【铁道科普】来自卢甘斯克的“柳德米拉”——TE109型内燃机车(上篇)

本文作者:西瓜昌真湿基(B站和百度昵称:宁柳跨越)
概述
TE109型内燃机车⑴是苏联为东欧国家设计的内燃机车车型之一,也是苏联第一种采用交—直流电传动装置的内燃机车,由位于乌克兰东部城市卢甘斯克的伏罗希洛夫格勒内燃机车制造厂(以下简称“卢厂”)设计制造,于1968年研制成功,绝大多数交付至东德国营铁路。在德国,TE109型内燃机车被昵称为“柳德米拉”⑵。

背景
1950年代中期,东德国营铁路开始了大规模的牵引动力改革。由于当时东德能够从苏联获得稳定的原油供应,而且铁路电气化改造的成本较大,因此东德国营铁路确定了牵引动力内燃化的发展方针,优先以内燃机车取代原有的蒸汽机车。同时,又制定了一个全部采用液力传动内燃机车的机车型谱,包括V15、V60、V100、V180型内燃机车。至1960年代中期以前,东德国营铁路内燃机车的开发及购置仅限于本国企业,并达到了较高的标准化程度。当时,东德国营铁路原本计划进一步优化内燃机车型谱,自行研制新一代具有列车供电装置的2400马力及2700马力客运内燃机车。



然而,这个计划最终被没有实现,原因是苏联在经济互助委员会上,提出经互会国家的所有2000马力以上的干线内燃机车都应该由苏联提供,虽然这个建议受到经互会内的一些国家的反对而没有形成决议,但东德在苏联的政〇治压力下仍然服从了这项提案。因此,东德逐步停止生产液力传动干线内燃机车,改为从苏联进口2000马力以上的电传动内燃机车,并且从罗马尼亚进口液力传动内燃机车。

1966年起,卢厂开始向东德国营铁路提供M62型内燃机车,该型机车在东德的铁路系统中被定型为V200型⑶,采用2000马力的14D40型二冲程柴油机和直—直流电传动装置,最大速度为140公里/小时。


研制历史
TE109型
为了满足客运列车扩大编组及提高速度的牵引需要,东德国营铁路需要一种功率更大的干线内燃机车。根据苏联部长会议于1965年11月20日批准通过的975号决议,正式要求卢厂立项研制一种适用于东欧国家的新型3000马力电传动内燃机车。机车研制项目由苏联重型和运输机器制造部领导及监督,总设计师为弗拉基米尔·R.斯捷潘诺夫;1966年8月23日,通过了机车技术方案的设计评审,并在1967年3月1日由部级科学技术委员会审议通过机车施工设计。
1967年11月7日,首台原型车在卢厂竣工,新机车被定型为TE109型,采用3000马力的1А-5D49型四冲程柴油机,也是苏联第一种采用交—直流电传动装置的内燃机车;通过采用不同的牵引齿轮传动比,可以使TE109型机车作为货运或客运机车使用,最大运行速度分别为100公里/小时和140公里/小时。
1968年至1969年间,在全苏铁道运输科学研究院的组织下,TE109-001、002号机车与2TE40-005、2TE10L型内燃机车,在敖德萨-基希讷乌铁路局的伯尔兹机务段进行了对比试验。试验结果表明,在相同的运用条件下,TE109型机车及2TE40型机车的燃油消耗量比2TE10L型机车减少9~11%(按单节机车计算)。

2TE109型
1969年10月至11月,卢厂在TE109型机车的基础上,试制了两组双节重联的2TE109型内燃机车,其中001号机车装用与2TE40型机车⑷相同的2D70型柴油机,而002号机车则仍然装用TE109型机车的1А-5D49型柴油机。1969年底至1970年间,2TE109型机车在伯尔兹机务段投入运用考核,并与2TE40型机车进行对比试验。1971年4月,两组机车转往北方铁路局伯朝拉机务段继续运用考核。

TE120型
1960年代初,随着大功率可控硅半导体元件(晶闸管)的问世,使交流电动机应用于铁路机车车辆得以成为现实。苏联从1960年代便开始研究铁路机车的交流传动技术,也是最早涉足研究这一领域的国家之一。三相交流异步电动机由于其转子上既没有换向器,也没有带绝缘的绕组,不存在换向火花或环火的问题,异步电动机因而克服了直流电动机的固有缺点,并具有结构简单、体积轻巧、运转可靠的优点。

