21世纪的俄罗斯铁路机车 之 货运电力机车(直流传动篇·上)

 货物运输           |    2018-10-27 17:20

介绍了客运机车,再来说说货运机车。苏联时代,主型货运电力机车主要由新切尔卡斯克(简称“切厂”)和第比利斯(简称“大第”,因为还有个第聂伯罗工厂是“二第”)两家电力机车工厂负责制造,其中切厂主要制造交流牵引型号,大第则主要制造直流牵引型号。苏联解体后,俄罗斯的电力机车研发工作陷入停滞,切厂起初还在制造苏联时代的VL80和VL85系列机车,从90年代中期起,该厂把主要精力投入到了EP1系列客运电力机车的研制工作中,由于经济萧条,货运机车的制造被暂停,这一停就是小十年;另一边,大第虽然也仍在制造VL10和VL11系列机车,但是由于划归了格鲁吉亚,所以俄铁不再将其视为机车的主要供应商。进入21世纪,随着经济的复苏和原有旧型货运机车的老化,趁着功夫还没有完全废掉,俄罗斯开始着手重启货运电力机车的研制工作。

为了避免篇幅过长,本文分为上、下两篇,上篇先介绍交流牵引型号(ES5K系列)。

ES5K“叶尔马克”(ЭС5К《ЕРМАК》)系列:

两组重联运行的2ES5K,伊尔库茨克州

——发展:

研制新系列货运电力机车的任务交给了全俄电力机车研究设计院和新切尔卡斯克电力机车工厂(俩单位之间就隔了一道墙,都不用过马路)。切厂可以说是苏联解体之后俄罗斯境内仅存的专业电力机车工厂,虽然有着丰富的货运机车制造经验,但是复产苏联时代的VL系列机车显然是不合时宜的,因此必须设计制造出在安全性、能效性、便利性等各个方面都符合21世纪要求的全新电力机车。

一组半(三节)重联运行在伊尔库茨克州的VL80R,VL80系列机车是ES5K系列机车的主要替换对象

考虑到俄罗斯东部那些环境恶劣的交流牵引区段的VL80系列机车已经严重老化,对于新型货运电力机车的需求最为迫切,并且切厂对于制造交流牵引电力机车也比较内行,因此决定首先研发一款交流牵引机车,然后在其基础上,再行研发结构相对简单的直流牵引机车。在俄罗斯新的机车命名体系中,“5”是为4轴交流牵引电力机车预留的型号代码,所以新系列机车被定型为ES5K(ЭС5К,Э-电力,С-重联,5-5型,К-直流电机)。又因为制造机车的工厂位于顿河哥萨克的都城——切尔卡斯克,并且新机车主要计划运用于俄罗斯东部地区,所以该系列还被赋予了“叶尔马克”的官方绰号,以纪念这位东征西伯利亚的哥萨克首领。

切厂内投产初期的2ES5K-001、002、003号机车

ES5K系列的首组机车2ES5K-001于2004年出厂,截至目前,至少制造了1330组/台各型号机车,“叶尔马克”也成为了俄罗斯目前正在制造的产量最大的机车系列。

按研制时间排序,ES5K“叶尔马克”系列有如下几种型号:

2ES5K(2ЭС5К),双机固定重联型号,也是该系列的基本型号,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,或在山地区段牵引短编组货物列车,也可以通过重联控制系统将两组机车重联运用,牵引重型或超重型列车。2004年制造了首组机车,先后在全俄铁科院、北高加索局、东西伯利亚局和后贝加尔局进行了各种测试,在全俄铁科院的谢尔宾卡环铁测试时,普京还亲自驾驶了一小段(真是什么都要开一下)。测试完成之后开始批量制造,至今至少制造了375组。

