共和国的火车头——那些中国自主生产的铁路机车

soma9 · 发表于 2014-9-28 10:35

1997年初，铁道部正式发表了《关于下达1997年铁路计划的通知》，提出了交流传动机车的研制计划。根据铁道部要求，四方厂联合株洲电力机车研究所、永济电机厂、大连内燃机车研究所等单位，于1997年开始开发研制交流传动调车机车；由于当时中国的大功率牵引逆变器技术尚未成熟，遂选择与日本三菱电机公司合作。1998年1月，机车的技术设计方案通过了铁道部的设计审查；同年8月，铁道部正式下达了设计任务书，并开始投入试制。新型机车定型为NJ1型，其中“N”代表内燃机车、“J”代表交流传动，同时机车并被命名为“捷力”号，这是中国第一种采用交—直—交流传动技术的柴油机车。

1999年9月8日，首台NJ1型机车在四方厂竣工并举行了剪彩仪式。NJ1采用了由株洲电力机车研究所和日本三菱电机公司联合研制、三菱电机制造的IPM牵引逆变器，以及国产异步牵引电机、柴油机变频起动、三相凸极式无刷励磁同步主发动机、交流辅助传动系统、多处理器微机控制系统、内插式大传动比牵引齿轮等新技术。

首台NJ1-0001号机车

soma9 · 发表于 2014-9-28 10:37

根据调车机车作业特点，NJ1采用外走廊结构的车架承载罩式车体，机车中部两侧及两端设有露天走台与扶梯。机车车体从前到后依次为冷却室、动力室、辅助室、电气室、司机室和变频室。动力室在机车中部，安装了一套柴油发电机组，并装有膨胀水箱、预热锅炉、燃油泵、启动机油泵、燃油预热器等辅助设备及各种管路。冷却室内设有V型结构的散热器和冷却风扇，下方设有前转向架牵引电机通风机、空气压缩机及辅助电器柜。辅助室内装有空气滤清器、起动发电机、后转向架牵引电机通风机、辅助传动箱等设备。电气室内设有两台牵引逆变器、电器柜及制动电阻柜。司机室内对角布置有两台相同的操纵台，以便司机选择任意一个方向操纵机车。变频室短罩内设有柴油机变频起动装置。车底两台转向架之间设有燃油箱、总风缸和蓄电池箱。

NJ1装用一台与东风5相同的8240ZJC型柴油机，该型柴油机为8气缸、直列式、四冲程、废气涡轮增压的直喷式中速柴油机，采用铸焊组合机体、合金球墨铸铁曲轴，额定转速为每分钟1000转，装车功率为1320千瓦。机车采用了柴油机变频起动，柴油机起动时由蓄电池供应直流电，经变频起动装置逆变成三相交流电后，供给交流起动发电机，通过齿轮传动箱、万向轴驱动柴油机。

soma9 · 发表于 2014-9-28 10:37

机车的主传动系统采用架控式交—直—交流电传动方式。机车牵引时，柴油机通过法兰盘直接驱动一台三相交流同步牵引发电机，发出的三相交流电通过全波整流装置转换成直流电，然后由两台IPM牵引逆变器将恒定的中间直流电变换成幅值、频率可调的三相交流电，分别供给两台转向架的牵引电动机，通过传动齿轮驱动车轮。而在使用电阻制动时，牵引电动机发出的三相交流电反馈到逆变器，经过反向二极管整流，将交流电转换成直流电，再由制动斩波器调节消耗能量，经直流联接电路将电能送到制动电阻。

