2024年5月9日，由國(guó)家能源集團(tuán)朔黃鐵路公司與中車株機(jī)公司聯(lián)合研制的國(guó)內(nèi)首臺(tái)新型智能重載電力機(jī)車正式下線。它標(biāo)志著我國(guó)在重載鐵路運(yùn)輸裝備領(lǐng)域取得了又一項(xiàng)重大技術(shù)突破，成功實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)重載機(jī)車向智慧重載機(jī)車的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。這臺(tái)八軸制式的“鋼鐵巨人”運(yùn)用于我國(guó)西煤東運(yùn)第二大通道朔黃鐵路的重載運(yùn)輸，助力能源保供。

新型智能重載電力機(jī)車 圖片來(lái)源：“國(guó)資小新”公眾號(hào)

應(yīng)需而生

重載鐵路是鐵路貨運(yùn)的重要組成部分，對(duì)于煤炭、礦石等大宗貨物具有運(yùn)能大、成本低、效率高等優(yōu)勢(shì)，我國(guó)先后建成了大秦、朔黃、瓦日、浩吉等一系列標(biāo)志性重載鐵路工程。大秦鐵路和朔黃鐵路已實(shí)現(xiàn)2萬(wàn)噸重載列車常態(tài)化開(kāi)行，年運(yùn)量分別突破4.5億噸和3.6億噸，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。

然而，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，重載鐵路運(yùn)量不斷攀升，運(yùn)能緊張情況日益加劇，擴(kuò)大運(yùn)輸能力、提高運(yùn)量、提升效率是當(dāng)前我國(guó)重載鐵路運(yùn)輸發(fā)展的迫切需求。要實(shí)現(xiàn)多拉快跑、更安全平穩(wěn)、更綠色節(jié)能的鐵路運(yùn)輸可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，電力機(jī)車因其出色的拖拽能力和優(yōu)秀的裝載效率，成為長(zhǎng)途大量物資運(yùn)輸?shù)膬?yōu)選方案。

新型智能重載電力機(jī)車外觀 圖片來(lái)源：“國(guó)資小新”公眾號(hào)

2022年12月，國(guó)家能源集團(tuán)朔黃鐵路公司聯(lián)合中車株機(jī)公司啟動(dòng)新型智能重載電力機(jī)車關(guān)鍵技術(shù)研究及機(jī)車研制項(xiàng)目。為了在朔黃鐵路這條坡道特長(zhǎng)、坡度特大的繁忙線路上找出運(yùn)能突破口，中車株機(jī)公司將多項(xiàng)我國(guó)自主研制的新技術(shù)應(yīng)用于鐵路機(jī)車。2024年5月，下線的新型智能重載電力機(jī)車在運(yùn)力、節(jié)能、智能、安全等方面均得到提升，還入選“2024年度央企十大國(guó)之重器”。

創(chuàng)新密碼

作為目前全球功率最大的永磁直驅(qū)重載電力機(jī)車，其最大功率可以達(dá)到10400千瓦，相當(dāng)于100余輛家用小轎車同時(shí)踩油門(mén)，憑一己之力可以拉動(dòng)上萬(wàn)噸煤，相比同軸數(shù)電力機(jī)車，單臺(tái)機(jī)車單趟運(yùn)量可提升近1200噸，綜合年運(yùn)量可提升33萬(wàn)噸左右。

技術(shù)創(chuàng)新：

01

應(yīng)用全球首創(chuàng)大功率碳化硅變流器

相比于傳統(tǒng)的IGBT變流技術(shù)，機(jī)車搭載的自主大功率碳化硅變流技術(shù)功率密度超過(guò)1.8千瓦每千克，如同源源不斷供應(yīng)能量的“血液”，其開(kāi)關(guān)頻率可實(shí)現(xiàn)500赫茲到2000赫茲大范圍動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，能適應(yīng)更復(fù)雜的線路電網(wǎng)條件，可滿足機(jī)車牽引更加順暢的需求。