异步牵引电动机很快就被发现应用于铁路机车的潜力,但由于早期变频调速技术不成熟,阻碍了交流传动的发展。随着电力电子技术的飞速发展,适合铁路机车使用的变频调速控制装置逐步变得实用化。1967年,诺沃切尔卡斯克电力机车厂在一台VL80A型电力机车上,实验性改装鼠笼式异步牵引电动机,并进行了广泛试验。

1975年,卢厂在TE109型内燃机车的基础上,开始试制一台采用鼠笼式异步牵引电动机的TE120型内燃机车。1975年底,机车完成总组装,并在1976年1月开始静态调试。但由于面对较多技术困难,TE120-001号机车至1978年12月才进行了首次正线运行试验。1979年,该台机车在顿涅茨克铁路局新孔德拉德雪夫斯卡亚至旧别利斯克区段进行运用考核。试验结果显示,在35~100公里/小时的速度范围内,机车热效率约29%,而当速度为55~57公里/小时的电传动效率可达到85%,但同时也发现当速度低于35~40公里/小时较容易出现空转。

TE125型
1960年,科洛姆纳工厂成功研制了单机功率3000马力的TEP60型干线客运内燃机车,被广泛运用于苏联各地非电气化铁路干线,担当快速旅客列车的牵引任务。然而到了1960年代中期,随着苏联铁路客运的发展,TEP60型机车已难以满足大编组旅客列车的提速需要。科洛姆纳工厂于1964年开始生产双节重联的2TEP60型机车,配属莫斯科铁路局、十月铁路局、伏尔加铁路局,用于牵引大编组特快旅客列车,但采用2TEP60型机车牵引又同时存在着未能充分利用柴油机功率、燃油效率较差的缺点。


通过经济计算表明,在同样的最高速度下,用4000马力机车代替3000马力机车能够使区段速度提高13公里/小时,并且还能降低修理费用、减少机车总数。为此,苏联重型机械工业部要求卢厂在TE109型内燃机车的基础上,开发研制一种采用四冲程柴油机、交—直流电传动装置的4000马力干线客运内燃机车。1976年,卢厂上报了新机车的技术设计方案,并于同年6月2日通过重型机械工业部评审。


1978年,卢厂试制了首台TE125型干线客运内燃机车。TE125型机车的车体结构、传动系统、辅助设备等部分与TE109、TE129型机车实现了最大程度的统一化,主要特点为采用二系弹簧悬挂、架悬式转向架及轮对空心轴驱动装置,提高了机车高速运行的动力学性能。机车装用一台4000马力的2-5Д49型四冲程柴油机,并采用了GS501AU2型三相交流同步牵引发电机及ЭД-121型串励直流牵引电动机。机车轮周牵引功率为2950马力,最高运行速度为140公里/小时。为了满足出口需要,机车还能够采用轨距为1435毫米的准轨转向架。
TE125型机车出厂后完成了50万公里试运行,并由全苏内燃机车科学研究院进行了热工试验及台架试验。TE125型机车与同期的竞争对手——科洛姆纳工厂的TEP70型内燃机车相比,两者均采用相同的柴油机,但TE125型机车(120吨)比TEP70型机车(135吨)轻了15吨,但前者的持续牵引力(20400公斤)却比后者(17000公斤)大20%;而由于TE125型机车的最高速度(140公里/小时)比TEP70型机车(160公里/小时)低,其持续速度(39.1公里/小时)也比后者(50公里/小时)低。
虽然TE125型机车性能良好,但当时苏联交通部已经决定让TEP70型机车投入批量生产,而且东德及其他东欧国家也没有对大功率干线客运机车的需求,因此TE125型机车最终也无法在国内或国外得到市场,而唯一一台TE125型机车后来亦返厂封存。

TE129型
1974年,卢厂在TE109型机车的基础上,试制了TE129型内燃机车。TE129型机车的车体结构、传动系统、辅助设备等部分与TE109、TE125型机车实现了最大程度的统一化,主要特点为采用二系弹簧悬挂、架悬式转向架及轮对空心轴驱动装置,提高了机车高速运行的动力学性能。机车装用一台4000马力的2-5D49型四冲程柴油机,并采用了GS501AU2型三相交流同步牵引发电机及ED-12AU1型串励直流牵引电动机。机车轮周牵引功率为2466千瓦,最高运行速度为120公里/小时。为了满足出口需要,机车还能够采用轨距为1435毫米的准轨转向架。

制造和运用
苏联铁路TE109型
1967年到1978年间,卢厂制造了33台TE109型机车,分布于苏联境内各路外企业,时至今日,在苏维埃故地已无TE109型机车运用或者留存,而有至少4台TE109型机车后来出售至波兰和德国的私营铁路。

