【科普】蘇聯(lián)鐵道部功率最大的交流電力機車——“公?！盫L85型電力機車
文章作者：Forever Changzhensky（AcFun、Bilibili、百度、頭條、微博和知乎昵稱：寧柳跨越）
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格魯吉亞第比利斯電力機車制造廠在本文中均簡稱“TEVZ”⑴，俄羅斯聯(lián)邦新切爾卡斯克電力機車制造廠簡稱“NEVZ”⑵，烏蘭烏德機車車輛修理廠簡稱“UULVRZ”⑶，頓河畔羅斯托夫電力機車修理廠簡稱“RERZ”⑷。
概述
“公牛”VL85型電力機車是蘇聯(lián)鐵道部干線貨運電力機車車型之一，也是目前世界上功率最大的交流電力機車車型之一，適用于25 kV 50 Hz單相交流電氣化鐵路，由NEVZ、全蘇電力機車研究所于1983年在VL80型電力機車基礎上研制成功，采用交—直傳動，每組機車由2節(jié)結構相同的Bo-Bo-Bo軸式機車組成。
研發(fā)背景
在1961年時，NEVZ推出當時車型代號為N81型、采用交—直傳動的VL80型電力機車。這款采用“一組兩節(jié)”固定重聯(lián)設計的干線貨運電力機車，由2節(jié)完全相同的4軸機車通過中間車鉤、橡膠聯(lián)掛風擋、電氣及空氣重聯(lián)管線等連接而成，可由司機在任何一端司機室對2節(jié)機車進行控制。
然而，VL80型機車在最初設計時并沒有外重聯(lián)控制，不能與另外一組VL80型機車重聯(lián)運行。而隨著線路牽引定數(shù)的不斷提升，列車重量的不斷提高，經常需要運用由“一組半三節(jié)”外重聯(lián)的12軸電力機車，甚至是“兩組四節(jié)”外重聯(lián)的16軸電力機車。這樣一來，每節(jié)機車都需要有獨立電路。
在先后研制出采用硅整流器的VL80K型機車，以及支持電阻制動的VL80T型機車后，NEVZ于1980年推出了每節(jié)機車擁有獨立電路、支持外重聯(lián)的VL80S型電力機車。但初期制造出廠的VL80S型機車只能支持“一組兩節(jié)”重聯(lián)或者是“兩組四節(jié)”重聯(lián)運行，不支持“一組半三節(jié)”重聯(lián)運行。
1982年，NEVZ試制了經過改良的VL80S-550號~VL80S-552號機車，不僅支持“兩組四節(jié)”重聯(lián)運行，還能支持“一組半三節(jié)”重聯(lián)運行，提高了機車運用的靈活性，但唯一的不足是第三節(jié)機車無法使用電阻制動。而從1983年制造出廠的VL80S-697號機車開始，后續(xù)制造出廠的VL80S型機車均支持“一組半三節(jié)”重聯(lián)運行。
然而，無論是兩組四節(jié)重聯(lián)運行，還是一組半三節(jié)重聯(lián)運行，由于每節(jié)機車都有一個司機室，不存在從機車的一端到另一端的直通過道，這使得在運行期間的維護條件惡化。
VL85型機車的研發(fā)與試制（VL85-001號~VL85-007號）
為了消除這一缺點，全蘇電力機車研究與設計院開發(fā)了一個兩節(jié)重聯(lián)十二軸交—直傳動電力機車的項目，目標是減少電氣設備和安裝材料的數(shù)量，這樣不僅降低了電力機車的制造成本，而且降低了維修和維護的成本。
1983年5月，NEVZ為該項目制造了第1組技術驗證性電力機車，該機車被編號為VL85-001號。同年，NEVZ制造了第2組電力機車——VL85-002號。
在VL85型機車設計和制造之前，工程師們就關于在“十二五”計劃（1986年~1990年）及隨后的五年計劃期間制造新型貨運電力機車的問題上，產生了2個主要觀點：