NJ1采用JF208型三相凸极式无刷励磁同步发电机，取消了传统的励磁机和励磁整流柜，由微机控制励磁电流来调节发电机输出电压。牵引逆变器由日本三菱电机公司制造，为二点式电压源逆变器，每台逆变器包括一个三相逆变器和一个制动斩波器，功率控制器件为IPM-IGBT模块（3.3kV／1.2kA），冷却方式为强迫风冷。JD108S型牵引电动机为鼠笼式六极三相异步牵引电动机，持续功率为180千瓦，冷却方式为强迫风冷，采用磁场定向矢量控制方式。机车采用交流辅助传动系统，并采用可编程控制器（PLC）控制。交流起动发动机发出的三相交流电分别向通风机、冷却风扇、空气压缩机和蓄电池供电，取代了静液压和机械传动。机车微机控制系统具有逆变器变频控制、柴油机恒功率控制、电阻制动控制等功能，并设有数据采集、记录、故障诊断及故障提示功能。

NJ1走行部为两台三轴转向架，轴式Co-Co，其结构与东风5型机车转向架基本相同，采用钢板箱形焊接结构。一系悬挂采用独立轴箱拉杆定位圆弹簧加液压减震器，二系悬挂采用橡胶旁承，牵引力和制动力通过低位四连杆机构牵引装置传递。牵引电动机采用滚动轴承抱轴半悬挂结构、单边直齿传动，其中小齿轮设计成内插式齿轮，将齿轮传动比提高到81/14（5.87），减小了簧下重量，同时也使提高了牵引电动机的持续转速。

NJ1-0002号

soma9 · 发表于 2014-9-28 10:37

NJ1-0001号机车出厂及完成安全评估试验后，于1999年12月开始在济南铁路局淄博机务段投入运用，主要担当调车及干线小运转作业；至2000年11月底，机车已走行超过96000公里。测试结果显示，虽然使用同样的柴油机，NJ1的牵引性能明显优于同等功率的东风5，起动加速度和最大牵引力分别超出东风5机车70%、15%以上，机车的总效率比东风5高1.6%，但燃油消耗量比东风5型机车高约28%。2001年4月，0001号机车转赴北京环铁并完成了机车型式试验，包括牵引热工试验、动力学性能试验、制动性能试验。2001年6月，NJ1-0002、0003机车配属济南铁路局济南西机务段投入运行；同年10月底，NJ1通过铁道部技术鉴定。2003年，NJ1获年度中国铁道学会科学技术奖的一等奖。

NJ1-0002号的另一端车头

soma9 · 发表于 2014-9-28 10:37

2001年，秦皇岛港务局通过国际招标，对外订购两台交流传动调车柴油机车，最终由四方厂夺得订单。该型柴油机车设计代号为J67，并同样被称为“捷力”号，是NJ1的改进产品，机车改装用一台英国拉斯顿公司（Ruston）的柴油机，标定功率为2310千瓦，装车功率为2100千瓦，其余部分大致与NJ1型机车相同，在平直道上牵引6000吨时平衡速度不低于40公里/小时。两台“捷力”机车于2002年11月交付秦皇岛港务局使用，担当秦皇岛东站至码头之间的调车作业。

2003年，济南铁路局的三台NJ1型机车均改配属青岛机务段，主要担当青岛铁路枢纽内港湾站、青岛站、青岛西站之间的调车任务。2006年，随着铁道部实行运输生产力布局的调整，济南西机务段先后与淄博、青岛、聊城机务段整合，三台NJ1改配属为济南西机务段青岛运用车间。2007年底，济南铁路局停用NJ1型机车，并封存于青岛车间（原青岛机务段）。

NJ1的宣传图片

soma9 · 发表于 2014-9-28 10:38

从四方厂的NJ1后，包括大连厂等其他机车厂也开始尝试设计交流传动内燃机车，这些车命名为东风，但是都处于试验阶段，没有批量生产，楼主在前面都介绍过了，这里再简单罗列一下：
大连厂的东风4DJ型内燃机车（DF4DJ），原称东风4DAC型（DF4DAC），2000年研制成功。主传动器采用西门子公司提供的主逆变器柜和1TB2630型交流异步牵引电动机。试制了两台。

