專為青藏鐵路設計，現實版的「雪域列車」長這樣！

出品| 網易新聞

作者| 王麟，科普作家、鐵路工程師

在被稱為「地球第三極」的青藏高原修建鐵路，工程之艱巨世界矚目。這裡海拔高、緯度低，生態環境極為脆弱，全長1956千米的青藏鐵路，穿越海拔4000米以上地段就有960多千米，佔據全長的49%，鐵路要跨越海拔5072米的唐古拉山口，還要經過多年凍土地段550多千米。

　　沿線地理條件複雜，有戈壁荒漠、沼澤濕地、雪山草原和多年連續凍土地帶，並且該地區還有5級烈度的地震帶，晝夜溫差最高達40℃，最高風速達32.6米每秒，常年風沙雨雪，並有較長的雷暴區段，空氣稀薄，氣壓很低，空氣中的含氧量僅為海平面的50％左右，且伴隨強烈的紫外線照射。自然條件之惡劣可見一斑。

　　青藏鐵路的修建，可謂克服了重重艱難，創造了世紀工程。而鐵路修好，在鐵路上跑的火車更要與嚴酷的自然環境作鬥爭。

（一）在青藏高原上跑火車存在哪些困難？

　　經過分析，對行車影響最大的幾個自然因素包括：高海拔，大風沙，多雷電，高寒低溫；對行車影響最大的工程因素包括：鐵路線路坡度較陡、坡道長、跨越無人區需要採用機車長交路。

1、高海拔——影響柴油機和冷卻系統工作

　　青藏鐵路海拔最高點為唐古拉山口，高程為5072米，拉薩市海拔為3628米，全程海拔超過4000米的地段有965千米。高海拔造成的直接後果就是氣壓低和空氣稀薄，環境氣壓僅為57.0~ 72.5 kPa，空氣中的含氧量僅為海平面的50%左右，使得內燃機車的柴油機和增壓器受到較大影響，同時水的沸點降低，影響機車冷卻裝置和冷卻系統的正常工作。

2、多雷電——精密電子儀器遭破壞

　　而多發雷電則很容易對機車上面的精密電子儀器造成破壞，需要採取可靠的防護措施。青藏鐵路一年中的風沙天氣是100多天，對機車的各個部件影響也很大，造成其使用壽命縮短。

3、低溫——制動系統等受影響

　　在格爾木至拉薩段，鐵路沿線的氣溫最高為25℃，最低為-45℃，平均氣溫-2~ -6℃。低溫對機車的油水、電氣、制動等系統均有很多不利的影響。

　　青藏鐵路

4、坡陡且長——需要大功率機車牽引

　　而青藏鐵路的線路陡坡、長坡道以及機車長交路，都對機車的牽引性能提出更高的要求，需要配備功率更加強大的機車。

　　如此惡劣的環境，要是還用普通機車，會連正常額定功率的一半都發揮不出來，無法承擔繁重的運輸任務。所以，就需要針對特殊的嚴酷條件，研發新型的鐵路機車，而這種新型的「大力士」要滿足在高原上啟動、制動、牽引、環保等一系列技術要求。

　　目前在青藏鐵路上使用兩種車型，一是從美國進口的NJ2型內燃機車，二是國內自主研發成功的「雪域神舟」號大功率內燃機車。

　　進口內燃NJ2型機車

（二）大功率機車的技術獨到之處

　　在高原條件下，限制機車柴油機功率有三個重要參數：增壓器最高轉速、最大排氣溫度和爆發壓力，這三個參數的任何一個不達標都會造成不良後果。

1、完善的增壓匹配，抵消機械能損耗

　　柴油機在高海拔條件工作時，由於受增壓器特性的限制，做功生熱而機械能減少。但是柴油機還得滿足牽引功率要求，所以就得更具海拔高度，完善柴油機的增壓匹配，並對相關的機械結構做適當的調整。

2、高溫冷卻方式，提高水的沸點

　　高原的高海拔和低氣壓使得機車冷卻水的沸點降低，會影響冷卻效果。因此機車冷卻水系統必須採用加壓冷卻（高溫冷卻）方式，即給冷卻水系統加上壓力調節閥，將高溫冷卻系統與大氣隔開。當高溫冷卻水的溫度上升時，在整個高溫水系統中產生一定壓力，以提高水的沸點，避免冷卻水過早氣化，從而提高柴油機高溫冷卻水的水溫。

