出品| 網(wǎng)易新聞學(xué)院
作者| 王麟，科普作家、鐵路工程師
在中國(guó)的鐵路線里，青藏線是一條大家耳熟能詳?shù)蔫F路，當(dāng)初，其工程之艱巨世界矚目。
全長(zhǎng)1956千米的青藏鐵路，穿越海拔4000米以上地段就有960多千米，占據(jù)全長(zhǎng)的49%，鐵路要跨越海拔5072米的唐古拉山口，還要經(jīng)過(guò)多年凍土地段550多千米。青藏鐵路的修建，可謂克服了重重艱難，而鐵路修好，在鐵路上跑的火車更要與嚴(yán)酷的自然環(huán)境作斗爭(zhēng)。
沿線地理?xiàng)l件復(fù)雜，有戈壁荒漠、沼澤濕地、雪山草原和多年連續(xù)凍土地帶，并且該地區(qū)還有5級(jí)烈度的地震帶，晝夜溫差最高達(dá)40℃，最高風(fēng)速達(dá)32.6米每秒，常年風(fēng)沙雨雪，并有較長(zhǎng)的雷暴區(qū)段，空氣稀薄，氣壓很低，空氣中的含氧量?jī)H為海平面的50％左右，且伴隨強(qiáng)烈的紫外線照射，自然條件之惡劣可見一斑。
今天我們就來(lái)說(shuō)說(shuō)在青藏線上跑的鐵路機(jī)車。
（一）在青藏高原上跑火車存在哪些困難？
經(jīng)過(guò)分析，對(duì)行車影響最大的幾個(gè)自然因素包括：高海拔，大風(fēng)沙，多雷電，高寒低溫；對(duì)行車影響最大的工程因素包括：鐵路線路坡度較陡、坡道長(zhǎng)、跨越無(wú)人區(qū)需要采用機(jī)車長(zhǎng)交路。
1、高海拔——影響柴油機(jī)和冷卻系統(tǒng)工作
青藏鐵路海拔最高點(diǎn)為唐古拉山口，高程為5072米，拉薩市海拔為3628米，全程海拔超過(guò)4000米的地段有965千米。高海拔造成的直接后果就是氣壓低和空氣稀薄，環(huán)境氣壓僅為57.0~ 72.5 kPa，空氣中的含氧量?jī)H為海平面的50%左右，使得內(nèi)燃機(jī)車的柴油機(jī)和增壓器受到較大影響，同時(shí)水的沸點(diǎn)降低，影響機(jī)車?yán)鋮s裝置和冷卻系統(tǒng)的正常工作。
2、多雷電——精密電子儀器遭破壞
多發(fā)雷電很容易對(duì)機(jī)車上面的精密電子儀器造成破壞，需要采取可靠的防護(hù)措施。青藏鐵路一年中的風(fēng)沙天氣是100多天，對(duì)機(jī)車的各個(gè)部件影響也很大，造成其使用壽命縮短。
3、低溫——制動(dòng)系統(tǒng)等受影響
在格爾木至拉薩段，鐵路沿線的氣溫最高為25℃，最低為-45℃，平均氣溫-2~ -6℃。低溫對(duì)機(jī)車的油水、電氣、制動(dòng)等系統(tǒng)均有很多不利的影響。
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4、坡陡且長(zhǎng)——需要大功率機(jī)車牽引
青藏鐵路的線路陡坡、長(zhǎng)坡道以及機(jī)車長(zhǎng)交路，都對(duì)機(jī)車的牽引性能提出更高的要求，需要配備功率更加強(qiáng)大的機(jī)車。
如此惡劣的環(huán)境，要是還用普通機(jī)車，會(huì)連正常額定功率的一半都發(fā)揮不出來(lái)，無(wú)法承擔(dān)繁重的運(yùn)輸任務(wù)。所以，就需要針對(duì)特殊的嚴(yán)酷條件，研發(fā)新型的鐵路機(jī)車，而這種新型的“大力士”要滿足在高原上啟動(dòng)、制動(dòng)、牽引、環(huán)保等一系列技術(shù)要求。
目前在青藏鐵路上使用兩種車型，一是從美國(guó)進(jìn)口的NJ2型內(nèi)燃機(jī)車，二是國(guó)內(nèi)自主研發(fā)成功的“雪域神舟”號(hào)大功率內(nèi)燃機(jī)車。
