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韶山1型电力机车的技术原型——来自西伯利亚的六爷——VL60型电力机车

2018-10-07 17:28 作者:宁柳跨越  | 我要投稿

前言

中国和苏联之间关系经历了曲折的发展历程,在1950年代中苏关系处于友好合作时期,苏联曾经向中国提供VL60型电力机车的设计资料和生产技术,令中国于1958年成功试制了第一代国产干线电力机车——6Y1型电力机车(即后来的韶山1型电力机车)。

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首台6Y1型电力机车于1958年试制成功,但因质量不过关未能批量生产,此后20多年间经历了三次重大技术改进,跳出了仿制的框框,于1968年更名为“韶山1型”,1980年基本定型并投入大批量生产。1958年至1988年间,株洲电力机车厂累计生产了826台韶山1型机车。

韶山1202
SS1-0681

韶山1型机车在1970年代至1980年代一度成为中华人民共和国电气化铁路干线的主型电力机车,并开创了中国铁路以“韶山”命名的干线电力机车家族的生产历史,其研制经验为以后中国电力机车的研制与发展奠定了坚实的基础。

本文所介绍的主角,正是韶山1型电力机车的技术原型机车——VL60型电力机车

VL60K-2002

背景

1950年代初,苏联在第五个五年计划期间,开始了大规模的电气化铁路建设计划,并决定在更多铁路采用交流供电制式。1952年,诺沃切尔卡斯克电力机车厂(以下简称“诺厂”)开始设计一种新型交流电力机车。1954年,该厂试制了首两台NO型电力机车,后来改称为VL61型电力机车。VL61型电力机车是典型的整流器式电力机车,采用交—直流电传动和引燃管整流器,持续功率为2,010千瓦。

N-O-001

1955年至1956年间,该型电力机车在莫斯科铁路局管内的20千伏工频单相交流电气化铁路试验段进行了试验运行,其主要性能指标均达到了设计要求。1956年,在莫斯科召开的苏共第二十次代表大会上,正式通过了大规模过渡到电力及内燃牵引的决定,苏联铁路决定在15年内建造40,000公里的电气化铁路。与此同时,苏联正式停止生产干线蒸汽机车,开始生产功率更大的VL8型直流电力机车和TE3型柴油机车。

VL61-012


研发与生产

  • N6O

1956年,诺厂开始在VL61型电力机车的基础上,开发研制新一代的大功率交流电力机车,并设定了下列技术指标:适用于20千伏50赫兹单相交流电气化铁路,功率等级为4000千瓦,构造速度为110公里/小时,机车重量为138吨,车轮直径为1250毫米,持续牵引力为33,000公斤,持续速度为45公里/小时。经过广泛的讨论,诺厂于1957年1月开始该项目的技术设计工作,并决定首先试制两台实验机车。新机车被定型为N6O型电力机车(Н6О),其中“N”代表诺沃切尔卡斯克电力机车厂,“6”代表六轴机车,“O”代表单相交流电。

N60-001

1957年12月和1958年2月,诺厂先后试制了首两台原型车。N6O-001、N6O-002号机车安装了НБ-410型牵引电动机,小时功率为695千瓦,持续功率为610千瓦。两台机车采用了不同的齿轮传动比,分别为1:4.19(N6O-001)和1:3.74(N6O-002),连续牵引力为27500公斤和24600公斤,持续速度分别为47.5公里/小时和53.2公里/小时,最高运行速度为100公里/小时。

1958年初,两台原型车先后在全苏铁道运输科学研究院的环形铁道试验基地,以及莫斯科铁路局管内奥热列利耶至帕韦列茨区段进行了牵引试验。而001号机车并赴外高加索铁路局管内哈舒里至博尔若米区段进行了动力学性能试验。

  • VL60

1958年10月,苏联交通部决定对西伯利亚铁路的马林斯克—克拉斯诺亚尔斯克—济马区段改造为交流电气化铁路,并批准N6O型电力机车投入批量生产。1959年,苏联决定将交流电气化铁路升压至25千伏,N6O型电力机车亦作出相应改造,更换了变压器的原边绕组。同年,根据首两台原型车的试验结果,诺厂试制了第三台VL60型电力机车,并开始投入批量生产。003号机车的转向架悬挂装置、制动装置均作出了改进,并改用了НБ-412型牵引电动机,齿轮传动比调整为1:3826。自1963年1月起,N6O型电力机车根据苏联交通部的指示改称为VL60型电力机车。

