车辆工程导论
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第三节 我国机车车辆的发展历程

我国铁路机车车辆工业经过半个多世纪的努力,从无到有,从弱到强,以不断升级换代的“中华牌”产品推动了我国经济与铁路运输业的大发展,为实现铁路现代化作出了重大贡献。

一、我国机车的发展历程

新中国成立前夕,全路只有4069台蒸汽机车,型号却多达198种,分别来自8个不同国家的30多个工厂,就蒸汽机车型号庞杂众多而言,绝对位居“世界火车之最”,为此也曾被讥讽为“万国蒸汽机车博览会”。

60多年来,我国铁路牵引机车实现了从蒸汽机车、内燃机车、电力机车到高速动车组的飞跃,取得成绩令全世界惊叹。从中国铁路机车的发展历程中,我们可以感受到祖国科学技术实力与综合国力的日益强大,以及这种强大带给我们的自豪和荣耀。

1.蒸汽机车与内燃机车

新中国成立后,随着铁路运输事业的迅速发展,对机车的需要日益增加,自行制造机车是当务之急。1950年9月,四方机车车辆厂(青岛四方机车车辆股份有限公司前身,下同)组装了一台被命名为“国庆号”的蒸汽机车(图3-41),以表达欢庆新中国成立的喜悦心情。这也是新中国第一台自己制造组装的蒸汽机车,由此也掀开了我国机车制造的宏伟画卷。

从1956年开始,我国的多个机车制造厂把当时较为先进的新技术、新工艺应用到机车制造上来,随着解放型、建设型、前进型、人民型、上游型(图3-42)等蒸汽机车的相继问世,中国的蒸汽机车制造业进入了鼎盛时期。其中,1956年试制成功的前进型蒸汽机车是我国自行设计制造的大功率干线主型货运机车,当时称和平型机车,轮周功率为1978kW(2690马力)。

图3-41 国庆号蒸汽机车

图3-42 上游蒸汽机车

1958年,巨龙型内燃机车下线,首批试制2台,这是我国第一台电传动内燃机车,如图3-43所示。巨龙型内燃机车在我国铁路机车史上是一个重要的转折点。1965年1月,巨龙型改称为ND型,它4000kW的功率在当时的中国机车中是当之无愧的“机车王”。1966年9月,该机车正式定名为东风型,在不断改进完善过程中,机车的外形也在不断地完善。

1959年,四方机车车辆厂试制成功新中国第一台液力传动内燃机车,当时以“卫星号”命名,代号NY1,如图3-44所示。原型车经长达7年的试验和多次改进,1966年1月定为东方红型(图3-45)并开始批量生产。从此,中国铁路进入了蒸汽机车与内燃机车并存的准内燃时代。

图3-43 巨龙型内燃机车

图3-44 卫星号内燃机车

1970年,北京二七机车车辆厂(北京二七轨道交通装备有限责任公司前身,下同)试制成功北京型液力传动内燃机车(图3-46),并于1975年投入批量生产,机车功率1500kW,最高时速120km。

图3-45 东方红型内燃机车

图3-46 北京型内燃机车

1964年,大连机车车辆厂(大连机车车辆有限公司前身,下同)开始批量生产东风型内燃机车,共生产706台。自问世以来,“东风”系列内燃机车一直是我国铁路机车中的主力车型,其保有量占国产内燃机车总数的一半以上。在“东风”系列中有东风(图3-47)东风2、东风3、东风4、东风5、东风6、东风7、东风8、东风9、东风10、东风11等多种型号。在“东风”大家族中,东风4型大功率干线客货运内燃机车自1974年进行批量生产以来,一直被不断改进设计,派生出了东风4B、东风4C、东风4D等系列车型;东风11型客运内燃机车是我国自行研制、自行设计的一项新成果,1992年在戚墅堰机车车辆厂(戚墅堰机车有限公司前身,下同)试制成功,具有良好的动力学性能,机车功率3040kW,最高试验时速达到183km;东风11改型“跨越号”干线客运内燃机车(图3-48)又在东风11型的基础上进一步完善,以流线型的时尚外观成为客运内燃机车的一道亮丽风景线。

