【铁道科普】来自布良斯克的“黎明”——2TE25K型内燃机车

本文作者:西瓜昌真湿基(B站和百度昵称:宁柳跨越)
概述
“黎明”2TE25K型内燃机车⑴是俄罗斯的大功率干线货运内燃机车车型之一,由布良斯克机械制造厂设计制造,于2005年试制成功。2TE25K型柴油机车为双节重联组合式机车,由两节结构相同的单独机车联挂而成,采用交—直流电传动,并采用了许多以往未曾在苏联和俄罗斯内燃机车应用的新技术,例如模块化设计、牵引电机独立控制等。

背景
在21世纪初,俄罗斯铁路干线货运内燃机车主力为由乌克兰卢甘斯克内燃机车厂(下文简称“卢厂”)制造的TE10型内燃机车系列以及2TE116型内燃机车。但这两款内燃机车大多数是在苏联时期制造的,且在技术上已经过时。而在大多数TE10型内燃机车上使用的10D100型二冲程柴油机,其油耗和尾气的排放量比四冲程柴油机高。

有鉴于此等形势,俄罗斯铁路除了向卢厂订购2TE116U型内燃机车外,开始自行研发新一代在技术上优于2TE116型内燃机车,且符合现代安全要求、操作简便和高效率的内燃机车。位于俄罗斯西部城市布良斯克的布良斯克机械制造厂(下文简称“布厂”)于2000年启动新一代内燃机车的研发。对于新的内燃机车,布厂计划采用新的车体和司机室,而电气部分和柴油机部分的设计主要是继承自卢厂生产的最新版本——2TE116U型内燃机车。新型内燃机车被定型为2TE25K型,并于2004年获得批准。

研制
2TE25K
第一台2TE25K型机车——2TE25K-0001号机车于2005年7月制造出厂,并于同年8月的“铁路日”⑵于莫斯科州谢尔宾卡的全俄铁道运输科学研究院环形铁道试验基地(以下简称“谢尔宾卡环铁”)进行公开展览。
2007年8月,验收委员会完成了对2TE25K型机车认证测试,并颁发了生产20台机器的许可证。但由于布厂开始在2TE25K型机车的基础上研制交直交传动的2TE25A型机车,以及卢厂开始制造2TE116U型机车的缘故,2TE25K型机车到2009年停产时仅生产了15组机车。

2TE25K型机车在运用期间亦被发现许多与部件可靠性低有关的问题。截至2010年9月初,在15组内燃机车中,只有4组机车在运行,其余的机车正在进行现代化改造或非计划性维修。
在2010年,2TE25K型机车全部转配至布厂附近的莫斯科铁路局库尔斯克-调车机务段,因为较容易安排自己的维修设备和专业制造商的监督下进行维修。后来,2TE25K型机车被转配到莫斯科铁路局管内的其他机务段——从2011年开始,一些内燃机车暂时配属在布良斯克二号机务段运用,但后来所有的内燃机车都从那里返回。
截至2018年年中,有7组2TE25K型机车尚在运用中,另有7组2TE25K型机车处在封存状态。

2TE25KM
2TE25K型内燃机车的进一步发展是2TE25KM型机车⑶。它与基本型号不同,使用来自2TE116U型内燃机车的18-9DG型柴油发电机组和更现代化的设备,包括控制系统,以及车体结构的微小变化。机车主框架经过重新设计,以适应18-9DG型柴油发电机组,设备的位置和一些系统已经改变。由于使用了2TE116U型机车的柴油发电机,2TE25KM型机车比其前身2TE25K型内燃机车更强大。
起初由于布厂开始在2TE25K型机车的基础上研制交直交传动的2TE25A型机车,以及卢厂开始制造2TE116U型机车的缘故,因此在当时预计布厂不会发布2TE25K型机车的改进版本。然而2014年乌克兰国内危机爆发以及其后的武装冲突,卢厂减少了向俄罗斯铁路提供2TE116U型机车的供应量⑷。有鉴于此,布厂利用70天时间,于同年年底制造出第一组2TE25KM型机车,并在2015年2月开始批量生产至今。到2018年12月为止,布厂至少制造了360组2TE25KM型机车,其中352组机车交付给俄罗斯铁路,5组机车交付给蒙古乌兰巴托铁路局,3组机车交付给西伯利亚煤炭能源公司。

