【科普】采用直交傳動(dòng)的俄羅斯聯(lián)邦新型電力機(jī)車(chē)——“孔雀石”2/3ES8型電力機(jī)車(chē)
文章作者：FOREVER CHANGZHENSKY（ACFUN、BILIBILI、百度、頭條、微博和知乎昵稱(chēng)：寧柳跨越）
POUR NOUS TOUS
為了我們大家
概述
“孔雀石”2/3ES8型電力機(jī)車(chē)（2/3ЭС8 ?Малахит?），是俄羅斯聯(lián)邦西納拉集團(tuán)“烏拉爾機(jī)車(chē)”有限責(zé)任公司于2022年推出的一款直—交傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)家族?！翱兹甘币宰?006年起批量生產(chǎn)的“西納拉”2ES6型電力機(jī)車(chē)為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，最初定型為2ES6A型，但后來(lái)獲得了獨(dú)立的機(jī)車(chē)車(chē)型代號(hào)。
“孔雀石”與其前身的不同之處主要在于采用俄羅斯國(guó)產(chǎn)牽引變流器和三相交流異步牽引電動(dòng)機(jī)，以及新的車(chē)體設(shè)計(jì)、智能控制系統(tǒng)。2022年3月，采用“一組三節(jié)”固定重聯(lián)設(shè)計(jì)的第1組“孔雀石”——3ES8-001號(hào)機(jī)車(chē)制造出廠。
研制背景
自2010年以來(lái)，“烏拉爾機(jī)車(chē)”相繼推出直—交傳動(dòng)“花崗巖”2ES10型電力機(jī)車(chē)，以及交—直—交傳動(dòng)“黑色花崗巖”2ES7型電力機(jī)車(chē)。相比于采用直—直傳動(dòng)的“西納拉”，“花崗巖”和“黑色花崗巖”采用了更為先進(jìn)的交流傳動(dòng)。
然而，它們的電氣設(shè)備，很大一部分是由德國(guó)西門(mén)子公司鐵路系統(tǒng)提供，這意味著它們的生產(chǎn)成本很高，并且在匯率發(fā)生變化或者是歐盟對(duì)俄羅斯聯(lián)邦實(shí)施制裁的情況下，存在電氣設(shè)備供應(yīng)中斷的風(fēng)險(xiǎn)。因此，俄羅斯國(guó)內(nèi)在2015年，就出現(xiàn)用本國(guó)國(guó)產(chǎn)電氣設(shè)備制造電力機(jī)車(chē)的想法。
此外，2019年俄羅斯鐵路股份公司在尺寸、安全性、牽引特性和數(shù)字化方面，對(duì)貨運(yùn)機(jī)車(chē)提出新技術(shù)要求，并且未來(lái)所有的機(jī)車(chē)都必須滿(mǎn)足這些要求。西納拉集團(tuán)研制使用俄羅斯國(guó)產(chǎn)電氣設(shè)備新型交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)，不僅滿(mǎn)足當(dāng)前的所有要求，同時(shí)為未來(lái)可能的新型干線(xiàn)貨運(yùn)電力機(jī)車(chē)家族打下基礎(chǔ)。
研制
2020年2月，隸屬于西納拉集團(tuán)的“牽引組”有限責(zé)任公司，與車(chē)?yán)镅刨e斯克“俄羅斯電動(dòng)機(jī)”股份公司就聯(lián)合設(shè)計(jì)和批量生產(chǎn)用于西納拉集團(tuán)未來(lái)推出的干線(xiàn)電力機(jī)車(chē)的三相交流異步牽引電動(dòng)機(jī)，達(dá)成長(zhǎng)期協(xié)議。同年夏天，“俄羅斯電動(dòng)機(jī)”為2ES6A型電力機(jī)車(chē)制造了持續(xù)功率為1000 kW的ATD1000型三相交流異步牽引電動(dòng)機(jī)，并進(jìn)行測(cè)試。
2020年秋天，“烏拉爾機(jī)車(chē)”提出了一個(gè)新型電力機(jī)車(chē)的項(xiàng)目。在這個(gè)項(xiàng)目中，“烏拉爾機(jī)車(chē)”對(duì)新型電力機(jī)車(chē)的設(shè)備布局、車(chē)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，并開(kāi)發(fā)了一種帶有防震碰撞系統(tǒng)的新型司機(jī)室。同年晚些時(shí)候，俄羅斯鐵路牽引局將2ES6A型電力機(jī)車(chē)重新定型為2ES8型。
