六轴高速机车的由来与高速动集技术的展望
六轴高速机车的由来与高速动集技术的展望
DJ6 作为本狐最得意的动集类架空作品，以非动车化的外形，及双司机室单机的形象，给不少人带来了耳目一新的感觉。但是，由于采用了与我们惯常所见的那些动集都不同的 “六轴配置”，也使本狐听到了一些质疑的声音。
其实六轴高速动集（机辆式高速列车）的构想早已有之，是我国近十年间，结合自身国情所做的探索。虽然现在其样车几乎尚未登场，但是其优势已经足以从那些研究论文中窥视一二。
不过，在谈论这个话题以前，我们首先需要给 “动集” 这一概念下个定义。为什么要这么做，因为 “动力集中方式” 在中日语言中的含义是不同的。
【汉语】
“动力集中方式” 为动车组的一种动力配置方式。这种方式脱胎于机辆，而它们两者之间的概念分界也比较模糊。通常来说就是，有固定编组的算作动集，没有的则为机辆。
【日语】
“動力集中方式” 即为汉语中所讲的机辆。而汉语中所描述的动车组范畴的动集，则被称呼为 “準動力集中方式”。可以说，中日语之间含义完全对应的词汇，非常容易混淆。
然而，由于 “机辆” 与 “动集” 之间的概念差异非常模棱两可，所以事实上，外观才似乎是真正的分水岭，即是否呈现动车组的样貌。因此我们通常会倾向于把奥地利的 Railjet 看作是机辆，而把英国的 IC125 看作是动车组。
于是本狐在这里不再区分这两者的概念，本狐所述的 “动集” 即为 “机辆” 与 “动集”、“動集” 与 “準動集” 的泛称。这将对后面的论述有很大的好处，因为前面所讲的 “六轴高速动集” 最初是一种机辆高速列车，而随后则发展为一种接近动车的存在。
蝶舞・DJ6
六轴高速机车构想的诞生
从 2006 年 6 月的一篇，出自西南交大牵引动力实验室的论文，《我国 200 km/h 客运机车的动轴数分析》中，可以看到以下结论：
『我国 200 km/h 客运机车的动轴数分析』ゟ
可以说，当时认为 2 C0 轴式的六轴机车与 2× 2 B0 轴式的八轴机车，都同样擅长牵引 18~20 辆高速客车达速运行 200 km/h，而且性能上各有所长，不相上下。而从经济性层面上考虑，当时认为 2 C0 轴式六轴高速机车更值得研发。
不过这里需要说明的是，文中所述的两种机车，均为 21t 轴重，也就是跟现有的 HXD1D型、HXD3D型保持一致。这一轴重后来被认为不适合在无砟线路上运用。
不过很幸运，这份预研报告成功影响了一台样车的诞生。这就是 HXD1D 型首台车之前问世的，那台 200 km/h 六轴客运电力机车。这台车被按照 2 C0 轴式设计，拥有 9,600 kW 功率，总重达 126t，与前述论文完全一致。
200 km/h 六軸旅客用電気機関車
客专跨线运用动集的出现
客运专线，通称 “高速铁路”，为近十数年大规模建设成网的铁路新线，其路基制式以无砟道床居多。在客专普及的今天，我们发现，原本给有砟道床线路（以提速既有线为主）设立的轴重标准，并不能满足而今客运专线的需要。
于是更为严苛的新标准被提出：
运用速度在 160 km/h 的机车，最大轴重为 19.5t 。
运用速度在 200 km/h 以上的机车，最大轴重为 17t 。
来看一下我国客专出现以前，所设计的高速机车的参数：
DJ型 四轴 4,800 kW 轴重 20.5t
DJ2型 四轴 4,800 kW 轴重 21t
天梭 型 四轴 4,800 kW 轴重 20.5t
