21世纪的俄罗斯铁路机车 之 货运电力机车(直流传动篇·下)

 新闻动态         |    2018-11-25 23:15

书接上篇,继续说直流牵引型号(ES4K、ES6系列)。

在俄铁的直流牵引区段,货运任务相对不那么紧张,对于新型机车的需求并不迫切,所以在交流牵引货运机车(ES5K“叶尔马克”系列)投入量产后,才开始推进直流牵引货运机车的研发。同时,苏联解体导致第比利斯、第聂伯罗等多家主要电力机车工厂分散到了格鲁吉亚、乌克兰等国,进口机车显然不是俄铁的主要选项,可仅凭新切尔卡斯克工厂(简称“切厂”)一家的产能又无法满足俄罗斯对电力机车的庞大需求,为了修复被破坏的产业布局,新的电力机车制造企业——乌拉尔机车(简称“乌厂”)在叶卡捷琳堡北侧的小城上佩什马建立。

ES4K“顿河马”(ЭС4К《ДОНЧАК》)系列:

运行在克拉斯诺达尔边疆区的2ES4K

——发展:

全俄电力机车研究设计院与切厂成功研制出ES5K“叶尔马克”系列交流牵引货运机车之后,又在“叶尔马克”平台的基础上开始研发新的直流牵引货运机车,用于替代运用在直流牵引供电区段的那些老旧的VL10和VL11系列机车。

运行在莫斯科市的VL10U,VL10和VL11系列是ES4K系列的主要替换对象

按照俄罗斯新的机车命名体系,新系列机车被定型为ES4K(ЭС4К,Э-电力,С-重联,4-4型,К-直流电机)。而且切厂认为还应该像“叶尔马克”那样给新系列起一个官方绰号,鉴于机车的产地——切尔卡斯克曾是顿河哥萨克的都城,而且ES5K系列是以哥萨克首领“叶尔马克”命名的,于是决定将ES4K系列的绰号定为“顿河马”,这种生长于顿河流域的马匹是顿河哥萨克南征北战的英勇坐骑(交-直机车的绰号是人,直-直机车的绰号就成了马,切厂这是在暗示直流牵引低人一等?)。

运行在列宁格勒州的3ES4K

2006年年中,第一组机车2ES4K-001出厂,经过测试之后,于2008年开始批量制造,截至目前,全系列至少制造了210余组机车,共有以下三种型号:

2ES4K(2ЭС4К),双机固定重联型号,也是该系列的基本型号,机车由两节几乎完全相同的重联单节组成,用于在平原区段牵引标准货物列车,或在山地区段牵引轻型列车,需要牵引重型或超重型列车时,可以通过重联控制系统将一组半(三节)或两组(四节)机车重联运用。此外,考虑到还可以用于在一些六轴客运机车功率不足的困难区段牵引旅客列车,一部分机车按照客货两用型制造。2006年首台试验机车出厂后,在圣彼得堡莫斯科站和俄罗斯铁博(原圣彼得堡华沙站)进行了静态展示,然后在切厂、北高加索局、南乌拉尔局进行测试,最后在全俄铁科院通过验收,2008年投入量产,至今至少制造了149组。

2009年在谢尔宾卡环铁参加1520博览会的2ES4K-016,前期制造的机车采用薄荷绿色的原厂涂装

阿德列尔站内的客货两用型2ES4K,后期制造的机车采用俄铁标准涂装,副灯、前窗、侧窗等多处细节也略有变化

阿德列尔站内的客货两用型2ES4K,后期制造的机车采用俄铁标准涂装,副灯、前窗、侧窗等多处细节也略有变化

2EL4(2ЕЛ4),2ES4K的乌克兰版本型号,首组机车其实是切厂制造的2ES4K-015,出厂后即更名为2EL4-001,从002号车开始在切厂专家的指导下由乌克兰的卢甘斯克工厂进行制造。司机室的外形与一般的ES4K略有不同,却与EP1M较为相似,内部设备也根据乌克兰铁路的要求进行了相应的改造。2009年至2013年,共计制造了6组,不过005、006两组机车由于乌克兰铁路没有付款,最终被俄铁购买,并在切厂改装成了3ES4K投入运用。