2022年2月末，采用“一組兩節(jié)”固定重聯(lián)設(shè)計(jì)的第1組“孔雀石”——2ES8-001號(hào)機(jī)車(chē)制造完成。但為了加速認(rèn)證，“烏拉爾機(jī)車(chē)”制造了1節(jié)中間補(bǔ)機(jī)機(jī)車(chē)編入這組“孔雀石”當(dāng)中。這樣一來(lái)，2ES8-001號(hào)機(jī)車(chē)改號(hào)為3ES8-001號(hào)。2022年3月，3ES8-001號(hào)機(jī)車(chē)在“烏拉爾機(jī)車(chē)”廠區(qū)內(nèi)進(jìn)行了展示，并開(kāi)始了廠內(nèi)測(cè)試運(yùn)行。
車(chē)體和司機(jī)室設(shè)計(jì)
根據(jù)“烏拉爾機(jī)車(chē)”網(wǎng)站宣傳可知，“孔雀石”采用整體承載式車(chē)體。帶司機(jī)控制臺(tái)的兩節(jié)機(jī)車(chē)，設(shè)有單端司機(jī)室、單側(cè)貫通式內(nèi)走廊，以及通過(guò)臺(tái)；中間補(bǔ)機(jī)機(jī)車(chē)不設(shè)置司機(jī)控制臺(tái)，兩端為通過(guò)臺(tái)。每側(cè)車(chē)頂側(cè)面傾斜，主要安裝進(jìn)氣和排氣百葉窗，中間放置2個(gè)制動(dòng)電阻冷卻百葉窗；而在制動(dòng)電阻冷卻百葉窗兩端，每端放置1個(gè)單臂式受電弓。
司機(jī)室為整體獨(dú)立結(jié)構(gòu)，由聚合物材料制成，內(nèi)僅安裝司機(jī)控制臺(tái)，司機(jī)座椅在車(chē)體內(nèi)部。司機(jī)室外面的底部，有1條向前突出的外走廊，2側(cè)設(shè)有扶手和踏板。外走廊正下方設(shè)有SA-3型自動(dòng)車(chē)鉤、3道風(fēng)管⑴，兩端為配備有碰撞沖擊吸收系統(tǒng)的緩沖器，其設(shè)計(jì)思路與“烏拉爾機(jī)車(chē)”競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手——新切爾卡斯克電力機(jī)車(chē)制造廠推出的“賽艇”2ES5型電力機(jī)車(chē)和“奧林匹克”EP20型電力機(jī)車(chē)的緩沖梁相類(lèi)似。碰撞沖擊吸收系統(tǒng)可在列車(chē)與障礙物相撞時(shí)吸收大部分沖擊能量，從而保護(hù)機(jī)車(chē)主體結(jié)構(gòu)和機(jī)車(chē)乘務(wù)員。
轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)
“孔雀石”轉(zhuǎn)向架一系懸掛為軸箱兩側(cè)螺旋彈簧，配垂向油壓減振器；二系懸掛為構(gòu)架和車(chē)體之間的螺旋彈簧。每臺(tái)轉(zhuǎn)向架裝用2臺(tái)ATD1000型三相交流異步牽引電動(dòng)機(jī)，采用軸懸懸掛。轉(zhuǎn)向架通過(guò)每側(cè)2個(gè)低重心斜拉桿，傳遞牽引力和制動(dòng)力。
牽引設(shè)備設(shè)計(jì)
在每節(jié)機(jī)車(chē)車(chē)頂中間的制動(dòng)電阻冷卻百葉窗兩端，各放置1個(gè)受電弓和1個(gè)無(wú)線(xiàn)電干擾抑制扼流圈。直流電被受電弓從接觸網(wǎng)受流后，經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)電干擾抑制扼流圈，送至每節(jié)機(jī)車(chē)車(chē)頂?shù)母邏耗妇€(xiàn)，然后經(jīng)由主斷路器送至各節(jié)機(jī)車(chē)的車(chē)內(nèi)電氣設(shè)備。為了便于司機(jī)查看受電弓情況，每節(jié)機(jī)車(chē)的車(chē)頂安裝了一個(gè)監(jiān)控探頭。不過(guò)，和“花崗巖”一樣，“孔雀石”的中間補(bǔ)機(jī)機(jī)車(chē)不設(shè)置2個(gè)受電弓，需要借助高壓母線(xiàn)，從相鄰2節(jié)機(jī)車(chē)獲得直流電。
在“孔雀石”車(chē)體內(nèi)，安裝了包括牽引變流器、輔助變流器、濾波扼流圈在內(nèi)的各種由俄羅斯國(guó)產(chǎn)的電氣設(shè)備。牽引變流器負(fù)責(zé)把來(lái)自接觸網(wǎng)的直流電，逆變?yōu)榭梢哉{(diào)節(jié)電壓和頻率的交流電，送至給牽引電動(dòng)機(jī)，并有可能對(duì)牽引力進(jìn)行控制。
