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21世纪的俄罗斯铁路之客运电力机车

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21世纪的俄罗斯铁路之客运电力机车

发布日期:2019-05-15 作者: 点击:

苏联时代,主型客运电力机车全部是从捷克斯洛伐克的斯柯达工厂(对,就是那个斯柯达)进口的ChS(ЧС,捷克斯洛伐克的缩写)系列,而且这些机车的性能和质量都比较令人满意,所以苏联各大电力机车工厂都专心于制造货运和工矿电力机车,制造客运电力机车的经验几乎为零。结果不成想,苏联解体、东欧剧变,经互会也随之解散,致使进口关税大幅提高,再加上90年代俄罗斯糟糕的经济状况,除购买了个别几台ChS7外,俄铁再也没有向斯柯达下过批量订单。兜里没钱,进口是不可能进口的,自己造又不会,可是日子还得继续过下去,俄罗斯必须研制出国产的客运电力机车。

EP1M(ЭП1М)型、EP1P(ЭП1П)型:

运行在鞑靼斯坦共和国的EP1M

——发展:

俄罗斯的电气化铁路继承于苏联,由于历史原因,采用了两种牵引供电制式,早期电气化的区段使用3千伏直流供电,后期则改用25千伏50赫兹的单相交流供电。在交流牵引供电区段,苏联时代进口的ChS4和ChS4Т数量有限,仅够用于繁忙干线,并且已经开始老化,而在很多一般线路上,甚至还在使用老掉牙的VL60(ВЛ60,多老?它是SS1的原型车之一……)凑合着牵引旅客列车。

牵引检测车运行在弗拉基米尔州的ChS4T,引进自斯柯达的ChS4系列是EP1系列的主要替换对象

综上,俄铁决定首先研制用于交流牵引区段的客运电力机车,这个艰巨的任务也毫无悬念地交给了全俄最大的电力机车制造企业——新切尔卡斯克电力机车工厂(也是8G的老家,以下简称“切厂”)。别看切厂规模大,但从来没造过客运机车,于是他们决定以原有的VL85(ВЛ85)型交-直传动机车为基础,进行客运化改造,VL85是苏联80年代研制的双机固定重联12轴货运机车,曾是全世界功率最大的电力机车之一(10020千瓦),单节轴式B0-B0-B0,这个平台正好适合拿来开发6轴客运机车。

乌兰乌德站内的VL85,布里亚特共和国

从原型车VL85一直发展到最终型号EP1M和EP1P,一共分三个阶段:

第一阶段,1992年,制造了过渡车型VL65(ВЛ65),机车设备完全继承VL85,只是把双机固定重联改成了单机双司机室结构,通过改变齿轮比把最大速度从100千米/时提高到120千米/时,并安装了列车供电设备。

第二阶段,1998年,在VL65的基础上进行了一系列的深度客运化改进,包括用转速更高的НБ-520В型直流牵引电机替代原有的НБ-514,并将牵引电机的安装方式由半悬挂改为全悬挂,再次调整齿轮比,使最大速度提高到140千米/时,并开始装备先进的微机控制系统,以及取消了重联控制系统等等。估计是毛子觉得VL(ВЛ,弗拉基米尔•列宁的缩写)这个名字不太皿煮,改进后的机车被命名为EP1型(ЭП1,Э-电力,П-客运,1-1型),于是,俄罗斯历史上第一款量产型客运电力机车就这么诞生了,从98年到07年,一共制造了381台。因为EP1红色的涂装和方正的外形,被毛子们赋予了一个接地气的外号——“板砖”……

牵引检测车运行在伏尔加格勒州的EP1

第三阶段,进入21世纪,EP1还在用着80年代VL85的板砖前脸,显然很不符合新世纪的审美潮流,毛子心想:内在美不美暂且不说,起码表面看起来得现代化吧……于是在2006年,配备全新流线型司机室和单臂受电弓的EP1M(ЭП1М,М-改进)问世,机车外观有了很大的变化,总算基本跟上了时代步伐。通过测试之后,2007年,EP1M接替EP1型机车开始量产。截至2018年年中,至少制造了417台EP1M型机车,所以EP1M也就成为了EP1系列中产量最大的型号。