(乌克兰)卢甘斯克内燃机车工厂内新造的2EL4,其周围是该厂的主打机型TE116U系列内燃机车

3ES4K(3ЭС4К),三机固定重联型号,加挂有一节中间补机重联单节,机车的功率比2ES4K提高了一倍半,用于牵引重型货物列车或者在高坡区段运行。中间单节没有司机室,前后两端均为通过台,这样相比以前使用一组半(三节)VL11或2ES4K重联运行更为方便,司机不必停车便可穿越机车的所有部分,并且还节省了不必要的司机室,可以降低制造和维护成本。3ES4K从2014年开始制造,至今至少制造了59组,其中036、040两组机车是由2EL4更换设备并加挂中间单节改造而成。

中期制造的2ES4K采用(符合某总审美的)绿色涂装,图中这种一组半(三节)重联的组合在运用中存在诸多不便,3ES4K便是用于替换这种组合

运行在列宁格勒州的3ES4K

——设计:

ES4K“顿河马”系列被定位为VL10和VL11系列的主要替代者,技术性能全面优于之前最先进的VL11M,用于轨距1520毫米,接触网电压2.2至4千伏的直流牵引供电区段,由于考虑到机车可能在高加索山区运用,所以能够满足在海拔1300米,环境温度-50至50摄氏度的条件下牵引货物、小运转以及旅客列车。机车(单节)基本参数:轴式B0-B0,整备重量96吨(3ES4K增至100吨,以改善黏着性能),轴重24吨(3ES4K为25吨),最大功率3100千瓦,轴功率775千瓦,启动牵引力320千牛,持续牵引力217千牛,构造速度120千米/时,持续速度52千米/时,电气制动包括再生和电阻两种模式。

运行在克拉斯诺达尔边疆区的2ES4K

由于切厂在苏联时代主要制造交流牵引机车(VL80、VL85系列),而直流牵引机车(VL10、VL11系列)则主要由第比利斯工厂制造,导致两个厂的产品在许多方面的设计存在较大区别,设备和零部件的通用性受限。但是新一代的ES4K“顿河马”系列机车是切厂基于其ES5K“叶尔马克”系列机车平台研发的,所以两个系列在司机室、车体、转向架、车内设备等等的设计上保持了最大限度的统一。

ES4K和ES5K两个系列在设计上保持最大限度的统一,外观上可从车顶设备和侧墙格栅进行区分,图为运行在摩尔曼斯克州的2ES5K

阿德列尔站内的2ES4K群,可与上图的2ES5K进行对比

机车的机械部分与后期的ES5K几乎完全一致,只是牵引电机的齿轮传动比有所不同。2ES4K和2EL4的牵引电机悬挂采用传统的滑动抱轴承,而3ES4K则采用了更为先进的МОП滚动抱轴承。此外,在客货两用型2ES4K上,制动系统还增设了客运模式。

切厂内正在制造中的3ES4K-021

机车的电气部分,由于是直-直传动,功率较ES5K系列有所降低,并且取消了主变压器和整流装置,但是为了将机车的轴重维持在24吨,又加装了一套电阻设备,所以ES4K系列的电气制动兼有电阻和再生两种模式,其车顶装有四个巨大的变阻器冷却通风机,这也是区分ES4K和ES5K最直观的方法之一。直流牵引供电有电压低、电流大的特性,因此3ES4K的中间单节也加装了受电弓,必要的时候可以升起三弓以减小电流负荷,而在2EL4上,考虑到乌克兰铁路的维护水平,改用了老式的对称式受电弓。牵引电机为串励直流有刷电机,根据机车运行速度进行串联、串并联、并联切换,并设有四级磁场削弱。在后期的2ES4K和全部3ES4K上改进了电气电路,实现了牵引电机独立励磁,提高了机车性能。在客货两用型的2ES4K上装有列车供电设备,可为旅客列车提供3千伏的直流电源。

