SS5型电力机车

2006年10月。郑州世纪乐园内展示的SS5-0002号机车。（图/杆哥在地铁二号线）

SS5型电力机车。（互联网照片，请作者联系本站）

韶山5型电力机车是我国第一代快速客运电力机车。机车是国家“七五”计划期间重点科研项目，由株洲电力机车厂生产，能够牵引20节、1100t客车以140km/h速度运行。机车采用交直传动，轴式为B0-B0，持续功率3200kW。机车吸收了大量8K型电力机车的先进技术，多项部件自主创新。但由于经验不足，机车粘着力不稳定导致无法量产，但为后期研制SS8型电力机车奠定了基础。

（由于SS5图片缺乏，欢迎车迷朋友提供自己拍摄的照片）

研制背景

“七五”期间，改革开放后，我国经济得到飞速发展，对铁路旅客运输的旅行速度提出了新的要求。

铁道部希望开行时速100km以上的快速客车。实现以北京为中心、1500km为半径，旅客列车“朝发夕至”或“夕发朝至”的目标，为此需要研发一款能够牵引20节客车，客车编组重量1100t，最高运行时速达到140km的电力机车。

机车的研制大环境：一是京广、京沪、京哈、陇海等主要干线正在进行电气化改造，SS5机车可以作为提速机车使用。二是借着机车的研发，为广深线160km/h准高速改造作技术准备。

SS5型机车研发之时，我国高速机车已经远远落后于国外。当时株洲电力机车厂自主研发了包括SS1、SS3、SS4等机车，但技术力量依然薄弱。

1980年代，铁道部通过国际招标、按照“技贸结合”方式向欧洲五十赫兹集团订购引进的8K型电力机车，机车一共150台，其中由法国整车进口148台，其余2台由五十赫兹集团通过技术转让、由株洲电力机车厂试制。正是通过这一关键的合作，相关单位消化吸收了8K型电力机车大量先进技术，使中国国产电力机车的技术水平及质量大为提高，并且促进了国产机车设计思想、项目管理和配套技术的发展。这对SS5型机车的技术方案设计、工艺方法的进步起到了重要影响。

研制过程

1988年6月10日至12日，铁道部科技局等单位在株洲召开韶山5型电力机车技术审查会。与会代表对设计中各部结构、参数、预期性能、工艺可行性及所面临的技术难题进行了详细地讨论和审查，认为个别部件需进一步讨论外，其他设计是可行的。按照计划，将在1990年生产出样车。

在SS5型机车的技术开发过程中，铁道科学院、四方车辆研究所、西南交大、上海铁道学院的专家、教授为机车的设计和试验分析作出了贡献。

1990年11月。SS5在株洲电力机车厂下线并通过国家验收。铁道部长李森茂、湖南省省长陈邦柱为机车剪彩。（图/湖南年鉴/王刚）

另外，SS5型机车的特性控制技术、功率因素补偿、电子控制装置、整流装置、基础制动装置、司机控制器、车顶高压电器、电器屏柜、车体结构等借鉴了8K型机车的技术。预布线布管、焊接、浸漆等也采用了8K型机车的工艺。牵引电机的半叠片基座设计则参考了日本进口的6K型机车的结构。一些国内未能达到设计要求的部件，则直接进口，例如抗蛇形减震器采用比利时产品，高挠橡胶弹簧采用英国产品。

2006年10月。郑州世纪乐园内展示的SS5-0002号机车。（图/杆哥在地铁二号线）

2006年10月。郑州世纪乐园内展示的SS5-0002号机车。机车驾驶室。（图/杆哥在地铁二号线）

1990年9月和10月，株洲电力机车厂分别完成韶山5型0001、0002号两台样车。1990年11月13日举行了竣工仪式并通过验收，时任铁道部部长李森茂和湖南省省长陈邦柱为机车剪彩。

1990年12月至1991年1月，两台韶山5型机车在北京环形铁道进行摸底试验，测试出了机车各轮对内外轨的各种作用力、机车制动距离及振动性能，其中发现轴箱振动状况较差。机车随后交付郑州铁路局西安机务段试用，在陇海铁路西安至宝鸡间进行30万公里的运行考核。

由于在运行中发现SS5型电力机车的起动及低速运行工况下粘着系数偏低，影响了机车牵引性能的正常发挥，机车一直无法量产，但为随后的SS8型机车的研制储备了技术。两台SS5型机车在运行考核后配属西安机务段，主要牵引短交路客车。1997年转配郑州机务段。