2TE25KM-0001号机车在2015年初在莫斯科州科洛姆纳市内的戈鲁特文车站到奥焦雷车站区间进行测试。同年3月,机车抵达莫斯科局布良斯克二号机务段,在那里进行了运行试验。第一次牵引是在布良斯克到奥廖尔区间伴随着另一台内燃机车进行的,然后机车开始在布良斯克到戈梅尔区间单独牵引,机车牵引的重量高达6340吨。
2015年下半年,南乌拉尔铁路局奥伦堡机务段和北高加索克拉斯诺达尔机务段陆续配属2TE25KM型机车;从2016年开始,伏尔加铁路局叶尔绍夫机务段配属2TE25KM型机车。随后,来自奥伦堡的所有2TE25KM型机车都被转配到叶尔绍夫机务段,后者的5组机车转配到仙纳亚机务段。2017年晚些时候,部分机车被分配到莫斯科、北高加索和伏尔加等铁路局许多机务段:超过100组机车配属于叶尔绍夫机务段;大约三十到四十组机车配属于布良斯克二号、利哈亚、克拉斯诺达尔和马克西姆·高尔基等机务段。

2018年10月,在十月铁路局沃洛科拉姆斯克到谢别日区间对2TE25KM型机车进行了重载测试,这次测试是在列车质量从4.9万吨增加到5.5万吨的情况下进行的。结果证实了这款机车连续运行的可能性,列车重达5.3万吨,有些甚至高达5.5万吨。

2TE25K2M型和3TE25K2M型
2016年,布厂开发了用于在长大坡道线路牵引超长货运列车的2TE25K2M型内燃机车⑸。同样从这个改进开始,布厂决定推出一款三节重联的3TE25K2M型内燃机车,机车有一节中间的补机机车。这节中间补机机车的两端与前后两节带司机室的机车均有过道连接,这样不仅提升机车的输出功率,同时也更易于司机不停车巡检。由于不设司机室的缘故,这节中间补机机车不能单独运行,但仍然设有辅助制动装置,以便进行单独调车和库内移动。
与2TE25KM型机车的不同,2TE25K2M型机车使用通用电气的GEVO V12型大功率柴油机,具有更好的燃油经济性及更低的维护成本,输出功率为3100千瓦。与2TE25KM型机车相比,2TE25K2M型机车拥有更可靠的安全系统、视频监控、参数记录和控制,更新的微处理器控制系统具有更好的特性,并略微修改了司机操作台的设计和布置,采用了先进的空气制动系统和E.317型制动设备模块。
考虑到贝阿铁路上2TE25A型机车的运行经验,在3TE25K2M型机车司机室安装温度控制系统,以便在寒冷气候下运行时,司机室内的供暖和节能得到改善,并可以从机械室内部为柴油发电机组和辅助设备吸收热空气,使燃料,水和空气系统可以更好地防冻。

