文 | 怡然探索
編輯 | 怡然探索
我國的高鐵技術已經領先全球,但著名的青藏線卻還是需要從美國進口火車頭。高鐵的問世,不斷提升了鐵路旅程的速度和舒適度,也成了外國人最想帶回國的“中國特產”。
那麼為什麼青藏線的火車頭卻沒有運用到高鐵,反而還需要從美國進口呢?
01 青藏線曲折的建設過程
平均海拔達到4500米的青藏高原有個外號——“世界屋脊”,在世界高原中坐享第一,因此建設青藏鐵路的難度也是非常之高。
青藏鐵路全長1956千米,起於青海省西寧市,終到西藏自治區拉薩市,途徑崑崙山、可可西里、布達拉宮等景區。
青藏線所處之地大片為“生命禁區”,因為高寒缺氧的環境、脆弱的生態以及大面積的凍土地質,使其從20世紀50年代一直建設到了21世紀初才全面竣工。
期間,黨和國家領導人著重提醒要保護好周圍的生態環境,因此光環保投資就達到了15億以上。
建好以後,所面臨的最大問題還是缺氧,但不是人,而是裝置。那時候中車集團還未成立,只有南車和北車,於是我國專門為高原鐵路研製了一款高原內燃機車東風8B 9000。
雖然樣車的各項效能都達到了標準,但實地試車時還是出現了問題。列車在唐古拉山口停車後,製冷啟動測試失敗,高原環境還是會影響到火車的執行。無奈之下,只好先進口了美國通用的NJ2型內燃機車。
02 美國內燃機車的優勢
NJ2型內燃機車有個非常厲害的硬體可以應對缺氧的環境,那就是它的電子控制燃油噴射柴油機、交流傳動技術,使其能在高原極端的環境下,牽引效能仍然能發揮出良好的水平。
機車的動力來源主要依靠柴油機燃燒產生電能,帶動發電機運作,將柴油機產生的電能傳輸到電動機,其轉換出的機械能帶動各種驅動推動火車頭執行。這個構造與我們熟知的電油混合動力汽車類似。
該機車使用的是通用的公司製造的16缸、四衝程、廢氣渦輪增壓的V型中速7FDL-16AD1型柴油機。它加裝了博世的高壓噴油泵,使用了大量的精密電子控制儀,這在美國都是用於部隊重灌輸運車的主力,因此它能很好地適應高壓的環境。
機車運用多機重聯方式運用,當其中一輛機車出現故障後,其可以從其它重聯的機車中獲得輔助電源,維持柴油機的加熱、車廂照明等功能。每臺機車所攜帶的柴油箱容量達到9000升,執行過程中有一臺機車無法運作時,故障的機車也能將自身的燃油供給相鄰的機車,保證了能源的使用率。
而我們的東風8B 9000與之相比還是存在著一些差距。我們雖然安裝了專門設計的16V280ZJA型柴油機,各項技術指標都達到了標準,但是在穩定性上還是存在一些缺陷。滿足不了列車在含氧量非常低的高壓環境下,所需要的條件。
因此在很長一段時間內,青藏線使用的都是NJ2型柴油機車。
為什麼我們無法做到與通用公司一樣標準的柴油機呢?這還得從第二次工業革命說起。
03 第二次工業革命
19世紀中期,歐洲國家和美國、日本的資產階級完成第二次工業革命,人類從此進入了“電氣時代”,經濟得到飛速發展。但是中國沒有趕上,當時的我們還是農業國家,科學技術與西方落後了幾十年。
19世紀90年代,世界上第一臺柴油機的問世,為西方柴油機的發展奠定了紮實的基礎。隨著各國之間的軍備競賽,柴油機的技術進入了快速發展階段。
04 中國的技術進步
雖然我們沒有人家基礎好,但是我們一直堅持在鑽研的道路上。在南車集團吸收了美國通用技術的相關優勢,在東風8B 9000的基礎上研發出“和諧5型內燃機車”,又稱為“HXN5型柴油機車”。
