TE1型柴油机车

背景

俄羅斯的內燃機車發展史最早可追溯至19世紀末，當時俄羅斯的鐵路工程師已經開始計劃試製內燃機車。至1900年代初，柴油機開始作為船艦動力並獲得普及，並有許多以柴油機為動力的潛艇在第一次世界大戰中參與作戰，有力地證明了柴油機用作運輸工具發動機的優點。柴油機車的研製也在一步步的向前摸索著，蘇維埃社會主義共和國聯盟在1922年成立後，蘇聯勞動國防會議作出了建立內燃機車製造工業的決議，奠定了蘇聯內燃機車發展史的起點。1924年，列寧格勒的波羅的海造船廠、紅色普季洛夫工人工廠等工廠合作試製了世界上第一台用於牽引列車的幹線柴油機車，稱為Gᴱ1型（ГЭ1）。1927年，蘇聯成立了交通人民委員部內燃機車局，此後蘇聯又試製了多種類型的柴油機車原型車，以客觀選擇適合蘇聯鐵路的柴油機車類型。1931年，蘇聯成功研製了Eᵉˡ型柴油機車（Ээл），並投入小批量生產；同時，蘇聯在土庫曼斯坦境內的外裏海鐵路（中亞鐵路）建立了世界上首個內燃牽引區段，並在阿什哈巴德建立了首個內燃機務段。
美國的內燃機車發展雖然略晚於蘇聯，但從1930年代後期開始迅速發展，柴油機車產量快速增長，甚至超過了蒸汽機車。第二次世界大戰期間，從波斯灣港口出發、直抵達巴庫和裏海的伊朗縱貫鐵路成為盟國向蘇聯提供援助物資的主要通道，為了滿足伊朗縱貫鐵路的運輸需求，由美國陸軍新設立的波斯灣後勤司令部於1942年9月接管之前英國控制的伊朗運輸事宜，美國陸軍並向美國機車公司（ALCO）訂購了大批RSD-1型柴油機車投入伊朗使用。鑑於RSD-1型柴油機車在伊朗縱貫鐵路的良好表現，這種機車也吸引了蘇聯方面的興趣。1943年，蘇聯人民委員會開始討論從美國引進柴油機車的計劃。1944年，蘇聯交通人民委員部向美國方面提出了援助柴油機車的請求，同年美國批准向蘇聯提供100台柴油機車，由美國機車公司和鮑爾溫機車廠分別提供50台軸式為1Bo-Bo1（1-2о-0—0-2о-1）的柴油機車，蘇聯考慮有關建議後，決定改為引進100台軸式為Co-Co（0-3о-0—0-3о-0）的柴油機車，美國機車公司和鮑爾溫機車廠分別提供70台Dᵃ型機車（Да）及30台Dᵇ型機車（Дб）。
1945年7月，第二次世界大戰的歐洲戰事結束後，美國、蘇聯、英國在德國波茨坦舉行了波茨坦會議。蘇聯鐵道部為接載史達林赴德國的專運列車選定了一台Dᵃ型柴油機車，擔當此次專運任務。根據文獻記載，該台專運機車為Dᵃ20-27號機車。專列進入德國境內後一個車站停靠後，史達林來到機車視察，並與隨車工程師維克多·利昂（Виктором Лионом）交談。
史達林（指著機車）：「這是什麼？」