除牽引變流器外，“孔雀石”還配備了輔助變流器。輔助變流器將輸入的直流電降壓，并將其逆變?yōu)轭l率為50 Hz 的交流電，用于輔助電氣設(shè)備（冷卻風(fēng)扇、電空壓縮機(jī)）、照明系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的運(yùn)行，以及其他與牽引無(wú)關(guān)的機(jī)車(chē)需求。
每臺(tái)轉(zhuǎn)向架配備2臺(tái)由“俄羅斯電動(dòng)機(jī)”制造的ATD1000型三相交流異步牽引電動(dòng)機(jī)。與2ES6型和2ES10型電力機(jī)車(chē)各自使用的牽引電動(dòng)機(jī)相比，ATD1000型牽引電動(dòng)機(jī)的重量明顯減輕，增加了電力機(jī)車(chē)的平穩(wěn)性，同時(shí)減少了對(duì)軌道的影響，減少了輪對(duì)踏面的磨損，從而減少了更換踏面和修理輪對(duì)的頻率。
ATD1000型牽引電動(dòng)機(jī)的持續(xù)功率為1000 kW，略低于2ES10型電力機(jī)車(chē)使用的1TB2822型牽引電動(dòng)機(jī)的1050 kW持續(xù)功率。為了對(duì)牽引電動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷卻通風(fēng)，轉(zhuǎn)向架上方安裝了4個(gè)電機(jī)風(fēng)扇（每臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)1個(gè)電機(jī)風(fēng)扇）；還有2個(gè)電機(jī)風(fēng)扇用于冷卻變流器。
制動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)
為了向制動(dòng)管路供應(yīng)壓縮空氣，“孔雀石”的每節(jié)機(jī)車(chē)都配備了由車(chē)?yán)镅刨e斯克壓縮機(jī)廠制造的AKV 3.5/1 L U2型螺桿式壓縮機(jī)組。
AKV 3.5/1 L U2型式壓縮機(jī)組由螺桿組、空氣過(guò)濾器、進(jìn)氣閥、油分離器、油過(guò)濾器、恒溫閥、安全閥、最小壓力閥、熱交換器和30 kW三相異步電機(jī)組成。三相異步電機(jī)從輔助變流器獲得380 V 50 Hz交流電。從電動(dòng)機(jī)到壓縮機(jī)軸的扭矩傳遞是通過(guò)彈性聯(lián)軸器進(jìn)行。壓縮機(jī)出口壓力為0.98 MPa，正常情況下出風(fēng)量為3.5±0.17 m3。
除了空氣制動(dòng)外，“孔雀石”還配備再生制動(dòng)和電阻制動(dòng)系統(tǒng)。制動(dòng)電阻的冷卻百葉窗布置在車(chē)頂中間。
安全系統(tǒng)和控制系統(tǒng)
“孔雀石”配備了一套俄羅斯國(guó)產(chǎn)、基于微處理器的控制、診斷和安全系統(tǒng)。配備接收器和發(fā)射器的BLOK-M機(jī)車(chē)行車(chē)安全綜合體集成到司機(jī)控制臺(tái)，并接收來(lái)自“格洛納斯”全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的信號(hào)，確保列車(chē)運(yùn)行的安全和準(zhǔn)確確定其位置。此外，“孔雀石”還配備了地面中繼式無(wú)線(xiàn)電通信系統(tǒng)和GSM-R全球鐵路移動(dòng)通訊系統(tǒng)。
“孔雀石”還配備了SAU-OP自動(dòng)控制系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，攝像頭安裝在車(chē)體兩側(cè)、車(chē)體頂部和司機(jī)室內(nèi)部。通過(guò)將控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)的功能合二為一，實(shí)現(xiàn)列車(chē)自動(dòng)控制功能，同時(shí)根據(jù)線(xiàn)路沿線(xiàn)情況選擇速度并控制機(jī)車(chē)的牽引和制動(dòng)，減少人為因素對(duì)列車(chē)運(yùn)行正確性的影響。
為了避免輪對(duì)空轉(zhuǎn)，“烏拉爾機(jī)車(chē)”在“孔雀石”上內(nèi)置了可智能調(diào)節(jié)的防空轉(zhuǎn)系統(tǒng)。這個(gè)防空轉(zhuǎn)系統(tǒng)根據(jù)具體情況，控制牽引電動(dòng)機(jī)的電源，讓輪對(duì)獲得最佳力矩和最大牽引力。
