VL19型电力机车

背景

1920年代末，蘇聯決定對外高加索鐵路在喬治亞境內的澤斯塔波尼至哈舒里區段進行電氣化改造，該區段為典型的山區鐵路，穿越蘇拉姆山口（Сурамский перевал）， 線路最大坡度達到29‰，還有許多小半徑曲線。經過研究和論證，蘇聯交通人民委員部決定在此區段採用已經在歐洲和美國逐步普及的3000伏直流電供電制式，並分別從美國通用電氣公司和義大利布朗·包維利技術機械公司引進國外先進的直流電力機車。同時，通過通用電氣公司授權的技術轉讓，蘇聯的迪納摩工廠和科洛姆納工廠也於1932年開始生產國產化的電力機車。自此，由美國、義大利、蘇聯生產的S、Ss、Sᴵ型電力機車，構成了蘇聯鐵路「蘇拉姆斯基」（Сурамского）系列電力機車，也為蘇聯電力機車發展奠定了良好的基礎。1934年，外高加索鐵路蘇拉姆山口區段鐵路全面完成牽引動力電氣化的改革，電力機車全面替代了原來的E型蒸汽機車，電力牽引顯著提高了該區段的運輸能力，一台電力機車的牽引能力相當於2.5台蒸汽機車。基於外高加索鐵路電氣化的成功經驗，蘇聯在第二個五年計劃時期開始加快在國內其他地區修建電氣化鐵路。
然而，設計軸重22噸的「蘇拉姆斯基」系列電力機車卻無法在蘇聯國內其他大多數電氣化鐵路上使用，這是由於線路、橋樑條件的限制，當時蘇聯大多數鐵路幹線允許的最大軸重僅為20噸。此外，當時蘇聯鐵路的機車車輛仍採用螺旋式車鉤，可承受的最大牽引力只有20000公斤，但「蘇拉姆斯基」系列電力機車的起動牽引力已達到24000公斤。因此，蘇聯交通人民委員部決定，蘇聯電氣化鐵路需要一種「滿足當前線路條件及螺旋式車鉤使用條件」的電力機車。1932年3月15日，根據蘇聯人民委員會國家政治保衛總局的指示，迪納摩工廠和鐵路機車中央設計局（ЦЛПБ）開始在Ss型電力機車基礎上，研製一種新型客貨運通用六軸電力機車。

研製

機車研製過程一開始已經引起了關於機車軸式的爭議，主要爭論在於應該採用Co-Co軸式，抑或採用1Co-Co1軸式。兩種方案由莫斯科交通工程學院（МИИТ）進行初步設計，前者採用兩台三軸轉向架，主要支持者為迪納摩工廠的工程師；而後者則增加兩對各負載15噸的導輪，主要支持者為蘇聯交通人民委員部的鐵路電氣化專家組。最終軸重19噸的Co-Co軸式方案在爭議聲中勝出，其優點是能夠直接沿用Ss型電力機車的牽引電動機，但第二種方案卻未有既有的牽引電動機可供利用。為了改善曲線通過性能和減輕重量，縮短了轉向架軸距，並在兩台轉向架間設置了彈簧聯接裝置。車體的全部重量通過四個旁承坐落在轉向架上。車體採用焊接結構，取代了以往的鉚釘固定結構。新機車採用了與S、Ss型電力機車相同的DPE-340A（ДПЭ-340А）型直流牽引電動機，但通過改變傳動齒輪比，機車起動牽引力（小時制）由24000公斤下降至20000公斤，而最高速度由65公里/小時提高到85公里/小時。而其餘輔助機械和電氣設備則與Ss型電力機車基本相同。
當時不少鐵路專家認為，設計這種電力機車實際上十分簡單，僅僅需要在Ss型電力機車基礎上取消再生制動裝置（約5噸重量）、壓鐵配重（約7～9噸重量），及改變傳動齒輪比，即可滿足軸重19～20噸的技術要求，大大減少了設計工作和所需時間。但一些設計單位則反對，認為這個方案缺乏創新元素，仍然是「蘇拉姆斯基」系列電力機車的延續，要求實現更多的改進。事實上，這主要是當時社會主義意識形態所發揮的作用，Ss型電力機車是由美國授權生產的，因此新型電力機車必須由蘇聯實現自主創新的設計，這不僅僅是一個技術問題，也是一個政治問題。
1932年8月15日，迪納摩工廠和科洛姆納工廠開始投產試製首台新型電力機車；不到三個月後的11月5月，首台機車在迪納摩工廠落成。1932年11月6日，這台機車作為慶祝十月革命15周年的獻禮項目，在迪納摩工廠正式出廠；同時，工廠工人決定以弗拉基米爾·列寧（俄語：Владимира Ленина；拉丁轉寫：Vladimir Lenin）為這台機車命名，開啟了蘇聯鐵路史上「VL」（ВЛ）系列電力機車的新一頁。這台機車最初擬被定型為VL114型電力機車（「114」代表機車總重量為114噸），但數天之後決定改為VL19型電力機車（「19」代表機車軸重為19噸）。
1933年夏季，VL19-01號機車被送往外高加索鐵路的蘇拉姆山區區段進行性能試驗。試驗結果顯示，VL19型電力機車比Ss型電力機車有更高的粘著係數，但也發現焊接車體的側壁蒙皮很容易產生撓曲及扭曲。完成試驗後，蘇聯交通人民委員部批准VL19型電力機車投入批量生產。1934年3月，根據首台原型車的試驗結果，迪納摩工廠和科洛姆納工廠試製了第二台VL19-02號機車。02號機車作出了較大改進，車體改用焊接和鉚釘結合的結構，轉向架上的14吋制動缸採用橫向安裝，取代了01號機車垂向15吋制動缸，並取消了連接左右制動槓桿的制動平衡軸。此外，每台轉向架長度延長了100毫米，導致車體長度也相應延長了200毫米。由於VL19型電力機車主要用於平原地區，因此取消了再生制動裝置，而代之以電阻制動。

