DDA40X型柴油機車

DDA40X型柴油機車是美國通用汽車易安迪公司在1960年代末為聯合太平洋鐵路研製的一款超大功率電力傳動柴油機車，這也是至今世界上單節功率最大、單節長度最長的柴油機車。DDA40X型柴油機車是專門用於牽引快速過載貨物列車、採用雙機組設計的6,600馬力幹線貨運柴油機車，裝用兩套16-645E3-A型渦輪增壓柴油機及AR12型交流發電機，但由於美國鐵路對於雙機組大功率柴油機車的興趣不大，該型機車並沒有進行過大批次生產。1969年至1971年間，易安迪公司僅生產了47臺DDA40X型柴油機車。發展歷史.開發背景.1950年代，聯合太平洋鐵路與美國機車公司、通用電氣公司合作，開發了一系列大功率燃氣輪機車以取代大男孩型蒸汽機車，創造出當時世界上輸出功率和牽引力最大的鐵路機車。至1960年代初，由於石油和塑膠工業的快速發展造成重油價格持續上漲，聯合太平洋鐵路希望訂購新型大功率柴油機車以節省燃料成本。因此，根據聯合太平洋鐵路提出的技術要求，美國的三大鐵路機車製造商各自研製了5000～5500馬力等級的大功率幹線貨運柴油機車，分別為通用電氣公司的U50型柴油機車、易安迪公司的DD35型柴油機車、以及美國機車公司的世紀855型柴油機車。1965年，易安迪還在DD35型柴油機車的基礎上，為聯合太平洋鐵路研製了具備司機室的DD35A型柴油機車。1965年底，易安迪公司宣佈推出“40系列”標準型柴油機車，這一系列的機車實現了高度的標準化，全部採用645系列柴油機，功率等級範圍為1000～6000馬力，當中除了包括裝用16缸渦輪增壓發動機、3000馬力等級的GP40、SD40型柴油機車，裝用16缸機械增壓發動機、2000馬力等級的GP38、SD38型柴油機車，以及裝用20缸渦輪增壓發動機、3600馬力等級的SD45型柴油機車之外，產品目錄中還提供了一款6000馬力等級的DD40A型柴油機車，裝用兩臺16缸渦輪增壓發動機，相當於將兩臺GP40型柴油機車結合在一起。然而，當時沒有一家鐵路公司有意訂購DD40A型柴油機車，即使是對大功率機車需求若渴的聯合太平洋鐵路，亦只是對單機組設計的SD45型柴油機車更感興趣，結果DD40A型柴油機車從1966年產品目錄取消，成為一個從來只存在於圖紙上的專案。設計構思.從1967年下半年開始，聯合太平洋鐵路開始研究及規劃該公司未來的牽引動力型譜。1968年初，聯合太平洋鐵路引進了SD45型柴油機車，希望它可以作為牽引快速過載貨物列車的主型機車，但其試驗結果和柴油機可靠性尚不能完全令人滿意。與此同時，易安迪公司亦正在尋找一個展示及驗證最新技術成果的機會，希望將一些新的可靠性功能整合到一個新型機車設計中。因此，聯合太平洋鐵路和易安迪公司順理成章地一拍即合，並於1968年3月達成了共同開發新型大功率幹線貨運柴油機車的合作意向，新機車被定型為DDA40X型柴油機車，型號尾字母“X”代表著該車型的試驗性質，而當初無人問津的DD40A型柴油機車亦得以另一種方式成為現實。DDA40X型柴油機車的設計思想，是儘可能提高機車的可靠性及可維護性的同時，又能實現最大限度地提升機車功率的目標。雖然這款機車是從上一代的DD35、DD35A型柴油機車的基礎上發展而來，但它不僅吸收了“40系列”柴油機車的成熟經驗，還應用了許多準備用於下一代“Dash-2”系列柴油機車的最新技術。當中最重要的改變在於模組化電子控制系統的設計，在控制電路廣泛採用了易於更換的插入式印刷電路板，取代使用壽命較短且可靠性較低的有觸點機械開關，便於迅速查詢故障並節省維護時間。這款機車的另一個特點是具有全功率自負荷試驗功能的電阻制動裝置，使其可以自行完成柴油機及發電機組的負載效能試驗，而無需依賴機務段的外部試驗裝置。黃金時期.1969年4月，首臺DDA40X型柴油機車趕及在第一條橫貫大陸鐵路通車百週年慶典前夕交付使用，這時距離聯合太平洋鐵路和易安迪公司展開研製專案僅十三個月。