2017年2月完成了第一组3TE25K2M型机车的组装,而第二组机车最初计划以2TE25K2M型机车制造出厂,但后来又决定补充中间补机机车。这些内燃机车从0001开始编号。
2017年3月,3TE25K2M-0002号机车被送往布良斯克到奥廖尔区间线路进行5000公里测试,并在莫斯科铁路局奥廖尔到库尔斯克区间的库尔巴金斯卡亚车站登记。同年5月,3TE25K2M-0002号机车被送往北高加索铁路局进行试验,然后返回莫斯科铁路局进行试运行。机车牵引着重达8230吨的列车,在试运行的所有时间里,它共运送了大约24万吨货物,通过了大约11千公里的距离。同年9月,3TE25K2M-0002号机车被送往位于贝阿铁路线上的远东铁路局滕达机务段与采用一组半三节运行的2TE25A型机车进行比较测试。测试以失败告终,因为牵引电动机的故障和不能接受的在寒冷气候中的加热传热故障。
而3TE25K2M-0001号机车则于2017年3月被运往谢尔宾卡环铁进行测试,并于当年8月30日至9月2日期间举办的EXPO-1520博览会进行展示。同年11月底,3TE25K2M-0001号机车被送往位于贝阿铁路线上的东西伯利亚铁路局新查拉机务段进行测试,并于2017年12月12日完成测试。
从2018年1月17日开始,3TE25K2M-0001号机车开始在长长的东西伯利亚局塔克西莫站到远东局瓦尼诺站区间路线上运行。在运行过程中,检查了机车在冬季牵引重型列车时的牵引特性以及严重霜冻期间设备运行的容错性,并与采用一组半三节运行的2TE25A型机车进行效率比较。与2TE25A型机车和3TE10MK型机车相比,3TE25K2M-0001号机车在低温环境的下运行稳定,效率更高。而且3TE25K2M-0001号机车以47公里/小时的速度牵引货运列车,高于3TE10MK型机车的27公里/小时速度。
2018年3月,在前两组机车的主要测试完成后,3TE25K2M型机车获得了生产许可证。

设计
TE25K型内燃机车为两节或三节重联设计机车,每节机车带有一端驾驶室,并由两台三轴转向架支撑。机车牵引电机实现独立控制以控制牵引力;并采用模块化设计,简化了故障设备的更换。

车体
机车车体采用封闭式焊接形式,用于在其上安装和固定主设备和辅助设备,以及在牵引和制动期间感知纵向力。机械室通过隔板与电气室和冷却室隔开,侧壁在内由横向壁和横向梁固定。司机室是由玻璃纤维制成。

司机室的前部是一个具有刚性水平的垂直金属框架,其外部安装有塑料整流罩,内衬在内。车体有一个弯曲的凸起形状,在侧面和顶部有流畅的流线型轮廓,机舱大部分都在框架和缓冲灯的水平面向前突出。在2TE25K型机车司机室,正面有一个梯形的挡风玻璃;而在2TE25KM型机车,则是两个由中间的隔板隔开的玻璃。挡风玻璃配有两个刮水器,在玻璃下方的前挡风玻璃外侧有台阶和扶手。

车体的每一侧都设有带滑动窗的窗户,窗户突出的后视镜配有电加热装置;而在3TE25K型机车的中间补机机车部分,仅在右侧有驾驶室侧窗。

转向架
每节机车都有两个三轴转向架。一系弹簧安装在转向架轴箱和构架之间,而二系弹簧安装在转向架构架和车体之间;牵引电动机采用轴悬式悬挂,每轴带有杠杆传动的制动缸和闸瓦用于制动。


司机室
司机室位于每节机车的前部。司机操作台位于驾驶室的右侧,副司机操作台位于司机室左侧。
在2TE25K型机车和早期制造的2TE25KM型机车的司机操作台的上倾斜部分分为三个面板:中央面板是CLUB-U型安全系统显示屏,内置速度计,机车报警显示单元和控制按钮;左侧是控制系统的车载计算机和内燃机车的诊断的多功能显示器,面板上还有一个麦克风和一个用于盒式磁带的插孔。在驾驶员左侧有一个带有拨动开关和开关的面板,右边是一个带有三个制动压力计的面板,用于监控制动管路、前后转向架制动缸和总风缸的风压。

而在后期制造的2TE25KM型机车和3TE25K2M型机车的司机操作台,则是一个弧形面板设计,而不是三个面板:位于右侧中央的是一个计算机显示单元(而不是CLUB-U型安全系统显示屏),MPDCD系统显示器则在左侧。而且按钮和开关面板以及新型控制台的外观与其前身略有不同。无线电台安装在司机位和副司机位之间的倾斜面板上。在桌面下方有一个驱动程序控制监视器按钮。