2018年,新切尔卡斯克工厂内崭新的EP1M-797,目前最新制造的车号应为798

运行在斯维尔德洛夫斯克州的EP1M

同样在2007年,在EP1M的基础上又针对远东的滨海边疆区多山、高湿的运用环境设计了改进型号,通过改变齿轮比将牵引力增加了16.5%,但是最大速度降低至120千米/时。改型机车被命名为EP1P型(ЭП1П,П-滨海边疆区的首字母),在07至10年间共制造了74台,虽然最初是针对滨海边疆区设计的,但后来因为种种原因,并未实际配属至滨海边疆区境内的机务段。

停靠在赤塔II站的EP1P-067,这台机车应该是目前唯一采用俄铁红灰标准涂装的EP1P

——设计:

EP1M和EP1P设计运用于轨距1520毫米,接触网电压19至29千伏,环境温度-50至45摄氏度(真~抗寒,国内机车一般为设计环温为-40至40摄氏度),海拔高度可达1200米(俄罗斯大部分铁路海拔都不高)的条件下牵引不超过24辆编组的旅客列车,其中EP1P还可在环境湿度高达95至100%的条件下运行。机车整备重量132吨,轴重22吨,最大功率为4700千瓦,轴功率783千瓦,启动牵引力380千牛(EP1P为440千牛),持续牵引力230千牛(EP1P为270千牛),构造速度140千米/时(EP1P为120千米/时),持续速度70千米/时(EP1P为60千米/时),并且设有列车供电系统,可向旅客列车提供功率1200千瓦,电压3千伏的直流电,再生制动的短时功率可达6500千瓦,长时功率4500千瓦。EP1M能够牵引一列24辆编组的旅客列车在9‰的上坡道保持90千米/时的速度,而EP1P由于增加了牵引力,能够在连续长度15至20千米、坡度18‰及以上的困难区段牵引总重为1400吨的列车。

前期制造的机车,头灯镶嵌在导流罩内,安装一整块的挡风玻璃

中期制造的机车,警示色的位置有所变化,头灯突出导流罩,挡风玻璃变为两块

后期制造的机车,采用俄铁标准涂装,造型更有棱角,头灯、副灯等等许多细节都进行了修改

机车车体采用半承载厢式结构,并传承了切厂一贯的设计——侧墙设有圆窗和冷却格栅,并使用加强筋提高强度,总风缸设在车顶(太原局的盆友有没有眼熟的感觉?)。机车两端安装有工程塑料外壳的现代化司机室,其外形与切厂的ES4K(ЭС4К)、ES5K(ЭС5К)系列机车一脉相承,符合空气动力学的要求,并扩大了挡风玻璃的宽度。在顶部导流罩内集成了空调机组和头灯,副灯采用LED光源,列车供电插座隐藏在车钩左侧的面罩内,并带有伸出的电缆。司机室外壳根据生产批次不同,有一些微小的改动。司机室内饰和操纵台也完全实现现代化,虽然切厂声称新型司机室允许司机单人操纵,但他们的设计师可能没少喝防冻液,竟然把САУТ(列车自动制动控制系统)面板设置在了副司机一侧,导致司机无法确认其显示,所以在实际运用时,俄铁依然为EP1M配备了副司机。

EP1M的司机室,还是熟悉的毛子绿,图片最左侧可以清楚地看见装于副司机侧的САУТ面板

模拟火车游戏中的EP1M司机室全貌,俄罗斯铁路爱好者高超的游戏建模水平世界闻名

值得一提的是机车的转向架,为了提高通过曲线的性能,机车继承了源自VL85的B0-B0-B0轴式,装有三台二轴转向架。轴箱采用拉杆式定位,通过圆弹簧和油压减振器与转向架构架连接。两端转向架与车体之间采用摇篮式悬挂,通过四组斜向交叉线布置的圆弹簧和减震器与车体相连,缓和各个方向的冲击(很毛子的二系悬挂方式,目前国内没有机车应用),中间转向架的构造与两端转向架略有不同,为了使中间转向架在通过曲线时相对车体能够产生较大的位移,采用了四根弹性摆动压缩套杆作为二系悬挂,这种套杆特别长,能够给予中间转向架充分的活动空间,三台转向架均通过中央斜牵引杆传递牵引和制动力(简单粗暴的解决方案,国内的SS7系列机车的中间转向架是通过在二系悬挂上加装滚子装置、使用Z字形低位牵引杆解决位移问题)。牵引电机为全悬挂(架悬)安装,通过齿轮箱的钢性双面斜齿轮驱动轮对(架悬电机不用空心轴,粗暴+1)。