soma9 · 发表于 2014-9-28 10:38

东风7J（DF7J），北京二七厂于2003年设计制造，机车采用了株洲电力机车研究所株洲变流技术国家工程研究中心研制的TGN13型IGBT变频器（VVVF），由三个IBBM60B型变频器模块组成。试制一台。

soma9 · 发表于 2014-9-28 10:38

东风8BJ型“西部之光”（DF8BJ），由资阳厂于2002年设计制造，采用株洲电力机车研究所研制的国产交流传动系统，主传动装置包括JF220型无刷励磁同步牵引发电机、TEP28WG02型牵引变流器和JD120型交流异步牵引电动机。试制一台。

soma9 · 发表于 2014-9-28 10:39

东风8CJ（DF8CJ），由戚墅堰厂于2002年设计制造，采用进口的加拿大庞巴迪公司IGBT交流传动牵引变流器及控制系统。试制3台。

soma9 · 发表于 2014-9-28 10:39

东风8DJ（DF8DJ），有资阳厂于2003年与株洲电力机车研究所合作研制成功，采用株洲电力机车研究所设计制造的TGA5型风冷IGBT牵引逆变器，和JD120型异步交流牵引电动机。试制一台。

soma9 · 发表于 2014-9-28 10:39

2003年3月，刘志军在第十届全国人民代表大会第一次会议上接替（河蟹），正式出任铁道部部长，开始提倡中国铁路“跨越式发展”，要求国内机车车辆制造商与国外企业合作，于2005年大连厂、戚墅堰厂分别与EMD、通用电气签订协议，联合研制HXN3、HXN5型6000马力大功率交流传动内燃机车。国产交流传动机车全部下马。

soma9 · 发表于 2014-9-28 10:39

正好国产内燃交流的下马和和谐内燃机车的引进同铁道部改革发生在同样的时间，在介绍和谐内燃机车前，顺便回顾一下本世纪初的这段内部改革。

成立于2002年的南车集团和北车集团来之于先前的中国铁路机车车辆工业总公司（中车公司）。中车公司也经历非常复杂的变迁。解放后，铁道部成立并且建立了厂务局管理铁路工厂业务，1952年又分设机车车辆修理局和机车车辆制造局分别管理修理工厂和制造工厂。1958年，机车车辆制造局和修理局合并，成立了铁道部机车车辆工厂管理总局，负责统管机车车辆修理工厂和制造工厂；1966年改组为铁道部工厂总局；1975年改组为铁道部工业局。1978年1月1日起，铁道部工业局改组为铁道部工业总局，成为代部全面管理机车车辆生产的职权单位，对外仍为部的职能部门。1979年5月1日起，铁道部决定对工业总局实行“一个机构，两块牌子”，对外名称为中国铁路技术装备总公司。

1986年2月7日经国务院批准，铁道部下发《关于成立铁道部机车车辆工业总公司的决定》（铁党【1986】7号）文件，工业总局改组为企业性质的“铁道部机车车辆工业总公司”，为铁道部直接领导下的具有生产和经营自主权的国营企业，对34个机车车辆、机械、电机工厂和4个机车车辆专业研究所实行统一领导和全面管理。1989~年，根据国家机构编制委员会批准的《铁道部“三定”方案》，铁道部决定自1989~年9月1日起将铁道部机车车辆工业总公司的名称更改为中国铁路机车车辆工业总公司，简称中车公司，为铁道部领导下的自主经营、独立核算、自负盈亏、具有法人资格的国营企业，实行总经理负责制，对当时下属的35个机车、车辆、机械、电机工厂和4个机车车辆研究所等单位实行统一领导和全面管理，同时统一了对内和对外名称。1996年中车公司又改组为控股公司，由铁道部授权，对所属厂所实行国有资产经营和生产经营管理，作为国有资产的产权代表，以资产经营为主要职能，实行规模经营。

soma9 · 发表于 2014-9-28 10:40

截至1999年底，中车公司下属2个集团公司、33个工厂、4个研究所，总资产258.7亿元人民币，土地4902公顷，房屋建筑物1857万平方米，机器设备85701台套。年生产能力为电力机车350台、内燃机车700台、客车2900辆、货车40000辆和各种机车车辆配件300万件，工业总产值逾200亿元人民币。