02

搭載全球首創(chuàng)大轉(zhuǎn)矩永磁牽引電機(jī)

這顆強(qiáng)勁的“心臟”相比于傳統(tǒng)的異步牽引電機(jī)，轉(zhuǎn)矩由9717?！っ自龃笾?1000?！っ祝苤苯域?qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向架，與傳統(tǒng)齒輪嚙合相比，傳動(dòng)效率更高、更環(huán)保，技術(shù)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。此外，機(jī)車驅(qū)動(dòng)裝置檢修周期由120萬(wàn)公里提升至240萬(wàn)公里，實(shí)現(xiàn)了“日常零維護(hù)”，維護(hù)檢修更經(jīng)濟(jì)。

03

采用全球首創(chuàng)大牽引力直驅(qū)轉(zhuǎn)向架

其就像為機(jī)車增添了靈活有力的“雙腿”，利用吊桿和橡膠彈性元件將大轉(zhuǎn)矩永磁牽引電機(jī)安裝到構(gòu)架上，有效減少了機(jī)車回轉(zhuǎn)阻力，機(jī)車運(yùn)動(dòng)時(shí)輪軌沖擊更小，動(dòng)力學(xué)性能更優(yōu)異。

機(jī)車鉤緩系統(tǒng)如同機(jī)車“手臂”，連接車頭與車廂。通過(guò)優(yōu)化車鉤結(jié)構(gòu)和材料等，它的“手臂”更加強(qiáng)壯，承載能力提升了40%，有效降低車鉤跳鉤分離的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)優(yōu)化緩沖器的結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)等，使緩沖器的最大阻抗力和吸能量提升20%，“拉勾牽手”更安全、更可靠。

04

諸多智能化輔助設(shè)備

該機(jī)車采用的“云—邊—端”智能網(wǎng)絡(luò)具有低延遲和高可靠的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了控制網(wǎng)、維護(hù)網(wǎng)、信息網(wǎng)多網(wǎng)融合，具備智能整備、故障診斷及健康管理功能，相當(dāng)于實(shí)時(shí)“自我體檢”。此外，機(jī)車?yán)密壘W(wǎng)檢測(cè)、視頻分析等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了有人值守的自動(dòng)駕駛。

新型智能重載電力機(jī)車操作臺(tái) 圖片來(lái)源：“中國(guó)中車”公眾號(hào)

配備的智能座艙將原有繁多笨重的按鈕拉桿替換，取而代之的是集成化、模塊化的操縱臺(tái)以及一體化智慧大屏；應(yīng)用的人工智能語(yǔ)音交互系統(tǒng)可控制司機(jī)室輔助設(shè)備，減輕司機(jī)工作強(qiáng)度；360環(huán)境智慧視頻監(jiān)控、駕駛行為識(shí)別、按摩加熱椅、空調(diào)系統(tǒng)智能化控制、茶吧機(jī)、無(wú)線充電等提供了高鐵般的駕乘體驗(yàn)。

該機(jī)車配置的動(dòng)力電池包可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量動(dòng)態(tài)回收，在無(wú)電區(qū)可實(shí)現(xiàn)自備動(dòng)力行走，有效解決無(wú)電氣化區(qū)段“最后一公里”問(wèn)題，進(jìn)一步減少碳排放，助力綠色、低碳的循環(huán)發(fā)展。

各項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)讓“鋼鐵巨人”整車能量轉(zhuǎn)化效率大幅提高，一年可節(jié)省約33萬(wàn)度電，相當(dāng)于180戶家庭一年的用電量。

綠智未來(lái)

