【科普】“黑马”美国诺福克南方铁路SD70M-2型和SD70ACe/U/C型内燃机车

文章作者:Forever Changzhensky(AcFun、Bilibili、百度、微博和知乎昵称:宁柳跨越)
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提示
直—直流电传动:指内燃机车柴油机通过联轴器直接驱动一台直流牵引发电机,输出直流电并供给数台并联的直流牵引电动机。苏联铁道部2/3TE10M型、2/4TE10S型及2/3TE10U型内燃机车为直—直流电传动形式。
交—直流电传动:指内燃机车柴油机通过联轴器直接驱动一台三相交流同步牵引发电机,经硅整流装置转换成直流电后,供给数台并联的直流牵引电动机。本文提及的美国诺福克南方铁路SD70型、SD70M型、SD70M-2型、ES-44DC型、D9-44C型和D9-44CW型内燃机车为交—直流电传动形式。
交—直—交流电传动:指内燃机车柴油机通过联轴器直接驱动一台三相交流同步牵引发电机,向牵引包供给电能,由牵引包提供电流给逆变器,逆变器输出电压和频率可变的交流电流,驱动每台并联的交流异步牵引电动机。本文提及的美国诺福克南方铁路SD70ACe型、SD70ACU型、SD70ACC型、SD70IAC型、ES-40DC型、D9-44C型和D9-44CW型内燃机车为交—直—交流电传动形式。
液力传动:指内燃机车柴油机通过液力变矩器,用液力把柴油机的动力传到车轮上。苏联铁道部TG16型内燃机车和俄罗斯铁道部TG21型内燃机车为液力传动形式。
机械传动:指内燃机车像汽车的手动变速器一样用变速箱和离合器,把柴油机的动力传到车轮上;但机械结构的离合器难以承受高功率,而且变速箱结构就必然十分复杂和庞大,以增加排档数提供相对平稳的变速性能,所以机械传动内燃机车功率通常很低。法国国家铁路Y 7400型内燃机车为机械传动形式。
美国诺福克南方铁路公司在本文中简称“NS”⑴,联合铁路简称“Conrail”,萨斯奎汉纳和西部铁路简称“NYSW”,联合太平洋铁路简称“UP”,铁路发展服务公司简称“PRLX”;美国通用电气公司简称“GE”⑵,易安迪公司简称“EMD”⑶。
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参考
《EMD推出最新技术的SD70型直流传动内燃机车》,苏明 译,《国外内燃机车》1994年08期,第53页
《EMD推出SD70ACe型内燃机车》,William C. Vantuono 著,陈新 译,《国外内燃机车》2004年03期,第3页~第4页
《SD70ACe型内燃机车投入运营》,陈新 译,《国外内燃机车》2004年06期,第49页
《NS Diesel Locomotive Roster - EMD SD70M-2 Nos. 2649-2778》:http://www.nsdash9.com/rosters/2649.html
《NS Diesel Locomotive Roster - EMD SD70ACe Nos. 1000-1174》:http://www.nsdash9.com/rosters/1000.html
《NS Diesel Locomotive Roster - EMD SD70ACe (SD70IAC) Nos. 1175-1224》:http://www.nsdash9.com/rosters/1175.html
《NS Diesel Locomotive Roster - EMD SD70ACC Nos. 1800-1851》:http://www.nsdash9.com/rosters/1800.html
《NS Diesel Locomotive Roster - EMD/NS SD70ACU Nos. 7229-7339》:http://www.nsdash9.com/rosters/7229.html
概述
SD70型内燃机车,是EMD于1992年开始推出的内燃机车家族,对标GE Transportation同时期推出的D9-44C/W型内燃机车。本文就介绍NS先后运用过的SD70型、SD70M型、SD70M-2型、SD70ACe型,以及用既有机车改造而来的SD70ACU型和SD70ACC型内燃机车。

SD70型(2501号~2580号)
最初的SD70型机车并没有使用更宽敞的现代化司机室,而是较小的标准司机室;此外SD70型机车还配装HTCR-I型径向转向架,旨在允许车轴在通过曲线轨道的时候有一定的偏转,从而减轻对车轮和钢轨的磨损。
至1994年,NS和Conrail分别向EMD订购了56台和24台SD70型机车。NS订购的57台SD70型机车,号段为2501号~2556号。Conrail订购的24台SD70机车是在位于宾夕法尼亚州阿尔图纳市的朱尼亚塔车间(后归NS所有)按照NS标准用散件组装;这些机车除了涂装外,全部按照NS的规格制造。Conrail于1999年停止存在后,24台SD70型机车全部归NS所有,号段调整为2557号~2580号。

2017年2月,NS制定了一项将SD70型机车从交—直传动改造为交—直—交传动的计划。结果,52台SD70型机车被选中改造为SD70ACC型机车,其余28台机车出售给PRLX。
SD70M型(2581号~2648号)
于1992年投产的SD70M型机车,使用更宽敞的现代化司机室,乘务员的工作环境更加舒适。SD70M使用D90TR型直流牵引电机,搭载二冲程16-710-G3B型柴油机,可提供480 kN的持续牵引力。
2000年之后生产的SD70M型机车,每侧小散热器由2个增加至4个,以实现分体冷却⑷,以及符合美国国家环境保护局Tier 1级铁路机车排放标准。