在3TE25K2M型机车的补机机车前右侧设置有一个简化型司机操作台,操作台上方有一个小的窄玻璃,右侧有一个带通风窗的标准侧窗,但不设置座位。该操作台设有辅助制动装置,以便进行单独调车和库内移动。在操作台的左侧有柴油机启动和停机按钮;操作台的上倾斜部分由两个面板组成:左侧面板最左边是各扳键开关,右边是微机处理器控制系统的多功能显示器;右侧面板上有两个指针式风压表。

电气室
司机室后部是电气室,该室安装部分电气设备、信息处理设备、统一制动设备块、无线电台、安全系统单元以及衣柜。电气室是司机庭的延续,有两个侧面过道,中间部分装有电气设备。

机械室
机械室位于电气室后面,是每节机车内部中最长的部分。进入机械室的通道沿着两侧过道进行,而柴油机、牵引发电机和辅助发电机,以及来自设备室的激励器则纵向安装在中心。牵引发电机配备有启动发电机,用于启动柴油发动机,为控制电路供电并为蓄电池充电。柴油机有两个机油热交换器,一个机油滤清器,一个燃油滤清器总成,一个恒温器,一套传感器,一个电子速度控制器。

冷却室
在机械室的后面有一个冷却室,其中设有冬季使用的冷却段、轴流电机风扇和柴油热水器。在水箱的轴下面有一个冷却风机,用于冷却后转向架,压缩机和柴油加热系统的泵的发动机。冷却室内的侧壁是倾斜的并形成狭窄的中间过道。

柴油机
在每节机车的机械室内安装了柴油发电机,包括一台V形四冲程柴油机、一台涡轮增压器,以及由柴油机驱动的一台发电机。


2TE25K型机车配备21-26DG-02型柴油发电机组,由一台D49-12CHN26/26型柴油机和一台21-26DG-01型发动机组成,额定功率为2500千瓦(3400马力);而在2TE25KM型机车,则配备一台5D49-12CHN26/26型柴油机,容量为2650千瓦(3603马力)。


而在2TE25K2M/3TE25K2M型机车上,则配备由通用电气公司生产的GEVO V12型柴油机,容量为3100千瓦(4215马力)。


整流器
为了将交流发电机产生的交流电转换为提供给牵引电动机的直流电,使用由晶闸管控制的整流器。整流器单元的主体装有可移除的盖子,该盖子具有保护联锁装置,当打开牵引装置时,该盖子减轻了牵引装置的激励。2TE25K型机车配备M-TPP-3600D-U2型整流器;而在2TE25KM型机车则配备M-TPP-3600M-1-U2型整流器。
该装置由六个受控的三相整流器组成。每个整流器包含六个晶闸管、脉冲驱动板、二极管模板、电源板、输入保险丝和电压测量传感器。整流器单元内还有两个同步变压器。牵引发电机的两个三相星形中的每一个都连接到三个整流器,因此整流器中的每一个都接收六个相中的一个,并且每个都馈送其自己的牵引电动机。整流器由基于微处理器的控制系统控制,该控制系统为每个电机提供牵引控制。
牵引电动机
每节机车有六个并联的直流牵引电动机。2TE25K型机车采用由哈尔科夫重型机械厂生产的EDU-133C型电动机;早期制造的2TE25KM型机车采用由哈尔科夫重型机械厂生产的EDU-133C型电动机或者是ED-133C-UHL1型电动机;后期制造的2TE25KM型机车以及3TE25K2M型机车改用由诺沃切尔卡斯克电力机车厂生产的DTK-417C型电动机或者是DTK-417K型电动机。

每个牵引电动机是具有串联激励的四极直流电机。四极的设计消除了线圈相对于磁极铁芯自由移动的可能性。电枢设计有一个适配套筒,可以在不改变绕组的情况下更换转轴。每个转向架拥有一个离心冷却风机,以对牵引电动机进行强制冷却。在牵引模式下EDU-133型牵引电动机和DTK-417C型牵引电动机的最大功率分别为414千瓦和417千瓦。


