當年落後的中國電力機車如何逆襲成為“性能怪獸”？_風聞

1998年的時候，我隨父母搬到了河南安陽。

由於父母當時都在鐵路上工作，所以單位把我們一家三口就近安排在了某個車間辦公樓的空閒會議室中。説“辦公樓”，其實都算是抬舉了，那不過是一座老舊的二層紅磚小樓罷了。一樓是幾間辦公室，二樓是我“家”和一個倉庫。我現在還記得當時的窘迫環境——房屋中間拉了一根鐵絲，上面掛上簾子，這就算是做了區隔：簾子那邊是父母的“卧室”和“廚房”，簾子這邊是我的“卧室”以及家裏的“客廳”“餐廳”“書房”——洗澡和上廁所，都要到外面解決。

當時，我的牀就放在窗户邊，而窗外則是一條內部的鐵路線。現在的我還記得當時的一些片段：冬天的後半夜，一陣極為澎湃的轟鳴聲由遠及近傳來，隨後一道冷淡卻刺眼的白光透過玻璃掃過我的房間——火車停我家樓下了。

這個過程非常神奇：剛開始你會很不習慣這種感覺，畢竟沒有人希望自己睡到一半被尖鋭的火車喇叭吵醒。但在這種環境裏生活幾個月，你也就對這些噪音免疫了。到最後，這種平常人難以忍受的機械噪音在你聽起來就像是ASMR一樣令人放鬆。

條件雖然艱苦了些，但住在鐵路邊的那段時間裏也有很多頗為有趣的記憶。比如現在我還記得當時單位的鐵路線上經常會停着幾輛待命的蒸汽機車——這些漆黑的鋼鐵巨獸們會時不時地向外吞吐着白色的蒸汽，司機師傅們則在它們周圍來回巡視，摸摸這裏，敲敲那裏。運氣好的時候，熱情的司機師傅還會邀請我到駕駛室裏參觀一番。

哪怕過去了二十幾年，但現在回想起那些場景依舊會覺得刺激和震撼。其實別説小孩子了，就算是成年人，又有哪個男的能拒絕一台吞雲吐霧的蒸汽機車呢？

只是，雖然這一切都充滿了那種令人沉迷的重工業暴力美學，雖然對我來説這是一段珍貴的回憶，但從產業和國家發展的角度上來看，這卻是一個極其糟糕的信號：

此時已經是1998年，我們的鐵路上卻還有大量蒸汽機車在服役——它們早就該進博物館了，但卻還在鐵路線上奔馳。

而彼時的國外，成熟可靠的重型內燃機車已經統治英美市場幾十年了，法國人已經裝備了後世大名鼎鼎的TGV列車。

甚至連處於“休克療法康復期”、還沒走出ICU的俄羅斯都對我們遙遙領先——畢竟蘇聯的鐵路幹線在1980年之前就退役了所有的蒸汽機車。

這裏就更不要説早已掌握高鐵技術的德國和日本了——那時候我們的鐵路整體水平甚至比不過意大利、瑞典這些小國家。

然而，當年那些外國巨頭們絕對不會想到：就在他們的有生之年，就在不遠的20年後，這個星球上最快的列車、最強的路網、最猛的機車就全都是中國人的產品了。

這場逆襲，説到底，就是一句話：學習他們，然後，超越他們。

而牽引這場逆襲的主力軍，就是中國鐵路的各種電力機車。

今天，我們就來聊聊中國鐵路的電力機車是如何從弱到強的。

1970年之前：老大哥到底靠不靠譜？

新中國剛剛成立的時候，我們雖然有鐵路，但鐵路上跑的機車卻都是“萬國牌”——4000多台機車，分別來自美國、德國、日本、英國、比利時等九個國家三十多家工廠，這意味着不論是新造機車還是保養維護舊有機車都極為困難。對當時百廢待興、急於重建的新中國來説，

