【科普】苏联铁道部两节重联直流客运电力机车的实践——ChS7型电力机车

文章作者:Forever Changzhensky(微博、知乎、哔哩哔哩和百度昵称:宁柳跨越)
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直—直流电传动:指电力机车从直流电气化铁路接触网受流,向直流牵引电动机供给直流电。本文提及的苏联铁道部ChS7型电力机车为直—直流电传动形式。
直—交流电传动:指电力机车从直流电气化铁路接触网受流,经过逆变后,向交流牵引电动机供给交流电。法国国家铁路CC 1100型电力机车为直—交流电传动形式。
交—直流电传动:指电力机车从交流电气化铁路接触网受流,经过变压—整流后,向直流牵引电动机供给直流电。苏联铁道部VL61型电力机车为交—直流电传动形式。
交—交流电传动:指电力机车从交流电气化铁路接触网受流,无需经过变压—整流—逆变,直接变频后向交流牵引电动机供给交流电。法国国家铁路BB 13000型电力机车及BB 14000型电力机车为交—交流电传动形式。
交—直—交流电传动:指电力机车从交流电气化铁路接触网受流,经过变压—整流—逆变后,向交流牵引电动机供给交流电。白俄罗斯铁路BKG1型电力机车为交—直—交流电传动形式。
多电流制电力机车:本文提及的“多电流制”,是指采用交—直—交流电以及直—交流电双制式电传动,但受流电压为两种或两种以上的电力机车。南非国家交通运输集团20E型、21E型和22E型电力机车即为多电流制电力机车。
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资料参考来源
《捷克斯洛伐克向苏联出口机车》,《机车电传动》1977年6月第6期
《ЧС200型高速客运电力机车》,戴奉初 译,《机车电传动》1979年2月第2期
《Пассажирские электровозы ЧС7》,维塔利·亚历山德罗维奇·拉科夫 著,《Локомотивы и моторвагонный подвижной состав железных дорог Советского Союза 1976-1985 гг.》,59~61页
《ChS7 — List of the vehicles — TrainPix》:https://trainpix.org/list.php?mid=13
概述
ChS7型电力机车,俄语车型代号名为ЧС7,制造商捷克斯洛伐克斯柯达公司内部代号为82E1~82E9。本型电力机车是斯柯达公司比尔森工厂于1983年起,向苏联铁道部交付的一种八轴直流干线客运电力机车。

背景
20世纪70年代中后期,随着苏联铁路客运量的持续增长,特别是在夏季的客运高峰期,使铁路客运及货运能力均极为紧张。由于旅客列车开行数量增加而阻碍货运列车运行的情况经常出现,客运列车在复线区段平均占线路通过能力的30 %,在单线区段占约20 %,个别区段甚至超过60 %。因此,如果旅客列车对数再继续增加,势必影响货物运输计划的完成。
为了缓和铁路干线上客货运输之间愈加突出的矛盾、尽可能挖掘提高铁路输送能力,苏联铁道部决定按照重载运输的方式,开行超长编组旅客列车和合并旅客列车⑴。

为了开行这种重载旅客列车,就需要一种强大的客运电力机车。1974年,斯柯达公司研制出两组ChS200型电力机车。ChS200型电力机车的牵引电动机在小时模式下的牵引功率为1050 kW,持续牵引功率为1000 kW,最高运行速度为200 km/h。到1979年10月,斯柯达公司共计向苏联铁道部交付了12组ChS200型电力机车。

由于ChS200型电力机车主要是为了提高旅客列车运行速度而设计,为了使此型电力机车能够驱动较重的旅客列车,斯柯达公司决定将其变速箱的牵引齿轮传动比从42:75=1:1.786更改为38:79=1:2.079。这样的改动导致机车最高运行速度降低了17%,同时增加了牵引力。到1981年5月,斯柯达公司共计向苏联铁道部交付了30组ChS6型电力机车。