管理系统
机车配备多功能微处理器控制系统,用于控制和调节机车主辅设备的运行方式,以及诊断机车系统的运行和向司机传递信息。该系统包括信息处理设备、司机室中的数字显示器、控制器、牵引整流器、信号切换单元、传感器和电缆。
该控制系统由一个110伏的车载低压网络通过两个增压装置提供动力,这两个增压装置在发动机断开的情况下保持稳定的供电电压,即使在柴油机启动期间,车载网络深度下降。
设备控制系统提供对柴油发电机组的监控、牵引电动机的牵引、转速,温度和冷却机制的控制。
诊断系统提供对电力电路和控制电路、机车的电力和辅助设备的状态和操作的自动控制、现场的操作搜索以及确定被监控设备的故障原因,从而保障运行安全。内燃机车控制系统、报警和安全装置通过一个控制面板对连接部分进行远程控制。有关控制系统状态的所有信息都会传输到司机室操作台上的车载计算机显示屏。
控制系统的主要部分是放置在司机室后面的电气室金属架中的信息处理装置。机车所有部分中的设备互连并交换信息和控制信号。该设备接收来自电流、电压、压力、转速传感器、温度计、柴油发动机速度调节器、制动设备的统一复合体、IGBT晶体管上的辅助转换器、控制器和司机室内的显示模块的信息。基于微处理器的计算机系统根据控制,调节和诊断算法执行信息处理和适当命令和信号的开发。
在输入数据的基础上,控制系统为所有开关设备(接触器,继电器,电动气动阀)、励磁整流器和牵引整流器的半导体转换器、柴油机曲轴的电子速度控制器、IGBT晶体管上的辅助转换器以及制动设备的统一复合体生成控制命令,并给出相应的命令和信号到其他部分的类似设备。信息交换是通过电流回路实现的,也可以通过RS-422或以太网以数字信号的形式实现。
后记
布厂在2005年推出的2TE25K型内燃机车,不仅有力地让俄罗斯铁路实现了干线货运内燃机车的更新换代,同时也成功应对卢厂因为乌克兰国内局势恶化停产2TE116U型内燃机车后的新型内燃机车的空白。
而布厂在2TE25K型机车的基础上,于2006年开始研制交直交传动的2TE25A型机车,但后者到2016年10月停产时的数量仅58组,仅仅是2TE25K型机车目前数量的六分之一。俄罗斯铁路内燃机车交流传动化道路任重而道远。

注释
⑴俄语:2ТЭ25К«Пересвет»;2-секционный Тепловоз с Электропередачей, 25-я серия, Коллекторный——两节电传动内燃机车,25型,连接。
⑵俄语:День железнодорожника。根据1940年7月9日苏联人民委员会的一项决议,决定“将1940年全联盟铁路日的庆祝活动推迟到最近的一天(星期日)——8月4日。将来,在8月休息的第一个星期天举行全联盟铁路日的庆祝活动。“ 自20世纪80年代以来,铁路工人的职业假期再次被称为“铁路工人日”;而自2003年以来,俄罗斯铁路工人日已转为俄罗斯铁路公司假期。据此可知,2005年“铁路日”实为当年8月7日。
⑶俄语:М — Модифицированный,现代化改进。
⑷实际上直到2016年6月,卢厂仍向俄罗斯铁路交付2TE116U型内燃机车。
⑸俄语:2-й Модифицированный,第二次现代化改进。
参考
《2ТЭ25К - Википедия》:https://ru.wikipedia.org/wiki/2%D0%A2%D0%AD25%D0%9A
《АО "УК "БМЗ" Брянский машиностроительный завод „ТРАНСМАШХОЛДИНГ” - Магистральный грузовой двухсекционный тепловоз 2ТЭ25КМ》:http://www.ukbmz.ru/production/magistralnye-teplovozy/583