2002年两台机车正式报废，并封存于郑州机务段。

2004年，SS5-0002号机车经过修复，于2004年4月赠送给郑州世纪欢乐园作静态展示。

2007年，SS5-0001号机车经过修复，于2008年1月送往中国铁道博物馆收藏。

2005年。郑州机务段内封存的SS5型电力机车。（图/火车仔/P7310）

技术特点

（1）车体与布局
车体在设计时以方便运用和维修为原则，提高机车使用的舒适性、可靠性、各设备的可接近性， 并且吊装方便，按电压等级分别布置电气设备，以利安全。

◆　机车总体布置为双侧走廊、斜对称布置、两端司机室。

◆　车体为低合金钢焊接、整体承载式结构。重量为21t。车体结构和工艺吸收消化了8K型电力机车的技术，采用大顶盖结构，主电路、辅助电路的电缆布于台架下，控制电缆布于走廊顶上，使高、低压布线分开，同时采用了预布线、预铺管工艺，缩短了机车生产周期，提高了组装质量。

◆　设备间电器柜采用集中方式，由SS4型单节机车的14个电器柜减至8个。变压器、平波电抗器、滤波电抗器共用油箱，采用强迫油循环及卧式铝散热器，散热器与变压器油箱分开，布置在II端高压室稳定电阻柜下部，用波纹管连接，以缩短车体长度，以利机车减重。

◆　采用车体式通风和风道式通风并用的方式。车体式通风方式，空气从车体侧墙引入，经过垂直双栅通风窗和针刺绒防尘过滤器净化后进入车内，分别冷却各大部件。这种通风方式包含了惯性力除尘，内部过滤除尘及重力除尘三种方式进行空气滤清。进风口开在车体两边侧墙中部。侧墙外面间隔布置着可拆卸垂直V形百页窗，共有两层，开口处交叉对放。针刺绒防尘过滤器由两层滤料构成，中间有一空气隔层， 这样既能防雨水渗入车内，又满足了防尘的要求。风道式通风包括牵引电动机通风和电器柜通风系统两部分。车上的四台牵引电动机由两台离心通风机冷却，每台通风机冷却两台牵引电动机。冷却空气滤清后进入车内，经通风机送入牵引电动机， 并由车下排向大气。

◆　司机室的设计原则是方便司机能清楚地瞭望前方信号和观看仪表，方便司机操作。司机室装有冷暖空调，并设有中央端子板，司机打开柜门即可查线和处理故障。司机室的各导线均通过端子板与各电气柜联接。司机室的正、副司机台采用传统的面板结构，台面和仪表盒表面采用喷塑处理。

（2）两段桥相控整流桥

机车为交-直传动，主电路采用两段相控整流桥（T1，鼠标放置在词条上即显示解释，下同），其中一段为全控桥（T2），以满足再生制动的需要，另一段为半控桥。在牵引时，全控桥也按半控桥进行控制，以提高机车运行时的功率因素。

首次在国产机车上采用晶闸管无级磁场削弱（T3），从而使机车在运行时可以实现无级平滑调速，这对牵引旅客列车有明显优势。

（3）机车特性控制技术（T4）

机车特性控制技术兼备了恒流、恒速控制的优点，采用此控制技术可以使机车具有牵引力发挥好、加速快、启动平稳、操纵方便、粘着系数好等特点。机车起动时，以恒流起动，保证机车平稳起动。在进入准恒速运行后，可按司机控制器级位规定的速度运行。

当司机把控制器放于最大级位时，机车将以限制曲线规定的特性运行，机车获得最大的加速性能。在制动时，机车同样有特性控制性能，即按准恒速运行或按照限制曲线运行，使机车有准恒速和最大制动力的特性。

（4）功率因素补偿装置（T5）

可以根据机车的运行情况实现自动投切，保证机车功率因素不小于0.9。可以减少无功电流在接触网上的损耗，同时也削弱了机车整流谐波电流，达到节能的目的，又可以使对无线通讯的干扰大大降低。

功率因素补偿装置分四组，根据机车运行工况，改变投入的数量，达到最优补偿。

（5）新型牵引变压器和电抗器。

新研制的机车主变压器容量为5225kVA，箱体总重11.7t，采用分列式全去偶结构，从而获得较佳的电压输出。变压器、平波电抗器、滤波电抗器共用油箱，并采用强迫导向油循环冷却及板翅式铝散热器。该变压器结构紧凑，散热性能好。