　　NJ2型機車

3、柴油空氣濾清系統+堆雪排障器，可抗高原風沙

　　為了適應高原風沙大的特點，機車需採用過濾精度高、納污能力強的柴油空氣濾清系統和主發電機、牽引電動機通風系統。除此之外，對機車上的一些敏感器件應具有良好的防寒、保溫、預熱和安全防護措施。

　　機車上還要有針對大風堆雪的排障器，配備性能良好的防空轉、防滑行控制裝置。由於青藏鐵路某些段落坡度很大，機車應裝有重聯裝置，應能滿足3台及其以上機車重聯的要求。

4、供氧設備+抗紫外線設計，保護司機！

　　由於高壓缺氧，需要對司機室配備供氧設備，還要採取特殊的塗料，對機車的外表進行抗紫外線設計，以有效保護機車和司機。

5、大容量油箱，滿足長途跋涉需求

　　由於機車需要跑長途交路，中間由於條件限制，不能隨時補充燃料，就需要採用大容量的油箱滿足機車長途跋涉對能源的需求。

　　青藏鐵路

（三）國產「雪域神舟」號內燃機車：裝有中國最大功率柴油機

　　在借鑒國外NJ2型內燃機車的基礎上，中國研發成功「雪域神舟」號內燃機車。車身採用高強度低合金鋼材料製造的棚式或者桁架式側壁承載結構，可滿足隔熱和吸震要求。

　　由於青藏鐵路部分段落坡度較陡，機車一般採用雙機重聯，車上安裝有中國目前功率最大的16V280ZJA型柴油機，在海拔5100米之處，其最大運用功率可達2700千瓦，在海拔2800米處的最大運用功率為3400千瓦，最高時速100公里/小時。

1、增壓器、冷卻方式滿足高原「跑路」需求

　　柴油機配備高原增壓器，實現柴油機功率隨著海拔不同而自動修正的功能。

　　「雪域神舟」號機車的冷卻系統採用加壓冷卻方式，以保證在海拔5100米處，水系統內壓力不低於1個大氣壓，水的沸點不低於100℃，以保證機車柴油機正常冷卻的需要。

　　國產內燃「雪域神舟」號機車

2、閥控式鎳鎘鹼性蓄電池：耐低溫還減重

　　高原海拔高、氣溫低對柴油機起動性能影響很大，「雪域神舟」號利用低溫性能較好的閥控式鎳鎘鹼性蓄電池。一般在-20 ℃時，電池能放出額定容量的80%左右；即使在-40℃大電流運用時，對蓄電池的壽命影響甚微，電池的使用壽命較長。採用鹼性蓄電池，還可讓機車減重1000kg。

3、機車塗料+鍍膜玻璃：全方位抵抗紫外線

　　為了解決機車抗紫外線的問題，技術人員通過試驗篩選出耐高寒、抗輻射老化的橡膠件和油漆，用作機車塗料，同時在司機室前窗和側窗玻璃均採用防紫外線鍍膜玻璃。

　　「雪域神舟」號針對高原缺氧採取的措施，在司機室上部安裝有變壓吸附式制氧機，通過氧面罩和整倉供氧2種方式向司機室供氧。制氧機工作時，可以通過管道將氧氣送入司機室，還可以將氧氣充入氧氣瓶以備不時之需。

　　機車駕駛室

4、「雪域神舟」號針對高寒採取的措施：

　　一是採用了自控式預熱鍋爐，油水管路採用特殊防寒包紮、電伴熱裝置；

　　二是機車車體、轉向架和冷卻裝置鋼結構等主要受力部件採用低溫性能好的材料；

　　三是採用了承載式燃油箱結構，車體的強度和剛度比現有DF8B 機車有顯著提高；

　　四是採用滾動軸承抱軸式轉向架，輪對採用整體車輪，減振墊採用低溫性能好、抗輻射的橡膠減振墊。

5、既能抗風，又能防雷

　　雪域神舟」號針對大風沙採取的措施，柴油機空氣濾清系統採用四層鋼絲網、旋風式空氣濾清器、紙質濾芯組成的三級空氣濾清系統。

　　為了防雷，機車的車體與轉向架側梁、轉向架側梁與軸箱端蓋之間用電纜連接，車軸端部設置接地電刷，以確保將機車車體在可能受到雷擊的時候，迅速將電流引入地下，以保證行車的安全。

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編輯| 於冉帝

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