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21世紀的俄羅斯鐵路之客運電力機車

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21世紀的俄羅斯鐵路之客運電力機車

發布日期:2019-05-15 作者: 點擊:

蘇聯時代,主型客運電力機車全部是從捷克斯洛伐克的斯柯達工廠(對,就是那個斯柯達)進口的ChS(ЧС,捷克斯洛伐克的縮寫)系列,而且這些機車的性能和質量都比較令人滿意,所以蘇聯各大電力機車工廠都專心于制造貨運和工礦電力機車,制造客運電力機車的經驗幾乎為零。結果不成想,蘇聯解體、東歐劇變,經互會也随之解散,緻使進口關稅大幅提高,再加上90年代俄羅斯糟糕的經濟狀況,除購買了個别幾台ChS7外,俄鐵再也沒有向斯柯達下過批量訂單。兜裡沒錢,進口是不可能進口的,自己造又不會,可是日子還得繼續過下去,俄羅斯必須研制出國産的客運電力機車。

EP1M(ЭП1М)型、EP1P(ЭП1П)型:

運行在鞑靼斯坦共和國的EP1M

——發展:

俄羅斯的電氣化鐵路繼承于蘇聯,由于曆史原因,采用了兩種牽引供電制式,早期電氣化的區段使用3千伏直流供電,後期則改用25千伏50赫茲的單相交流供電。在交流牽引供電區段,蘇聯時代進口的ChS4和ChS4Т數量有限,僅夠用于繁忙幹線,并且已經開始老化,而在很多一般線路上,甚至還在使用老掉牙的VL60(ВЛ60,多老?它是SS1的原型車之一……)湊合着牽引旅客列車。

牽引檢測車運行在弗拉基米爾州的ChS4T,引進自斯柯達的ChS4系列是EP1系列的主要替換對象

綜上,俄鐵決定首先研制用于交流牽引區段的客運電力機車,這個艱巨的任務也毫無懸念地交給了全俄最大的電力機車制造企業——新切爾卡斯克電力機車工廠(也是8G的老家,以下簡稱“切廠”)。别看切廠規模大,但從來沒造過客運機車,于是他們決定以原有的VL85(ВЛ85)型交-直傳動機車為基礎,進行客運化改造,VL85是蘇聯80年代研制的雙機固定重聯12軸貨運機車,曾是全世界功率最大的電力機車之一(10020千瓦),單節軸式B0-B0-B0,這個平台正好适合拿來開發6軸客運機車。

烏蘭烏德站内的VL85,布裡亞特共和國

從原型車VL85一直發展到最終型号EP1M和EP1P,一共分三個階段:

第一階段,1992年,制造了過渡車型VL65(ВЛ65),機車設備完全繼承VL85,隻是把雙機固定重聯改成了單機雙司機室結構,通過改變齒輪比把最大速度從100千米/時提高到120千米/時,并安裝了列車供電設備。

第二階段,1998年,在VL65的基礎上進行了一系列的深度客運化改進,包括用轉速更高的НБ-520В型直流牽引電機替代原有的НБ-514,并将牽引電機的安裝方式由半懸挂改為全懸挂,再次調整齒輪比,使最大速度提高到140千米/時,并開始裝備先進的微機控制系統,以及取消了重聯控制系統等等。估計是毛子覺得VL(ВЛ,弗拉基米爾•列甯的縮寫)這個名字不太皿煮,改進後的機車被命名為EP1型(ЭП1,Э-電力,П-客運,1-1型),于是,俄羅斯曆史上第一款量産型客運電力機車就這麼誕生了,從98年到07年,一共制造了381台。因為EP1紅色的塗裝和方正的外形,被毛子們賦予了一個接地氣的外号——“闆磚”……