图3-47 东风型内燃机车

图3-48 东风11改内燃机车

2002年11月30日,我国首台通过国际招标投入商业运营的交流传动内燃机车“捷力号”(图3-49)在四方机车车辆股份有限公司下线,揭开了我国铁路机车车辆发展的崭新一页,标志着我国交流传动内燃机车已进入量产的新阶段。

2008年7月,首台国产和谐3型大功率交流传动内燃机车(图3-50)在大连机车车辆有限公司正式下线。这台机车功率为4410kW,技术先进、节能环保,开启了中国铁路运输动力的新时代。

图3-49 “捷力号”内燃机车

图3-50 HXN3机车

2.电力机车与动车组

1958年12月28日,中国铁路史上首台电力机车韶山6Y型电力机车(图3-51)在株洲机车车辆厂(株洲电力机车有限公司前身,下同)试制成功,为中国铁路步入电气化立下了汗马功劳。经过10年研究改进,在我国半导体工业日益发展的条件下,对韶山6Y型引燃管式电力机车不断改进,在此基础上研发了韶山1型电力机车(图3-52)。韶山1电力机车主要用于宝成线等山区铁路,共生产了823台。

图3-51 韶山6Y

图3-52 韶山1型电力机车

随着我国经济实力的增强,“韶山”系列电力机车从韶山1型逐步发展到韶山2型、韶山3型直到韶山9型干线客运电力机车。其中,2004年12月12日由4台韶山4改型货运电力机车牵引的2万t组合重载列车在大秦铁路进行试验,取得圆满成功,创造了中国铁路史上的奇迹。

为了满足我国铁路快速发展的需要,我国铁路主机厂先后与国外企业合作,引进消化技术,并国产化生产了新一代交流传动HX系列电力机车(图3-53、图3-54)。2009年上线运行的和谐B型系列大功率电力机车牵引力已达到了9600kW,是世界上牵引力最大的电力机车之一,在我国的铁路运输中扮演着重要角色。

动车组方面,我国早在20世纪50年代就开始了研制。1958年,四方机车车辆厂设计制造了第一列东风号双层摩托列车,由2辆动车和4辆双层客车组成。进入20世纪90年代后,我国先后研制了“庐山号”、“新曙光”、“神州”等内燃动车组和“春城”、“蓝箭”、“先锋”等电力动车组,积累了部分动车组设计制造技术。但是,由于牵引传动、列车控制等关键技术不过关,安全性、可靠性难以满足高速运行的要求,因此,我国动车组走技贸结合、引进消化吸收再创新之路,成为铁路装备现代化的必然选择。

图3-53 HXD1D

图3-54 HXD3B

2004年10月,原铁道部组织完成了140列时速200公里动车组的采购合同签订,成功引进了川崎重工、庞巴迪、阿尔斯通的动车组技术。经过几年的发展,我国已形成了完善的动车组技术和生产体系。现在,我国铁路共有CRH1、CRH2、CRH3、CRH5四个动车组系列(图3-55),形成了时速200~350km、8节或16节编组、坐车卧车齐备的动车组产品体系。CRH动车组也打造了闪亮的中国品牌。

图3-55 CRH动车组

CRH380动车组是在CRH型电动车组基础上自主研发的CRH系列高速动车组(图3-56)。

图3-56 CRH380系列高速动车组

2010年12月3日在京沪高铁枣庄至蚌埠间的先导段联调联试和综合试验中,CRH380A最高运行时速达到486.1km。2011年12月23日,更高速度试验列车(图3-57)下线。该试验列车为6辆编组,全部为动力车,试验速度超越中国目前所有动车组列车速度。

图3-57 更高速度试验列车

二、我国铁路客车发展历程

新中国成立以前,我国几乎没有独立的客车制造工业。1953年起,我国开始自行设计制造客车,至今已先后批量制造了21型、22型和25型客车(图3-58),种类涵盖硬座车、硬卧车、软座车、软卧车、餐车、邮政车、行李车和特种车等多个类型,形成了系统完善的客车体系。