应当注意的是,原东德国营铁路配属的232 103-2号机车在1994年德国铁路股份公司成立后,于同年2月被俄罗斯铁路加里宁格勒铁路局购置,并于1999年再度出售给德国一家私营铁路公司。

至于试制用途的2TE109型机车,现时仅2TE109-002号机车的B节机车静态展示于白俄罗斯布列斯特铁路技术博物馆。

捷克斯洛伐克国家铁路T 679.2型
1971年10月,捷克斯洛伐克国家铁路接收了来自卢厂两台与后来建造的东德国营铁路131型机车基本一致的内燃机车。在捷克斯洛伐克国家铁路,这两台机车被编为T 679.2001号和T 679.2002号机车,并与T 679.1型机车⑸运用于布尔诺到捷克特热博瓦区间线路,牵引货运列车。但捷克斯洛伐克国家铁路并未继续采购T 679.2型,并于1976年将这两台机车出售给保加利亚国家铁路。
东德国营铁路130型
在TE109型内燃机车的基础上,首台由卢厂为东德国营铁路制造、适用于标准轨距的3000马力内燃机车在1970年初举办的莱比锡春季博览会上首次对外展出,当时该型机车原被定型为V300型,展示机车的车号为V300 001。但在结束展示后不久,随着东德国营铁路对机车型号实施的改革,该型机车最终被定型为130型,并在位于哈雷的德国国营铁路直属试验机构进行了性能试验后,交付莱比锡南机务段投入运用。1970年至1973年间,东德国营铁路共接收了80台130型内燃机车。
130型内燃机车原设计用于干线客运,最高运行速度为140公里/小时,但因为列车供电装置的研制出现了困难,这些机车还没有安装列车供电装置就交付东德国营铁路使用。因此,130型机车主要在夏季担当旅客列车的牵引任务,而在冬季则用于牵引货物列车。两德统一后,原东德国营铁路和原西德联邦铁路于1994年合并并成立了德国铁路股份公司,由于干线及重型调车内燃机车型号为“2”字头,因此130型机车被更名为230型。

东德国营铁路131型
由于130型机车为干线客运机车,其牵引特性并不适应货物列车的牵引需要,所以最后三台交付的机车开始改变了齿轮传动比,最高运行速度为100公里/小时,提高了机车牵引力,作为纯粹的货运机车使用,该型机车被定型为131型。德国国营铁路共接收了76台131型内燃机车。德国铁路股份公司成立后,131型机车被更名为231型。

东德国营铁路130.1型
1972年,苏联成功为东德国营铁路试制了列车供电装置,并装载于两台130型机车上进行试验,其车号被定为130 101、130 102。该型机车仍然按干线客运机车设计,最高运行速度为140公里/小时,机车能够向旅客列车的电热取暖系统提供电源,供电制式为1000伏16⅔赫兹单相交流电。
这两台机车自交付东德国营铁路后,一直在哈雷铁路试验机构使用。两德统一后两台130型机车被重新命名为230 101号和230 102号机车。德国铁路股份公司成立后,由于实验与工务用机车车辆型号为“7”字头,因此这两台机车被更名为754型。

东德国营铁路132型
当时东德的铁路普遍状况不佳,限速都在120千米。所以132型机车的最高运行速度也被限制在120千米。东德国营铁路共接收了709台132型内燃机车,成为了东德的内燃主力。
德国铁路股份公司成立后,132型改称232型。而后,130型和131型很快退出了现役。现在232型仍然在使用中,并且负担起了德国西部不少的货运任务。

东德国营铁路142型
1977至1978年之间,卢厂制造出了6辆功率达到2940千瓦的TE129型机车。这些TE129型机车被东德国营铁路定型为142型,投入于东德北部非电气化线路的重型运输和过境货运服务。但由于当时东德铁路建设的重点转移到了电气化建设上,新型大功率内燃机车的设计制造被迫中止。因此,142型机车也没有继续生产。当时,142型是全欧洲最为强劲的内燃机车,而且这一纪录一直到2006年才被功率高达3600千瓦的 Voith Maxima 40 CC机车打破。
德国铁路股份公司成立后,142型改称242型。242型在1994年4月从德国铁路股份公司停用后全数进入私人公司服务。242 001-005现在由私人铁路使用;242 006于2009年11月25日在科特布斯被拆解。

保加利亚国家铁路07型
卢厂除了向东德国营铁路交付130型、131型、132型和142型机车外,亦向保加利亚国家铁路出口了90台TE109型机车。在保加利亚国家铁路,这些机车被定型为07型。

私营铁路运用
在德国、波兰、罗马尼亚等国,有232型机车由各国的私营铁路公司运用。

(未完待续)