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[摘 要]在铁路事业发展历程中，很多国家积极研究采用高新牵引动力发展趋势技术和先进手段，着力于加强铁路的技术装备和现代化管理，全方位地推进铁路运输科学技术的进步，在很多方面取得了突破性的进展。本文简单分析了我国电力机车发展历程以及电力机车设计和运行中应用到的几种技术。
[关键词]铁路；电力机车；技术
中图分类号：TP364 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）46-0222-01
引言
自1995年以来，我国铁路机车迅速更新换代，不仅蒸汽机车迅速退出历史舞台，而且国产第一代内燃机车和第二代内燃机车的早期产品也批量报废，国产以SS1型第一代电力机车早期产品已开始批量报废，第二代以SS3型国产电力机车正通过大修改造为第三代以SS4G型和SS9型相控电力机车。近年来，大批量生产的是适应“提速、重载”的第三代电力机车也已经迈入了淘汰过度阶段，以HXD系列的交流传动，计算机系统化控制技术、程控化制动系统为代表的新型电力机车正在担任主要运输任务，其中HXD3C型电力机车采用交流传动、微机网络控制等技术，具有列车供电功能，该车既可以满足我国重载货运牵引需求也可以满足我国客运牵引需求。
1 我国电力机车发展历程
我国电力机车的发展大体经历了四个阶段：
1.1 起步期
我国电力机车发展的起步期从1958年到20世纪70年代末，直到1969年株洲电力机车厂与株洲电力机车研究所试制了一台SS2型电力机车，从此，我国电力机车从无到有、从模仿前苏联的技术入手，经过三次大的技术改造，生产出了性能稳定、运行可靠的SS1型电力机车，作为客货牵引动力的主型干线机车。
1.2 成长期
我国电力机车发展的成长期从20世纪70年代末到80年代末，这时期的代表机型是SS3和SS4型电力机车，SS3型电力机车采用调压开关级间平滑调压方式，保留了调压开关调压功率因数高、整流电压脉动小、对通信干扰小的优点，又具有平滑无级调压、能充分利用机车黏着重量的优点，而SS4型电力机车是我国自行研究的第一代重载货运、全相控调压、B0转向架机车。
1.3 全盛期
我国电力机车发展的全盛期期从20世纪90年代中期到21世纪初这段时间，通过消化吸收和应用6K、8K等国外电力机车的先进技术、自主研发交流传动技术，我国电力机车的研发水平有了长足进步，此阶段最终形成了我国电力机车型包括SS6B、SS7、SS4B、SS3B等机型货运电力机车的6、8、12轴系列和以SS8为基础以改变传动比方式适应不同速度要求的客运机车系列。
1.4 升级换代时期
自2004年，我国“十一五”计划确立了大力发展轨道交通的宏伟蓝图，拉开了我国铁路建设飞速发展的序幕，大力扩展我国铁路路网规模和提高机车车辆技术装备水平的发展战略为牵引动力的大发展迎来了又一次飞速发展的黄金时期，使我国牵引动力和运载工具进入了一个升级换代期。北车大连机车车辆有限公司与日本東芝、南车株洲与德国西门子、北车大同与法国阿尔斯通等公司合资研发生产我国新一代大功率交流传动电力机车，命名为“和谐型”（HXD型），这些大功率交流传动电力机车投入运用，对我国牵引动力技术进步和运输能力的快速提高起到极大的促进作用。
2 电力机车应用技术
2.1 交流传动技术
交直交电传动机车的关键部件是牵引逆变器，它承担着将电压稳定的中间直流电转换为电压和频率均可调的三相交流电的任务，目前已经历了三代逆变器的发展过程。第三代牵引逆变器以智能功率模块为元件，它性能更好，关断电流大，开关频率很高。以呼和浩特铁路局应用的电力机车为例进行分析，HXD1、HXD2系列、HXD3系列机车的主、辅电路均采用“交—直—交”交流传动技术，其变流器电子元件均采用目前世界上主流的IGBT水冷变流机组，并且部分国产化机车采用了国产变流器装置。呼局使用HXD1、HXD2系列无一例外的采用了PWM矢量控制技术，电压型四象限变流器、滤波电路和逆变器。其中HXD3系列机车的中间直流电路与欧洲和国内以往的交流传动电力机车不同，取消了二次滤波电路，它是通过逆变器的软件控制，来消除二次谐波电压的影响，大幅度抑制牵引电机电流脉动现象和转矩脉动现象。
2.2 转向架技术