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（二）大功率機(jī)車有哪些獨(dú)到之處？
在高原條件下，限制機(jī)車柴油機(jī)功率有三個(gè)重要參數(shù)：增壓器最高轉(zhuǎn)速、最大排氣溫度和爆發(fā)壓力，這三個(gè)參數(shù)的任何一個(gè)不達(dá)標(biāo)都會(huì)造成不良后果。
1、完善的增壓匹配，抵消機(jī)械能損耗
柴油機(jī)在高海拔條件工作時(shí)，由于受增壓器特性的限制，做功生熱而機(jī)械能減少。但是柴油機(jī)還得滿足牽引功率要求，所以就得更具海拔高度，完善柴油機(jī)的增壓匹配，并對(duì)相關(guān)的機(jī)械結(jié)構(gòu)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
2、高溫冷卻方式，提高水的沸點(diǎn)
高原的高海拔和低氣壓使得機(jī)車?yán)鋮s水的沸點(diǎn)降低，會(huì)影響冷卻效果，因此機(jī)車?yán)鋮s水系統(tǒng)必須采用加壓冷卻（高溫冷卻）方式，即給冷卻水系統(tǒng)加上壓力調(diào)節(jié)閥，將高溫冷卻系統(tǒng)與大氣隔開。當(dāng)高溫冷卻水的溫度上升時(shí)，在整個(gè)高溫水系統(tǒng)中產(chǎn)生一定壓力，以提高水的沸點(diǎn)，避免冷卻水過(guò)早氣化，從而提高柴油機(jī)高溫冷卻水的水溫。
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3、柴油空氣濾清系統(tǒng)+堆雪排障器，可抗高原風(fēng)沙
為了適應(yīng)高原風(fēng)沙大的特點(diǎn)，機(jī)車需采用過(guò)濾精度高、納污能力強(qiáng)的柴油空氣濾清系統(tǒng)和主發(fā)電機(jī)、牽引電動(dòng)機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)，除此之外，對(duì)機(jī)車上的一些敏感器件應(yīng)具有良好的防寒、保溫、預(yù)熱和安全防護(hù)措施。
機(jī)車上還要有針對(duì)大風(fēng)堆雪的排障器，配備性能良好的防空轉(zhuǎn)、防滑行控制裝置，由于青藏鐵路某些段落坡度很大，機(jī)車應(yīng)裝有重聯(lián)裝置，應(yīng)能滿足3臺(tái)及其以上機(jī)車重聯(lián)的要求。
4、供養(yǎng)設(shè)備+抗紫外線設(shè)計(jì)，保護(hù)司機(jī)！
由于高壓缺氧，需要對(duì)司機(jī)室配備供氧設(shè)備，還要采取特殊的涂料，對(duì)機(jī)車的外表進(jìn)行抗紫外線設(shè)計(jì)，以有效保護(hù)機(jī)車和司機(jī)。
5、大容量油箱，滿足長(zhǎng)途跋涉需求
由于機(jī)車需要跑長(zhǎng)途交路，中間由于條件限制，不能隨時(shí)補(bǔ)充燃料，就需要采用大容量的油箱滿足機(jī)車長(zhǎng)途跋涉對(duì)能源的需求。
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（三）國(guó)產(chǎn)“雪域神舟”號(hào)內(nèi)燃機(jī)車，專為青藏鐵路設(shè)計(jì)