我們必須自行設計、生產屬於我們自己的鐵路機車。

和其他工業一樣，當時的中國只有一個外在的技術來源——蘇聯老大哥。

1956年，蘇共在莫斯科召開了第20次代表大會。在這次會議上，蘇聯決定把本國的鐵路從當時的蒸汽機車大規模過渡到電力機車和內燃機車牽引，並決定在15年裏建造40000公里的電氣化鐵路。同年，中國鐵道部也制定了《鐵路十二年科技發展規劃》，同樣決定從蒸汽機車向電力機車、內燃機車轉型。實際上，除了我們和蘇聯老大哥之外，站在1950年代這個時間節點上，全球的鐵路行業幾乎都在從老舊的蒸汽機車向更先進的電力機車、內燃機車轉型。

上面達成明確的決議後，下面的執行效率是很高的。

在蘇共決定大力發展電力機車後，技術實力強大的蘇聯人很快就在原有的一些產品的基礎上進行了新的研發，最終拿出了代號為N6O（俄語：H6O）的電力機車。

(H6O的後續改進型號 VL60K)

該説不説，當時的老大哥是真仗義，直接大手一揮就將這種當時最先進的電力機車技術轉移給了我們。放在今天的世界裏，這種最先進的技術轉讓簡直是不可想象的——當然，我們的努力也是不可忽視的因素——為了學習相關技術，我國也派出了一個由各路專家、學者組成的考察團前往蘇聯考察研究，並最終決定以N6O為基礎，打造我們自己的電力機車。

這個意義重大的任務，最後落在了湖南株洲的田心機車廠和湘潭電機廠——因為在當時的國內，只有這兩家企業和電力機車打過交道，哪怕這兩家企業只接觸過小型的礦山電力機車。也就是從這一刻開始，株洲開始成為了中國電力機車的搖籃。往後幾十年裏，中國鐵路歷史上許許多多具有重大突破意義的電力機車產品都是株洲廠的產品。

在蘇聯人轉讓技術後，不到兩年時間，到了1958年年底，代號“6Y1型”的電力機車最後在湘潭電機廠完成了最後的組裝工作。中國人自己製造的第一台電力機車終於誕生了。

（插圖：6Y1照片）

雖然這是個振奮人心的好消息，但這並不意味着“6Y1型”是一款成功的產品。

儘管當時還沒有變“修”的老大哥掏心掏肺地給我們提供了最先進的N6O機車供我們參考，但奈何這東西本身就一大堆毛病：

以N6O上面的“引燃管來説吧。“引燃管”這種零件的本質其實是一種整流裝置，作用是將接觸網上的高壓交流電轉換成為電機能用的低壓直流電，是電力機車的核心零部件。它具體的技術原理比較複雜，這裏就不贅述了，我們只需要知道一點：這東西特別脆弱，動不動就會出故障。

而且，禍不單行的是，除了難用的“引燃管”之外，N6O的電機最後也被證明有着重大的設計缺陷。蘇聯老大哥後來自己也發現這東西不行，於是都給換掉了——作為技術進口方的我們，算是被老大哥的產品給坑了。

站出來解決這個難題的，是剛剛成立不久的株洲電機機車研究所。

株洲所當時面對的情況比較艱難——當時已經是60年代了，中蘇之間的關係已經破裂，蘇聯人撤走了全部的專家，想找蘇聯客服投訴產品質量問題已經不現實了。

沒辦法，只能自己上了。

株洲所果斷拋棄了老舊且不靠譜的“引燃管”技術，轉而開始研發硅整流器——從頭開始的株洲所派出了自己的技術攻關人員前往上海、西安的相關企業和研究所裏取經學習，不僅學習設計知識和生產工藝，還購買了許多生產設備。奇蹟般地，僅憑着蘇聯專家撤走時候留下的一丁點資料、幾個剛畢業的大學生和一年的時間，株洲所竟然就拿出了自己的硅整流元件產品。

從1958年到1968年，隨着我們逐步攻克了整流裝置、牽引電機、調壓開關這三個核心零部件，我們終於把6Y1型電力機車的幾台樣車改進到了一個足以勝任運輸任務的程度。

最終，隨着鐵道部一錘定音做了決定：將“6Y1型”改名為“韶山1型”，並同意批量生產。

中國鐵路的“韶山時代”開始了！

1970～1980:從“直流傳動”邁向“交流傳動”