电力机车的一个重要发展方向就是重载，而对于重载机车转向架具有大扭矩牵引能力的特点，结合25t轴重机车的成熟运用经验，对转向架的驱动装置、悬挂装置、构架等进行了分析，主要特点如下：第一，B0转向架总重22489kg，与既有25t轴重机车转向架相比增加了3763kg，转向架强度增加，机车增加的轴重基本都增加在转向架上，机车重心降低，运动稳定性更强；第二，车轮材质采用R9T，适用于轮盘制动，也适用于大轴重，同时车轮毛坯进行了简统化设计，车轴材质采用EA4T，是欧标的合金钢车轴材质，疲劳强度高，适合高速和重载机车车轴使用；第三，机车主动齿轮采用两端轴承支承结构，有利于齿轮传动载荷引起的轴承受力和电机轴变形，齿轮材质表面采用硬度高的材料，耐磨性好，心部也有较好的韧性，具有较强的抵御机车运行中产生的冲击振动的能力。转向架外形图见图1。
2.3 虚拟现实技术
虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是指以计算机仿真技术为前提，综合利用三维图形生成技术、传感与交互技术、数字信息分析技术、分布式数据处理技术以及高性能实时显示等人工智能技术，生成具有动态视觉、听觉、触觉感知的三维逼真虚拟环境，并可对使用者的触控行为作出动态反馈与交互，以使人产生一种近乎真实的“现场感”。将虚拟现实技术应用于电力机车设计中，是指在计算机系统中对电力机车的设计及装配制造等过程进行数字化仿真，从机车产品的造型设计与展示、司机室人机工程分析到机车的虚拟装配和制造、机车虚拟实验等各个阶段，VR技术将以全数字化的协同工作模式，为电力机车的设计提供集成式、并行化、多层次的数字化设计环境，以更小的资源消耗、更短的开发周期和更优的设计结果完成新型机车产品的开发工作。
结束语
总而言之，随着科学技术的进步，我国的铁路事业发展十分迅速，在电力机车技术研究和实践方面不断取得突破性进展，铁路部门要加强新技术的研究和应用，进一步提升电力机车的设计和运行水平。
参考文献
[1] 陈广泰，李国锋，王彬.重载货运电力机车电传动系统应用技术分析[J].机车电传动，2010，（03）33-36.
[2] 李华祥，吕士勇，仝雷.重载货运电力机车关键技术研究及应用[A].中国铁道学会.铁路重载运输技术交流会论文集[C].中国铁道学会，20145.
[3] 钱炜宗.HXD3型电力机车的制动系统及防滑技术研究[J].科技资讯，2011，（15）62.
[关键词]铁路；电力机车；技术
中图分类号：TP364 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）46-0222-01
引言
自1995年以来，我国铁路机车迅速更新换代，不仅蒸汽机车迅速退出历史舞台，而且国产第一代内燃机车和第二代内燃机车的早期产品也批量报废，国产以SS1型第一代电力机车早期产品已开始批量报废，第二代以SS3型国产电力机车正通过大修改造为第三代以SS4G型和SS9型相控电力机车。近年来，大批量生产的是适应“提速、重载”的第三代电力机车也已经迈入了淘汰过度阶段，以HXD系列的交流传动，计算机系统化控制技术、程控化制动系统为代表的新型电力机车正在担任主要运输任务，其中HXD3C型电力机车采用交流传动、微机网络控制等技术，具有列车供电功能，该车既可以满足我国重载货运牵引需求也可以满足我国客运牵引需求。
1 我国电力机车发展历程
我国电力机车的发展大体经历了四个阶段：
1.1 起步期
我国电力机车发展的起步期从1958年到20世纪70年代末，直到1969年株洲电力机车厂与株洲电力机车研究所试制了一台SS2型电力机车，从此，我国电力机车从无到有、从模仿前苏联的技术入手，经过三次大的技术改造，生产出了性能稳定、运行可靠的SS1型电力机车，作为客货牵引动力的主型干线机车。
1.2 成长期
我国电力机车发展的成长期从20世纪70年代末到80年代末，这时期的代表机型是SS3和SS4型电力机车，SS3型电力机车采用调压开关级间平滑调压方式，保留了调压开关调压功率因数高、整流电压脉动小、对通信干扰小的优点，又具有平滑无级调压、能充分利用机车黏着重量的优点，而SS4型电力机车是我国自行研究的第一代重载货运、全相控调压、B0转向架机车。
1.3 全盛期