牽引檢測車運行在伏爾加格勒州的EP1

第三階段,進入21世紀,EP1還在用着80年代VL85的闆磚前臉,顯然很不符合新世紀的審美潮流,毛子心想:内在美不美暫且不說,起碼表面看起來得現代化吧……于是在2006年,配備全新流線型司機室和單臂受電弓的EP1M(ЭП1М,М-改進)問世,機車外觀有了很大的變化,總算基本跟上了時代步伐。通過測試之後,2007年,EP1M接替EP1型機車開始量産。截至2018年年中,至少制造了417台EP1M型機車,所以EP1M也就成為了EP1系列中産量最大的型号。

2018年,新切爾卡斯克工廠内嶄新的EP1M-797,目前最新制造的車号應為798

運行在斯維爾德洛夫斯克州的EP1M

同樣在2007年,在EP1M的基礎上又針對遠東的濱海邊疆區多山、高濕的運用環境設計了改進型号,通過改變齒輪比将牽引力增加了16.5%,但是最大速度降低至120千米/時。改型機車被命名為EP1P型(ЭП1П,П-濱海邊疆區的首字母),在07至10年間共制造了74台,雖然最初是針對濱海邊疆區設計的,但後來因為種種原因,并未實際配屬至濱海邊疆區境内的機務段。

停靠在赤塔II站的EP1P-067,這台機車應該是目前唯一采用俄鐵紅灰标準塗裝的EP1P

——設計:

EP1M和EP1P設計運用于軌距1520毫米,接觸網電壓19至29千伏,環境溫度-50至45攝氏度(真~抗寒,國内機車一般為設計環溫為-40至40攝氏度),海拔高度可達1200米(俄羅斯大部分鐵路海拔都不高)的條件下牽引不超過24輛編組的旅客列車,其中EP1P還可在環境濕度高達95至100%的條件下運行。機車整備重量132噸,軸重22噸,最大功率為4700千瓦,軸功率783千瓦,啟動牽引力380千牛(EP1P為440千牛),持續牽引力230千牛(EP1P為270千牛),構造速度140千米/時(EP1P為120千米/時),持續速度70千米/時(EP1P為60千米/時),并且設有列車供電系統,可向旅客列車提供功率1200千瓦,電壓3千伏的直流電,再生制動的短時功率可達6500千瓦,長時功率4500千瓦。EP1M能夠牽引一列24輛編組的旅客列車在9‰的上坡道保持90千米/時的速度,而EP1P由于增加了牽引力,能夠在連續長度15至20千米、坡度18‰及以上的困難區段牽引總重為1400噸的列車。

前期制造的機車,頭燈鑲嵌在導流罩内,安裝一整塊的擋風玻璃

中期制造的機車,警示色的位置有所變化,頭燈突出導流罩,擋風玻璃變為兩塊

後期制造的機車,采用俄鐵标準塗裝,造型更有棱角,頭燈、副燈等等許多細節都進行了修改

機車車體采用半承載廂式結構,并傳承了切廠一貫的設計——側牆設有圓窗和冷卻格栅,并使用加強筋提高強度,總風缸設在車頂(太原局的盆友有沒有眼熟的感覺?)。機車兩端安裝有工程塑料外殼的現代化司機室,其外形與切廠的ES4K(ЭС4К)、ES5K(ЭС5К)系列機車一脈相承,符合空氣動力學的要求,并擴大了擋風玻璃的寬度。在頂部導流罩内集成了空調機組和頭燈,副燈采用LED光源,列車供電插座隐藏在車鈎左側的面罩内,并帶有伸出的電纜。司機室外殼根據生産批次不同,有一些微小的改動。司機室内飾和操縱台也完全實現現代化,雖然切廠聲稱新型司機室允許司機單人操縱,但他們的設計師可能沒少喝防凍液,竟然把САУТ(列車自動制動控制系統)面闆設置在了副司機一側,導緻司機無法确認其顯示,所以在實際運用時,俄鐵依然為EP1M配備了副司機。