該機車加裝了IGBT變流器,採用了通用的大功率交流傳動內燃機技術,使其效能大大超過了NJ2。整車最佳化得十分出色,輪周效率和粘著利用率都非常高,技術和經濟指標都達到了國際先進水平。
自2009年之後,我國採購了近300臺HXN5,它的成功研製,加快了中國鐵路自主創新的速度。
不僅如此,中車北車和美國EDM內燃機車公司建立起合作關係,在EDM的技術基礎上研製出我國“和諧3型”內燃機車。為了將油耗大幅度降低,提升燃油效率,它不僅加裝了先進的電動微控柴油機供油系統,還使用了EDM的大功率電噴柴油機。
相關資料顯示,與使用機械柴油供給系統的東風4型內燃機車相比,和諧3型機車的油耗少了1/3,且牽引力更高,2臺東風4的標準功率才能一臺和諧3相比。它模組化的生產方式,也大大減少了運營成本。
2015年-2018年期間,鐵路公司為了全面代替NJ2,共採購了66臺和諧3,美國的內燃機車終於被中國的火車頭接替了位置。
但是雖然說和諧3是中國生產製造的,但是技術還是美國的,這怎麼能算是真正意義上的國產呢?
05 技術吸收與延伸
中國的大部分技術最開始都是引進國外。因為我國缺乏技術基礎,工業起步較晚,西方國家又對我們實行技術封鎖,所以只能先從引進國外技術開始。就像我們讀書一樣,都是從幼兒園開始,先學習漢字和基本的數字演算法,在這些基礎上,我們才能學習到後續更為複雜的知識,誰都不是一出生就知天文地理,科技技術也是一樣。
因此,我們需要從國外學習到基本的技術,在這基礎上進行吸收和借鑑,最終打造成屬於我們自己的技術,有了像渦扇20等一系列先進技術產物。目前,我國已經可以全面國產和諧3,HXN5也實現了85%以上零件國產化,推動了產業鏈的發展與鐵路技術的進步。
06 為什麼青藏線不採用電力機車
高鐵又快又平穩,而且我國電氣化鐵路也正在全面普及,那為什麼青藏線不用高鐵作為主要運輸工具呢?
首先,電力機車主要依靠電氣化鐵路接觸網的電能作為動力帶動機車,其速度可達每小時上百公里,而且爬坡能力強,鐵路的陡度對電車影響較小,不受海拔和溫度影響,環保低碳,在高原使用電力機車不用擔心功率衰退的問題。
目前西寧至格爾木段路已經實現了電氣化,但是格爾木至拉薩卻沒有進行電氣化。這是因為這段鐵路的平均海拔實在是太高了,達到了4000米以上,到處是無人區,鐵路的日常維護工作很難開展,並且氣候和季節都能影響到列車的執行。對於成本高、技術難度大的電氣化鐵路來說並不是個雙全的選擇。
還有一個經濟上的因素,也是導致這段鐵路沒有實行電氣化的原因,那就是造價成本太高。
一般情況下,我國每公里電氣化鐵路造價為3000萬元左右,像在青藏高原這種惡劣的環境下,造價成本肯定是更高的。
2006年青藏鐵路正式完工後,據計算,其總投資高達330.9億元人民幣,考慮到多方面因素,如物價上升等,如果將青藏鐵路全線改造成電氣化線路,其造價成本會大幅提升。同時我國一般使用單相50赫茲的25千伏交流電的電氣化鐵路接觸網,會在一定程度上影響到其脆弱的生態環境,這也是必須要考慮到的問題之一。
總的來說,電氣化鐵路投入大,技術難度較高,因此使用在青藏高原確實不如內燃機車來得好,再加上我國土地廣闊,西南部地區自然環境很難建設電氣化鐵路,我國在短期內還不能完全實現鐵路電氣化。
但是目前我國的鐵路技術已經達到全球先進水平,其加速帶動了經濟發展,未來我們的鐵路還將繼續升級,我們也將享受到更多鐵路發展帶來的優勢。