图3-58 我国铁路客车

21型车是我国最早设计制造的主型客车,至1961年开始被22型客车取代。30多年里,22型客车在我国客运中一直占据着主导地位,直到90年代才逐渐被25型车替代。

25型车长度为25.5m,是我国铁路第三代主型客车。1990年,25A型空调客车批量下线。此后,又设计生产了国产化的25G型空调客车,25B型非空调客车。后为适应列车提速,生产了25Z型和25K型客车,最高运行时速达140~160km。近年来,我国又研制生产了25T型客车。25T型客车吸收了多年来25型客车、准高速客车、提速客车的技术及运用经验,用大量新技术研制而成,构造速度达180km/h,最高运行时速为160km。在第五次和第六次大提速中,25T型客车承担了全部直达特快列车的开行任务。25T型客车经过专门设计后,还用于青藏铁路的旅客运输。

三、我国铁路货车发展历程

自新中国成立以来,中国铁路货车经历了两个发展阶段、实现了三次大的升级换代,如图3-59所示。第一阶段是从1949年至1957年的仿制国外产品阶段,第二阶段是从1957年至今的自行设计、自主创新阶段。在这两个阶段中,中国铁路货车实现了三次大的升级换代,尤其是1998年以来取得了举世瞩目的成就。

1998~2002年,引进消化了美国铁路货车交叉支撑转向架先进技术,研制开发了具有世界先进水平、时速120km的转K2型转向架和P65型行包快运棚车等系列提速货车,开创了中国铁路货车的提速先河。完成了既有货车120km/h提速改造设计和实验,揭开了中国铁路货车提速的崭新一页。

2003~2004年引进消化了美国铝合金技术和F型车钩技术,为大秦线载重80t级C80型铝合金(图3-60)、C80B型不锈钢重载货,满足了大秦线开行2万t重载组合列车的运输要求,开辟了中国铁路重载运输的新纪元,使中国铁路重载技术进一步跨入了世界先进行列,为大秦铁路年运量从1亿t跃升到2~4亿t提供了装备保障。

图3-59 我国铁路货车技术发展历程

2004年11月23日,为了缓解铁路运力不足对国民经济的“瓶颈”制约,原铁道部运输局装备部指定7家生产研制铁路货车的主导企业共同参与70t级新型货车的研制开发。2005年4月4日,6种新型铁路货车样车亮相北京。2006年起,新造铁路货车全部采用70t级新型货车。70t级新型货车的问世,实现了中国铁路货车载重由60t级向70t级、时速由70~80km向120km的全面升级换代,为满足重点物资运输,缓解运输对国民经济发展的“瓶颈”制约状况,起到了至关重要的作用。

为了配合铁路提速与重载的需要,在转向架方面,研制开发的21t轴重转K2型提速转向架和25t轴重转K6型低动力作用转向架(图3-61),已成为中国铁路新型货车的主转向架。储备开发了DZ系列(27t、30t轴重)重载货车转向架、160km/h快捷货车转向架。钩缓方面,引进消化了美国E、F型车钩技术并全部实现了国产化,开发了高强度牵引杆、锻造钩尾框、组合式大容量缓冲器等提速重载车钩缓冲配件,初步搭建起了国内外铁路货车整机开发的技术平台。

图3-60 C80铝合金敞车

图3-61 转K6转向架

专用货车方面,研制开发了载重350~450t落下孔车、载重350~380t钳夹车、载重320~370t凹底平车、载重260~450t组合式长大货物车,填补了多项国内空白。其中,载重450t落下孔车是我国乃至亚洲载重量最大的特种货车,也是世界上载重吨位最大的落下孔车。

在货车设计方面,历时四年完成了载重70t、80t级新型货车和载重60t提速改造货车环行线36万km,120km/h持续运行可靠性“长跑”试验,为120km/h货物列车积累了运行经验。