在借鑒國(guó)外NJ2型內(nèi)燃機(jī)車的基礎(chǔ)上，中國(guó)研發(fā)成功“雪域神舟”號(hào)內(nèi)燃機(jī)車，其車身采用高強(qiáng)度低合金鋼材料制造的棚式或者桁架式側(cè)壁承載結(jié)構(gòu)，可滿足隔熱和吸震要求。
由于青藏鐵路部分段落坡度較陡，機(jī)車一般采用雙機(jī)重聯(lián)，車上安裝有中國(guó)目前功率最大的16V280ZJA型柴油機(jī)，在海拔5100米之處，其最大運(yùn)用功率可達(dá)2700千瓦，在海拔2800米處的最大運(yùn)用功率為3400千瓦，最高時(shí)速100公里/小時(shí)。
1、增壓器、冷卻方式滿足高原“跑路”需求
柴油機(jī)配備高原增壓器，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)功率隨著海拔不同而自動(dòng)修正的功能。
“雪域神舟”號(hào)機(jī)車的冷卻系統(tǒng)采用加壓冷卻方式，以保證在海拔5100米處，水系統(tǒng)內(nèi)壓力不低于1個(gè)大氣壓，水的沸點(diǎn)不低于100℃，以保證機(jī)車柴油機(jī)正常冷卻的需要。
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2、閥控式鎳鎘堿性蓄電池：耐低溫還減重
高原海拔高、氣溫低對(duì)柴油機(jī)起動(dòng)性能影響很大，“雪域神舟”號(hào)利用低溫性能較好的閥控式鎳鎘堿性蓄電池。一般在-20 ℃時(shí)，電池能放出額定容量的80%左右，即使在-40℃大電流運(yùn)用時(shí)，對(duì)蓄電池的壽命影響甚微，電池的使用壽命較長(zhǎng)，采用堿性蓄電池，還可讓機(jī)車減重1000kg。
3、機(jī)車涂料+鍍膜玻璃：全方位抵抗紫外線
為了解決機(jī)車抗紫外線的問(wèn)題，技術(shù)人員通過(guò)試驗(yàn)篩選出耐高寒、抗輻射老化的橡膠件和油漆，用作機(jī)車涂料，同時(shí)在司機(jī)室前窗和側(cè)窗玻璃均采用防紫外線鍍膜玻璃。
“雪域神舟”號(hào)針對(duì)高原缺氧采取的措施，在司機(jī)室上部安裝有變壓吸附式制氧機(jī)，通過(guò)氧面罩和整倉(cāng)供氧2種方式向司機(jī)室供氧。制氧機(jī)工作時(shí)，可以通過(guò)管道將氧氣送入司機(jī)室，還可以將氧氣充入氧氣瓶以備不時(shí)之需。
?。C(jī)車駕駛室）
4、“雪域神舟”號(hào)針對(duì)高寒采取的措施：
一是采用了自控式預(yù)熱鍋爐，油水管路采用特殊防寒包扎、電伴熱裝置；
二是機(jī)車車體、轉(zhuǎn)向架和冷卻裝置鋼結(jié)構(gòu)等主要受力部件采用低溫性能好的材料；
三是采用了承載式燃油箱結(jié)構(gòu)，車體的強(qiáng)度和剛度比現(xiàn)有DF8B 機(jī)車有顯著提高；
四是采用滾動(dòng)軸承抱軸式轉(zhuǎn)向架，輪對(duì)采用整體車輪，減振墊采用低溫性能好、抗輻射的橡膠減振墊。
5、既能抗風(fēng)，又能防雷
雪域神舟”號(hào)針對(duì)大風(fēng)沙采取的措施，柴油機(jī)空氣濾清系統(tǒng)采用四層鋼絲網(wǎng)、旋風(fēng)式空氣濾清器、紙質(zhì)濾芯組成的三級(jí)空氣濾清系統(tǒng)。
為了防雷，機(jī)車的車體與轉(zhuǎn)向架側(cè)梁、轉(zhuǎn)向架側(cè)梁與軸箱端蓋之間用電纜連接，車軸端部設(shè)置接地電刷，以確保將機(jī)車車體在可能受到雷擊的時(shí)候，迅速將電流引入地下，以保證行車的安全。
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