至2004年SD70M型机车停产时,NS累计从EMD订购68台SD70M型机车,号段为2581号~2648号;另于2004年从NYSW购买了3台SD70M型机车,号段为2797号~2799号。这些机车于2020年全数退役,并被出售给PRLX。
SD70M-2型(2649号~2778号)
于2005年投产的SD70M-2型机车,是SD70ACe型机车的直流传动版,几乎与后者相同。该型车于2005年投产,搭载二冲程16-710-G3C-T2型柴油机,输出功率为4300 hp(3200 kW);此外还引入了新型HTSC-II型非径向转向架作为标准配置,以降低机车造价,但HTCR-4型径向转向架仍然可以选配。
由于北美多家铁路公司开始采购交—直—交传动内燃机车,SD70M-2型机车产量不大,到2011年初停产时只生产了331台。NS采购了130台SD70M-2型机车,号段为2649号~2778号。这些机车于2020年4月全数退役。

SD70ACe型(1000号~1174号)
于2004年投产的SD70ACe型机车,是SD70M-2型机车的交流传动版,使用交流牵引电动机、符合Tier 2级铁路机车排放标准。
2011年2月,NS采购了175台SD70ACe型机车,号段为1000号~1174号;其中前65台机车符合Tier 2级铁路机车排放标准,后110台机车符合Tier 3级铁路机车排放标准。1065号~1074号机车采用“遗产”涂装,以纪念NS前身公司。

2015年1月1日,Tier 4级铁路机车排放标准生效,但EMD无法通过改进二冲程16-710-G3C-T2型柴油机符合这一标准。因此,EMD于2015年下半年开始生产SD70ACe-T4型机车,停产SD70ACe型机车。
SD70ACe-T4C型/SD70IAC型(1175号~1224号)
SD70ACe-T4C型机车,或曰SD70IAC型机车,是符合Tier 4级铁路机车排放标准的SD70ACe型机车。机车搭载了全新的四冲程12缸V形12-1010型柴油机。12-1010型柴油机采用一组由3个涡轮增压器组成的两级增压系统⑸,此外还应用了允许柴油机在无需使用尿素的情况下使尾气排放符合Tier 4级铁路机车排放标准的EGR系统;另一个新功能是双壁燃料喷射系统,可以提高安全性,并简化维护工作。12-1010型柴油机能够输出4600 hp,但最终只有4400 hp用于牵引列车。

借助应用于车载计算机的新型软件,和每个车轴对应1台逆变器的设计,SD70ACe-T4C能够产生889.64 kN的启动牵引力和778.75 kN的连续牵引力;同时,其制动力高达467.25 kN。
NS最初计划采购SD70ACe-T4型机车,但后来改变计划,采购50台支持车轴独立控制的SD70ACe-T4C型机车,车号号段为1175号~1224号。这50台机车中,每台机车的侧面仍标记为SD70ACe型,但在司机控制台上却被标记为SD70IAC型。
改造:SD9043MAC型→SD70ACU型(7229号~7339号)
由SD90MAC型机车改造而来的产物。
EMD于1995年推出的SD90MAC型机车,原本设计为使用16-265H型柴油机。但是,由于这款可输出6000 hp(4500 kW)的柴油机存在技术问题,导致这些机车不得不使用4300 hp(3210 kW)16-710G3C-T1型柴油机,因此SD90MAC型机车在UP等运用方内部被称为SD9043MAC型。
2014年9月,NS从UP购买了100台SD9043MAC型机车,后又从其他2家铁路公司买下10台SD9043MAC型机车。NS通过在车架和油箱之间添加额外支架、更换司机室内外等措施,将原SD9043MAC型机车改造为SD70ACU型机车,号段为7229号~7339号。
2020年11月上旬,NS出售了46台SD70ACU型机车。

改造:SD70型→SD70ACC型(1800号~1851号)
2017年2月,NS制定了一项将SD70型机车从交—直传动改造为交—直—交传动的计划。结果,52台SD70型机车被选中改造为SD70ACC型机车,号段为1800号~1851号。

改造后的SD70ACC型机车,采用了新的司机室;电气部分改用新的主交流发电机、逆变器和交流牵引电动机,并增加配重压铁,以使最大重量增加到195.95 t。SD70ACC型机车的额定功率为4500 hp(3355.7 kW),并支持动态制动。

NS将新购SD70ACe型和SD70ACe-T4型机车,与将既有SD70型和SD9043MAC型机车分别改造为SD70ACC型和SD70ACU型机车相结合,让自身内燃机车实现交流传动化。
技术数据表

注释
⑴英语:Norfolk Southern Railway。
⑵英语:General Electric。
⑶英语:Electro-Motive Diesel。
⑷所谓分体冷却,就是将柴油机冷却液回路与空压机和增压器分开的设计。
⑸1个一级高压涡轮和2个二级低压涡轮增压器分别在中低转速和中高转速发挥作用,其结果是在更宽的转速范围内提供更高的功率、更高的燃料效率和更低的排放。
完稿时间:2021年1月11日
发表时间:2021年1月14日