两组重联运行在滨海边疆区的2ES5K,前期制造的ES5K系列机车均采用灰白配色的原厂涂装

运行在伊尔库茨克州的2ES5K

2EL5(2ЕЛ5),2ES5K的乌克兰版本型号,根据俄乌双方的合作协议,2EL5-001由切厂制造,从002号车开始逐步由乌克兰卢甘斯克工厂掌握制造,机车司机室的外观略有不同(副灯似乎更具现代感),机械间的侧窗变为方形,内部设备也按照乌克兰铁路的要求进行更改。从2005年到2011年,共计制造了18组,后续的019至021号机车一直放置在工厂内,处于未完工状态。

运行在乌克兰敖德萨州的2EL5,采用了蓝色涂装

3ES5K(3ЭС5К),三机固定重联型号(气氛开始苏维埃),考虑到原有的VL80系列机车在高坡区段或牵引重型列车时经常以一组半(三节)重联的形式运用,因此专门设计了编挂中间补机重联单节的3ES5K,中间单节的前后两端均为通过台,这样一来司机就可以在运行中贯穿全部三节机车,无需停车便可以处理一些故障,而且由于减少了司机室,还节约了制造成本。首台中间单节于2006年出厂,并加挂在一组2ES5K中,在克拉斯诺亚尔斯克局、东西伯利亚局和后贝加尔局之间进行了5000公里的测试运行,期间牵引重型列车顺利通过困难区段。三机重联机车最初定型为2ES5KB(2ЭС5КБ,Б-补机),后来才改为3ES5K。2013年还试制了一组应用了大量新技术的3ES5K-434,其整流装置、微机控制系统、牵引电机都更加先进,实现了独立励磁和轴功率的单独调节,轴重也有所增加。2018年又制造了配备最新型整流装置的879号车,并已经在新切尔卡斯克环铁开始测试。3ES5K至今至少制造了895组,是“叶尔马克”系列中产量最大的型号。

伊尔库茨克州冰天雪地中的原厂涂装3ES5K

运行在后贝加尔边疆区的3ES5K

E5K(Э5К),单机型号,因为不是固定重联机型,所以型号中表示重联单节的字母的“S(С)”被去除,机车在ES5K重联单节的基础上增加了一个司机室和一架受电弓,使机车成为普通的单机双司机室4轴机车,机车的长度和重量也因此增加,用于牵引小运转、轻型列车,或在不适于电气列车运行的区段牵引通勤列车。2007年制造了首台机车,在切厂、北高加索局和全俄铁科院测试,通过测试后,至2009年共计制造了32台,是俄罗斯少见的单机4轴机车。

斯柳江卡机务段内的E5K

牵引路用列车的E5K,伊尔库茨克州

嗯,双节棍和三节棍都有了,还搞出了单机型号,不过如果你以为这就完事儿了,那还真是小瞧毛子了…

嘿嘿

4ES5K(4ЭС5К),四机重联型号(服),编挂两台中间补机单节,功率达到13120千瓦,是目前世界上功率最大的电力机车之一(毛子也算实在,在俄文维基上还特意注明“其单节功率远远不如许多交流传动的电力机车”),设计用于3ES5K功率仍然不足,而需将两组2ES5K(四节)重联运行的复杂山地区段。机车应用了基于上文提到的3ES5K-434号试验车研制的各种先进设备,并更加优化,使总体效率有了明显提高。2014年,首先制造了一组装备先进设备的第二中间单节,加挂在性能相近的3ES5K-434试验车中,在切厂和北高加索局进行测试,不久后便取得了制造许可,至今至少制造了10组。

在谢尔宾卡环铁进行测试的4ES5K

运行在克拉斯诺亚尔斯克边疆区的4ES5K

此外,切厂在2017年还制造了一组装用交流牵引电机的2ES5S(2ЭС5С),该型号是ES5K系列与更为先进的交流传动ES5系列(两个系列名字很相似,但实际上完全不同)的杂交产物,因为属于交流传动机车范畴,以后再做专门介绍。

——设计:

ES5K“叶尔马克”系列电力机车被定位为VL80系列的替代者,技术性能全面优于VL80系列各型号,用于轨距1520毫米,接触网电压19至29千伏、频率50赫兹的单相交流供电区段,牵引货物、小运转列车,环境要求为温度-50至50摄氏度、海拔可达1200米。机车(单节)基本参数:整备重量96吨(E5K由于增加了一间司机室和一架受电弓,重量增至100吨;4ES5K为提高粘着性能,重量增至98吨),轴重24吨(E5K为25吨;4ES5K为24.5吨),最大功率3280千瓦,轴功率820千瓦,启动牵引力339千牛,持续牵引力232千牛,构造速度110千米/时,持续速度49.9千米/时,电制方式为再生制动。E5K是该系列中轴数最少的型号(4轴),可以在普通区段牵引2500吨的列车正常运行;4ES5K型是该系列中最强大的型号(16轴),可以在山地困难区段牵引重达7100吨的重型货物列车正常运行。

切厂内等待组装的3ES5K-855的车体,可以看出机械间仍然采用了单侧走廊布置

完成组装等待出厂的3ES5K-855

为了节约研发成本和时间,机车的总体框架和设备布置延续了VL80系列的设计,所以车体部分还能看出浓重的苏联机车影子,车头部分则是采用了工程塑料制成的流线型外壳。司机室内部装配现代化操纵台和整体化内饰,并配有冷热空调、冰箱和微波炉等生活设备。2ES5K的两台重联单节布置基本一致,其中一节设有一间小型卫生间,3ES5K和4ES5K编挂有中间补机重联单节,中间单节除了没有司机室和受电弓外,设备与普通重联单节完全一致,原本司机室的空间安排了一间宽敞的卫生间,而4ES5K的第二中间单节则安排了一间开有侧窗的卧铺休息室,为了给司机创造一个良好的休(磁)息(疗)环境,还取消了空压机等设备。

ES5K系列机车的机械部分设计以VL80S为基础改进而成

ES5K系列机车的司机室

ES5K系列机车的中间补机重联单节

机车单节轴式为B0-B0,转向架的一系悬挂为拉杆式,通过圆弹簧、油压减震器与转向架构架连接,二系悬挂分为两种:早期的2ES5K采用改进型摇篮式悬挂,而其他各型号机车均采用高圆弹簧旁承。考虑到机车主要用于货运,运行速度不高,牵引电机采用复合材料滑动抱轴承的半悬挂(轴悬)安装,后期在4ES5K上则装用了更先进的МОП滚动抱轴承,减小了维护成本。由中央斜向牵引杆传递牵引力和制动力。

2ES5K的最初版转向架,可以看到极具特色的摇篮式二系悬挂

改进版转向架采用了高圆弹簧旁承式二系悬挂

机车的主电路和电气设备基于VL85的设计,其晶闸管整流装置经过了现代化升级,能耗显著下降,牵引电机为串励式的改进版НБ-514Д/НБ-514Б型,在4ES5K上,装用了更加先进的ВИУ-4000-2М型整流装置,可以实现单轴功率控制和牵引电机独立励磁,所以在实际运用中,一组4ES5K要比两组2ES5K重联的性能更好。此外,机车还装有重联控制系统,可以在一个司机室内控制多组(节)机车重联运行,不过在机车中挂有中间单节时,重联系统无法使用。有意思的是,机车的辅助电源原本采用了可调频调压的ПЧФ辅助电容分相装置替代传统的劈相机,但在后期运用中,又加装了劈相机作为备用设备,不少毛子直呼返祖……通风系统借鉴EP1系列客运机车的经验进行了优化。

ES5K系列机车的电气部分设计以VL85为基础改进而成

微机控制系统也基于EP1系列的成功经验研发,提供手动和自动调节、自动驾驶模式,对机车设备进行控制,以及对运行参数进行诊断,4ES5K的微机控制系统进行了最新升级。除此之外,机车还配备了综合安全装置КЛУБ-У、列车自动制动控制系统САУТ-ЦМ/485和司机远程唤醒控制系统ТСКБМ等先进的安全装备。

ES5K系列机车的微机控制系统以EP1为基础改进而成

——运用:

绝大部分“叶尔马克”系列机车都在俄罗斯的西伯利亚和远东地区运用,还有一小部分机车在俄罗斯欧洲部分的北部和乌克兰运用。

2ES5K最初曾短暂配属东西伯利亚局乌兰乌德机务段,后来陆续转配至货运任务最为繁重的维霍列夫卡机务段(50余组)和远东局的斯莫利亚尼诺沃机务段(90余组),在这两个段,2ES5K基本都是通过重联控制系统将两组机车(四节)重联运行,特别是在远东局,为了能够牵引重达6300吨的货物列车翻越斯莫利亚尼诺沃至纳霍德卡间的困难区段,会在列车首尾各挂两组2ES5K(首尾共八节)推挽运行。随着新车不断出厂,2ES5K开始配属到远东局伯力II机务段(20余组)、后贝加尔局别洛戈尔斯克机务段(60余组)和阿穆尔斯科耶机务段(1组…)、克拉斯诺亚尔斯克局伊兰斯卡亚机务段(20余组),以及欧洲部分的十月局坎达拉克沙机务段(80余组),在摩尔曼斯克还有一组归属诺里尔斯克镍业公司所有的2ES5K。另外,有15组2ES5K出口至乌克兰铁路,配属敖德萨局的波多利斯克机务段。

两组重联运行的2ES5K,机车的蛇形姿态非常明显,滨海边疆区

与VL80系列机车重联运行的2ES5K,哈卡斯共和国

运行在俄罗斯欧洲部分列宁格勒州的2ES5K

2EL5则全部配属乌克兰铁路敖德萨局波多利斯克机务段(18组),与进口自俄罗斯的2ES5K一同运用。

运行在(乌克兰)敖德萨州的2EL5

3ES5K是“叶尔马克”系列中产量最大的型号,配属数量最多的是后贝加尔局的赤塔机务段(竟然多达480余组)。其余机车的配属和2ES5K基本相同,分布于远东局伯力II机务段(160余组)和斯莫利亚尼诺沃机务段(50余组)、东西伯利亚局维霍列夫卡机务段(120余组)、克拉斯诺亚尔斯克局阿巴坎II机务段(10余组)、十月局坎达拉克沙机务段(30余组)。在维霍列夫卡,还有21组3ES5K机车归属L-运输(Л-ТРАНС)公司所有。

风雪中的两组3ES5K单机回送,伊尔库茨克州

3ES5K,伊尔库茨克州

运行在布里亚特共和国,配属的L-运输公司的3ES5K

E5K由于功率比较小,鲜有用武之地,产量仅有32台,配属给了三个机务段,分别是东西伯利亚局维霍列夫卡机务段(14组)、远东局伯力II机务段(10组)以及克拉斯诺亚尔斯克局阿巴坎II机务段(8组),主要负责牵引市郊、路用和短编组货物列车。

牵引路用列车的E5K,哈卡斯共和国,机车侧面的大字为配属段名称及编号“ТЧЭ-7 阿巴坎”

牵引石渣列车的E5K,伊尔库茨克州

4ES5K这个巨无霸目前共有10组,全部配属远东局的斯莫利亚尼诺沃机务段,由于应用了大量新技术,机车的电气设备相比同系列其它型号具有更加优秀的性能,先进的机械设备使得日常整备也更加简便。在远东的滨海边疆区,经常使用一组4ES5K和一组2ES5K推挽运行,以牵引重型列车通过高坡区段,相比以往首尾各挂两组2ES5K推挽运行的模式,可以节省两节机车。作为世(俄)界(式)罕(奇)见(葩)的四机固定重联电力机车,4ES5K还分别于2015年和2017年两次参加了在莫斯科州谢尔宾卡环铁举办的1520博览会,这种堆积功率的做法可谓肥肠暴力了,令人叹为观止。

运行在伊尔库茨克州的4ES5K

运行在伊尔库茨克州的4ES5K

在谢尔宾卡环铁参加1520博览会的4ES5K,左边是直流牵引区段的新一代交流传动机车2ES10

欲知直流牵引型号(ES4K、ES6系列)如何,且看下篇分解!