两端转向架,可以看见颇具毛子特色的摇篮式二系悬挂装置

中间转向架,二系悬挂装置是四根弹性摆动压缩套杆,油压减振器的位置也不同

EP1系列机车还是俄罗斯第一种量产的应用了微机控制系统的机车,EP1M和EP1P又在EP1的基础上改进了微机系统,微机系统用于控制、管理、诊断机车各个设备,并为司机提供“自动调节”、“手动调节”、“自动驾驶”和“参考驾驶”四种模式。机车采用单臂受电弓、真空主断路器、晶闸管整流装置,НБ-520В串励脉流牵引电机最大转速为2020转/分,功率为800千瓦,但实际输出功率受到了机车电气设备的限制。辅助电路不再使用传统的劈相机作为电源,而是使用辅助电源模块和ПЧФ辅助变换装置,可以在机车发热量较小时降低通风机的转速,节约能耗。

机车内部布置,机械间依然延续苏联传统,只在单侧设有走廊

满满当当的车顶和空空荡荡的车底,切厂还真是顽固,就这样还非得把仨总风缸放在车顶

——运用:

EP1M主要运用于俄罗斯欧洲部分的南部和中东部,配属三个机务段。其中,东南局罗索希机务段和北高加索局高加索斯卡亚机务段各配属140余台,高尔基局基洛夫机务段配属120余台。

运行在乌德穆尔特共和国的EP1M,小站台上羊羔乱窜

沃罗涅日站内的两台EP1M,蓝色客车为白俄罗斯铁路的国际列车

EP1P主要运用于坡度较大的山地区段,配属四个机务段。除有15台配属在欧洲部分的高加索斯卡亚机务段之外,其余全部在俄罗斯亚洲部分运用,其中,东西伯利亚局伊尔库茨克编组机务段46台、克拉斯诺亚尔斯克局克拉斯诺亚尔斯克主机务段10台、后贝加尔局别洛戈尔斯克机务段3台。

停靠在高加索山区皮亚季戈尔斯克站的EP1P

EP1P运行在美丽的贝加尔湖和萨彦岭间

随着EP1M和EP1P投入运用,老旧的ChS4已经完全被替换,大部分ChS4T转配到了不繁忙的区段,VL60也不再牵引旅客列车。目前,EP1系列机车的总走行里程已经超过了10亿公里,虽然取得了很大成就,但机车的质量却遭到了诟病,特别是后期制造的EP1M型机车在运用中故障频发,给司机和铁路部门造成了困扰。2011年,白俄罗斯铁路曾希望进口EP1M,为此,俄铁派出EP1M-685号车前往白俄罗斯进行试运行,但在测试期间机车不稳定的表现直接致使出口计划泡汤。EP1M-544和EP1M-533还分别于2013和2015年失火,不过后来两台机车都得到了修复。目前,除与汽车相撞报废的EP1M-435、567外,绝大部分EP1M和EP1P都在运用之中,另外一小部分处于封存状态(俄铁会在运能过剩时将一部分机车暂时封存,待运量增加再解封启用,而不是国内机车一般意义上的封存等死)或者正在维修。

运行在克拉斯诺亚尔斯克边疆区的EP1P-074,正面和侧面都张贴了庆祝胜利日的贴纸

EP2K(ЭП2К)型:

运行在车里雅宾斯克州的EP2K

——发展:

因为直流牵引供电区段尚存的旧型客运机车较多,所以俄铁没有急于研制新型机车。直到21世纪,较早进口的ChS2和ChS2T接近报废年限,直流牵引客运机车才出现新的需求。于是俄铁开始筹备新型机车的研制工作,此时新切尔卡斯克电力机车工厂正在热火朝天地制造上文提到的EP1系列客运机车,并且还在为研制新型ES4K、ES5K系列货运机车做准备,实在是没工夫再接新活了,而另外两大电力机车制造厂——第比利斯电力机车工厂和第聂伯罗电力机车工厂(“大第”和“二第”)随着苏联解体分别划归格鲁吉亚和乌克兰,归根结底又是俩外国“老第”……这个挠头的问题使得俄铁只能在国内有限的范围内寻找合适的企业,最终这个任务交给了科洛姆纳工厂(以下简称“科厂”),科厂在此之前一直主要制造TEP(ТЭП)系列客运电传动内燃机车,并且在90年代还试制过两台构造速度高达250千米/时的EP200(ЭП200)型高速客运电力机车(苏联规划的遗留,可惜生不逢时,未能量产),所以让其研制新型客运电力机车也可以说是在当时环境下的最佳选择了。