利昂：「史達林同志，這是柴油機車。」

史達林登上機車，進入到駕駛室，對車內各處甚至地板都仔細看了一遍，然後向司機尼古拉·庫特利亞夫那（Николая Кудрявкина）提問。

史達林：「我想知道這台機車是否有足夠的水？」

庫特利亞夫那：「史達林同志，十分足夠。」

史達林：「那麼我們也有足夠的燃料去柏林吧？」

庫特利亞夫那：「當然足夠，即使回程也行。」

史達林：「很好的機車。」

此時，蘇聯交通人民委員伊萬·弗拉基米羅維奇·科瓦廖夫告訴史達林，柴油機車是由蘇聯發明的，但這台機車是美國製造的。

然後，史達林以責備的口吻問道：「那麼，為什麼發明呢？」
——

仿製

1945年8月5日，就在波茨坦會議結束後不久，史達林與伊萬·弗拉基米羅維奇·科瓦廖夫及其他蘇聯鐵道人民委員舉行了一次會談，會上決定了在戰爭結束後恢復研製柴油機車，初期首先仿製美國進口的Dᵃ型柴油機車。選擇Dᵃ型柴油機車作為仿製目標的其中一個原因，是Dᵃ型柴油機車已經成為當時蘇聯鐵路最先進的柴油機車車型，戰前生產的Eᵉˡ型柴油機車已經過時；此外，在功率等級相同（1000馬力）的技術條件下，Dᵃ型柴油機車的重量比Eᵉˡ型機車還要輕17噸，這有利於適應戰後蘇聯線路條件較差的狀況。由於科洛姆納工廠正在忙於大量生產P32型蒸汽機車，因此柴油機車的製造任務被委託由哈爾科夫75號坦克製造廠（1945年底改稱為哈爾科夫運輸機械製造廠）進行，而位於同一個城市的哈爾科夫電機製造廠（ХЭМЗ）也加入試製柴油機車的電傳動裝置。不久之後，哈爾科夫工廠接收了Dᵃ20-52號機車，並對其拆解、測繪和仿製，這台機車在經海路送往蘇聯途中被海水浸泡過，因此無法投入運用。
機車仿製工作由哈爾科夫工廠首席機車設計師及機械工程師米蓋爾·舒金（Михаил Щукин）領導進行；機車機械部件的設計工作由工廠設計局局長亞歷山大·奇拉那拉斯卡戈（Александра Кирнарского）所領導的小組進行；還有一個由內燃機專家尼古拉斯·維爾納（Николай Вернер）的技術小組負責仿製柴油機。哈爾科夫電機製造廠參與試製牽引發電機、輔助發電機、勵磁機。莫斯科迪納摩工廠負責提供牽引電動機及其他電氣設備。在仿製過程中，蘇聯技術人員需要測量刻度從英制轉換為公制，並採用了符合蘇聯國家標準的材料和設備。因此，車輪直徑從1016毫米調整為1014毫米（批量生產後改為1050毫米），空氣制動系統以蘇聯馬特洛索夫制動機取代了美國威斯汀豪斯公司的EL-14型空氣制動機，車體長度也比原型車延長了40毫米，機車整備重量增加了近3噸。
1947年3月，哈爾科夫工廠在二戰後恢復生產的第一台機車出廠，該台機車被定型為TE1-20型，其中「TE」代表電傳動柴油機車、「1」代表第一種型號、「20」代表機車軸重20噸，首台樣車的車號為TE1-20-001；後來，根據鐵道部門的指示，型號簡化為TE1型。同年，TE1型機車開始投入批量生產，與機車仿製工作的分工模式相同，哈爾科夫工廠負責製造機車車體、轉向架等機械結構及總組裝，哈爾科夫電機製造廠提供牽引發電機、輔助發電機、勵磁機，莫斯科迪納摩工廠負責提供牽引電動機及其他電氣設備。從1949年起，牽引電動機及配套設備被轉到哈爾科夫電機製造廠生產。至1950年，哈爾科夫工廠開始生產TE2型柴油機車，並停產了TE1型機車。TE1型柴油機車共計生產了298台（不包括2台TE5型柴油機車）。

