文章作者：西瓜昌真濕基（B站和百度昵稱：寧柳跨越）

提示

• 交—直流電傳動(dòng)：指內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)一臺(tái)三相交流同步牽引發(fā)電機(jī)，經(jīng)硅整流裝置轉(zhuǎn)換成直流電后，供給數(shù)臺(tái)并聯(lián)的直流牽引電動(dòng)機(jī)。本文提及的蘇聯(lián)TEP80型內(nèi)燃機(jī)車為交—直流電傳動(dòng)形式。

• 直—直流電傳動(dòng)：指內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)一臺(tái)三相直流牽引發(fā)電機(jī)，輸出直流電并供給數(shù)臺(tái)并聯(lián)的直流牽引電動(dòng)機(jī)。蘇聯(lián)TE7型內(nèi)燃機(jī)車為直—直流電傳動(dòng)形式。

• 俄羅斯聯(lián)邦科洛姆納工廠簡(jiǎn)稱“科廠”。

概述

TEP80型內(nèi)燃機(jī)車⑴是蘇聯(lián)鐵路的大功率準(zhǔn)高速干線客運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車車型之一，由科廠于1988年研制成功，僅試制了兩臺(tái)并未投入批量生產(chǎn)。TEP80型內(nèi)燃機(jī)車是單節(jié)八軸的6000馬力干線客運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車，設(shè)計(jì)用于牽引大編組旅客列車，走行部為兩臺(tái)四軸轉(zhuǎn)向架，動(dòng)力裝置為一臺(tái)1D49型四沖程柴油機(jī)，傳動(dòng)方式為交—直流電力傳動(dòng)。1993年10月5日，TEP80-0002號(hào)機(jī)車在莫斯科-圣彼得堡鐵路上創(chuàng)造了271公里/小時(shí)的速度紀(jì)錄，至今仍然是內(nèi)燃機(jī)車的速度記錄保持者。

研制背景

1970年代初期，為了滿足蘇聯(lián)鐵路客運(yùn)的發(fā)展需要，科廠按照蘇聯(lián)交通部的要求，先后開發(fā)研制了TEP70、TEP75型快速客運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車。其中TEP70型機(jī)車是蘇聯(lián)第一種單機(jī)功率達(dá)到4000馬力并投入批量生產(chǎn)的內(nèi)燃機(jī)車，而TEP75型機(jī)車也是蘇聯(lián)第一種單機(jī)功率6000馬力的客運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車。

由于同時(shí)要研制功率等級(jí)分別為4000馬力和6000馬力、持續(xù)牽引力分別為167千牛和176千牛、構(gòu)造速度均為160公里/小時(shí)的兩種六軸客運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車，兩者在結(jié)構(gòu)上均具有最大程度的統(tǒng)一化。然而，由于TEP75型機(jī)車裝用一臺(tái)20氣缸的1D49型柴油機(jī)，軸重達(dá)到24.5噸，高速運(yùn)行時(shí)輪軌作用力過(guò)大，因而未批準(zhǔn)投入批量生產(chǎn)。

研制過(guò)程

至1980年代，蘇聯(lián)鐵路旅客運(yùn)輸量持續(xù)快速增長(zhǎng)，僅在第十一個(gè)五年計(jì)劃（1981年—1985年）期間鐵路客運(yùn)量增長(zhǎng)已達(dá)到9.3%。為了提高鐵路的通過(guò)能力，蘇聯(lián)鐵道部決定在主要干線上采取擴(kuò)大旅客列車編組的措施，逐步將旅客列車的車廂數(shù)量提高到22～24輛，并計(jì)劃將進(jìn)一步提高到30～32輛。

1985年，蘇聯(lián)鐵路有180趟旅客列車擴(kuò)編為20～24輛，并于1986年在莫斯科往克里米亞、高加索地區(qū)方向的鐵路上進(jìn)行32輛大編組客車的試運(yùn)行。為此，蘇聯(lián)鐵路需要研制一種持續(xù)牽引力達(dá)到24000公斤、構(gòu)造速度為160公里/小時(shí)、軸重不大于22.5噸、功率等級(jí)為6000馬力的快速客運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車。

由于當(dāng)時(shí)世界上還未曾出現(xiàn)過(guò)這種類型的大功率客運(yùn)機(jī)車，所以這是一項(xiàng)全新的課題。1980年代中期，科廠在總工程師Yu·V·赫列勃尼科夫的領(lǐng)導(dǎo)下，開始研制新一代的TEP80型內(nèi)燃機(jī)車。