（6）采用大容量半导体元件的硅整流装置

硅元件额定参数达到晶闸管1400A、2600V，整流管2200A、2600V，开关晶闸管900A、4000V。同时采用新型散热器结构，元件试制时采用了美国西屋公司技术。

（7）电子装置采用了IEC2.54系列标准机箱，插件为高集成化部件，引进了瑞士ABB公司技术。

2006年10月。郑州世纪乐园内展示的SS5-0002号机车。机车厂牌。（图/杆哥在地铁二号线）

（8）新型两轴转向架

◆　新研制的转向架采用了多种措施减轻重量，减低对钢轨的作用力，适应高速化运行。主要从以下两个方面进行减重：一是齿轮箱由铸造结构改为薄板压型结构，可比同类产品减重一半，每台转向架可减重300kg；另外又对牵引装置进行了结构优化，可比同类型机车牵引装置，减重700kg左右。

◆　转向架构架由端梁，牵引梁和侧梁焊装成“日”字形结构。采用大截面薄板箱形焊接型式，材料采用低合金材料，焊后的构架采用整体退火和整体加工，以消除焊接产生的内应力和确保尺寸精度。

◆　转向架采用电机空心轴全悬挂、弹性齿轮传动。机车主要部件在国内首次研制和采用了多项新技术，如齿轮联轴器、低合金钢焊接构架、新型基础制动装置等等。新型转向架构造速度160km/h，簧下重量只有3.3t，这样更能适应高速运行。

◆　悬挂系统，一系悬挂采用钢弹簧加弹性拉杆定位方式的独立悬挂结构。二系悬挂有两个方案，1号车使用高挠橡胶弹簧，每组高挠橡胶弹簧由两个半球形的橡胶元件组成；2号车使用高挠圆柱钢弹簧，每组高挠钢弹簧由钢弹簧加上两个橡胶垫串联而成， 钢簧材料为铬钒弹簧钢。二系悬挂还有垂向减震器、横向减震器及抗蛇形减震器。

◆　机车采用中心销传递轮对牵引力，其中的橡胶元件采用了双扭线橡胶堆，在纵向有很大刚度，以传递牵引力。横向和垂向刚度很小，以减小对钢轨的作用力。

◆　机车的传动齿轮采取了渗碳处理，以增加寿命。同时采用了单侧齿轮传动。牵引电机的转矩，通过齿轮联轴器、电枢空心轴内的扭力杆和弹性联轴器传到小齿轮、大齿轮和轮对。

◆　为了满足单机速度140km/h时制动距离为1400m的设计要求，转向架采用双侧踏面单元合成闸瓦独立制动方式。每台转向架设有BF2型制动器8个，均用销悬挂在构架制动器吊座上。并采用了8K型机车的闸瓦间隙自动调整器。

◆　新增停车制动装置。该系统吸收了8K型机车的储能制动器技术，配制杠杆系统，研制成为新的止轮系统，这种系统是在气缸中装上制动弹簧，当气缸中无气时，靠弹簧的内力通过杆系传递作用力使闸瓦制动。

（9）新型脉流牵引电机

新研制ZD107型电枢空心轴全悬挂牵引电动机，功率为800kW。电机的恒功范围大，恒功速比为1.68，起动电流可达额定电流的1.52倍，使机车有较大起动牵引力。结构上采用国内首创的电机空心轴全悬挂、硅钢片半叠片机座、转子/定子双H级绝缘等。做到了体积小、重量轻，其恒功速度调整范围与起动转矩在同时期国内同类电机中居首。

（10）首次采用再生制动

国内首次把再生制动技术应用在机车上，机车在10-60km/h速度范围内可以保持150kN的恒制动力。制动功率为2500kW时，可反馈功率1700kW。机车的停车制动采用SP216单杠蓄能制动器，替代了传统的手制动器。

（11）空电联合制动技术

机车采用DK-1型电空制动机。当列车进行制动时，能使列车后部预给空气制动，防止列车冲突，增加了平稳性。同时为了适应高速列车的制动需要，在机车上安装了电空制动插口，以便车辆可以通过电信号来控制空气制动。