“韶山時代”的來臨，意味着我們已經具備了獨立自主設計、製造電力機車的能力。

在技術領域，“從無到有”這件事永遠都很重要——因為“從無到有”這件事兒本身不僅意味着一個成熟產品的出現，還意味着整個產業鏈的誕生——“韶山1型”背後牽扯到了株洲電力機車廠、株洲電力機車研究所、鐵科院、湘潭電機廠、湘潭牽引電氣設備研究所等二十幾個單位、四十多家工廠。

這些企業，搭建起來了中國電力機車的產業鏈。

從這個角度來看，“韶山1型”是我們的入場門票，後面的諸多型號則是我們追趕國際先進水平的一個個里程碑。哪怕我們當時的技術不如別人，但只要我們有了產業鏈、把握準了技術發展的趨勢，堅持下去，我們就一定可以獲得成功。

對電力機車這種裝備來説，這個所謂的“大趨勢”其實可以和“更大的功率”劃等號——只有功率足夠大，後期的一列火車兩萬噸的“重載鐵路”和時速350km/h的“高鐵動車組”才有誕生的希望。

而獲得更大功率的方法，就是從直流傳動變成交流傳動。

在當時，無論是東方還是西方，傳統的電力機車基本都是直流傳動，其大致的工作原理可以用下圖來表示：

（直流傳動電力機車原理圖）

整個過程大致是：機車從接觸網獲得高壓交流電，經過變壓器降壓後，再通過整流裝置變為直流電驅動直流電機運轉。當火車要加速的時候，就升高直流電機的電壓，需要減速的時候，就去降低直流電機的電壓。

而更先進的傳動方式，則是“交直交傳動”（交流傳動），也就是所謂的“三相傳動”——整流器輸出的直流電並不直接作用於電動機，而是通過逆變器輸出成為適合三相交流電機的交流電。

根據公式，牽引力=黏着係數×機車重量。但問題是，誰也不可能無限制增大機車重量，所以唯一的突破口就是改善黏着變量。而突破這一環的方法，就是“交流傳動”——軸重不變的情況下，直流電機可以形成的黏着係數大約只有0.45，而交流電機最終能形成的黏着係數則高達0.9。最後的結果就是：直流電機拼了老命功率不過1000kw，交流電機功率突破1000kw毫無壓力。

既然交流傳動這麼厲害，為什麼早點不用呢？

不是大家不想用，而是技術上實在做不到。

交流傳動的關鍵，在於控制技術，具體來説想點亮“交流傳動”，就需要先點亮GTO以及後面的IGBT這些大功率電力電子器件和計算機控制技術——這些技術最早也到70年代末/80年代初才發展成熟。

（插圖：80年代歐洲的Mark 120電力機車）

所以，對於80年代的全球機車車輛工程師們來説，交流傳動技術是當年最最前沿的技術。

但當話題聚焦到中國，事情就變得尷尬了。

當年的工程師們面臨着這樣的客觀現實：

首先，我們當時才剛剛掌握“韶山1型”這種直流傳動電力機車的設計和製造，設計和製造能力都還很稚嫩——“韶山1型”的硅整流裝置才剛剛玩兒明白，株洲所的“可控硅”也才剛剛試製成功，突然要我們去做GTO、做計算機控制，這顯然有點“超綱”了。

其次，技術落後之外，我們還面臨着巨大的運輸壓力——改革開放後經濟發展速度極快，運輸任務越來越多，運力非常緊張——1998年蒸汽機車都還在幹線上活動，可想而知1980年代我們缺火車頭得缺成什麼樣。

因此，對當時的中國鐵路來説，優先級最高、可行性最強、需求最迫切的事情是儘快生產更成熟的”直流傳動“電力機車，而不是研發更先進的”交流傳動“電力機車。

1980～2000:“五十赫茲集團”

雖然我們的工程師們知道“交流傳動”才是未來，但現實世界裏，更急迫的任務是搞明白“直流傳動”技術、研發更先進的直流機車。

我絲毫不懷疑我國工程技術人員的實力，給夠時間，我們絕對可以獨立研發出世界一流的直流傳動電力機車。但你要知道此時是80年代，深圳蛇口工業園門口已經豎起了那個著名的“時間就是金錢，效率就是生命”的標語牌。而60年代技術的“韶山1型”我們才剛剛實現大規模量產，稍微先進一點的“韶山3型”還在試驗階段，後面挑大樑的“韶山4型”更是連設計圖都沒畫完。