斯维里站内的ChS2T,列宁格勒州,引进自斯柯达的ChS2系列是EP2K的主要替换对象

研发工作于2003年拉开帷幕,新型机车被命名为EP2K型(ЭП2К,Э-电力,П-客运,2-2型,К-直流电机)。机车的机械部分基本上继承自TEP70系列的最新现代化改进型号——TEP70BS(ТЭП70БС)型内燃机车,可以说是一种久经考验的成熟设计,不过一种电力机车的原型车居然是内燃机车,也是没谁了。电气部分则是由切厂和卡卢加机电工厂提供。

巴尔瑙尔机务段内的TEP70BS,阿尔泰边疆区

首台电力机车于2006年出厂,先后在西西伯利亚局(巴拉宾斯克机务段)和谢尔宾卡的全俄铁科院环行铁道进行了测试,2007年又制造了第二台试验机车,在十月局的十月(莫斯科至圣彼得堡)铁路上进行速度试验。通过认证后,EP2K从2008年开始量产,该型号也就成为了俄罗斯历史上的第一款量产型直流牵引客运电力机车,截至2018年年中,至少制造了375台。

在莫斯科州的谢尔宾卡环行铁道参加1520博览会的EP2K-117

莫斯科喀山站内的EP2K-376,该车是目前为止最新制造的一台EP2K,可以看出副灯有所改进

——设计:

EP2K是一种六轴干线客运电力机车,设计用于轨距1520毫米,接触网电压3千伏的直流供电区段牵引中等长度编组的快速和普通旅客列车。机车整备重量135吨,轴重22.5吨,最大功率4800千瓦,轴功率800千瓦,启动牵引力302千牛,持续牵引力193千牛,构造速度160千米/时,持续速度88千米/时,电阻制动功率4000千瓦,并配备了功率为1200千瓦的列车供电系统,可向列车提供3千伏直流电源。

前期制造的机车采用白色为主的涂装,后面是俄铁的双层列车

中期制造的机车则采用了红色涂装

后期制造的机车采用的是红灰搭配的俄铁标准涂装

机车的车体基于TEP70系列内燃机车研制,原来安装柴油机的位置变成了高压室,蓄电池和总风缸设在车体下部(终于不在车顶了)。两端头部安装有应用聚酯树脂和玻璃纤维外壳的新型司机室,采用一体化高强度挡风玻璃和LED副灯。司机室与车体相连,内设金属框架,其强度可以保证机车在20千米/时的速度下与障碍物相撞时司机的安全。司机室按照标准机班(一名司机、一名副司机)的值乘模式设计,操纵台是一个蓝色的弧形,根据现代人体工程学的要求进行了最大程度的优化,一切设备、座椅、窗户均可以满足身高在165至190厘米范围内的司机舒适自如地操纵,并配有空调系统。除挡风玻璃,侧窗和后视镜也都装有电加热装置,方便司机在运行中进行观察。

EP2K的司机室,看样子科洛姆纳工厂对毛子绿没什么兴趣

EP2K的机械间,中部黄色铁板围成的就是高压室,右侧能看见一个通往其内部的小门

机车布置示意图,依然可以看出EP2K基于内燃机车设计的影子

机车轴式为C0-C0,转向架的大部分结构与TEP70系列内燃机车相同,轴箱为拉杆式定位,一系和二系均使用油压减振器和圆弹簧悬挂。牵引电机采用了法国阿尔斯通的三级全悬挂(架悬)安装方式,通过空心轴和四连杆装置将扭矩从齿轮箱传递给轮对(和国内准高速机车类似,只不过国内把四连杆变成了六连杆)。由于牵引电机尺寸比内燃机车更大,一、二轴的牵引电机采用对向布置,因此取消了TEP70系列使用的牵引销,取而代之的是在两台转向架之间(原本内燃机车油箱的位置)布置了两组带有球形铰链的平行四边形水平牵引杆。转向架在高速运行时具有良好的稳定性。

转向架,可以明显看到空心轴装置以及后端庞大的平行四边形牵引杆机构

最初,机车采用了德国的SBS-2T系列单臂受电弓,但实践证明这种德意志货在俄罗斯水土不服,在严重霜冻天气时经常发生故障,所以后期全部改用了俄制的ТАсС-16-02型单臂弓。装用ЭД153У1或ДТК-800КСУ1型串励直流牵引电机,这两种电机性能相同,功率800千瓦,最大转速1720转/分,均由乌克兰的工厂提供(貌似在乌危机爆发之后便改用相同参数的俄制电机了)。随着司机控制器主手柄运行级位由低到高,对六台牵引电机的连接方式进行串联、串并联、并联切换,以逐步提高牵引电机电压。神奇的是全车只配备了一台螺杆式空压机,看来科厂对这种空压机的质量很有信心。作为新世纪的现代化机车,显然也配备了微机控制系统,负责对机车设备进行控制、管理和诊断,还可以实现运行速度的设定和保持,并且支持“自动驾驶”模式。