VL60的图纸

1960年代初,VL60型电力机车曾经是苏联交流电气化铁路的主力电力机车,首先大量配属克拉斯诺亚尔斯克铁路局投入服务,后来陆续配属到北高加索铁路局、敖德萨-基希讷乌铁路局、高尔基铁路局、远东铁路局、东南铁路局和莫斯科铁路局。在生产过程中,诺厂对VL60型电力机车作出了持续的改进,包括牵引电路、保护系统、辅助电路、控制电路等方面,以提高机车运用的可靠性。

1964年,随着机车使用时间和运行里程的增加,VL60型电力机车陆续进入第一个大修周期。在大修期间,所有早期生产的VL60型电力机车都将引燃管为串联连接,并继续使用ЭКГ-60/20型调压开关。从1965年第二季度开始,电力机车大修厂开始按照1435号机车的标准化牵引电路,对VL60型电力机车进行改造,包括采用串联连接的ИВП-500/5型引燃管、ЭКГ-8А型调压开关、感应分流器、引燃管过流保护器等等。

  • VL60P(原N6OP)

1961年,诺厂在N6O型电力机车的基础上,试制了首台N6OP型客运电力机车(Н6ОП-001),自1963年1月起改称为VL60P型电力机车(ВЛ60П)。

N60P-001(VL60PK-001)

与VL60型电力机车相比,VL60P型电力机车的总体结构和设备布置并无较大变化,主要特点为改为安装转速较高的НБ-415型四极串励牵引电动机,而非货运机车所使用的НБ-412М型六极串励牵引电动机。НБ-415型牵引电动机的额定转速为1050转(小时制),电机重量亦减轻到3760公斤,小时功率为650千瓦,持续功率为 595千瓦,齿轮传动比为1:3.375。此外,VL60P型电力机车还配备了电空制动机、平波电抗器,机车整备重量由138吨减少至129吨,轴重由23吨降低到21.5吨。机车构造速度为130公里/小时,持续速度为75.4公里/小时(持续制),持续牵引力为16900公斤(持续制)。

VL60P型电力机车出厂后,曾经配属北高加索铁路局高加索机务段投入运用考核,但由于线路条件的原因机车最高运行速度限制为100公里/小时,因此无法充分实现其性能特点。1969年,VL60P-001号机车进行了改造,以硅整流器取代了引燃管整流器,因而改称为VL60PK-001号机车。

VL60PK-001
  • VL60P(量产版)

诺厂在试制N6OP型客运电力机车的同时,于1962年研制了VL60P型客运电力机车(ВЛ60П)。VL60P型电力机车采用НБ-412К型六极串励牵引电动机,齿轮传动比为1:2.733,并配备了电空制动机。机车最高运行速度为110公里/小时,持续速度为73.3公里/小时(小时制)、77.1公里/小时(持续制)。1964年至1965年间,还生产了一批具有机车供电功能的VL60P型电力机车,改装带有供电绕组的ОДЦЭ-6000/25П-80型牵引变压器,能够向旅客列车的电热取暖装置供应3000伏交流电,供电容量为800千伏安。

1962年至1965年间,诺厂共生产了301台VL60P型电力机车。1960年代至1970年间,VL60P型客运电力机车在大修时均相继进行了技术改造,以硅整流器取代了原来的引燃管整流器,经过改造的机车改称为VL60PK型电力机车。

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  • VL60R

1962年,诺厂、诺沃切尔卡斯克电力机车科学研究所、全苏铁道运输科学研究院合作研制了首两台带有再生制动的VL60R型电力机车(ВЛ60Р)。1962年夏季,VL60R-001、VL60R-002号机车开始在全苏铁道运输科学研究院的环形铁道进行试验。