EP1M的司機室,還是熟悉的毛子綠,圖片最左側可以清楚地看見裝于副司機側的САУТ面闆

模拟火車遊戲中的EP1M司機室全貌,俄羅斯鐵路愛好者高超的遊戲建模水平世界聞名

值得一提的是機車的轉向架,為了提高通過曲線的性能,機車繼承了源自VL85的B0-B0-B0軸式,裝有三台二軸轉向架。軸箱采用拉杆式定位,通過圓彈簧和油壓減振器與轉向架構架連接。兩端轉向架與車體之間采用搖籃式懸挂,通過四組斜向交叉線布置的圓彈簧和減震器與車體相連,緩和各個方向的沖擊(很毛子的二系懸挂方式,目前國内沒有機車應用),中間轉向架的構造與兩端轉向架略有不同,為了使中間轉向架在通過曲線時相對車體能夠産生較大的位移,采用了四根彈性擺動壓縮套杆作為二系懸挂,這種套杆特别長,能夠給予中間轉向架充分的活動空間,三台轉向架均通過中央斜牽引杆傳遞牽引和制動力(簡單粗暴的解決方案,國内的SS7系列機車的中間轉向架是通過在二系懸挂上加裝滾子裝置、使用Z字形低位牽引杆解決位移問題)。牽引電機為全懸挂(架懸)安裝,通過齒輪箱的鋼性雙面斜齒輪驅動輪對(架懸電機不用空心軸,粗暴+1)。

兩端轉向架,可以看見頗具毛子特色的搖籃式二系懸挂裝置

中間轉向架,二系懸挂裝置是四根彈性擺動壓縮套杆,油壓減振器的位置也不同

EP1系列機車還是俄羅斯第一種量産的應用了微機控制系統的機車,EP1M和EP1P又在EP1的基礎上改進了微機系統,微機系統用于控制、管理、診斷機車各個設備,并為司機提供“自動調節”、“手動調節”、“自動駕駛”和“參考駕駛”四種模式。機車采用單臂受電弓、真空主斷路器、晶閘管整流裝置,НБ-520В串勵脈流牽引電機最大轉速為2020轉/分,功率為800千瓦,但實際輸出功率受到了機車電氣設備的限制。輔助電路不再使用傳統的劈相機作為電源,而是使用輔助電源模塊和ПЧФ輔助變換裝置,可以在機車發熱量較小時降低通風機的轉速,節約能耗。

機車内部布置,機械間依然延續蘇聯傳統,隻在單側設有走廊

滿滿當當的車頂和空空蕩蕩的車底,切廠還真是頑固,就這樣還非得把仨總風缸放在車頂

——運用:

EP1M主要運用于俄羅斯歐洲部分的南部和中東部,配屬三個機務段。其中,東南局羅索希機務段和北高加索局高加索斯卡亞機務段各配屬140餘台,高爾基局基洛夫機務段配屬120餘台。

運行在烏德穆爾特共和國的EP1M,小站台上羊羔亂竄

沃羅涅日站内的兩台EP1M,藍色客車為白俄羅斯鐵路的國際列車

EP1P主要運用于坡度較大的山地區段,配屬四個機務段。除有15台配屬在歐洲部分的高加索斯卡亞機務段之外,其餘全部在俄羅斯亞洲部分運用,其中,東西伯利亞局伊爾庫茨克編組機務段46台、克拉斯諾亞爾斯克局克拉斯諾亞爾斯克主機務段10台、後貝加爾局别洛戈爾斯克機務段3台。