從初期依賴仿制與進(jìn)口，到實(shí)現(xiàn)獨(dú)立設(shè)計(jì)與制造，再到“自主創(chuàng)新+國(guó)際引領(lǐng)”新階段，在國(guó)家科技創(chuàng)新政策的大力推動(dòng)和支持下，重載鐵路在關(guān)鍵零部件、牽引傳動(dòng)系統(tǒng)、整車等方面取得了一系列創(chuàng)新性成果，中國(guó)重載技術(shù)已躋身全球第一梯隊(duì)。日前，世界首次3.5萬(wàn)噸級(jí)重載群組列車開(kāi)行試驗(yàn)在內(nèi)蒙古包神鐵路取得成功。這是全球首次實(shí)現(xiàn)多列貨運(yùn)列車不靠機(jī)械掛鉤、僅靠無(wú)線信號(hào)就實(shí)現(xiàn)協(xié)同行駛。

自2013年以來(lái)，我國(guó)重載機(jī)車領(lǐng)域全面迭代升級(jí)了大功率水冷變流器、高精度逆變控制、高效粘著控制和列車網(wǎng)絡(luò)通信等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從追趕到領(lǐng)跑的華麗轉(zhuǎn)身，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)處于國(guó)際先進(jìn)或領(lǐng)先水平。中國(guó)鐵路重載機(jī)車走出了一條重載與提速并舉的中國(guó)特色自主創(chuàng)新之路，構(gòu)建了完備的基礎(chǔ)技術(shù)平臺(tái)和產(chǎn)品平臺(tái)，提高了我國(guó)重載鐵路智能控制、智能運(yùn)輸水平。

隨著行業(yè)技術(shù)的進(jìn)一步升級(jí)，智能化和綠色環(huán)保成為時(shí)代主題，也被稱為軌道交通未來(lái)前行的兩根鋼軌。11月7日，重載快捷大功率電力機(jī)車全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究主管張波在2025國(guó)際重載機(jī)車學(xué)術(shù)會(huì)議上表示，當(dāng)前重載技術(shù)領(lǐng)域正開(kāi)展多項(xiàng)前瞻性技術(shù)探索。一方面，依托北斗前沿技術(shù)研發(fā)虛擬編組技術(shù)，以此進(jìn)一步提升鐵路重載運(yùn)輸能力；另一方面，積極探索氫能等新能源在干線重載機(jī)車上的商業(yè)化應(yīng)用，致力于達(dá)成零碳重載的目標(biāo)。

新型智能重載電力機(jī)車不僅是一款先進(jìn)的軌道交通裝備，更是我國(guó)自主創(chuàng)新能力的生動(dòng)縮影。未來(lái)，科技進(jìn)步和智能化技術(shù)的發(fā)展將為鐵路運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)代化和可持續(xù)發(fā)展注入源源不斷的活力。

參考資料：

1.“國(guó)資小新”公眾號(hào).新型智能重載電力機(jī)車：“聰明綠色有力氣，我真的羨慕我自己！”

2.“國(guó)家能源之聲”公眾號(hào).擁有三大全球首創(chuàng)技術(shù)的機(jī)車，正式下線！

3.“國(guó)家鐵路局規(guī)劃與標(biāo)準(zhǔn)研究院”公眾號(hào).新型智能重載電力機(jī)車下線

4.“央視財(cái)經(jīng)”重大利好！全球首次實(shí)現(xiàn)！中國(guó)技術(shù)，有新突破→

5.“株洲中車軌道交通期刊社”公眾號(hào).國(guó)能朔黃鐵路蘭力、中車株機(jī)樊運(yùn)新團(tuán)隊(duì)：新一代智能重載電力機(jī)車關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新概述 | 論文推薦

6.“鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)”公眾號(hào).“綜述專欄” |基于列車群組運(yùn)行的重載鐵路運(yùn)輸組織研究綜述

7.“HyperloopTT”公眾號(hào).國(guó)能朔黃鐵路：重載電力機(jī)車智能化的應(yīng)用及發(fā)展研究

8.“中車株機(jī)”公眾號(hào).創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)！央媒聚焦中車株機(jī)“十四五”硬核成果

9.“美麗株所”公眾號(hào).媒體聚焦：國(guó)產(chǎn)重載機(jī)車控制技術(shù)加速邁入智能新時(shí)代

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制作：北京市科協(xié)融媒體中心