我们可以看到，如果采用上述 21t 轴重的四轴机车，双机重联牵引，总功率可达 9,600 kW。然而根据前述论文，其牵引长编组旅客列车（18~20 辆），功率略显不足，且经济性比不上同等功率的六轴机车。然而不论前者还是后者，其轴重都不能满足客专运用的要求。
然而，轴重还不是唯一的苛刻要求。根据我国客运专线的实际情况，跨线运行的高速动集，可能需要具备达速 250 km/h 的能力。这就意味着，长编组高速动集的牵引功率要超过 2× 4,800 kW，甚至要达到 2× 6,400 kW 以上。
放眼世界，我们可以找到一种功率上满足上述要求的机车：西门子 ES64U2 型电力机车。该型机车在奥地利的运用中，固定搭配 7 辆特殊客车，构成 Railjet 短编组。而当两列这样的固定编组重联时，可以构成一个 2 动 14 拖的长编组。
然而，这个机车轴重 21.25t，并不符合无砟道床线路的运用要求。可见，即便是屹立于铁道电气领域技术巅峰的西门子，也难以做到如此大功率与小轴重的兼顾。
随后，我们再来看 2013 年 9 月的一篇文章，同样出自西南交大牵引动力实验室。《适用于牵引跨线旅客列车的 A-1-A 转向架可行性分析》中，以转向架设计抛砖引玉，提出了 2× 2 A1A 轴式、功率达到 2× 6,400 kW 的，双机车牵引长编组旅客列车的可行性。出于保守考量，文中的机车被安置于编组的首尾，而其所描述的长编组旅客列车也缩短至，与 Railjet 相同的 2 动 14 拖模式。
『适用于牵引跨线旅客列车的 A-1-A 转向架可行性分析』ゟ
『适用于牵引跨线旅客列车的 A-1-A 转向架可行性分析』ゟ
这可以被看作是六轴高速机车构想的第二次被提及，而这次则是按照客专跨线运用的新需求而提出的。出于文中估算运行阻力时参考的是欧洲高速动集，以及车辆性能对比中参考的是 CRH 这两点，我们有理由相信，这次的新型高速机车方案更符合 “动力集中方式动车组动力车” 的狭义概念。
而这种 A1A 轴式高速机车转向架，本狐亦看到过两种有趣的方案。
西南交大的方案
效仿了西门子 ES64U2 型电力机车，采用了独立制动单元，进一步减小了簧下质量。
西南交通大学の設計試案
株洲电机的方案
另辟蹊径，在拖轴位置采用了小直径轮对，减小簧下质量的同时，大幅缩短了轴距。
株洲電機の設計試案
两种高速动集的可行方案
综上所述，我们见证了，针对两种运用场景的，两种高速动集的诞生：
2 C0 轴式六轴机车，轴重 21t，功率 9,600 kW，设计运用速度 200 km/h 以上，牵引 14~20 辆长编组旅客列车，运行在有砟道床线路上。
2× 2 A1A 轴式双六轴机车，轴重 17t，功率 2× 6,400 kW 以上，设计运用速度 200~250 km/h，牵引 14~20 辆长编组旅客列车，运行在无砟道床线路上。
当然我们还可以补充上大家都熟悉的 CR200J：
2× 2 B0 轴式双四轴机车，轴重 19.5t，功率 2× 5,600 kW，设计运用速度 160 km/h，牵引 18 辆长编组旅客列车，运行在有/无砟道床线路上。
名曰『蝶舞』的动集机车
于是，我们就论证了 “动集机车 DJ6” 的设计合理性，并给出了基本的配置方案。
如上一篇文所述，本狐在设计这款机车的时候，贯彻了 “动车化” 的设计理念，但是却刻意强调了机车的概念，以示对传统机辆的传承。我希望动集可以发展为一种 “灵活编组、灵活运用、客货通吃” 的，继承甚至取代机辆模式的，有别于对机辆模式传统认知的新概念。
