2TE116型柴油機車

2TE116型柴油機車是蘇聯的第三代柴油機車車型之一，是由位於烏克蘭的盧甘斯克機車製造廠在科洛姆納工廠、哈爾科夫運輸機械製造廠、哈爾科夫重型電機廠及全蘇鐵道運輸科學研究院等單位的協作下，於1971年研製成功的大功率幹線貨運柴油機車，被廣泛應用於蘇聯鐵路的多個鐵路局，以及蘇聯解體以後的獨聯體國家。2TE116型機車是雙機重聯的組合式機車，每組由兩節結構相同的機車透過車鉤、透過臺、重聯線等連線而成。機車採用交—直流電傳動，裝用1А-5Д49型柴油引擎，機車總功率為6120馬力。自投入使用以來，不論機車製造廠還是機務段均多次對2TE116型機車的主要部件進行持續改進，以提高機車的可靠性。發展歷史.背景.1953年，哈爾科夫運輸機械製造廠成功研製了裝用2D100型二衝程柴油引擎的TE3型柴油機車，單節機車功率達到2000馬力。此後，哈爾科夫工廠在2D100型柴油機的基礎上進行改進，設計了立式12氣缸的9D100型二衝程柴油引擎，使單機功率提高到3000馬力，於1958年首先裝用於TE10型柴油機車。1960年，哈爾科夫工廠又將單缸功率提高至300馬力，成功研製了立式10氣缸的10D100型二衝程柴油引擎，單機功率仍保持在3000馬力，被廣泛使用於2TE10系列柴油機車。1960年代初，隨著蘇聯鐵路運輸量的大幅增長，由此產生了對新型大功率幹線柴油機車的需求，根據當時蘇聯的幹線柴油機車發展規劃，提出的機車功率等級為2000、3000、4000、6000馬力。當時蘇聯國內功率最大的幹線柴油機車是2TE10L型機車，仍裝用10D100型二衝程柴油引擎及直流電傳動裝置，進一步發掘其提高功率的潛力是十分困難的，因此蘇聯的鐵路科研部門決定開發新一代的四衝程柴油引擎，作為新型大功率柴油機車的動力研製.1962年，哈爾科夫運輸機械製造廠與哈爾科夫理工學院合作，成功試製了Д70型四衝程柴油引擎，氣缸直徑為260毫米，活塞行程為260毫米，功率同樣為3000馬力。1967年，盧甘斯克機車製造廠試製了首臺裝用1А-5Д49型柴油引擎的TE109型柴油機車，也是蘇聯第一種採用交—直流電傳動裝置的柴油機車。對於這兩種四衝程柴油引擎的選擇，蘇聯鐵道部也經過了長時間的考慮。哈爾科夫運輸機械製造廠需要較多的技術準備以保證Д70型柴油引擎在下一個五年計劃投入批次生產，而科洛姆納內燃機車製造廠的Д49型柴油引擎也存在機油消耗量較大的問題。1968年至1969年間，在全蘇鐵道運輸科學研究院的組織下，TE109、2TE40、2TE10L型柴油機車於烏克蘭的敖德薩-基希訥烏鐵路局伯爾茲機務段進行了對比試驗，試驗結果表明，四衝程柴油機具有較好的燃油經濟性，而Д70、Д49型兩種柴油引擎亦具有相當接近的效能指標。1969年冬季，為了作進一步的比較和論證，盧甘斯克機車製造廠試製了兩組雙節重聯的2TE109型柴油機車，其中001號機車裝用2Д70型柴油引擎，而002號機車則裝用1А-5Д49型柴油引擎，兩者均在伯爾茲機務段投入了運用考核。然而，最終決定哪種柴油引擎能夠投入批次生產的問題，並非純粹的技術決定，而是根據蘇聯重工業的生產佈局而決定的。蘇聯重型機械工業部最終決定，由部屬的盧甘斯克機車製造廠負責繼續改進Д49型柴油引擎，而哈爾科夫工廠已於1960年代末恢復由蘇聯國防部直接管理，並逐步停止生產鐵路機車的業務，轉為專注於坦克的研究與開發。自此，Д49型柴油引擎就成為了蘇聯以後各種大功率機車柴油機的基礎。1970年，盧甘斯克機車製造廠、單缸功率250馬力，以及6000馬力的20氣缸柴油引擎，單缸功率300馬力。但是面對機車的試驗、調整和生產上發現的困難，伏羅希洛夫格勒工廠不得不隨著機車的生產，對機車主要零部件進行修改，其中還涉及柴油引擎及電傳動系統的可靠性問題。改進.1972年，伏羅希洛夫格勒工廠開始小批次生產2TE116型柴油機車，同年首批機車率先在中亞鐵路局科貢機務段及布哈拉一號機務段投入運用。