%BA%E8%BD%A6%E5%88%97%E8%A1%A8

上面是維基百科「中國電力機車列表」,可見HXD1和HXD1B均為9600kW總牽引功率,HXD1C和HXD1D牽引功率降低為7200kW。類似地,HXD2和HXD2B功率相近,也均為9600kW左右,HXD2C功率為7200kW。進入具體的詞條,可以發現HXD1和HXD2這兩種固定重聯型的電力機車只配屬了大秦鐵路,而其他型號的列車配屬全國各地鐵路,並且在大秦鐵路均無配屬。實際觀察中,也會發現,儘管總牽引功率相同,大秦鐵路上的HXD1和HXD2牽引定數明顯比其他線路要多。請問這是為什麼?

我能想到的理由,只有軸式不同了。固定重連的機型,軸式為B0-B0+B0-B0,總共8軸,而單機的版本,軸式為C0-C0,總共6軸。難道是因為大秦線為重載鐵路,並且是山區鐵路,對黏著有較高的要求?其他線路中應該也有很多對黏著要求很高的吧。所以我覺得應該還有其他的原因。

並且,還可以發現,儘管總功率大致相同,HXD1的啟動牽引力和持續牽引力分別為760kN和532kN,大於HXD1B的570kN和422kN;HXD2和HXD2B也存在類似地情況。請問為什麼會這樣?


@Enzo Jiang 回答得差不多了,補充說明一下當時的貨運牽引動力使用思路

首先,兩台機車採購費用要大於一台機車,而且傳統思路上,不愛用多台機車,除非單機無論如何都滿足不了要求。那麼在以往要求大功率但單機無法承受的時候,不得已選擇重聯,包括神華定製的神仙級產品12軸三節固定重聯機車。所以一直以來,所謂的機車型譜,以單機為主。

其次,引進的機車版本問題,D1和D2的原型車都是單機4軸,而且兩個廠子的產品(面向歐洲鐵路環境)也只有單機4軸最成熟,於是生成一台滿足中國鐵路貨運要求的機車,最簡單直接快速的方法就是雙機固定重聯,走行、牽引、控制、故障等大多數模塊都不需要改動,換一套車殼子就交差了。至於功率、牽引力等參數調整,按照客戶的要求來就是了。於是前一條提到的所謂型譜就發揮作用了——型譜上定了某種8軸固定重聯、單軸功率1200kW的機車。

再次,當時國內社會經濟發展迅猛,煤電需求旺盛,以山西為主的煤炭主產區瘋狂向外輸出煤炭,鐵路方面晉煤外運通道發揮著重要作用,在北部大秦鐵路作為主力,對更高級牽引動力的需求也十分高。所以第一批訂單的180+180台D1D2均直接為大秦定製(當時湖東的SS4G保有規模約為四百台),之後D1追加40台到220台。

第四,大秦鐵路線路比較特殊,上行(秦皇島)方向以下坡為主,上坡路段最大坡度僅4‰,而下坡最大坡度12‰(也就是下行坡限),那麼對於在這條線路上運用的機車來講,起動牽引力的要求可能並不高,滿足4‰重車起動即可,而最關鍵的就是制動能力,必須保證12‰重車控制住速度,這需要從理論計算到實際測試設計該車的合理性能。最終我們看到了這裡單機萬噸的勝景。

第五,各廠後續產品的趣聞。當時鐵道部提出了多拉快跑的新形式和全路幹線的理想模式,即高鐵成網後,既有線基本實現120平圖,消滅速度差,跑得快的客車取消,跑得慢的貨車提速,於是有了重載5000噸提速120kph的計劃,那麼對應這麼一個需求,6軸9600kW的車誕生,看這種車的牽引特性,一目了然,起動牽引力並不高,但是過了持續速度點,按照9600kW反比例曲線下降。相比較於7200kW的車,9600kW的車在高速區間的牽引力更大,而相對於8軸機車來講,卻又單機為王(參見第一條)。但是實際運行過程中,由於貨車車輛的性能太差(當然比車輛性能更差的是人心),全路各局吭哧吭哧才將重車限速從80kph提到90kph,於是120kph的計劃泡湯了,在綜合經濟性面前,全部回歸了,7200kW的6軸車被更大規模採購。

第六,再說運用場景的問題。據我此前對鐵路的關注和了解,D1/D2深度國產化之後,在西南部分線路配屬了若干,替換SS3B或者SS4G,單組雙機運行;而另外一部分西南地區採用了雙機D1C即雙機6軸7200kW,包括晉煤外運南通道侯月也從SS4換型為雙D2C,所以所謂的山區用C0不合適什麼的,還不至於。這些換型之後的效果怎麼樣,據說還是一般,或者換句話說,牽引任務沒有變得輕鬆,因為機車性能上來了,牽引定數也隨之上升了,一些困難條件仍然還是困難條件,雨天運緩還是時有發生,甚至叫救援。

最後,說點題主的技術問題。D1八根軸,黏著水平跟D1B的六根軸肯定不一樣,所以起動牽引力一定不是一個數量級的(大致比例為8/6),D1B倒是可以跟同是6軸車的D1C比一比;而持續牽引力與電機特性密切相關,D1/D1C採用1200kW電機,D1B採用1600kW電機,特性的不一致導致持續速度不一致,印象上D1B的持續速度好像70+(而D3B的持續速度只有65kph),持續速度就是恆功的起始點,從這個點開始,牽引力與速度成反比例函數,P=Fv,P恆定,F=P/v。