現代化

蘇聯衛國戰爭結束後，根據蘇聯交通人民委員部的要求，諾沃切爾卡斯克電力機車廠對一些車況不佳的VL19型電力機車進行了現代化改造，這些機車改稱為VL19M型。VL19M型電力機車換裝了與VL22型電力機車相同的ДПЭ-400Б型牽引電動機（牽引齒輪傳動比不變），其牽引電路系統也進行了翻新。VL19M型機車小時功率提高到2380千瓦，最大運行速度提高到90公里/小時，持續速度為43.5公里/小時，持續牽引力為19,500公斤。

總體結構

VL19型電力機車為幹線客貨運通用的六軸直流電力機車。機車採用非承載式車體，車體各項載荷全部由底架承擔，車體側牆和頂蓋不參與承載。車體底架由鋼樑、角鐵及鋼板鉚接而成，車體側牆及頂蓋蒙皮由厚度為3～4毫米的鋼板製成，車頂由三塊可拆除的頂蓋組成，其中兩塊位於高壓室上方的頂蓋安裝了起動電阻及受電弓。車體由前之後分為七個區域，車體兩端為露天的通過台區域，車體中部為輔助室，輔助室兩側為高壓室，通過台及高壓室之間為司機室。車體側牆上設有沿走廊的百葉窗，以吸入冷空氣用於冷卻電氣設備。

轉向架

機車走行部為兩台三軸轉向架。兩台轉向架之間設有彈性聯接裝置，以提高機車的小半徑曲線通過性能；最初的轉向架聯接裝置具有自動復位機構，能使機車駛出曲線時轉向架重新復位，但經過試驗後發現這會增加轉向架發生偏轉及橫擺的現象，後來因而取消了自動復位機構。輪對直徑為1220毫米，踏面形狀與O型蒸汽機車的輪對相同。一系懸掛由螺旋彈簧、鋼板彈簧、均衡梁等組成，底架和車體重量通過四點式旁承由兩台三軸轉向架支承。牽引電動機採用抱軸式半懸掛，牽引電動機的一端安裝在轉向架構架上，而另一端通過抱軸承剛性抱合在車軸上。牽引電動機輸出的扭矩通過彈性直齒圓柱齒輪傳遞給輪對，其中大齒輪設有片簧組成的彈性元件，牽引齒輪傳動比為23：86。

電路系統

VL19型電力機車是直—直流電傳動的直流電力機車，通過調節起動電阻和牽引電動機的串聯—並聯轉換來達到調速的目的，機車起動時逐步減少鑄鐵起動電阻帶的阻值，直到完全切除後改變串聯的電機數，使之相應轉入並聯支路，實現有級調速。機車控制器共有36級運行級位，其中1～16位對應全部六台牽引電動機串聯的狀態；17～27位對應牽引電動機的串聯—並聯狀態，即每三台串聯的牽引電動機分兩組並聯連接；28～36位對應牽引電動機的並聯狀態，即每兩台串聯的牽引電動機分三組並聯連接。而對於部分適用於1500伏直流電氣化的VL19型電力機車，其牽引調壓電路略有不同，不同之處為28～36位對應六台牽引電動機的全部並聯狀態。此外，為擴大機車調速範圍，在各種聯接方式均可以對牽引電動機使用二級磁場削弱，削弱率分別為67、50%，使機車具有9級經濟運行級位。VL19型電力機車的控制電路並具有多機重聯控制系統，司機能夠在本務機車的司機室直接同時控制其他重聯機車。
VL19型電力機車採用迪納摩工廠生產的ДПЭ-340А型牽引電動機（「Д」代表迪納摩工廠生產，「П」代表直流電動機，「Э」代表電力機車，「340」代表額定功率，「А」代表第一種改進型），是在Ss型電力機車所使用的ДПЭ-340的基礎上，對其通風冷卻方式改進而成。該型電動機是四極串勵直流牽引電動機，額定電壓為1500伏，繞組絕緣可承受最高4000伏的線電壓。VL19-41號機車採用ДК-1А型牽引電動機，額定電壓為750伏，與ДПЭ-340А型牽引電動機的差異僅在於繞組匝數、導線參數等。而在經過現代化的VL19M型電力機車上，採用了與VL22型電力機車通用的ДПЭ-400А、ДПЭ-400Б型牽引電動機，額定功率提高到400千瓦。牽引電動機採用強迫通風冷卻，VL19型電力機車上設有兩台牽引通風機，由МАТ-77型直流電動機驅動。由於該型電機的額定工作電壓為1500伏，機車並設有一台ДДИ-66型旋轉式電動發電機，從接觸網直接獲取3000伏直流電並轉換成1500伏。此外，電動發電機並負責驅動一台ДУ-3型輔助發電機，為機車控制電路提供50伏的低壓直流電。