試驗

TE1-20-001號機車出廠後被送往莫斯科鐵路樞紐進行一系列的現場試驗。1948年至1949年間，數台TE1型機車在莫斯科鐵路局莫斯科-庫爾斯克機務段投入運用考核；同時，TE1型柴油機車並在全蘇鐵道運輸科學研究院位於莫斯科謝爾賓卡的環行鐵道試驗基地進行了全面的型式試驗。試驗結果顯示，柴油機裝車功率為1000馬力的TE1型機車，其輪周牽引功率約為770馬力，近四分之一的功率被用於輔助設備和傳動系統損耗。此外，由於當時的柴油機車尚未採用柴油機—發電機功率自動調節系統，因此柴油機的功率未能得到充分利用，TE1型機車只有在10～40公里/小時的較小速度範圍內充分利用柴油機功率，在更高的速度範圍時機車輪周牽引功率下降較快。機車在10～35公里/小時速度範圍內的典型燃料消耗率為240克/馬力，機車總效率為28%。
1947年，一台TE1型柴油機車在莫斯科的柳布利諾編組站（Люблино-Сортировочное）進行調車作業試驗，以驗證TE1型機車替換Eᵁ型蒸汽機車擔當調車機車的可行性。試驗結果顯示了柴油機車的巨大優勢，其調車作業效率比蒸汽機車提高20～40%，而燃料及維護費用下降了50～70%。後來隨著TE2型幹線柴油機車的出現，塔什干鐵路運輸工程學院（ТИИЖТ）使用一台TE1型機車繼續進行對柴油調車機車的研究，研究結論和之前還是相同，作業效率比蒸汽機車提高了50%，並能節省五分之四的燃料費用，每小時的運行成本減少35～40%。

運用

1947年，除了首批TE1型機車在莫斯科-庫爾斯克機務段投入試驗和運用考核外，其餘大部分機車均配屬土庫曼斯坦的阿什哈巴德鐵路局阿什哈巴德機務段。1948年，TE1型機車也開始配屬到奧爾忠尼啟澤鐵路局（Орджоникидзевская железная дорога）、梁贊-烏拉爾鐵路局（Рязано-Уральская железная дорога）巴斯昆恰克機務段及帕拉索夫卡機務段，在伏爾加河地區、哈薩克斯坦及中亞地區的鐵路投入運用。1953年，蘇聯鐵路管理系統進行了改革，取消了梁贊-烏拉爾鐵路局，巴斯昆恰克機務段及帕拉索夫卡機務段成為伏爾加鐵路局的一部分。至1950年代中期，為了滿足中亞地區的鐵路運輸需求，阿什哈巴德鐵路局和伏爾加鐵路局的TE1、Dᵃ型柴油機車開始以重聯方式運用，牽引更重的貨物列車。
從1953年起，隨著2×2000馬力的TE3型柴油機車投入大量生產，並開始替換部分地區原有的TE1、TE2型柴油機車。至1950年代末，已有一定數量的TE1型機車在莫斯科鐵路樞紐內擔任調車任務；1957年，柳布利諾編組站內的E型蒸汽機車全部被TE1型柴油機車淘汰；1958年，又淘汰了莫斯科小環城鐵路的所有Oⱽ型蒸汽機車、Z型蒸汽機車。同時，TE1型機車又開始擔當牽引莫斯科大環市鐵路的旅客列車，直到該線於1960年完成電氣化改造。到了1960年代末，原本主要擔任幹線調車及通勤列車牽引任務的TE1型機車開始被新型的TEM2、ChME3型柴油機車所取代，部分TE1型機車轉往工業企業繼續使用。至1980年代末，所有TE1型柴油機車已經停運。

總體結構

TE1型柴油機車採用底架承載結構罩式車體，車體各項載荷全部由底架承擔，底架和車體重量通過旁承由兩台三軸轉向架支承，每台轉向架具有兩個旁承，牽引力和制動力通過心盤傳遞，上下心盤之間有一塊摩擦板，以減少枕梁和搖枕的磨損。機車採用中置司機室布置，車體採用外走廊式罩式結構，以改善司機室的瞭望視角。以司機室為基準兩邊車體分別為長端及短端，從長端開始依次為冷卻室、動力室、高壓電氣室、司機室和蓄電池室五個部分，各部分之間用螺栓連接，除了冷卻室直接焊接在底架上，車體其他部分均可以拆卸。走行部為兩台完全相同的三軸不等軸距轉向架，轉向架構架採用鑄鋼件及鋼板焊接結構，一系懸掛由螺旋彈簧、鋼板彈簧、均衡梁等組成。牽引電動機採用抱軸式半懸掛安裝方式，通過單邊直齒輪驅動輪對，牽引傳動齒輪比為75：16（4.6875）。基礎制動裝置採用單側踏面制動。