截至2022年6月的運(yùn)行測(cè)試情況
2022年4月上旬，3ES8-001號(hào)機(jī)車(chē)抵達(dá)位于莫斯科鐵路局管內(nèi)的全俄鐵道運(yùn)輸科學(xué)研究院謝爾賓卡環(huán)形鐵道試驗(yàn)基地，開(kāi)始運(yùn)行測(cè)試，1個(gè)月內(nèi)行駛5000 km。在此期間，全俄鐵道運(yùn)輸科學(xué)研究院對(duì)機(jī)車(chē)的電磁兼容性及其設(shè)備的操作進(jìn)行了評(píng)估，并進(jìn)行了初步制動(dòng)測(cè)試。3ES8-001號(hào)機(jī)車(chē)不僅進(jìn)行了單機(jī)測(cè)試運(yùn)行，并在運(yùn)行速度高達(dá)120 km/h的情況下，牽引1列重達(dá)5600 t的貨運(yùn)列車(chē)，進(jìn)行牽引測(cè)試。
除了在謝爾賓卡環(huán)形鐵道試驗(yàn)基地進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試外，3ES8-001號(hào)機(jī)車(chē)還將前往位于北高加索鐵路局管內(nèi)、長(zhǎng)度為25.4 km的別洛列琴斯克—邁科普區(qū)段，以全面研究電力機(jī)車(chē)對(duì)軌道的影響。別洛列琴斯克—邁科普區(qū)段擁有供高速列車(chē)和重型列車(chē)通過(guò)的道岔和測(cè)量設(shè)備，接觸網(wǎng)支持在3 kV直流電與25 kV 50 Hz交流電之間切換。
后記
按西納拉集團(tuán)的新聞報(bào)道，3ES8-001號(hào)機(jī)車(chē)從2022年5月~9月間進(jìn)行驗(yàn)收和認(rèn)證測(cè)試。在此期間，全俄鐵道運(yùn)輸科學(xué)研究院專(zhuān)家將檢查這組機(jī)車(chē)的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度、控制和制動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并進(jìn)行照明、衛(wèi)生化學(xué)和衛(wèi)生測(cè)試，以及驗(yàn)證是否符合勞動(dòng)保護(hù)和功能安全要求。
不過(guò)此時(shí)俄羅斯鐵路采購(gòu)的“西納拉”數(shù)量將近1300組，而“花崗巖”（177組）和“黑色花崗巖”（13組）各自的采購(gòu)數(shù)量，累加起來(lái)僅僅接近“西納拉”數(shù)量的15%。個(gè)人淺見(jiàn)，在這樣的情況下，即使3ES8-001號(hào)機(jī)車(chē)通過(guò)驗(yàn)收、“烏拉爾機(jī)車(chē)”獲得“孔雀石”的生產(chǎn)許可，“孔雀石”很大可能會(huì)處于“雖得買(mǎi)家，不得其時(shí)”的尷尬境地。
技術(shù)數(shù)據(jù)表
注釋
⑴從已知照片可知，3ES8-001號(hào)機(jī)車(chē)每節(jié)機(jī)車(chē)司機(jī)室下方的車(chē)鉤，右下方為帶紅色折角塞門(mén)和接頭的制動(dòng)管，正下方為帶黃色接頭的平均管，左下方為帶藍(lán)色折角塞門(mén)和接頭的總風(fēng)管。
文章聲明
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參考鏈接
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https://ulkm.ru/actions/na-uralskix-lokomotivax-vyshli-na-ocherednoj-etap-sborki-novogo-elektrovoza/
https://ekb.rbc.ru/ekb/freenews/60f519589a7947627117fd16
https://www.1tv.ru/news/2022-03-11/423301-zavershen_lokomotiv_malahit_sostoyaschiy_pochti_polnostyu_iz_otechestvennyh_komponentov
https://ulkm.ru/actions/elektrovoz-3es8-malaxit-zavershil-predvaritelnye-ispytaniya/
完稿時(shí)間：2022年6月25日
A0級(jí)發(fā)表時(shí)間：2022年6月25日