1975年起，2TE116型機車開始配屬於東南鐵路局葉列茨機務段；隨後，2TE116型機車又大量配屬到斯維爾德洛夫斯克鐵路局的秋明、伊希姆機務段。截至1975年底，蘇聯鐵路已經有194臺2TE116型機車，其中165臺配屬於斯維爾德洛夫斯克鐵路局。然而，由於2TE116型機車在還沒有經過全面試驗及運用考核的情況下就投入批次生產及使用，導致機車的缺陷在運用過程初期中逐漸暴露出來，為機務部門帶來了不少麻煩；尤其柴油引擎的曲軸及主軸承可靠性較差，根據蘇聯鐵道部門的統計，在1972年至1976年生產的2TE116型機車之中，在執行40萬公里後有超過30%的柴油機曲軸出現問題，遠高於同時期11Д45、10Д100型柴油引擎的曲軸故障率。為此，科洛姆納工廠和伏羅希洛夫格勒工廠曾對曲軸、氣缸蓋、水泵、機油泵、燃油裝置、曲軸調速器、渦輪增壓器、空氣冷卻器和機油濾清系統等柴油機零部件進行了較多改進工作。至1970年代後期，雖然Д49型柴油引擎漸趨穩定，但使用壽命並沒有明顯延長。至1980年代初期，科洛姆納工廠仍然致力於改善Д49型柴油引擎的可靠性。與此同時，2TE116型機車的可靠性問題已引起蘇聯鐵道部的關注。1981年2月，蘇聯共產黨在莫斯科舉行第二十六次代表大會，蘇聯鐵道部部長巴甫洛夫斯基及未來維持2TE116型柴油機車正常運用，及保障鐵路運輸安全可靠的建議》，並拒絕接收新的2TE116型機車。面對上級的壓力，科洛姆納工廠不得不加快對Д49型柴油引擎的改進。1982年至1984年，經過各方面改進的Д49型柴油引擎通過了試驗，並獲得了令人滿意的結果。1986年，跨部門的驗收委員會正式批准2TE116型機車投入批次生產。從1971年到1986年，伏羅希洛夫格勒工廠共花了15年的時間來改進Д49型柴油引擎和2TE116型柴油機車。運用.俄羅斯鐵路股份公司的2TE116型柴油機車主要配屬於伏爾加鐵路局、東南鐵路局、北高加索鐵路局、十月鐵路局、斯維爾德洛夫斯克鐵路局。烏克蘭鐵路的2TE116型柴油機車幾乎遍佈全國鐵路幹線，主要配屬於南方鐵路局、頓涅茨克鐵路局、第聶伯河沿岸鐵路局、西南鐵路局及敖德薩鐵路局。此外，在俄羅斯、愛沙尼亞、拉脫維亞亦有一些民營鐵路公司購置或租用2TE116型柴油機車，擔當過載貨物列車的牽引任務；而在俄羅斯佔領下成立的克里米亞鐵路公司，現時亦有14輛同款機車。後繼車型.2TE116M.1974年，伏羅希洛夫格勒內燃機車製造廠試製了首臺帶有電阻制動裝置的2TE116M-140號機車，1977年又生產了兩臺2TE116M型機車。2TE116G.1980年代初，鐵路運輸業已經是蘇聯國內最主要的柴油使用者，柴油機車每年需要消耗過千萬噸柴油，然而由於石油開採成本日益提高，石油開採量的增長速度在降低。1984年年初，蘇聯通過了《蘇聯長期發展動力綱要的基本方針》，為各個能源及動力相關部門到2000年的發展規定了主要方針，其中包括建議調整燃料結構，大量使用天然氣代替作為燃料的石油。同年，根據蘇聯交通部的指示，全蘇鐵道運輸科學研究院、伏羅希洛夫格勒內燃機車製造廠、科洛姆納內燃機車製造廠、布良斯克機械製造廠等單位開始了天然氣內燃機車的研製工作。1987年，布良斯克機械製造廠對一臺TEM2U型調車機車進行了改造，成為世界上第一臺以天然氣為燃料的內燃機車，併成功進行了試驗。1988年，伏羅希洛夫格勒工廠在2TE116型機車的基礎上，試製了一組2TE116G型天然氣機車。該型機車吸收了通用電氣“創新”系列。2TE116UR.2014年,盧甘斯克機車製造廠推出使用德國MTU 20V4000R43大功率高速柴油機2TE116UR型柴油機車(2ТЭ116УР),單機功率3670馬力,目前僅試造一輛。技術特點.總體結構.2TE116型柴油機車是雙節重聯的十二軸大功率幹線貨運用柴油機車，採用了車架承載式封閉型結構車體，車體由車架、側牆、司機室及頂蓋部件組合成一個完整的箱形結構，側壁及車頂不參與承載。