在设计模型的制作中，本狐增加了一些标注来完善设计。其中车身标注的 9,600 kW 和 220 km/h 都是有根据的。功率标注参考了前述 “2 C0 轴式六轴高速机车” 的设计理念，就不再赘述了。而速度标注则有以下依据：
如果作为 21t 轴重 2 C0 轴式机车，运用速度在 200 km/h，按照最高速度 1.1 倍的原则，标注 220 km/h 是合理的。
而如果是 17t 轴重 2 A1A 轴式机车，则根据减轻轮轨磨耗的理念，参考了 “A1A 轴式转向架机车在 210 km/h 的轮轨作用力水平与 CRH2 动车在 250km/h 时相当” 的结论，将最高运用速度限制在了 220 km/h。
CRH 2 との比較
3.2 A-1-A轴式机车与CRH2动车动力学性能对比
3.2.1 直线运行平稳性对比
为了更全面反映该转向架机车动力学性能，将A-1-A轴式机车的动力学性能与现役的CRH2动车进行动力学对比。考虑到机车只提供牵引力，但动车提供牵引力的同时还需载客，因此在动力学比较时，以反应对线路破坏程度的轮轨力作为主要比较对象，平稳性指标仅供参考。
图6为机车与动车通过德国高干扰线路时平稳性对比，A-1-A轴式机车司机室垂向及横向稳性指标都能达到高速线路标准要求，但均大于CRH2动车平稳性指标。机车速度220 km/h时，最大垂向轮轨动作用力与CRH2动车250 km/h时的垂向力相当，最大横向力在210 km/h时与CRH2动车250 km/h时的横向力相当。综合以上计算分析，A-1-A轴式转向架机车210 km/h的轮轨动作用力水平与CRH2动车250km/h时相当。鉴于CRH2动车组能够很好适用于250km/h以上的高速客运专线的客运要求，此转向架机车也能够很好满足200~250km/h高速客运要求。
3.2.2 曲线通过性能对比
A-1-A轴式机车和CRH2动车组通过R 2 800 m曲线时，曲线通过动力学性能对比结果如图7所示。以导向力和轮对横向力为主要比较对象，A-1-A轴式机车速度为210 km/h时的曲线通过性能与CRH2动车250 km/h时的曲线通过性能相当。
然而，上述高速动集方案并不是本狐的全部畅想。
如果有一天，“高效率大功率动态无线供电系统” 真的可以被应用于中国铁路，想必届时，目前正在稳步推进的 “电子变压器”、“永磁直驱” 等新技术，也将能够被搭载于量产车辆上。而那时，小轴重与大功率可以兼得，动集机车可能会发展成这样：
【蝶舞・DJ6】2 C0 轴式六轴机车，轴重 17~21t 灵活可调，功率 10,800 kW，设计运用速度 200~250 km/h，牵引 14~20 辆长编组旅客列车，运行在各种道床的线路上。
【CR200 NG】2 B0 轴式四轴机车，轴重 17~21t 灵活可调，功率 7,200 kW，设计运用速度 200~275 km/h，牵引 7~10 辆短编组旅客列车，运行在各种道床的线路上。（描述与下图上的标注有少许出入，并去掉了针对川藏铁路高原山地环境的特化设计。）
未来向け技術の探究
【川藏】这个项目是一次对未来铁道技术思考的总结报告。由于川藏铁路已经部分在建，而未开工路段也正在进行，基于现有技术的前期研究，按照我国基建狂魔的特质，最终建成的川藏铁路很有可能并没有设想的这么前卫。不过我相信，新锐的技术迟早会在铁路系统上普及，对于下一次铁道技术大变革，敬请期待。
最后，给大家分享一下【蝶舞・DJ6】的一些设计细节。感谢阅读！
デザインディテール
朱雀という暖地仕様
玄武という寒地仕様
ZERC という仮想メーカー
（六轴高速机车的由来与高速动集技术的展望）宝，都看到这里了你确定不收藏一下？？