切厂内未安装前端面罩的3ES4K,可以清楚地看见重联插座,以及中间单节车顶的受电弓

机车的微机系统、安全系统以及生活设施也完全比照ES5K系列设计,2EL4则安装了符合乌克兰铁路规范的安全系统。

2ES4K的司机室

——运用:

2ES4K在2008年量产初期全部配属西西伯利亚局别洛沃机务段。从2010年起,随着索契冬奥会的临近,北高加索地区的货运量骤增,切厂开始为北高加索局图阿普谢机务段制造机车,考虑到图阿普谢至阿德列尔(索契)、戈里亚奇克柳奇、别洛列琴斯克的直流牵引供电区段处于高加索山区,坡陡弯急限速低,所以这里的2ES4K不仅用于货运,也承担客运任务,因此绝大部分机车是客货两用型的。在西西伯利亚局,随着更为先进的ES10系列交流传动机车的到来,2013至2014年间,别洛沃机务段将2ES4K陆续转配至十月局沃尔霍夫机务段,担当圣彼得堡枢纽及其至巴巴耶沃、斯维里、维堡、加特契纳等区段的货运任务。之后,图阿普谢机务段也将一些非客货两用型的2ES4K转配到这里。目前,2ES4K配属图阿普谢(60余组)和沃尔霍夫(70余组)两个机务段;另外还交付非俄铁企业L-运输(Л-ТРАНС)公司(6组)、石油运输(ТРАНСОЙЛ)公司(11组)。通常,2ES4K都以一组或者一组半(三节)重联的方式运行,偶尔也将两组(四节)重联牵引重型列车,并在很大程度上替代了老旧的VL10和VL11系列机车。

停靠在洛奥站的2ES4K,克拉斯诺达尔边疆区

配属L-运输公司的2ES4K,圣彼得堡市

配属石油运输公司的2ES4K-149,也是目前最新制造的一组2ES4K,列宁格勒州

配属石油运输公司的2ES4K,149号车也是目前最新制造的一组机车,列宁格勒州

2EL4的4组机车全部配属乌克兰铁路顿涅茨克局红利曼机务段。

运行在(乌克兰)顿涅茨克州的2EL4

3ES4K的分布与2ES4K一致,截至目前,配属十月局沃尔霍夫机务段(50余组)、北高加索局图阿普谢机务段(9组)。随着3ES4K的到来,许多之前以一组半(三节)形式重联运用的2ES4K被恢复成原本组合,以便更加有效地利用司机室。

运行在列宁格勒州的3ES4K

升三弓运行的3ES4K,克拉斯诺达尔边疆区

ES4K“顿河马”系列机车在运用中,各类主辅设备时常出现一些故障,主要包括牵引电机、空压机、接触器、电源保护动作等等,也不知道切厂这一手糙活什么时候能改改(悬),但是机车采用了一些新颖的设计,司机的操纵也变得更为简便,这些优点还是值得肯定的。

牵引双层列车运行在黑海之岸的2ES4K,克拉斯诺达尔边疆区

ES6“西纳拉”(ЭС6《СИНАРА》)系列:

运行在斯维尔德洛夫斯克州的2ES6

——发展:

进入21世纪以来,切厂肩负着全俄交流牵引客运(EP1系列)和货运(ES5K“叶尔马克”系列)电力机车制造的重担,几近满负荷运转,并且还计划制造直流牵引货运(ES4K“顿河马”系列)机车,但其有限的产能显然无法满足俄铁众多直流牵引供电区段对于新型机车的庞大需求。为了打破俄罗斯国产机车供不应求的窘境,2004年,西纳拉集团在斯维尔德洛夫斯克州的上配什马建立了一家全新的电力机车制造企业——乌拉尔铁路机械工厂(2010年与德国西门子合资后更名为乌拉尔机车)。

