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改进.2TE121-001号机车出厂后，在北高加索铁路局管内迈科普至别洛列琴斯卡亚区段进行了正线运行试验及动力学性能试验，此后又在全苏内燃机车科学研究院（ВНИТИ）及全苏铁道运输科学研究院（ВНИИЖТ）的组织下，在位于莫斯科州谢尔宾卡的环形铁道试验基地进行最高速度120公里/小时的高速运行试验，并根据试验结果提出了一些修改建议。2TE121-001号机车最主要的问题是重量太大，机车轴重达到26.8吨，远超过原本规定的25吨。由于当时苏联已经决定暂缓铺设Р65（每延米重65公