事实证明,ChS6型电力机车比为高速运行而设计的ChS200型电力机车更适合牵引特快旅客列车和快速旅客列车。但是,由于牵引功率与整备重量之间的不匹配导致牵引力不能显着提高,因此ChS6型电力机车不适合牵引重载旅客列车。
研制
斯柯达公司使用ChS6型、ChS200型和ChS2T型电力机车的许多组件,开发了一个适用于几乎所有直流电气线路的八轴客运电力机车项目。1983年,斯柯达公司生产了20台新型电力机车,这些电力机车被定型为ChS7型。
机械部分
与ChS6型和ChS200型电力机车不同的是,ChS7型电力机车的两节机车通过传统的SA-3型自动车钩相互连接,这极大地方便它们的摘挂。
转向架的的构架是截面为箱形的焊接结构,由两根纵向侧梁、端梁和位于中部的横梁组成。转向架使用螺旋弹簧和液压减震器两级悬挂装置,轴箱同转向架之间通过带有橡皮金属套的弹簧板来联系。弹簧的总静态挠度为150 mm。
当司机撂下395型制动机大闸施行空气制动时,每个轮对均由位于车轮两侧的铸铁闸瓦压缩,并由直径为254 mm的制动缸(每个轮对)驱动。撒砂管沿着机车第1、第3、第5和第7轮对撒砂。
车体采用摇枕悬挂装置,通过中心销传递纵向牵引力,中心销的球形座安装在摇枕梁上。车轮直径为1250 mm(新)。变速箱的牵引齿轮传动比为45:78=1:1.733。

电气部分
ChS7型电力机车装有8台1AL-4846dT型牵引电动机,本型牵引电动机是在ChS2T型电力机车的AL-4846dT型牵引电动机的基础上改进而成,并且功率略有增加(持续功率为770 kW,电流为545 A,转速为670 r/min),冷却空气的消耗量为120 m³/min,电动机的质量为5250 kg。
8台1AL-4846dT型牵引电动机均串联连接,这可以减少启动期间的能量损失,并且在以约20 km/h的速度行驶时无需电阻即可工作。 与AL-4846dT型牵引电动机一样,1AL-4846dT型牵引电动机有可能获得五级磁场削弱:85%、70%、57.5%、47.5%和40%。为了冷却牵引电动机,每节机车安装了两个冷却风机,由2A-2839/4型直流电动机驱动。
制动电阻的各个部分由单独的接触器进行控制,这使得切换到电阻制动的速度比在ChS6型和ChS200型电力机车上更快-仅用4 s。在ChS7型电力机车的控制系统中,使用了由司机控制器来控制的中间控制器。车顶上的制动电阻也由两个风扇冷却,该风扇由2AU-2732/4型直流电动机驱动,由制动电阻供电。

每节机车都配有一台K2-Lok型压缩机(容量2.6 m³/min,压力为9 kgf/c㎡),由一台13A-3432/4型直流电动机、两台13A-1731/4型电流发生器和一台36NKTU-160型蓄电池(容量为160 A·h,电压48 V)控制。
在运用初期,最大电流为2000A的17PP型受电弓,限制了ChS7型电力机车在牵引24节或更多车厢组成的重型客运列车、且牵引电动机并联时的有效运行。为了消除这个缺点,在斯柯达公司在ChS7-151号机车上使用了铝制轻型双滑板受电弓。
在机车于莫斯科-哈尔科夫区段运行期间发生数次烧毁双滑板受电弓的情况后,新型双滑板受电弓被移除。为确保运行,各路局建议司机升前弓,如有必要,可将一组牵引电动机并联。
运用
俄罗斯联邦境内
第一批ChS7型电力机车交付莫斯科铁路局莫斯科-基辅客运机务段、伊里奇机务段和莫斯科-三号机务段,以及南乌拉尔铁路局车里雅宾斯克-中央机务段,以取代ChS2型电力机车。
1992年后,原先配属于南乌拉尔铁路局车里雅宾斯克-中央机务段,以及斯维尔德洛夫斯克铁路局斯维尔德洛夫斯克-客运机务段的ChS7型电力机车,也陆陆续续转配至莫斯科铁路局。1998年到1999年间,俄罗斯联邦铁道部从斯柯达公司购买了最后5组ChS7型电力机车——ChS7-317号~ChS7-321号,并交付给斯维尔德洛夫斯克铁路局斯维尔德洛夫斯克-客运机务段。