我国电力机车发展的全盛期期从20世纪90年代中期到21世纪初这段时间，通过消化吸收和应用6K、8K等国外电力机车的先进技术、自主研发交流传动技术，我国电力机车的研发水平有了长足进步，此阶段最终形成了我国电力机车型包括SS6B、SS7、SS4B、SS3B等机型货运电力机车的6、8、12轴系列和以SS8为基础以改变传动比方式适应不同速度要求的客运机车系列。
1.4 升级换代时期
自2004年，我国“十一五”计划确立了大力发展轨道交通的宏伟蓝图，拉开了我国铁路建设飞速发展的序幕，大力扩展我国铁路路网规模和提高机车车辆技术装备水平的发展战略为牵引动力的大发展迎来了又一次飞速发展的黄金时期，使我国牵引动力和运载工具进入了一个升级换代期。北车大连机车车辆有限公司与日本東芝、南车株洲与德国西门子、北车大同与法国阿尔斯通等公司合资研发生产我国新一代大功率交流传动电力机车，命名为“和谐型”（HXD型），这些大功率交流传动电力机车投入运用，对我国牵引动力技术进步和运输能力的快速提高起到极大的促进作用。
2 电力机车应用技术
2.1 交流传动技术
交直交电传动机车的关键部件是牵引逆变器，它承担着将电压稳定的中间直流电转换为电压和频率均可调的三相交流电的任务，目前已经历了三代逆变器的发展过程。第三代牵引逆变器以智能功率模块为元件，它性能更好，关断电流大，开关频率很高。以呼和浩特铁路局应用的电力机车为例进行分析，HXD1、HXD2系列、HXD3系列机车的主、辅电路均采用“交—直—交”交流传动技术，其变流器电子元件均采用目前世界上主流的IGBT水冷变流机组，并且部分国产化机车采用了国产变流器装置。呼局使用HXD1、HXD2系列无一例外的采用了PWM矢量控制技术，电压型四象限变流器、滤波电路和逆变器。其中HXD3系列机车的中间直流电路与欧洲和国内以往的交流传动电力机车不同，取消了二次滤波电路，它是通过逆变器的软件控制，来消除二次谐波电压的影响，大幅度抑制牵引电机电流脉动现象和转矩脉动现象。
2.2 转向架技术
电力机车的一个重要发展方向就是重载，而对于重载机车转向架具有大扭矩牵引能力的特点，结合25t轴重机车的成熟运用经验，对转向架的驱动装置、悬挂装置、构架等进行了分析，主要特点如下：第一，B0转向架总重22489kg，与既有25t轴重机车转向架相比增加了3763kg，转向架强度增加，机车增加的轴重基本都增加在转向架上，机车重心降低，运动稳定性更强；第二，车轮材质采用R9T，适用于轮盘制动，也适用于大轴重，同时车轮毛坯进行了简统化设计，车轴材质采用EA4T，是欧标的合金钢车轴材质，疲劳强度高，适合高速和重载机车车轴使用；第三，机车主动齿轮采用两端轴承支承结构，有利于齿轮传动载荷引起的轴承受力和电机轴变形，齿轮材质表面采用硬度高的材料，耐磨性好，心部也有较好的韧性，具有较强的抵御机车运行中产生的冲击振动的能力。转向架外形图见图1。
2.3 虚拟现实技术
虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是指以计算机仿真技术为前提，综合利用三维图形生成技术、传感与交互技术、数字信息分析技术、分布式数据处理技术以及高性能实时显示等人工智能技术，生成具有动态视觉、听觉、触觉感知的三维逼真虚拟环境，并可对使用者的触控行为作出动态反馈与交互，以使人产生一种近乎真实的“现场感”。将虚拟现实技术应用于电力机车设计中，是指在计算机系统中对电力机车的设计及装配制造等过程进行数字化仿真，从机车产品的造型设计与展示、司机室人机工程分析到机车的虚拟装配和制造、机车虚拟实验等各个阶段，VR技术将以全数字化的协同工作模式，为电力机车的设计提供集成式、并行化、多层次的数字化设计环境，以更小的资源消耗、更短的开发周期和更优的设计结果完成新型机车产品的开发工作。
结束语
总而言之，随着科学技术的进步，我国的铁路事业发展十分迅速，在电力机车技术研究和实践方面不断取得突破性进展，铁路部门要加强新技术的研究和应用，进一步提升电力机车的设计和运行水平。
参考文献
[1] 陈广泰，李国锋，王彬.重载货运电力机车电传动系统应用技术分析[J].机车电传动，2010，（03）33-36.
[2] 李华祥，吕士勇，仝雷.重载货运电力机车关键技术研究及应用[A].中国铁道学会.铁路重载运输技术交流会论文集[C].中国铁道学会，20145.
[3] 钱炜宗.HXD3型电力机车的制动系统及防滑技术研究[J].科技资讯，2011，（15）62.