（12）防空转防滑保护系统

该系统在吸收、消化了几种国外引进的机车技术后而研制的。该系统可以在机车空转时立即撒砂，如不能抑制空转则自动减载。

（13）新型准高速受电弓

对受电弓的横向刚度计算和升弓弹簧刚度进行了模拟计算，经过改造后采用了新型的铝合金结构受电弓，运行速度达到160km/h。

（14）机车设有机车供电装置，可以为客车提供电源，并设有过电流保护装置。

SS5型电力机车。（互联网照片，请作者联系本站）

存在问题

SS5型电力机车在实际运行中，发现起动及低速运行工况时粘着系数偏低，影响了机车牵引性能的发挥，导致机车无法量产。为此，铁道部科技司在株洲厂召开路内专家论证会。在会上，株洲厂与西南交大、株洲电力机车研究所对SS5型机车进行了粘着性能的理论分析、机车动力学性能分析、驱动系统粘滑振动分析、牵引装置对粘着性能的影响分析、牵引装置刚度和阻尼对粘着性能分析等一系列探索。

在进行理论分析后，株洲厂对SS5型机车进行了4个阶段的试验和改进工作。

第一阶段试验中对SS5型机车进行了系统测试，测定了电参数、应力、变形、振动等方面的数据，包括牵引电机电流；中心销相对构架的纵向位移；齿轮箱吊杆动应力；轴箱拉杆应力；轴扭转时剪切应力；牵引力；机车试验速度等。

试验结果表明，（1）原型车状态下（牵引装置采用预压缩弹性橡胶堆、二系悬挂采用高挠钢弹簧）粘着性能偏低，离设计任务书240kN相差较远。驱动系统的粘着稳定性较差，在空转前及重建粘着过程中，均易发生较剧烈的粘滑振动。（2）机车调整参数后，提高了驱动系统的粘着稳定性。（3）提高牵引装置的纵向刚度有利于粘着性能的提高，且刚性牵引优于弹性牵引。（4）牵引点高度不是影响粘着性能的主要原因。（5）防空转装置的性能和参数对机车粘着性能有很大影响。因此必须针对牵引系统的特性对防空转装置进行调整。

第二阶段试验中，两台机车只有二系悬挂有区别，其余结构、参数均相同，但粘着性能有较大差别。二系悬挂采用橡胶弹簧的1号车明显高于采用钢圆簧的2号车。

第三阶段测试中，试图通过对牵引装置的工艺改进及防空转装置的特性参数调整来找出两台机车的差异，寻找提高粘着性能的改进措施，所以对机车进行轴重转移和调整防空转装置的试验。试验结果表明防空转装置对粘着性能有较大影响，但粘着性能依然很低。随后把机车的二系钢弹簧改为橡胶弹簧，比较是否接入防空转装置的影响。在接入防空转装置下，起动牵引力为212~223kN，切除时为248~260kN，但在运行情况下，接入防空转装置时粘着性能仍不稳定，尤其通过轨缝时，防空转装置动作造成牵引力下降，且恢复很慢。所以防空转装置需要调整。

第四阶段试验中，用粘着性能较好的SS4型机车与SS5型机车进行对比试验。试验结果表明防空转装置对机车的机械部分有较大影响，此外机车运行时防空转频繁动作，导致驱动系统发生剧烈震动，导致粘着不稳定。

经过四阶段的试验和调整，经过调整的SS5型机车粘着性能基本达到了SS4型机车的水平。

规格参数

（由于SS5图片缺乏，欢迎车迷朋友提供自己拍摄的照片） 

名词解释：

T1：两段相控整流桥——通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，简称相控方式，对应另一种为斩波式电路。

T2：全控桥——通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件被称为全控型器件，又称为自关断器件。

T3：无级磁场削弱——利用晶闸管元件的连续、实时、可控，对牵引电动机的励磁电流根据要求的β值进行分路，从而达到无级削弱磁场的目的，此种方法也称晶闸管分路法。

T4：机车特性控制技术——电力机车牵引特性是机车轮周总牵引力与机车速度之间的关系，牵引特性曲线的限界，一般由机车粘着限、恒功限、换向限和最高速度限的包络线组成。制动特性是机车轮周总制动力和机车速度之间的关系，分为电阻制动和再生制动。

T5：功率因素补偿装置——简称PFC，是指加装在交直传动相控电力机车上的LC无源滤波器。通常分成几组并接在机车主变压器次边的各个牵引绕组上。