研制TEP80型內(nèi)燃機(jī)車的最大挑戰(zhàn)，是使其軸重不得大于22.5噸。科廠因此決定采用八軸的走行部，并開發(fā)了一種新穎的均衡梁式四軸轉(zhuǎn)向架，以將車體重量平均分配在八根車軸上。這種轉(zhuǎn)向架不論是高速運(yùn)行于直線區(qū)段還是曲線區(qū)段，均能保證具有優(yōu)良的運(yùn)行品質(zhì)和動(dòng)力學(xué)性能。TEP80型機(jī)車也大量應(yīng)用了TEP70、TEP75型機(jī)車在設(shè)計(jì)、運(yùn)用、試驗(yàn)及改進(jìn)過(guò)程中獲得的經(jīng)驗(yàn)和成果。機(jī)車的動(dòng)力裝置為一臺(tái)1D49型四沖程柴油機(jī)，并采用了交—直流電力傳動(dòng)系統(tǒng)、大功率電阻制動(dòng)裝置及微機(jī)控制系統(tǒng)。

測(cè)試情況

1988年至198§9年間，科廠先后制成了兩臺(tái)TEP80型內(nèi)燃機(jī)車。198§9年，兩臺(tái)機(jī)車被送往全蘇鐵道運(yùn)輸科學(xué)研究院位于莫斯科州謝爾賓卡的環(huán)形鐵道試驗(yàn)基地開始進(jìn)行性能試驗(yàn)，其中TEP80-0001號(hào)機(jī)車并在環(huán)形鐵道舉行的198§9年國(guó)際鐵路運(yùn)輸展覽會(huì)上首次對(duì)外展出。

1990年秋季，TEP80型機(jī)車在北高加索鐵路局管內(nèi)別洛列琴斯克至邁科普之間的高速試驗(yàn)區(qū)段，進(jìn)行了對(duì)線路及道岔動(dòng)力作用在內(nèi)的綜合動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)，同時(shí)并和TEP70型機(jī)車進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，最高試驗(yàn)速度達(dá)到196公里/小時(shí)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，TEP80型機(jī)車能完全滿足運(yùn)行時(shí)速160公里/小時(shí)的動(dòng)力性能技術(shù)條件，而且對(duì)線路及道岔的作用力比較小。

然而在不久之后，隨著突如其來(lái)的蘇聯(lián)解體，獨(dú)聯(lián)體國(guó)家的鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)均面臨嚴(yán)重滑坡，亦對(duì)鐵路科研工作造成很大困難。盡管如此，由于俄羅斯當(dāng)時(shí)正籌備興建國(guó)內(nèi)第一條高速鐵路客運(yùn)專線——圣彼得堡—莫斯科高速鐵路，TEP80型內(nèi)燃機(jī)車的命運(yùn)遠(yuǎn)較其他大功率貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車幸運(yùn)，并沒有像TE136、2TE126型貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車那樣被廢棄，而是繼續(xù)用于進(jìn)行關(guān)于高速鐵路機(jī)車車輛的技術(shù)研究。

1993年，在全俄鐵道運(yùn)輸科學(xué)研究院的組織下，TEP80型機(jī)車在十月鐵路局進(jìn)行了高速動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)。試驗(yàn)區(qū)段選定在莫斯科-圣彼得堡鐵路的什柳茲站至多羅希哈站之間，區(qū)段全長(zhǎng)42公里。負(fù)責(zé)進(jìn)行試驗(yàn)的TEP80-0002號(hào)機(jī)車在科廠接受改造，將牽引齒輪傳動(dòng)比由3.12改為2.03，使機(jī)車構(gòu)造速度由160公里/小時(shí)大幅提高到250公里/小時(shí)。

試驗(yàn)分為三個(gè)階段，第一、二階段試驗(yàn)是機(jī)車車輪分別在無(wú)磨耗及2毫米磨耗的情況下，進(jìn)行時(shí)速160～260公里/小時(shí)的運(yùn)行試驗(yàn)，第三階段試驗(yàn)是機(jī)車轉(zhuǎn)向架加裝橫向減振器后進(jìn)行時(shí)速260公里/小時(shí)的運(yùn)行試驗(yàn)。1993年10月5日，TEP80-0002號(hào)機(jī)車的最高試驗(yàn)速度達(dá)到了271公里/小時(shí)，打破了由英國(guó)鐵路43型內(nèi)燃機(jī)車⑵在1987年所創(chuàng)造的紀(jì)錄（238公里/小時(shí)），成為世界上速度最高的內(nèi)燃機(jī)車并保持至今。