1969年5月10日，首臺DDA40X型柴油機車參與了在猶他州鹽湖城舉行了“金道釘特快列車”慶祝活動。其餘46臺機車自1969年6月起開始交付，並一直持續到1971年9月。DDA40X型柴油機車可分為兩個生產批次，其中第一批機車於1969年4月至12月交付，機車編號為6900～6924；第二批機車於1970年6月至1971年9月交付，機車編號為6925～6946；除了一些非常微小的差異外，兩批機車的結構效能基本上相同。在1970年代，DDA40X型柴油機車主要用於牽引聯合太平洋鐵路的快速過載貨物列車，尤其是將裝在鐵路平車上的，其運用範圍基本上以內布拉斯加州北普拉特為中心，從北普拉特到加利福尼亞州的洛杉磯，以及北普拉特到俄勒岡州的波特蘭，在這兩條繁忙幹線上都可見到DDA40X型柴油機車的身影。在這裡，DDA40X型柴油機車的牽引功率大、起動加速快、趕點能力強的優勢得以充分發揮，以北普拉特至猶他州奧格登的快速貨物列車為例，由DDA40X型柴油機車牽引的執行時間，比起用其他單位重量馬力相同的機車牽引可縮短45分鐘。DDA40X型柴油機車擁有相當高的運用強度，投入運用後首五年內大多數機車的走行里程已超過100萬英里，而且平均每月走行里程還在不斷增長，1975年平均每臺機車每月走行15,000英里，1976年每月走行約17,000英里，至1977年這個數字已達到19,000英里。1976年3月至1977年4月，聯合太平洋鐵路對DDA40X型柴油機車展開“無故障”計劃，旨在提高這款機車的可靠性，對主要電氣部件包括柴油機、主發電機和牽引電動機進行檢修和翻新。DDA40X型柴油機車通常都以多節重聯的形式運用。1973年夏季，北普拉特至洛杉磯的快速貨車開始以雙機牽引；1974年夏季，北普拉特至洛杉磯的快速貨車開始以四節DDA40X型柴油機車牽引，北普拉特至波特蘭的快速貨車亦開始以三節DDA40X型柴油機車牽引。1976年起，聯合太平洋鐵路考慮到多式聯運的發展和燃油效率的因素，部分SD40-2型柴油機車被改成與DDA40X型柴油機車相同的傳動比，由兩節DDA40X型機車與一節SD40-2型機車重聯，組成俗稱巨無霸的機車組來牽引快速貨物列車，自此以後三機或四機重聯的DDA40X型柴油機車成為絕響。退下火線.1980年代，受到第二次石油危機和緊縮性貨幣政策的影響，美國陷入一個相當嚴峻的經濟衰退時期，鐵路貨運量也因而呈現下滑狀態。同時，DDA40X型柴油機車的維護成本也隨著走行里程與日俱增，至1980年大多數機車的走行里程已達220萬英里，使聯合太平洋鐵路傾向使用結構簡單可靠、運用靈活性更高的SD40-2型柴油機車和C30-7型柴油機車。除此之外，因承載式燃油箱導致的車體底架結構強度問題也一直困擾著DDA40X型柴油機車。1980年5月至8月期間，大部分DDA40X型柴油機車陸續被封存，分批存放於艾奧瓦州康瑟爾布拉夫斯、內布拉斯加州北普拉特、猶他州鹽湖城、內華達州拉斯維加斯等地。1982年2月，全數45臺DDA40X型柴油機車被轉移至加州集中存放。1982年至1983年，聯合太平洋鐵路曾經與易安迪公司洽商，希望將DDA40X型柴油機車脫手，並折價貼換新的SD40-2型柴油機車，但這個計劃因價格原因未能成事。即使聯合太平洋鐵路有意訂購SD40-2型柴油機車，但當時新一代的SD50、GP50型柴油機車已經投產，而且新機車亦因易安迪忙於應付訂單而無法在短時間內交付。1983年美國經濟和鐵路貨運開始出現復甦，促使聯合太平洋鐵路考慮重新啟用DDA40X型柴油機車。1984年1月，為了評估重新啟用DDA40X型柴油機車的可行性，聯合太平洋鐵路抽調出其中兩臺機車並將其恢復到運用狀態，鐵路公司認為這樣雖然需要投入一定的維修成本，但仍然比購置新的SD50型柴油機車便宜，而且亦無需浪費時間等候新車交貨。