停靠在高加索山區皮亞季戈爾斯克站的EP1P

EP1P運行在美麗的貝加爾湖和薩彥嶺間

随着EP1M和EP1P投入運用,老舊的ChS4已經完全被替換,大部分ChS4T轉配到了不繁忙的區段,VL60也不再牽引旅客列車。目前,EP1系列機車的總走行裡程已經超過了10億公裡,雖然取得了很大成就,但機車的質量卻遭到了诟病,特别是後期制造的EP1M型機車在運用中故障頻發,給司機和鐵路部門造成了困擾。2011年,白俄羅斯鐵路曾希望進口EP1M,為此,俄鐵派出EP1M-685号車前往白俄羅斯進行試運行,但在測試期間機車不穩定的表現直接緻使出口計劃泡湯。EP1M-544和EP1M-533還分别于2013和2015年失火,不過後來兩台機車都得到了修複。目前,除與汽車相撞報廢的EP1M-435、567外,絕大部分EP1M和EP1P都在運用之中,另外一小部分處于封存狀态(俄鐵會在運能過剩時将一部分機車暫時封存,待運量增加再解封啟用,而不是國内機車一般意義上的封存等死)或者正在維修。

運行在克拉斯諾亞爾斯克邊疆區的EP1P-074,正面和側面都張貼了慶祝勝利日的貼紙

EP2K(ЭП2К)型:

運行在車裡雅賓斯克州的EP2K

——發展:

因為直流牽引供電區段尚存的舊型客運機車較多,所以俄鐵沒有急于研制新型機車。直到21世紀,較早進口的ChS2和ChS2T接近報廢年限,直流牽引客運機車才出現新的需求。于是俄鐵開始籌備新型機車的研制工作,此時新切爾卡斯克電力機車工廠正在熱火朝天地制造上文提到的EP1系列客運機車,并且還在為研制新型ES4K、ES5K系列貨運機車做準備,實在是沒工夫再接新活了,而另外兩大電力機車制造廠——第比利斯電力機車工廠和第聶伯羅電力機車工廠(“大第”和“二第”)随着蘇聯解體分别劃歸格魯吉亞和烏克蘭,歸根結底又是倆外國“老第”……這個撓頭的問題使得俄鐵隻能在國内有限的範圍内尋找合适的企業,最終這個任務交給了科洛姆納工廠(以下簡稱“科廠”),科廠在此之前一直主要制造TEP(ТЭП)系列客運電傳動内燃機車,并且在90年代還試制過兩台構造速度高達250千米/時的EP200(ЭП200)型高速客運電力機車(蘇聯規劃的遺留,可惜生不逢時,未能量産),所以讓其研制新型客運電力機車也可以說是在當時環境下的最佳選擇了。

斯維裡站内的ChS2T,列甯格勒州,引進自斯柯達的ChS2系列是EP2K的主要替換對象

研發工作于2003年拉開帷幕,新型機車被命名為EP2K型(ЭП2К,Э-電力,П-客運,2-2型,К-直流電機)。機車的機械部分基本上繼承自TEP70系列的最新現代化改進型号——TEP70BS(ТЭП70БС)型内燃機車,可以說是一種久經考驗的成熟設計,不過一種電力機車的原型車居然是内燃機車,也是沒誰了。電氣部分則是由切廠和卡盧加機電工廠提供。

巴爾瑙爾機務段内的TEP70BS,阿爾泰邊疆區

首台電力機車于2006年出廠,先後在西西伯利亞局(巴拉賓斯克機務段)和謝爾賓卡的全俄鐵科院環行鐵道進行了測試,2007年又制造了第二台試驗機車,在十月局的十月(莫斯科至聖彼得堡)鐵路上進行速度試驗。通過認證後,EP2K從2008年開始量産,該型号也就成為了俄羅斯曆史上的第一款量産型直流牽引客運電力機車,截至2018年年中,至少制造了375台。

在莫斯科州的謝爾賓卡環行鐵道參加1520博覽會的EP2K-117

莫斯科喀山站内的EP2K-376,該車是目前為止最新制造的一台EP2K,可以看出副燈有所改進

——設計:

EP2K是一種六軸幹線客運電力機車,設計用于軌距1520毫米,接觸網電壓3千伏的直流供電區段牽引中等長度編組的快速和普通旅客列車。機車整備重量135噸,軸重22.5噸,最大功率4800千瓦,軸功率800千瓦,啟動牽引力302千牛,持續牽引力193千牛,構造速度160千米/時,持續速度88千米/時,電阻制動功率4000千瓦,并配備了功率為1200千瓦的列車供電系統,可向列車提供3千伏直流電源。

前期制造的機車采用白色為主的塗裝,後面是俄鐵的雙層列車

中期制造的機車則采用了紅色塗裝

後期制造的機車采用的是紅灰搭配的俄鐵标準塗裝

機車的車體基于TEP70系列内燃機車研制,原來安裝柴油機的位置變成了高壓室,蓄電池和總風缸設在車體下部(終于不在車頂了)。兩端頭部安裝有應用聚酯樹脂和玻璃纖維外殼的新型司機室,采用一體化高強度擋風玻璃和LED副燈。司機室與車體相連,内設金屬框架,其強度可以保證機車在20千米/時的速度下與障礙物相撞時司機的安全。司機室按照标準機班(一名司機、一名副司機)的值乘模式設計,操縱台是一個藍色的弧形,根據現代人體工程學的要求進行了最大程度的優化,一切設備、座椅、窗戶均可以滿足身高在165至190厘米範圍内的司機舒适自如地操縱,并配有空調系統。除擋風玻璃,側窗和後視鏡也都裝有電加熱裝置,方便司機在運行中進行觀察。

EP2K的司機室,看樣子科洛姆納工廠對毛子綠沒什麼興趣

EP2K的機械間,中部黃色鐵闆圍成的就是高壓室,右側能看見一個通往其内部的小門

機車布置示意圖,依然可以看出EP2K基于内燃機車設計的影子

機車軸式為C0-C0,轉向架的大部分結構與TEP70系列内燃機車相同,軸箱為拉杆式定位,一系和二系均使用油壓減振器和圓彈簧懸挂。牽引電機采用了法國阿爾斯通的三級全懸挂(架懸)安裝方式,通過空心軸和四連杆裝置将扭矩從齒輪箱傳遞給輪對(和國内準高速機車類似,隻不過國内把四連杆變成了六連杆)。由于牽引電機尺寸比内燃機車更大,一、二軸的牽引電機采用對向布置,因此取消了TEP70系列使用的牽引銷,取而代之的是在兩台轉向架之間(原本内燃機車油箱的位置)布置了兩組帶有球形鉸鍊的平行四邊形水平牽引杆。轉向架在高速運行時具有良好的穩定性。

轉向架,可以明顯看到空心軸裝置以及後端龐大的平行四邊形牽引杆機構

最初,機車采用了德國的SBS-2T系列單臂受電弓,但實踐證明這種德意志貨在俄羅斯水土不服,在嚴重霜凍天氣時經常發生故障,所以後期全部改用了俄制的ТАсС-16-02型單臂弓。裝用ЭД153У1或ДТК-800КСУ1型串勵直流牽引電機,這兩種電機性能相同,功率800千瓦,最大轉速1720轉/分,均由烏克蘭的工廠提供(貌似在烏危機爆發之後便改用相同參數的俄制電機了)。随着司機控制器主手柄運行級位由低到高,對六台牽引電機的連接方式進行串聯、串并聯、并聯切換,以逐步提高牽引電機電壓。神奇的是全車隻配備了一台螺杆式空壓機,看來科廠對這種空壓機的質量很有信心。作為新世紀的現代化機車,顯然也配備了微機控制系統,負責對機車設備進行控制、管理和診斷,還可以實現運行速度的設定和保持,并且支持“自動駕駛”模式。

側面,依稀可以看見位于牽引杆上方的總風缸

可能是發覺切廠的機車設計被很多周邊國家山寨,為了避免類似事件,科廠為EP2K的司機室、操縱台、轉向架、輪緣潤滑裝置、空氣過濾器和空氣幹燥器等等多項設計申請了專利保護,可以說是專利狂魔了。