存留情況

相比于前作TEP75型機(jī)車以及TE136型、2TE126型等同時(shí)期研制的大功率貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車，這兩臺(tái)TEP80型機(jī)車還是幸運(yùn)的——TEP80-0002號(hào)機(jī)車于2007年送往圣彼得堡俄羅斯鐵路博物館靜態(tài)展示；而TEP80-0001號(hào)機(jī)車于2009年5月送往新西伯利亞鐵路科技博物館靜態(tài)展示。

技術(shù)特點(diǎn)

TEP80型內(nèi)燃機(jī)車適用于1520毫米寬軌軌距的鐵路，軸式為（Bo-Bo）-（Bo-Bo），輪徑為1220毫米，軸重為22.5噸，整備重量為180噸；長(zhǎng)度為24500毫米。機(jī)車最高運(yùn)行速度為160公里/小時(shí)，持續(xù)運(yùn)行速度為50公里/小時(shí)，牽引功率為3300千瓦（6000馬力），持續(xù)牽引力為176千牛。

• 總體結(jié)構(gòu)

TEP80型機(jī)車采用了斜桿桁架式側(cè)壁承載結(jié)構(gòu)的輕量化車體，是一個(gè)由車架、側(cè)墻、司機(jī)室、上弦梁、下弦梁等部件焊接成一個(gè)完整的箱形結(jié)構(gòu)。為了盡可能降低車體重量，車體底架及骨架受力元件廣泛采用低合金鋼焊接結(jié)構(gòu)，并采用了大容量承載式燃油箱，車體側(cè)壁蒙皮用鋁合金板制造，車頂?shù)目刹鹗巾斏w全部采用鋁合金型材和板材制造。TEP80型機(jī)車的車體長(zhǎng)度為24500毫米，比TEP70型機(jī)車（21700毫米）延長(zhǎng)了2800毫米；車體鋼結(jié)構(gòu)重量達(dá)到24597公斤，比TEP70型機(jī)車增加了5287公斤；但由于TEP80型機(jī)車的功率比TEP70型機(jī)車提高了50%，單位馬力車體鋼結(jié)構(gòu)重量反而從4.83公斤/馬力下降到4.1公斤/馬力。

車體上部由前至后分別為第一司機(jī)室、冷卻室、動(dòng)力室、電氣室及第二司機(jī)室。動(dòng)力室內(nèi)安裝了一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組，以及柴油機(jī)空氣濾清器、增壓空氣冷卻器、排氣消音器、起動(dòng)發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁機(jī)等輔助設(shè)備。電氣室內(nèi)設(shè)有高壓電器柜、制動(dòng)電阻柜、空氣壓縮機(jī)、空氣濾清器、軸流式通風(fēng)機(jī)等設(shè)備。冷卻室內(nèi)設(shè)有散熱器、風(fēng)扇、預(yù)熱鍋爐、滅火器等設(shè)備。車體下部?jī)膳_(tái)轉(zhuǎn)向架之間設(shè)有承載式燃油箱，其兩側(cè)設(shè)有蓄電池箱，前后分別設(shè)有兩個(gè)總風(fēng)缸。

• 冷卻系統(tǒng)

機(jī)車的冷卻水系統(tǒng)分為高溫冷卻水系統(tǒng)及低溫冷卻水系統(tǒng)。高溫水系統(tǒng)是柴油機(jī)冷卻水的系統(tǒng)，而低溫水系統(tǒng)是為機(jī)油熱交換器及柴油機(jī)增壓空氣而設(shè)的冷卻水系統(tǒng)。冷卻裝置由散熱器與風(fēng)扇組成，冷卻水帶出的熱量在散熱器中傳給空氣而冷卻，冷卻室頂部設(shè)有兩臺(tái)采用靜液壓驅(qū)動(dòng)的軸流式風(fēng)扇，由靜液壓泵、液壓馬達(dá)帶動(dòng)風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)，能根據(jù)水和油的溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。

而其他設(shè)備的通風(fēng)冷卻方面，TEP80型機(jī)車?yán)^續(xù)沿用了TEP70型機(jī)車所采用的中央通風(fēng)冷卻系統(tǒng)，采用一臺(tái)由牽引發(fā)電機(jī)輸出法蘭驅(qū)動(dòng)的軸流式通風(fēng)機(jī)，通過(guò)頂蓋百葉窗及空氣濾清裝置抽入冷風(fēng)，經(jīng)過(guò)通風(fēng)支路向牽引發(fā)電機(jī)、牽引電動(dòng)機(jī)、整流裝置集中送風(fēng)冷卻，中央通風(fēng)冷卻系統(tǒng)具有空氣流量大、空氣過(guò)濾效果好、減少輔助功率消耗等優(yōu)點(diǎn)。