時間不等人，中國鐵路此時需要的是儘快提高自己的運輸能力，以填補越來越大的運力缺口。

（插圖：標語牌）

1983年，我們派出了一個由國內電力機車專家們組成的考察團前往歐洲進行技術考察，主要研究歐洲發達國家的電力機車技術、生產、運用和維修等方面的情況，同時還深度比較了歐洲當時主流的幾款電力機車，並實地考察了歐洲的線路和機車工廠。

最終，我們的結論是：如果想要儘快全面提高國產電力機車的水平，技術引進很有必要。於是，我們開始聯繫歐洲大廠，尋求訂購對方成熟的電力機車。最終被鐵道部選中的海外廠商，叫“五十赫茲集團”，合作的形式叫“技貿結合”。

“五十赫茲集團”並不是一家企業，它指的是由法國阿爾斯通、德國AEG、德國西門子、瑞士ABB等公司在內，多家專門生產50赫茲頻率電機電器設備的企業組成的集團——這些企業至今仍在國際電力電氣市場上有着舉足輕重的重要地位。

我們最先引進的是法國阿爾斯通的電力機車產品——1985年3月27日，我們和五十赫茲集團前書了貿易合同和技術轉讓合同，約定購買150台8K電力機車（8軸可控硅電力機車），總價15億人民幣。1987年初開始交付，1987年底交付完畢——其中的兩台車由五十赫茲集團與株洲電力機車廠合作完成。

除了整車之外，五十赫茲集團還要無償向我們裝讓8K機車的全套圖紙資料、機車零部件、製造工藝和檢驗方法，並且負責培訓相關人員並派專家來中國進行指導。法國專家要來株洲工廠指導生產，株洲廠則需要派人到歐洲接受培訓。

在這段時期裏，除了8K之外，我們還向日本的川崎重工、蘇聯的諾伏切爾卡斯克工廠訂購了不同數量的6K、8G電力機車。

（插圖：6K/8G的圖片）

現在回頭看，我們必須感嘆當時決策者們的洞察與遠見——通過這場轟轟烈烈的技術引進運動，我們一步到位地吃透了數十項之前沒有掌握的技術，搞懂了之前沒有搞懂的一些問題。而且在執行這些項目的過程中，我們還學到了國外廠商先進的設計思想以及管理方法。最後的結果是，我們成功地實現了最開始的目的：吃透“直流傳動”技術、研發更先進的直流機車——整個90年代，中國的電力機車開始呈現出井噴式的發展：

韶山5型和韶山6型，這是設計階段就直接大量採用8K的技術的；

韶山4型改，這是在後續改進的過程中根據8K的技術升級的；

韶山7型及其BCD等改型以及韶山8型，這是直接借鑑了6K和8K技術的。

2000至今：關於技術引進的思考

在這些熱火朝天的設計與建造之外，我們也不能忽略那些負責給中國電力機車探路的人——現實的壓力讓我們必須優先發展“直流傳動”電力機車，但這並不代表我們就放棄了研發“交流傳動”。

1971年德國人試驗DE2500交流傳動機車的時候，株洲所的工程技術人員們同時也開始了相關的研究。到了1989年，株洲所成立了交流傳動研究室，率先在國內展開了交流傳動技術的研究。彼時，株洲所一年的營收不到一億元人民幣，但為了突破交流傳動技術，株洲所並不計較金錢的問題——做實驗需要高壓晶閘管，當時的價格是2000元/個，株洲所最高紀錄是一天燒燬19個。整個項目做下來後，燒燬的晶閘管裝滿了一輛大卡車，總價值高達數百萬元。

終於在1992年，株洲所攻克了交流傳動技術，並於1996年成功製造出了中國第一台交流傳動原型車AC4000——成功地為中國電力機車日後的崛起打下了技術基礎。

等到時代進入2000年後，株洲所已經基本掌握了大功率交流傳動電力機車的相關技術，那個年代的“奧星”“九方”等試驗性質的電力機車以及“中華之星”動車組列車上搭載的都是株洲生產的交流傳動系統——甚至在2003年，株洲所還出口給了哈薩克斯坦五台能夠在中亞嚴寒冬天中使用的交流傳動機車。因為這一系列的成功，株洲所在2005年的時候獲得了國家科技進步二等獎。