補充幾張牽引特性和列車阻力圖。

這個是牽引特性圖,沒有做制動特性圖,坡道按照4‰計算。虛線從上到下依次是2萬噸、1.5萬噸、1萬噸、5500噸的列車阻力曲線;實線從下到上依次是D3(代表7200kW/6軸)、D3B(代表9600kW/6軸)、D2(10000kW/8軸)、SS4G雙機(2*6400kW/2*8軸,直流車)、D3雙機(代表14400kW/12軸)、D2雙機(代表大秦2萬噸的牽引配置)。

所以可以都出來這些:D3B牽引5500t,可以跑到接近100kph,滿足最初東部平原線路5500t跑120kph的要求,而7200kW只能做到接近80kph;D2雙機拉2萬噸理論速度平衡點在62kph左右,但是別忘了這是4‰坡度,如果沒有坡道,請看下圖,列車基本阻力很小,所以用這個來說事不科學;當年雙SS4G干萬噸,也是可以跑到75kph的。


大秦使用的列車有安裝GE的無線重聯模塊。持續牽引力和散熱條件有關係,啟動牽引力跟黏著利用率關係大。

大秦用2(BoBo)的主要原因可能是原型車量產的只有BoBo版本,修改成CoCo有一定的工作量,轉向架要完全重新設計(2(BoBo)採用的是U型構架),但是2(BoBo)的經濟型顯然不如CoCo,BoBo又無法滿足國鐵火車牽引需求,所以嘛。。。。。


硬碟沒帶,暫無配圖,盡量用文字說明。簡而言之:A.大秦線上坡坡度很小;B.8軸機車粘著重量比6軸大1/3,因此相同技術水平下最大牽引力也要高出1/3——8÷6=4/3,760kN÷570kN=4/3。

首先說明一點,樓主這個問題問得比較早了,如今8軸的HXD1與HXD2已經成為西部地區山區鐵路的主力貨運機型,逐漸替代原先使用的雙機SS3、固定重聯大SS3B之類直流機車。表面上看在這些山區鐵路的牽引定數比大秦線低得多,但是機車的負荷不減反增,後面的文字會涉及。

通常情況下,貨物列車牽引定數由車站到發線有效長度、貨車種類、線路限制坡度、機車牽引力幾個因素共同決定。其中前兩者屬於天花板似的限制因素。我國長江以北的平原地區,鐵路車站到發線有效長度通常為1050米級別,可以容納換長84的貨車,按照當前主力貨車型號,總重能達到5000~6000噸;而中西部地區通常是850米級別,只能容納換長70的貨車,總重4000~5000噸。這些重量範圍的高值,通常是整列C70敞車運煤,比如滿洲里到哈爾濱、平頂山到武漢的煤炭列車能達到6000噸,寧西線的運煤列車能達到5000噸,而更多的線路上,貨車種類五花八門,總重4500(換長70)或5500噸(換長84)就比較大了。

回到坡度和牽引力方面,大秦鐵路總體的地勢是西高東低,重車方向總體來說是一路下坡,如何剎得住車才是大秦的主要難題。而重車上坡主要集中在延慶和遵化附近,長度短,坡度只有4‰。大秦目前的情況,每台HXD1或HXD2平均牽引10500噸,理論上在4‰的上坡的爬坡速度能夠達到50~55km/h,雖然低於機車持續速度65km/h,但是坡道不長可以忍受。坡停起動幾乎需要輸出100%牽引力,遇到雨雪很難起得來,因此雨雪季節會在延慶北、遵化北等站備有補機隨時幫忙。現在西部地區使用HXD1、HXD2的線路,如包蘭、西隴海、西康、南寶成、襄渝、湘黔等,越嶺路段的限制坡度普遍為12~13‰,牽引定數4500噸,理論上爬坡速度只有35~40km/h,負荷其實比大秦線更大,某些鐵路局專門規定了一些土政策,比如某些車站盡量通過不停車、重量超過多少噸一旦停車要叫救援……

HXD貨運機車的起動粘著係數,應當是鐵道部當初根據DJ1、SSJ3等交流機車測試和運用的情況匯總出來的一個值(約0.388,即200噸的機車760kN,150噸的機車570kN),在之後的大規模招標中對供應商提出來,而後供應商按此參數設計機車。

HXD1B、HXD2B、HXD3B這三種6軸9600kW的機車,當初的設想是用於那些到發線有效長度1050米的線路,也就是所謂的東部繁忙大幹線,而且伴隨著貨車提速120km/h的夢想。6000噸貨車開到120km/h需要6500kW以上的功率,考慮到一定的功率冗餘,7200kW的機車是不行的,而當時的8軸9600kW機車又非常的昂貴。

※限坡13‰級別山區鐵路,牽引定數達到5000噸的,上坡路段又比較長的,通常會採用6軸7200kW機車雙機牽引,無它,8軸9600kW拉不動了。比如蘭新線~西隴海線上行方向牽引定數普超5000噸,張掖、武威一帶上坡很長,HXD1C雙機;蘭州~寶雞下坡為主,HXD1單機;三門峽一帶又有很長的上坡,HXD3雙機。同樣西安出發的貨車,西康線4500噸HXD1單機,寧西線5000噸HXD3雙機。——這些山區線路採用6軸雙機是非常穩妥的,然而,理由同上,目前倆6軸加起來比一組8軸貴,So……


⊙▽⊙……持續速度之前看黏著,過了持續速度還是看功率……


之前新鄉機務段一直有HXD2C固定重聯,最近運量下降,局內機務系統運輸調整才取消重聯。

(終於不用組重聯拆重聯了 )


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