• 柴油機(jī)

TEP80型機(jī)車裝用一臺(tái)2-10DG型柴油發(fā)電機(jī)組，包括一臺(tái)1D49型大功率柴油機(jī)及一臺(tái)GS-519U2型牽引發(fā)電機(jī)組。1D49型柴油機(jī)（蘇聯(lián)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GOST型號(hào)為20ChN26/26）由科廠設(shè)計(jì)制造，是D49型柴油機(jī)的系列產(chǎn)品之一。該型柴油機(jī)是20氣缸、四沖程、二級(jí)增壓帶中間冷卻的V型中速柴油機(jī)，氣缸直徑為260毫米，活塞行程為260毫米，額定轉(zhuǎn)速為每分鐘1100轉(zhuǎn)，裝車功率為6000馬力（4,416千瓦），單位燃料消耗量為158～166克/有效馬力·小時(shí)。

柴油機(jī)采用了二級(jí)增壓系統(tǒng)，第一級(jí)是單級(jí)軸流式廢氣渦輪增壓器，第二級(jí)是由離心式鼓風(fēng)機(jī)組成的單級(jí)機(jī)械增壓器，每級(jí)增壓器均設(shè)有增壓空氣中間冷卻器（中冷器）。柴油機(jī)具有兩條廢氣排放管，分別對(duì)應(yīng)兩排氣缸。柴油機(jī)整體凈重22,600公斤。

• 傳動(dòng)系統(tǒng)

機(jī)車傳動(dòng)裝置采用交—直流電傳動(dòng)，柴油機(jī)通過(guò)盤式聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)一臺(tái)三相交流同步牽引發(fā)電機(jī)，經(jīng)硅整流裝置轉(zhuǎn)換成直流電后，供給八臺(tái)牽引電動(dòng)機(jī)。機(jī)車采用由哈爾科夫重型電機(jī)廠設(shè)計(jì)制造的GS-519U2型牽引發(fā)電機(jī)，為凸極式三相交流他勵(lì)同步發(fā)電機(jī)，定子為兩組星形接法的三相繞組，額定功率為4060千瓦，額定頻率為133赫茲。機(jī)車具有發(fā)電機(jī)恒功率勵(lì)磁調(diào)節(jié)功能，以充分利用柴油機(jī)的功率。

牽引發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電由兩組V-TPPD-4K-1000型硅整流裝置轉(zhuǎn)換成直流電，整流裝置分為牽引整流及列車供電整流兩個(gè)單元，其中牽引整流部分設(shè)有二組并聯(lián)的三相橋式整流電路，而列車供電整流部分則輸出3000伏直流電，為旅客列車提供取暖電源。

牽引電動(dòng)機(jī)采用ED-121VUKhL1型四極串勵(lì)直流牽引電動(dòng)機(jī)，由哈爾科夫重型電機(jī)廠設(shè)計(jì)制造，額定功率為411千瓦，短時(shí)功率可達(dá)610千瓦，額定電壓為515伏，最高工作電壓為750伏，額定轉(zhuǎn)速為每分鐘645轉(zhuǎn)，最高轉(zhuǎn)速為每分鐘2320轉(zhuǎn)，單臺(tái)電機(jī)重量為2950公斤。此外，TEP80型機(jī)車設(shè)有具備全功率自負(fù)荷試驗(yàn)功能的電阻制動(dòng)裝置，在電阻制動(dòng)工況時(shí)牽引電動(dòng)機(jī)變?yōu)樗麆?lì)直流發(fā)電機(jī)工作，并與制動(dòng)電阻相聯(lián)，制動(dòng)功率為4000千瓦。

• 轉(zhuǎn)向架

機(jī)車走行部采用兩臺(tái)四軸轉(zhuǎn)向架，TEP80型內(nèi)燃機(jī)車既沒有采用TEM7、ChME5型調(diào)車機(jī)車的中間構(gòu)架式四軸轉(zhuǎn)向架，也沒有沿用TE136、2TE126型貨運(yùn)機(jī)車的下縱向牽引梁式四軸轉(zhuǎn)向架，而是采用了新穎的均衡梁式四軸轉(zhuǎn)向架⑶。每臺(tái)四軸轉(zhuǎn)向架均以兩臺(tái)二軸轉(zhuǎn)向架為基礎(chǔ)，車輪直徑為1220毫米。