（插圖：奧星電力機車，圖片來源見水印）

看到這裏，不知道大家會不會有疑問：既然株洲所已經有了和可以和國際先進水平媲美的技術，那麼為什麼我們現在鐵路上廣泛使用的“HXD”系列電力機車中還是有那麼多和外國廠商合作的車型呢？

路風教授的《新火》一書中提到了兩個很關鍵但卻難以被察覺的邏輯：

第一，我們有不錯的技術不假，但經驗上是欠缺的，而且沒有時間和金錢讓我們去練手——需要有人帶一帶。得讓“老司機”帶着我們過一遍，才能徹底知道這條路上到底有哪些坑需要躲開。

以“電力機車司機室”的設計來説——司機室的設計和製造不像芯片或者電機的設計製造，它不涉及什麼高深莫測的技術，但它卻非常考驗經驗——火車司機在工作中經常要在司機室裏坐上好幾個小時，如果司機室設計不合理，司機就會疲勞，嚴重時會導致事故發生。因此，在研製HXD1C電力機車的時候，我們就參考了歐洲標準化司機室的設計標準，最後證明HXD1C的司機室設計得非常合理且舒適，操作起來也心明眼亮。

（插圖：HXD1C）

這還只是一個沒有太多硬技術成分的司機室，電力機車上那麼多高技術含量的地方，如果沒有人帶着我們走一遍，那麼我們或許需要很長時間才能造出成熟可靠的大功率交流傳動電力機車。。

第二，技術和製造是兩回事，如果製造水平上不去，那麼你的技術再強也沒用——電力機車畢竟是一個複雜的裝備，是一個系統性的工程。

舉個最簡單的例子，我小時候跟着家長去機務段裏面玩，90年代車間裏的環境非常惡劣，滿地都是灰塵、油污、鐵屑，各種工具堆放得亂七八糟，機牀附近總是有着一攤厚重的油污。但現在，情況完全不同——車間裏非常清爽，環氧樹脂的地坪漆乾淨明亮，各種零部件整齊地擺放在專門的貨架上。

這種改變，就是我們和外國先進廠商“聯合設計生產”的結果——很多時候，我們就是需要一些外力去打破、清掃原來的障礙，讓我們的企業得到改造。

因為在中國的社會里，鐵路在很長一段時間裏都是一個很神奇的行業——它簡直是“半軍事化”的。

從人事管理上來説吧，地方站段的領導由鐵路局任命，鐵路局的領導由鐵道部任命，地方政府根本無權干涉——鄭州鐵路局在河南，但河南省和鄭州市根本指揮不動鄭州局。甚至早些年鐵路小學、鐵路幼兒園迎接領導檢查的時候，來的都不是教育局的領導，而是鐵路局的領導。

這和軍隊的那套邏輯實在是太相似了。

這種內部的閉環，在現實裏會產生很多問題——這麼多年咱們都是這麼過下來的，自然而然就形成了一套體系和行為習慣，但這種舊體系和舊習慣卻未必是適應新局面的，嚴重的時候甚至會阻礙產品製造和產品質量。

結尾：追趕世界先進水平，分幾步？

縱觀中國電力機車幾十年的發展史，我們可以歸納總結出一條清晰明瞭的發展脈絡：

電力機車技術發展的總趨勢是不斷提高牽引功率，最終實現“客運高速”和“貨運重載”。在這個過程之中，第一階段是直流傳動，相關設備是直流電機、引燃管/硅整流器、調壓開關；第二階段還是直流傳動，但相關設備升級為晶閘管/GTO和相控調壓；第三階段是交流傳動，相關設備升級為三相異步電機、IGBT、計算機控制，如今各種自動控制車輛的技術也在試驗之中——在功率提升的同時，車輛控制也變的越來越輕鬆智能了。