双组重联,运行在车里雅宾斯克州的2ES6

乌厂在成立之后的首项任务便是研发一型用于直流牵引区段的货运机车,以缓解俄铁的燃眉之急。新机车的研发工作迅速铺开,根据俄罗斯的机车命名体系,最初将新机车定型为ES4K,结果发现和切厂正在研发的同类机型居然重名了(啊好巧),于是改称为ES6(ЭС6,Э-电力,С-重联,6-6型)。

运行在新西伯利亚州的VL11M,2ES6也是旧型VL10和VL11系列机车的主要替换者

2006年12月,首组机车2ES6-001顺利下线,虽然问世时间稍稍晚于2ES4K,但是其性能足以吊打切厂的竞争对手。001号车以俄罗斯最大政党“统一俄罗斯”冠名,侧面还涂有统俄党的党徽(马屁高手乌拉尔),机车涂装也是以俄罗斯国旗的三色为基调,从002号车开始,将机车绰号确定为“西纳拉”,以西纳拉集团的名义纪念其研制的首款电力机车。001、002号车分别在全俄铁科院的谢尔宾卡环铁和斯维尔德洛夫斯克局完成测试后,获得了制造许可,并于2007年7月与俄铁签订了合同,2008年开始量产,至今至少制造了830余组,全部为2ES6(2ЭС6)型,即双机固定重联型号。

2ES6-001“统一俄罗斯”(马屁)机车,相比之下还是量产型看起来比较舒服

从2ES6-002开始,机车采用了松石绿色涂装

乌厂内新造的2ES6-803,后期制造的机车采用俄铁标准涂装,不久前又对司机室的外观进行了修改——头灯、副灯、前窗均有变化,外壳的整体造型也更加棱角分明

——设计:

ES6“西纳拉”系列被定位为VL10和VL11系列的主要替代者,并且技术性能全面优于其竞争对手ES4K“顿河马”系列,设计运用寿命为40年。用于轨距1520毫米,接触网电压3千伏的直流供电区段牵引货物列车。机车(单节)基本参数:轴式B0-B0,整备重量100吨,轴重25吨,最大功率3220千瓦,轴功率805千瓦,持续牵引力232千牛,构造速度120千米/时,持续速度49.2千米/时,电气制动有再生和电阻两种模式,其中再生制动功率6400千瓦,电阻制动功率5500千瓦。一组2ES6型双机固定重联机车能够牵引8000吨的列车运行于坡度6‰的平原区段,或者牵引5000吨的列车运行于坡度10‰的山地区段。

停靠在卡尔塔雷I站的2ES6,车里雅宾斯克州

电力机车由两节完全相同的重联单节组成,车体采用厢式结构,司机室和机械间的外壳均用平整的钢板焊接而成(是的,乌厂不爱加强筋),车顶布置相比苏联时代的旧型机车大为简化。司机室操纵台提供可调节的LED照明,设置了多块液晶显示器显示各种参数和信息,并且装有空调、电暖气、微波炉、冰箱以及储物柜等生活设置,还配有电动遮阳帘。机械间走廊布置在中央,相比传统的单侧走廊更为方便。

2ES6的前期版本操纵台,木质的边沿和窗框很有特色

后期制造的2ES6的司机室,新式操纵台的设计颇具现代感,依旧采用了木质边沿

转向架的轴箱定位采用了更加新颖的橡胶关节单拉杆式设计,构架上安装了横向限位器,一系悬挂为圆弹簧配合油压减振器,二系悬挂为高圆弹簧旁承配合垂向、横向油压减振器,基础制动装置依然是传统的杠杆式踏面制动。牵引电机的悬挂方式为半悬挂(轴悬),抱轴承从一开始便使用了先进的滚动轴承。通过中央斜向牵引杆向车体传递牵引力和制动力。