在每臺(tái)二軸轉(zhuǎn)向架中，兩個(gè)輪對(duì)采用帶球面軸箱軸承的縱向均衡梁聯(lián)結(jié)，兩軸距離為1.85米，均衡梁的中部通過(guò)彈簧支柱與四軸側(cè)架相連，從而取消了二軸轉(zhuǎn)向架構(gòu)架。來(lái)自車體的垂直載荷直接傳到均衡梁上，側(cè)向負(fù)荷是經(jīng)過(guò)彈簧支柱傳遞。兩臺(tái)無(wú)構(gòu)架式二軸轉(zhuǎn)向架采用帶彈簧支柱的大型側(cè)架連接起來(lái)，從而構(gòu)成一臺(tái)四軸轉(zhuǎn)向架。在這種結(jié)構(gòu)中，輪對(duì)實(shí)際上只能沿轉(zhuǎn)向架的縱軸相對(duì)于轉(zhuǎn)向架側(cè)架垂向移動(dòng)，轉(zhuǎn)向架固定軸距達(dá)到6.2米，二軸轉(zhuǎn)向架的均衡梁連接可以使機(jī)車通過(guò)曲線時(shí)所產(chǎn)生的橫向作用力進(jìn)行重新分配，同時(shí)也使各個(gè)輪對(duì)之間的垂直載荷作均衡分配，以減少軸重轉(zhuǎn)移。

轉(zhuǎn)向架的一系懸掛裝置采用由螺旋彈簧及橡膠墊的獨(dú)立懸掛結(jié)構(gòu)，均衡梁及側(cè)架之間并裝有垂向油壓減震器，一系懸掛的靜撓度為70.5毫米；而二系懸掛裝置為轉(zhuǎn)向架側(cè)架上每側(cè)五個(gè)的高柔度螺旋圓彈簧，靜撓度為113毫米，車體和轉(zhuǎn)向架之間亦設(shè)有垂向油壓減振器。為了滿足機(jī)車高速運(yùn)行時(shí)動(dòng)力學(xué)性能要求，機(jī)車采用了輪對(duì)空心軸式牽引電動(dòng)機(jī)全懸掛，將牽引電動(dòng)機(jī)全部重量懸掛在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上，牽引電動(dòng)機(jī)的扭矩通過(guò)單側(cè)牽引齒輪、彈性橡膠元件、空心軸套等部件，從而驅(qū)動(dòng)輪對(duì)，常規(guī)的牽引齒輪傳動(dòng)比為3.12?；A(chǔ)制動(dòng)裝置采用雙側(cè)閘瓦踏面制動(dòng)。

由于TEP80型內(nèi)燃機(jī)車的均衡梁式四軸轉(zhuǎn)向架動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)異，不僅在直線區(qū)段上高速運(yùn)行時(shí)具有較高的穩(wěn)定性，在曲線上亦能大大減少對(duì)鋼軌的橫向作用力，因此這種轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)后來(lái)也被EP200型電力機(jī)車所沿用。

簡(jiǎn)評(píng)

作為蘇聯(lián)鐵路的大功率準(zhǔn)高速干線客運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車車型之一，TEP80型機(jī)車不僅是蘇聯(lián)對(duì)大功率干線客運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車的探索，同時(shí)也為后來(lái)的EP200型電力機(jī)車研制打下了部分設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

注釋

⑴俄語(yǔ)：ТЭП80。

⑵英語(yǔ)：British Rail Class 43 (HST)。本型機(jī)車是英國(guó)鐵路系統(tǒng)廣泛使用的一款內(nèi)燃機(jī)車，用于牽引125型高速城際列車系列，由英國(guó)國(guó)鐵下屬英國(guó)鐵路工程公司制造，其生產(chǎn)期從1976年持續(xù)到1982年，共生產(chǎn)了197輛。本型機(jī)車最高時(shí)速可達(dá)每小時(shí)238公里，正常營(yíng)運(yùn)時(shí)的速度為每小時(shí)約200公，這也是城際列車125名稱的由來(lái)。

⑶蘇聯(lián)專利證書號(hào)：СССР N 1664634, кл. 61 F 5/00, 1991.

參考

• B·N·莫羅波卡爾. 《蘇聯(lián)科洛姆納內(nèi)燃機(jī)車制造工廠及其產(chǎn)品的發(fā)展》. 《國(guó)外內(nèi)燃機(jī)車》 (大連: 大連機(jī)車內(nèi)燃研究所). 198§9年5月: 32–38

• V·N·佘斯塔科夫. 《ТЭП80型內(nèi)燃機(jī)車——制造高速機(jī)車的基礎(chǔ)》. 《國(guó)外內(nèi)燃機(jī)車》 (大連: 大連機(jī)車內(nèi)燃研究所). 1995年3月