在實踐這個技術路線的過程中，最開始我們一無所有，從蘇聯引進、學習的全套技術，這套技術讓我們打下了基礎，併成功走過了第一個階段——這個階段問題是，我們“從無到有”的技術引進最後只能讓我們保留一個下限，上限很低，最終必然是要落後的。

第二個階段裏，我們開始引進8K/6K/8G等車輛和技術，這讓我們得以在第一階段的經驗上進行知識的升級，最終使得我們可以開啓“韶山時代”——這個階段的問題是，我們處在一個上不去下不來的尷尬期，技術確實是升級了，但是也沒能力更進一步——説強吧，技術研發能力差了外國很多；説弱吧，又確實能紮紮實實拿出很多好東西。

第三階段，我們完全拿下直流傳動相關技術，同時也自研了交流傳動技術，再配合與國際先進廠商的“引進先進技術、聯合設計生產、打造中國品牌”，最終使得我們的電力機車製造水平達到了世界第一梯隊——這個階段就好辦了，基本上已經和外國巨頭沒有什麼“代差”了，而且商業上也有了很強的競爭力，和外國巨頭已經“有來有回”了——某些技術我們比他們厲害，某些技術他們比我們厲害。

其實，這個路線我們也可以套用在其他很多行業上——工程機械、武器裝備、化工……這條路線，其實就是一個落後的工業國如何一步步追趕世界先進水平的路線。

而對我們來説，當我們拿出了專供神朔鐵路的“神24型”電力機車的時候，這條路線就差不多走到盡頭了——這台車總計有六節，長度達到了106米，總功率達到了驚人的28800kw，牽引力2280千牛。這也使得它可以在千分之十二的坡道上牽引萬噸級別的重載貨運列車。同時，“神24型”徹底刷新了全球軌道交通裝備功率的世界紀錄，而此前這個紀錄——也是我們的。

在電力機車的世界裏，在“大功率”這條路上，我們終於登峯造極了。

其實從中國電力機車“從無到有”“從弱到強”的過程也可以看出——如果沒有其他的補充手段，單純的“市場換技術”只是一廂情願——掌握先進技術的外國廠商絕對不可能心甘情願地去進行技術轉移。

十幾年前，中國的一次汽車產業論壇上曾經爆發過極其激烈的爭論——一位德高望重的院士對台下的汽車行業的“大佬們”直言：“中國搞了那麼多年汽車產業“市場換技術”，但是汽車產業依舊很落後，核心零部件大量受制於人，而宇宙飛船、戰鬥機這些無法引進技術的行業，中國堅持自力更生，反倒世界領先了。”

在過去的燃油汽車時代中，我們曾經大規模地推廣“市場換技術”的模式，但結果證明這種路線並沒有想象中那麼有效，雖然成立了合資汽車企業，但本土汽車企業並未參加核心的設計環節，僅僅只是參與空調、內飾等非核心零部件的研發或僅僅負責生產——品牌、技術、核心零部件上都受制於外商。不論是80年代我們和美國麥道公司合作的客機組裝項目還是上廣電和日本NEC的液晶面板項目，最終都以失敗告終，我們並沒有在這些領域獲得本質上的進步，反而是被直接拖垮。

北大的路風教授指出，世界上根本不存什麼“引進、消化、吸收、再創新”的模式，因為世界上不存在不進行自主開發就可以“消化、吸收”的可能，如果引進方自己沒有技術能力的基礎，引進技術不過就是獲得了一些技術使用權罷了——這就好像學霸給學渣講題，學渣哪怕能夠把解題步驟背下來，那麼也就只是會做這麼一道題而已，換一道題繼續抓瞎。

中國的電力機車雖然後期大量引進西方技術但最終卻掌握核心技術、取得成功，是因為以株洲廠和株洲所為代表的中國電力機車從業者們始終沒有間斷過自己的電力機車研發工作。

在這個全球化的時代，我們引進別人的技術或者別人引進我們的技術都是正常操作，學習世界先進水平、加強國際技術交流也是發展國產替代的重要方式。只是在這個過程之中，我們一定要堅持獨立自主的原則——用外國的設計、用外國的品牌，雖然能在短時間內賺到錢，但並不能學到真本事。

····· End ·····