1984年2月下旬，聯合太平洋鐵路將40臺DDA40X型柴油機車轉移到鹽湖城和北普拉特，準備對其進行檢修後再度投入服務；其中25臺機車在隨後一個月內恢復到運用狀態，至於因狀況較差而放棄修復的15臺機車，則於1984年4月再次被封存，並於同年6月正式報廢拆解，可用的零部件被用於維持其餘機車的正常運轉。至1984年底隨著鐵路貨運量增長放緩，DDA40X型柴油機車陸續停運退役。1985年5月，所有DDA40X型柴油機車已被封存並等待處置。此後，聯合太平洋鐵路自行保留了6936號機車，將其列入文物車隊並用來牽引不定期遊覽列車，這也是唯一一臺得到動態儲存的DDA40X型柴油機車。另外，還有十多臺DDA40X型柴油機車被保存於各地作為靜態展示。技術特點.總體佈置.DDA40X型柴油機車是以上一代的DD35、DD35A型柴油機車為基礎，結合當時易安迪最新的技術研發成果而設計的單節八軸柴油機車。機車車體採用底架承載結構、雙側外走廊、單端司機室的罩式車體，DDA40X型柴油機車也是世界上單節長度最長的柴油機車，車體底架長度達到30,143毫米。機車具備多機重聯執行控制的能力，多節機車可連線成一個機車組，透過相互之間的重聯插座和接線，可實現在其中一節機車上對整個機車組集中控制。機車走行部為兩臺完全相同且可交換使用的四軸轉向架，其結構與聯合太平洋鐵路燃氣輪機車使用的轉向架大致相同，採用導框式軸箱定位、兩系彈簧懸掛裝置，當油箱滿載燃油時其重量就高達30公噸。車體從前端至後端分隔為輔助室、司機室、第一動力室、第一冷卻室、第二冷卻室、第二動力室等部分。輔助室位於司機室前端的全寬度短罩內，設有砂箱和蓄電池組。司機室部分則採用了已經在FP45型柴油機車得到應用的全寬度司機室，這也是後來北美安全司機室設計的雛形。兩個動力室及冷卻室採用縱向對稱佈置。每個動力室設有一臺柴油發電機組，以及電氣控制櫃、空氣濾清器、牽引電動機通風機、主發電機通風機、輔助發電機、起動電動機等輔助裝置，而制動電阻及其冷卻通風機則位於柴油機上方。冷卻室內頂部設有散熱器和三個冷卻風扇，在其下方設有一臺螺桿式空氣壓縮機。動力裝置.DDA40X型柴油機車的動力裝置為兩臺3,300馬力、16氣缸、二衝程、水冷式、渦輪增壓的16-645E3-A型柴油機，它是在SD40、GP40型柴油機車所使用的16-645E3型柴油機的基礎上改進而來，透過將額定轉速從每分鐘900轉提升至每分鐘950轉，從而使柴油機功率由3,000馬力提升至3,300馬力。氣缸直徑為，活塞行程為10英寸，壓縮比為14.5：1。傳動系統.傳動系統採用交—直流電傳動，兩套電傳動裝置各自驅動每臺轉向架上的四臺牽引電動機；柴油機輸出軸透過聯軸器驅動AR12型交流發電機，發出的交流電透過大功率矽整流裝置轉換為直流電，然後供給D77X3型直流牽引電動機。AR12型交流發電機是在AR10型交流發電機基礎上提高容量的三相同步發電機，最大持續電壓為1,450伏特，最大持續電流為4,800安培，定子及轉子繞組採用H級和F級矽膠絕緣材料。矽整流器安裝在發電機的殼體末端。D77X3型牽引電動機為無磁場削弱的四極直流串勵電動機，額定電流為1120安培，定子採用矽膠絕緣材料，轉子採用杜邦卡普頓聚醯亞胺絕緣薄膜，牽引電動機採用軸懸式驅動及單邊齒輪傳動，齒輪傳動比為3.27。制動系統.制動系統方面，DDA40X型柴油機車設有空氣制動和電阻制動，這兩套制動系統可同時配合使用。空氣制動系統採用的26-L型空氣制動機，具有自動制動、單獨制動、重聯控制等功能。在電阻制動工況時，牽引電動機變為他勵直流發電機工作，每兩臺牽引電動機並聯連線，分為四組與制動電阻串聯連線。為了擴大電阻制動的應用範圍，DDA40X型柴油機車設有加饋電阻制動，使其可在低速時維持接近最大制動力，直到速度低於約6英里/小時後才失去效用。除此之外，DDA40X型柴油機車亦是第一款具備全功率自負荷試驗功能的柴油機車，可使用制動電阻作為負載電阻並進行自負荷試驗。