随着九十年代末开始国家对铁路、民航、电信、烟草、军工等国营产业系统脱钩工作的部署。为改变财产边界不清、生产效率低下的状况，铁道部进行了打破政企合一、行业垄断的铁路运输行业体制的改革研究，于1998年底开始了对直属企业改组、调整、清理、规范的工作。铁道部首先决定了中国铁路工程总公司、中国铁道建筑总公司、中国铁路机车车辆工业总公司、中国铁路通信信号总公司、中国土木工程集团公司等五大直属非运输企业作为首批脱钩单位，脱钩方式采用总公司（集团）整体移交中央政府管理的方式进行。2000年3月23日，铁道部、国家经贸委联合向国务院上报了《关于铁路非运输企业政企分开方案的请示》。同年4月24日，方案得到国务院批复通过，5月进入五大公司（集团）脱钩移交阶段。

2000年9月，经中国国务院批准，根据构建竞争主体、避免重复建设的精神，中车公司分拆为中国北方机车车辆工业集团公司和中国南方机车车辆工业集团公司两家国有独资大型集团公司，从铁道部归口管理划归为中央政府国资委管理。2000年9月28日，铁道部印发《关于向中央工委移交中国铁路工程总公司等企业领导班子管理职责的通知》，依法规范了铁道部、铁路企业与五大公司间的相互关系，标志着铁道部与五大公司正式实现政企分开。

soma9 · 发表于 2014-9-28 10:41

中国北车集团成立于2002年7月1日，总部设于北京；中国南车集团成立于2002年7月2日，总部设于北京。北车比南车早成立一天。

铁道部这次重组以及拆分中国机车企业的目的就是：铁道部从名义上的家长变成了客户了。早期的运作模式大都是铁道部立项，然后各大机车厂出设计，造出样车后拉到北京考试，各大指标合格了就开始量产，反馈好的就把图纸分散到其他机车厂一起造；改革后的模式变成了南车北车可以自主选择制造机车，而铁道部则根据运用情况选择要还是不要，这样来利用市场控制机车的质量和产量（当然铁道部的行政影响还是很难消除的）。

当时南车集团三个半机车厂（四方，戚墅堰，资阳，半个二七）都在生产交流内燃，北车则是大连加半个二七，设计力量严重冗余，必须要整合，而且当时国产交流内燃刚刚起步，很多问题都没有完全解决，质量不稳定，铁道部一直都不肯收。直到2004年美帝突然愿意卖NJ2给中国，这一笔生意基本上就把这些国产交流内燃都打入冷宫了。

soma9 · 发表于 2014-9-28 10:42

2001年6月，青藏铁路二期工程（格尔木至拉萨段）正式全面开工建设，青藏铁路高原柴油机车的研制任务也同时启动。高原柴油机车的研制由戚墅堰机车车辆厂进行，当时并未考虑采用进口机车。2002年5月，铁道部科技司与戚墅堰厂签订了《青藏线高原内燃机车的研制及线路试验》科研项目合同，要求试制2台青藏线高原柴油机车样车。2002年10月底，两台被命名为“雪域神舟”的东风8B型9001、9002号高原柴油机车研制成功。2003年初，“雪域神舟”号机车在青藏铁路已铺轨路段进行高原性能试验，试验结果表明机车各项数据基本达到设计要求。当时“雪域神舟”号曾经有望成为青藏铁路的主力牵引机车。