弗霍德纳亚编组站内的2ES6,鄂木斯克州

机车采用了结构轻巧的单臂式受电弓,使用变阻器对串励牵引电机进行调压。2ES6还是俄罗斯第一种实现牵引电机独立励磁的机车,这也是其相比VL10、VL11甚至ES4K系列最显著的优势(不过后期改进型的ES4K也实现了独立励磁),允许更广泛的进行功率调节,配合先进的微机控制系统,可以大幅提高机车的牵引和经济性能。随着机车牵引手柄级位的提高,牵引电机之间按串联、串并联、并联的顺序进行切换,二极管接触器可以将切换瞬间牵引力的波动降到最低。机车还配备重联控制系统,可以将一组半(三节)或者两组(四节)机车重联运用,一节机车也可以单独运行。每节机车装设一台螺杆式空压机、两台轴流式牵引通风机、两台离心式空滤通风机,这些设备均使用来自半导体辅助逆变装置的变频/定频交流电源,另外还有两台轴流式变阻器通风机使用直流电源驱动。机车的控制电压为110伏。

2ES6的车顶、车内、走行部(包括撒砂系统)布置

微机控制和诊断系统МПСУиД对所有设备进行控制,可以减少人为因素导致的错误,包含自动驾驶功能,以及卫星定位(GPS/格洛纳斯)功能,还可以通过无线通信向远程控制中心传输各种数据。另外,机车还设有辅助安全设备,如“彩虹5MG(Радуга 5 МГ)”自动气体灭火系统,以及司机室应急逃生系统(逃生梯,弹射座椅想多了)等等。

运行在斯维尔德洛夫斯克州的2ES6

——运用:

截至目前,全部2ES6型机车均为俄铁所有。从2008年投入量产后,首先配属到它的老家斯维尔德洛夫斯克局,斯维尔德洛夫斯克编组机务段也是目前拥有最多该型机车的机务段之一(200余组);从2010年起,2ES6开始配属南乌拉尔局和西西伯利亚局,分别分布于库尔干(50余组)、车里雅宾斯克(100余组)和鄂木斯克(200余组)、泰加(130余组)四个机务段;从2017年起,机车开始配属到俄罗斯欧洲部分的古比雪夫局基涅利机务段(120余组)以及十月局霍尔霍夫机务段(5组)。

双组重联,运行在梁赞州的2ES6

运行在斯维尔德洛夫斯克州的2ES6

2012年,恰逢俄铁建路175周年,斯维尔德洛夫斯克编组机务段将2ES6-050机车以社会主义劳动英雄“维塔利•索斯宁”命名,以纪念这位火车司机出身,并历经卫国战争洗礼的苏联铁道部副部长。

运行在列宁格勒州的2ES6

运行在新西伯利亚州的2ES6

双组重联,运行在巴什科尔托斯坦共和国的2ES6

2ES6“西纳拉”作为乌厂研制的第一款机型,在运用中偶然会发生一些故障,主要是牵引电机、辅机以及接触器方面的问题,但可以见得,乌厂在应用新技术的方面明显比切厂更加积极,机车性能受到广泛好评,其制造数量是竞争对手ES4K“顿河马”全系列(三种型号)的将近四倍,这也是对“西纳拉”机车最好的肯定。

运行在车里雅宾斯克州的2ES6

运行在斯维尔德洛夫斯克州的2ES6

21世纪初,俄罗斯在并不富裕的状况下建立新工厂,改善了残损的机车产业布局,实属不易。与客运机车的情况类似,受到经济方面的制约,俄铁直到现在还在批量采购相对廉价的直流传动货运机车,不过好在这些机车经过十余年的不断改进,性能还算说得过去(略优于国内基本同代的SS4G、SS4B、SS3B),但是与强大的交流传动机车相比仍然完全不在一个级别上,幸亏毛子有重联大法,功率不够重联凑,最终搞出了像4ES5K这种表面很唬人的“巨无霸”,实则外强中干的型号。如今,俄罗斯的机车工厂也积极与世界机车制造业的大佬们联手(切厂与法国阿尔斯通、乌厂与德国西门子)研制出了各自的大功率交流传动货运机车,并且某些型号(ES10系列)也已经投入量产,但在我们和谐机车已经烂大街的今天,俄罗斯的货运机车何时能够大面积推广交流传动,目前看来依然是个未知数。

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