——運用:

EP2K型機車的運用範圍十分廣泛,西伯利亞大鐵路的所有直流供電區段(共有兩段:莫斯科至弗拉基米爾、巴列季諾至馬林斯克)和十月鐵路全線(莫斯科至聖彼得堡)都能看見其身影。共配屬三個機務段,幾乎三分之二的機車配屬到了西西伯利亞局巴拉賓斯克機務段,超過了240台,運用于西伯利亞大鐵路的巴列季諾至馬林斯克區間及其南線的奔薩I至鄂木斯克區間,以及沿途的新西伯利亞、鄂木斯克、秋明、葉卡捷琳堡、彼爾姆、庫爾幹、車裡雅賓斯克、烏法、薩馬拉、奔薩等等一大堆樞紐和支線(這交路……車多就是任性);十月局的聖彼得堡莫斯科客運機務段配屬超過80台,主要運用于俄羅斯最繁忙的十月鐵路,負責牽引除高速列車以外的旅客列車,并可在莫斯科樞紐跨局直通至雅羅斯拉夫爾、弗拉基米爾和圖拉,還負責在聖彼得堡樞紐往東至斯維裡和巴巴耶沃的直流供電區段牽引旅客列車;還有30多台機車配屬莫斯科局奧熱列利耶機務段,服務于莫斯科至梁贊、帕韋列茨方向以及莫斯科樞紐。

EP2K牽引去往西歐方向的俄鐵國際列車,蘇聯限界的機車和歐洲限界的客車挂在一起十分違和

EP2K牽引哈薩克斯坦鐵路國際列車運行在烏拉爾群山之中

不同于切廠的EP1系列,EP2K在運用中的表現非常出色,機車質量相當穩定,幾乎不需要額外的維修,因此俄鐵特别批準将EP2K的修程從60萬公裡延長到80萬公裡(切廠您的老臉往哪兒擱?),目前,EP2K型機車的總走行裡程已經超過了3.5億公裡。至今,EP2K涉及幾次事故,比較奇葩的是2011年EP2K-033在聖彼得堡莫斯科客運機務段内,因為沒做好防溜,機車自己溜進了轉盤的大坑……以及2018年由于工程軌道車在鐵路上留下異物,造成EP2K-333與其牽引的聖彼得堡至别爾哥羅德的119次列車脫軌,其餘大都是與汽車相撞的事故,這些事故沒有一起是因為機車自身原因導緻的。目前,除了個别幾台封存和正在維修的機車外,其餘的所有EP2K都在正常運用。

運行在列甯格勒州的EP2K

最後來一張本人原創的EP2K,攝于莫斯科列甯格勒站

在熬過90年代的寒冬之後,進入21世紀的俄羅斯還是慢慢地開始了複蘇,新型機車也陸續問世,雖然核心部分基本上還是在吃蘇聯的老本,但起碼在很多力所能及的方面,俄羅斯的機車制造企業開始一點點學習國際上先進的經驗,個别時候還走在了我們的前面,遺憾的是,複蘇之路并非坦途。當今,交流傳動的時代已經到來,盡管蘇聯在這方面還是為俄羅斯留下了一點家底,俄羅斯也已經擁有了制造大功率交流傳動機車的能力,僅就交流傳動的客運機車而言,其開始量産的年份甚至比我們還早,但是,受制于有限的資金,特别是15年西方加大經濟制裁之後,俄鐵不得不放緩機車交流傳動化的步伐。時至今日,俄羅斯依然在制造着EP1M、EP2K這些核心技術上已經屬于上一代的直流傳動機車,幸虧這些機車的性能還算不錯(部分參數略優于國内的同代機型SS7E和SS9G),尚能維持俄羅斯鐵路的正常運轉,但也僅此而已,也算是一個沒落大國的無奈吧。


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關鍵詞:研發制造工礦機車,内燃牽引機車,礦用防爆機車

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