不过，此后由于国际环境开始改善，在加上中国铁路系统改革和刘志军出任铁道部部长。中国铁路发展政策出现重大转变，2003年刘志军提出铁路要实现“跨越式发展”，不能继续在原有基础上慢慢前进，而应该同其他行业一样，积极引进国外的先进技术，最短时间内提高中国铁路的技术水平。对于青藏铁路这个高标准工程，刘志军明确提出要把它建设成世界一流的高原铁路，实现“三个目标”：“把旅客列车在全线运行时间压缩到最短；全线行车设备实现免维修；沿线基本实现无人管理”。与此同时，中央政府于2004年底决定作出对青藏铁路提前一年通车的要求，更使“可靠性”成为决定青藏铁路设备采购的重要标准，而东风8高原性能试验一直存在故障率较高的问题，使得铁道部在部分设备的采购上最终放弃了国产设备。

“雪域神舟”号——东风8B-9002号

soma9 · 发表于 2014-9-28 10:42

对于高原铁路机车的采购，铁道部采取了全部整车进口的方式。由于当时美国在内燃机车领域实力最强，机车采购项目也是在美国的通用电气（GE）和易安迪（EMD）这两个公司之间竞争；通用电气公司以C44-9W型柴油机车为基础，提出C38AChe型高原柴油机车的方案，而易安迪公司亦以SD90MAC型柴油机车为基础，向中国推荐JT46型高原柴油机车。

GE的C44-9W型柴油机车，NJ2的原型

soma9 · 发表于 2014-9-28 10:42

EMD的SD90MAC型柴油机车，值得一提的是，虽然EMD的SD90MAC输了NJ2的竞标，随后EMD又在该型的基础上同大连厂进行技术合作设计了HXN3型内燃机车。

soma9 · 发表于 2014-9-28 10:42

最终，通用电气胜出，于2004年10月获得铁道部78台C38AChe型柴油机车的订单，铁道部委托中国技术进出口总公司与通用电气公司签订了采购合同，这也是继1984年进口的ND5机车之后通用电气为中国铁路提供的第二种铁路机车。该型机车在中国被定型为NJ2型，其中“N”代表内燃机车、“J”代表交流传动。此外，通用电气公司还与中国铁道部签订了引进用于青藏铁路的增强型列车控制系统（ITCS）的合同。

soma9 · 发表于 2014-9-28 10:43

由于前面已经介绍过NJ2的性能和运用，这里就略过了。筒子们可以翻到前面去看，这里只是想说说当时中美机车合作的背景。基本上NJ2是一款速度和力量虽然不大，但相对可靠的计程车，也胜任了青藏铁路的任务。这一次整车引进也让中国铁路见识了智能化机车的理念，比如整个NJ2机车的控制系统有十多个微处理器通过网络系统汇总到主显示屏，有上千个软件和上千个预置传感器支持运行系统。另外为了提高系统的可靠性，许多重要的传感器采用冗余配置等。

在NJ2引进的同时，中国铁路也开启了再一次同美国进行技术合作的帷幕，同样也是同通用电气和易安迪这两个世界上最大的内燃机车供应商进行。

soma9 · 发表于 2014-9-28 10:43

现在说说通用电气（GE）和易安迪（EMD）这两个美国机车行业的冤家，在美国甚至世界内燃机车领域内，当之无愧的老大就是GE，而老二则是EMD。

通用电气公司是摩根财团控制的世界上最大提供技术和服务业务的跨国公司。其历史可追溯到托马斯爱迪生1876年创立了爱迪生电灯公司。1890年，摩根将爱迪生电灯公司和汤姆森-休斯顿电气公司合并，成立了通用电气公司(GE)，总部设在纽约州的斯克内克塔迪。GE是自道琼斯工业指数1896年设立以来唯一至今仍在指数榜上的公司。据2011年统计，GE的销售收入是1562亿美元，是世界上拥有市场资产第三多的公司。公司业务遍及世界100多个国家，拥有员工301,000人。GE产品从能源到新材料，从金融到现代服务，从飞机大炮到导弹原子弹无一不包，仅铁路机车销售营业额就居全球第一，同中国戚墅堰厂合作的HXN5型柴油机车不过是美国通用电气公司运输系统商业分公司一个小小的产品。

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