柴油機

TE1型機車裝用一台D50型柴油機，其原型為美國機車公司的ALCO 539T型柴油機，被廣泛運用於美國機車公司的RS-1、RSD-1、RSC-1、DL-109型等柴油機車。該型柴油機為六氣缸、四衝程、帶廢氣渦輪增壓的直列式柴油機，採用澆鑄鐵發動機缸體和汽缸蓋、鑄鋼曲軸及連杆、鋁合金活塞，額定功率為1000馬力，額定轉速為每分鐘740±5轉，最低轉速為每分鐘270±15轉。氣缸採用直列式布置，氣缸直徑為318毫米（12½英寸），活塞行程為330毫米（13英寸），發動機排量為157.2升，氣缸點火順序為1—3—5—6—4—2 。柴油機起動時，牽引發電機由蓄電池供電，作為串勵電動機驅動柴油機起動。司機控制器手柄通過機械式離心調速器改變柴油機轉速，司機控制器手柄共設有9個運行級位，其中零位為空轉級位，其餘八個級位分別對應一個指定的柴油機轉速（每分鐘270～740轉）。

傳動系統

TE1型柴油機車採用直—直流電傳動，傳動系統主要由牽引發電機和牽引電動機組成。柴油機輸出軸直接傳遞功率給直流牽引發電機，然後供給兩台轉向架上的六台直流牽引電動機。機車運行時牽引發電機輸出電壓根據柴油機轉速而自動改變，機車起動和加速時六台牽引電機採用串聯連接；當速度提高到9～11公里/小時，自動轉換為同一轉向架上三台牽引電機串—並聯連接；當速度提高到20～25公里/小時以上，可以對兩組電機採用全勵磁的串聯、串—並聯連接，以及磁場削弱的串—並聯連接。機車運行方向通過換向器轉換，從而改變牽引電機勵磁繞組中的電流方向。
TE1型機車採用МПТ-84/39型牽引發電機，設有八個主極和八個換向極，最大輸出電壓為900伏，勵磁繞組用獨立的直流電源供電，冷卻方式為自通風。為了方便對集電環和電刷的監視和維護，發電機機殼上開有三個檢查窗口；發電機總重為4500公斤。當發電機以額定轉速每分鐘740轉工作時，額定功率達到700千瓦，輸出電壓和電流分別為700伏、1000安。輔助直流發電機和勵磁機安裝在同一單元內，又稱為雙機組，用來提供牽引發電機勵磁電流、蓄電池充電、控制電源和照明電源，勵磁電流根據牽引發電機的負載自動調節。這種雙機組由哈爾科夫電機製造廠設計製造，後來亦被TE2、TEM1、TEM2型柴油機車所沿用。
牽引電動機型號為ДК-304型系列，由迪納摩電氣工廠設計製造，該型電動機為四極串勵脈流牽引電動機，冷卻方式為獨立強迫通風。部分早期生產的TE1型機車曾經裝用ДК-304А型牽引電動機，但發現存在電機扭矩較小的問題，迪納摩工廠對其了改進，包括增大電樞直徑、增加繞組匝數，以增加磁通並提高電機扭矩，經過改進的電機稱為ДК-304Б型。此後，又研製了經過進一步優化設計的ДК-304В型牽引電機，以提高可靠性。所有這三種牽引電動機的性能指標均完全相同，其中ДК-304Б型電機是最常見的類型。
為了防止機車電傳動系統在異常情況下受損，例如短路、過流等，TE1型機車設置了一系列電子防護裝置，包括КВ-15А型司機控制器、ПР-758А-1型換向器、電磁閥、ПК-753А型電磁氣動接觸器，以及各類型的電磁接觸器、繼電器、電壓穩壓器、熔斷器等設備。