主車架承載構件的結構類似於M62型柴油機車的車體底架，是由工字鋼樑及槽鋼焊接而成，中梁是車架的主要受力部件，為左右兩根貫穿機車全長的45號工字鋼，上下翼緣用兩塊厚度為18毫米的鋼板加強。2TE116型機車車架的主要特點為延長了底架長度，並改變了轉向架旁承的結構和位置，底架中部設有下凹的魚腹型結構蓄電池箱。側牆由鋼結構骨架及壓筋鋼板組成。司機室採用獨立的模組化結構，生產機車時首先將柴油發電機組和其他裝置安裝到車架之後，再將司機室整體焊接到車架上，司機室構架隔層之中並填充有隔音材料。除了司機室之外車體其他部分的頂蓋均為可拆式，以方便組裝及維修。為了使機車達到設計重量及平均分配軸重，從118號機車開始，每節機車加裝了三塊分別重1347、2721、490公斤的壓鐵配重，總重9116公斤。機車採用空氣制動機。柴油機.每節機車裝用一臺1А-5Д49型柴油機。柴油機淨重量為17650公斤。機車的冷卻水系統分為高溫冷卻水系統及低溫冷卻水系統，分別具有獨立的冷卻裝置。高溫水系統是柴油機冷卻水的系統，而低溫水系統是為機油熱交換器及增壓空氣中間冷卻器而設的冷卻水系統。冷卻裝置由散熱器與風扇組成，冷卻水帶出的熱量在散熱器中傳給空氣而冷卻。傳動系統.機車傳動裝置採用交—直流電傳動，柴油機透過聯軸器直接驅動一臺ГС-501А型三相交流同步牽引發電機，經矽整流裝置轉換成直流電後，供給六臺並聯的牽引電動機。牽引發電機由哈爾科夫重型電機廠設計製造，額定功率為2190千瓦，發電機定子按兩組三相繞組設計，彼此相差30°電角度，轉子線圈元件用環氧樹脂浸漬，定子及轉子絕緣等級分別為H級和B級；額定電壓為290伏總淨重量為25000～26000公斤。在牽引發電機的底座上還設有一臺ВС-650В型勵磁機及一臺ПСТУ2型輔助啟動發電機，兩臺電機均透過齒輪變速箱直接與柴油機曲軸相連和驅動。勵磁機是一臺26千瓦的單相同步交流發電機，勵磁機發出的交流電，經過閘流體橋式整流電路整流為直流電後，供給牽引發電機勵磁。啟動發電機為一臺50千瓦的直流電機，工作轉速範圍為每分鐘1150～3300轉，在機車起動時啟動發電機由蓄電池供電，作為串勵直流電動機運轉並驅動柴油機起動；當機車完成啟動後它又變為他勵直流發電機，輸出110伏直流電，供蓄電池充電及機車控制電路及輔助裝置用電。牽引發電機發出的三相交流電由УВКТ-5型矽整流裝置轉換成直流電，整流裝置由位於愛沙尼亞的塔林電氣工廠設計製造，設有二組並聯的三相橋式整流電路，整流電路每一橋臂有十個並聯支路，每個支路有二個串聯連線的ВЛ200-8型雪崩整流二極體，全套整流裝置共有240個二極體元件，額定直流輸出電壓為750伏。2TE116型機車具有發電機恆功率勵磁調節功能，以充分利用柴油機的功率。牽引電動機採用ЭД-118А型直流串勵牽引電動機，與2TE10L、2TE10V型機車相同，由哈爾科夫重型電機廠設計製造，額定功率為305千瓦，額定電壓為463伏，額定轉速為每分鐘562轉，最高轉速為每分鐘2290轉，定子及電樞繞組的絕緣等級為H級，單臺電機重量為3100公斤。另外也有少部分2TE116型機車裝用經過改進的ЭД-118Б型牽引電動機。為擴大機車恆功速度範圍，機車能夠對牽引電動機使用二級磁場削弱，磁場削弱率分別為60%及37%。機車採用了КВ-1552型司機控制器，調速手輪具有前進、中立、後退三個工作模式，以及零位和1～15位執行級位。轉向架.走行部為兩臺無導框式三軸轉向架，與TE109型機車的轉向架基本相同。轉向架的“目”字形構架由箱形截面的縱梁和橫樑焊接而成，滾柱軸承軸箱採用拉桿式定位結構。一系獨立懸掛採用螺旋彈簧及橡膠墊；二系懸掛採用橡膠堆旁承，一系及二系懸掛系統總靜撓度為126毫米。車體全部重量透過四點式橡膠堆旁承由兩臺轉向架支承，牽引力和制動力透過心盤傳遞。牽引電動機採用抱軸式半懸掛安裝在轉向架上，牽引齒輪傳動比為17：75。