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VL60R型电力机车的总体结构和设备布置仍然和VL60型电力机车保持相同,但VL60R型电力机车的主电路采用ОЦР-5600/25型牵引变压器、ИВС-300/5型引燃管、РЭД-4000型平波电抗器和НБ-412М型牵引电动机。

1965年前后,诺厂又生产了一批采用НБ-412К型牵引电动机的VL60R型电力机车。诺厂总共生产了85台VL60R型机车,主要配属于北高加索铁路局、东西伯利亚铁路局使用。

  • VL60K

1962年11月,诺厂成功研制了采用硅整流器和低压侧调压开关的VL60K型电力机车(ВЛ60К)。首两台VL60K型电力机车出厂后,VL60K-001号机车随即在北高加索铁路局投入运用考核,而VL60K-002号机车则赴全苏铁道运输科学研究院的环形铁道进行性能试验。

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1963年,诺厂开始小批量生产采用НБ-412М型牵引电动机的VL60K型电力机车。1965年,工厂正式停产采用引燃管整流器的VL60型电力机车,转产采用НБ-412К型牵引电动机的VL60K型电力机车。至1967年停产为止,诺厂共生产了501台VL60K型电力机车。

而之前生产的VL60型电力机车也在后来大修时陆续改用硅整流器,经改造后的机车均改称为VL60K型电力机车。除此之外,根据各铁路局和机务段的运用需要,部分VL60K型电力机车被改造成客运电力机车,齿轮传动比调整为1:2.733,最高运行速度提高到110公里/小时,经改造后的客运机车均改称为VL60KP型电力机车。

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  • VL60KU

1967年,诺厂和全苏铁道运输科学研究院合作研制了首台采用级间相控平滑调压的VL60KU型电力机车(ВЛ60КУ)。机车使用了变压器低压侧有级调压与晶闸管相控调压相结合的调压方式,由二极管桥式整流电路和晶闸管半控桥式过渡整流电路组成,每台机车安装了80个Т-160型晶闸管。利用低压侧调压开关构成八个大调压级,并在每级之内实现晶闸管相控无级调压,使牵引电动机端电压能够平滑调节,有效提高了机车的牵引性能。

VL60KU-533号机车在全苏铁道运输科学研究院的环形铁道完成牵引试验后,在苏希尼奇—布良斯克 —科诺托普区段投入运用考核。1971年至1972年间,乌克兰的扎波罗热电力机车厂(ЗЭРЗ)亦将另外10台VL60型电力机车改造成无级调压的VL60KU型电力机车。

不知如何评价的“伪固定重联”2VL60K
  • VL60KR

1971年至1973年间,诺沃切尔卡斯克电力机车厂在VL60K型电力机车的基础上,进行了有关可控硅相控电力机车的研究和试验。1974年8月,经过改造的VL60KR-2370号机车开始在全苏铁道运输科学研究院的环形铁道进行试验。这台机车采用了晶闸管不等分三段全控桥相控整流电路,从而实现机车的无级平滑调压。由于全控桥式整流电路的特性,机车亦具有再生制动功能。在再生制动工况时牵引电动机变为他励发电机运转,发出的电能通过逆变装置反馈给电网,制动功率通过独立的晶闸管整流器所提供的励磁电流来控制。

VL60KR-2370

后记

不能否认的是,从1957年到今天这60多年的时间里,VL60型电力机车运用于苏联境内各条25KV交流制电气化铁路线,遍布于今日的俄罗斯、乌克兰、乌兹别克斯坦三国,见证了这三家原苏联加盟共和国铁路的曲折离奇。

而苏联为满足当时中国铁路对电力机车的研发,向中国提供VL60型电力机车图纸,使得中国于1958年成功试制了韶山1型电力机车。韶山1型电力机车不只见证了中国铁路的发展,同时也见证了中国电力机车从满足于自身运用到出口国外这一大发展——乌兹别克斯坦这家有VL60型电力机车配属的原苏联加盟国铁路,如今配备有来自于中国的电力机车。

乌兹别克斯坦铁路O'ZEL-0208,大连制

“并不是所有人,都理解支持我们的建设,但并不能否认他的伟大。我们的战士,神圣的信仰,永远都不会磨灭。”

技术数据


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