侧面,依稀可以看见位于牵引杆上方的总风缸

可能是发觉切厂的机车设计被很多周边国家山寨,为了避免类似事件,科厂为EP2K的司机室、操纵台、转向架、轮缘润滑装置、空气过滤器和空气干燥器等等多项设计申请了专利保护,可以说是专利狂魔了。

——运用:

EP2K型机车的运用范围十分广泛,西伯利亚大铁路的所有直流供电区段(共有两段:莫斯科至弗拉基米尔、巴列季诺至马林斯克)和十月铁路全线(莫斯科至圣彼得堡)都能看见其身影。共配属三个机务段,几乎三分之二的机车配属到了西西伯利亚局巴拉宾斯克机务段,超过了240台,运用于西伯利亚大铁路的巴列季诺至马林斯克区间及其南线的奔萨I至鄂木斯克区间,以及沿途的新西伯利亚、鄂木斯克、秋明、叶卡捷琳堡、彼尔姆、库尔干、车里雅宾斯克、乌法、萨马拉、奔萨等等一大堆枢纽和支线(这交路……车多就是任性);十月局的圣彼得堡莫斯科客运机务段配属超过80台,主要运用于俄罗斯最繁忙的十月铁路,负责牵引除高速列车以外的旅客列车,并可在莫斯科枢纽跨局直通至雅罗斯拉夫尔、弗拉基米尔和图拉,还负责在圣彼得堡枢纽往东至斯维里和巴巴耶沃的直流供电区段牵引旅客列车;还有30多台机车配属莫斯科局奥热列利耶机务段,服务于莫斯科至梁赞、帕韦列茨方向以及莫斯科枢纽。

EP2K牵引去往西欧方向的俄铁国际列车,苏联限界的机车和欧洲限界的客车挂在一起十分违和

EP2K牵引哈萨克斯坦铁路国际列车运行在乌拉尔群山之中

不同于切厂的EP1系列,EP2K在运用中的表现非常出色,机车质量相当稳定,几乎不需要额外的维修,因此俄铁特别批准将EP2K的修程从60万公里延长到80万公里(切厂您的老脸往哪儿搁?),目前,EP2K型机车的总走行里程已经超过了3.5亿公里。至今,EP2K涉及几次事故,比较奇葩的是2011年EP2K-033在圣彼得堡莫斯科客运机务段内,因为没做好防溜,机车自己溜进了转盘的大坑……以及2018年由于工程轨道车在铁路上留下异物,造成EP2K-333与其牵引的圣彼得堡至别尔哥罗德的119次列车脱轨,其余大都是与汽车相撞的事故,这些事故没有一起是因为机车自身原因导致的。目前,除了个别几台封存和正在维修的机车外,其余的所有EP2K都在正常运用。

运行在列宁格勒州的EP2K

最后来一张本人原创的EP2K,摄于莫斯科列宁格勒站

在熬过90年代的寒冬之后,进入21世纪的俄罗斯还是慢慢地开始了复苏,新型机车也陆续问世,虽然核心部分基本上还是在吃苏联的老本,但起码在很多力所能及的方面,俄罗斯的机车制造企业开始一点点学习国际上先进的经验,个别时候还走在了我们的前面,遗憾的是,复苏之路并非坦途。当今,交流传动的时代已经到来,尽管苏联在这方面还是为俄罗斯留下了一点家底,俄罗斯也已经拥有了制造大功率交流传动机车的能力,仅就交流传动的客运机车而言,其开始量产的年份甚至比我们还早,但是,受制于有限的资金,特别是15年西方加大经济制裁之后,俄铁不得不放缓机车交流传动化的步伐。时至今日,俄罗斯依然在制造着EP1M、EP2K这些核心技术上已经属于上一代的直流传动机车,幸亏这些机车的性能还算不错(部分参数略优于国内的同代机型SS7E和SS9G),尚能维持俄罗斯铁路的正常运转,但也仅此而已,也算是一个没落大国的无奈吧。


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关键词:研发制造工矿机车,内燃牵引机车,矿用防爆机车

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