2002年,原先配属于莫斯科-基辅客运机务段和莫斯科-三号机务段的ChS7型电力机车陆续集中配属在莫斯科-库尔斯克客运机务段,伊里奇机务段则少量配属ChS7型电力机车。随着时间的流逝,这些ChS7型电力机车都装有机车安全集成装置。
截至2019年9月,俄罗斯铁路股份有限公司拥有的ChS7型电力机车大多数处于正常运行状态,其中约80组电力机车由于维修或封存而暂时不运用,至少8组电力机车退役除籍:ChS7-001号、ChS7-002号、ChS7-063号、ChS7-080号、ChS7-159号、ChS7-224号、ChS7-240号,以及ChS7-241号机车。

乌克兰境内
在1986年至1991年期间,位于乌克兰境内的南方铁路局哈尔科夫-中央机务段,以及第聂伯河沿岸铁路局第聂伯罗彼得罗夫斯克-中央机务段、梅利托波尔机务段,亦配备了ChS7型电力机车。这些机务段配备ChS7型电力机车,主要担当莫斯科—辛菲罗波尔区段的旅客列车交路⑵。

在苏联解体前后,有4组ChS7型电力机车由于行车事故的缘故,在莫斯科铁路局和南方铁路局之间转移配属:
1991年5月24日晚上21点33分,南方铁路局哈尔科夫-中央机务段ChS7-120号机车牵引莫斯科-顿涅茨克的9次列车,在莫斯科铁路局管内日托沃站附近的223 km处与一辆水泥卡车发生碰撞。结果,ChS7-120号机车的第一节司机室被完全压碎,缓冲梁被破坏。同年8月,莫斯科铁路局将配属于莫斯科-库尔斯克客运机务段的ChS7-142号机车转配给南方铁路局哈尔科夫-中央机务段,以换得严重受损的ChS7-120号机车。ChS7-120号机车此后于1992年12月到1995年5月间,在乌克兰扎波罗热电力机车修理厂大修。
1993年1月2日,南方铁路局哈尔科夫-中央机务段ChS7-181号机车在莫斯科铁路局管内奥尔楼姆站,由于电路短路,第二节发生火灾。半个月后,莫斯科铁路局将配属于莫斯科-库尔斯克客运机务段的ChS7-155号机车转配给南方铁路局哈尔科夫-中央机务段,以换得失火的ChS7-181号机车。ChS7-181号机车此后于同年6月至7月间在莫斯科-库尔斯克客运机务段进行修复。

新成立的乌克兰铁路用信贷资金,于1994年到1996年间从斯柯达公司购买了30组ChS7型电力机车,并平均分配给了第聂伯河沿岸铁路局上述两个机务段。
扎波罗热电力机车修理厂在为乌克兰铁路现代化改造ChS2型电力机车时,新的车体以及传动齿轮装置借鉴自ChS7型电力机车;而第聂伯彼得罗夫斯克电力机车制造厂设计制造的DE1型电力机车,其机车主电路与ChS7型电力机车相似,采用变阻器调压,并设有电阻制动和再生制动。

技术数据表

后记
作为苏联最后向斯柯达公司订购的直流客运电力机车,ChS7型电力机车可谓是见证了俄罗斯和乌克兰两国的各种光怪陆离。而ChS7-321号机车于1998年最终交付俄罗斯联邦铁道部斯维尔德洛夫斯克铁路局斯维尔德洛夫斯克-客运机务段,标志着斯柯达公司长达四十多年为苏联,以及其后的俄罗斯联邦和乌克兰制造客运电力机车的历史就此结束。

注释
⑴如果受到车站到发线及站台长度限制,两列普通编组的列车可分别在在始发站两条股道上同时接载乘客,然后出发至前方车站再合并连挂运行,运行至终到站的前一车站分解为两列列车后追踪运行进站。
⑵在20世纪80年代中期,苏联铁道部在莫斯科—辛菲罗波尔区段开始以换人不换车的形式,使用ChS7型电力机车。1996年后,南方铁路局和第聂伯河沿岸铁路局电力机车最远只到俄罗斯境内的别尔哥罗德站。