第一個觀點是，每節(jié)干線貨運電力機車只需要采用四軸，但根據列車的牽引定數(shù)，可以制造出八軸、十二軸甚至是十六軸的機車，以便于在不同牽引定數(shù)的線路更充分地利用機車的牽引能力；
第二個觀點是，干線貨運電力機車應該由四軸機車和六軸機車組成，這可以制造出八軸、十軸、十二軸、十四軸、十六軸甚至是十八軸的機車。
VL85型機車由2節(jié)六軸機車組成，是第二個觀點的部分實踐結果。從SA-3型自動車鉤算起，VL85型機車的全長達到45000 mm，而“一組半三節(jié)”重聯(lián)的VL80S機車的長度為49260 mm，即多出4260 mm。
2組技術驗證性VL85型機車安裝了與VL80T型、VL80S型和VL80R型機車相同的NB-418K6型牽引電動機（齒輪比4.19；輪對直徑1250 mm）。這樣做是為了加速機車的制造，因為為它們配套的NB-514型牽引電動機還沒有準備好，并且與轉向架框架懸掛的制造相關的問題沒有得到解決。
這2組機車通過了NEVZ廠內的測試。VL85-001號機車在北高加索鐵路局管內別洛雷琴斯卡亞—邁科普區(qū)段進行了動態(tài)測試；VL85-002號機車在全蘇鐵道運輸科學研究院謝爾賓卡環(huán)形鐵道進行了牽引力和動能測試。其后的運行試驗在馬林斯克—克拉斯諾亞爾斯克—泰舍特區(qū)段、阿巴坎—泰舍特—勒拿區(qū)段和北高加索鐵路局管內進行。
蘇聯(lián)國家工程驗收委員會得出“VL85型電力機車質量等級最高”的結論，于1985年批準NEVZ生產第一批5組VL85型電力機車，并從1986年開始批量生產。全蘇電力機車研究與設計院副主任V. Ya. Sverdlov監(jiān)督了VL85型機車的設計。
VL85型機車的批量生產（VL85-008號~VL85-270號）
1986年，NEVZ制造了15組VL85型機車。而1989年是VL85型機車生產數(shù)量最多的一年，數(shù)量達到了57組；是年5月25日至6月2日期間，VL85-103號機車在全蘇鐵道運輸科學研究院謝爾賓卡環(huán)形鐵道舉辦的第四屆“鐵路運輸-89”國際展覽會上展出。
量產版VL85型機車安裝了NB-514型牽引電動機，其設計和參數(shù)與NB-418K6型牽引電動機略有不同，但在安裝尺寸上可與它們互換。NB-418K6型牽引電動機與NB-514型牽引電動機的主要區(qū)別在于后者附加電極線圈的安裝結構的變化以及使用具有更高導熱性和防潮性的F級絕緣。
NB-514型牽引電動機電樞的最大旋轉頻率為2040 r/min，電動機的質量為4300 kg。 與NB-418K6型牽引電動機相比，新電機的功率增加了6％，方法是將電流增加3％，標稱電壓增加3％。
NB-514型牽引電動機的整流電壓為980 V，勵磁率為98％，冷卻空氣流量為95 m3/min時，具有以下參數(shù)：
1991年12月25日，Mikhail Sergeyevich Gorbachyov宣布辭去蘇聯(lián)總統(tǒng)職務，蘇聯(lián)正式解體。1992年1月20日，俄羅斯聯(lián)邦總統(tǒng)Boris Nikolayevich Yeltsin發(fā)布第28號總統(tǒng)令，組建俄羅斯聯(lián)邦鐵道部，取代早已名存實亡的蘇聯(lián)鐵道部，并接收俄羅斯聯(lián)邦境內原由蘇聯(lián)鐵道部所屬的鐵路企業(yè)、機構、管理部門的工作業(yè)務和財產。
然而，在蘇聯(lián)解體和關稅出現(xiàn)后，繼續(xù)進口干線客運電力機車變得過于昂貴。俄羅斯聯(lián)邦鐵道部遂將新型客運電力機車的研制和生產委托給NEVZ。但為了盡早為俄羅斯聯(lián)邦鐵道部補充新的六軸電力機車，NEVZ在VL85型機車的基礎上，先在1992年研制出干線客貨兩用的VL65型機車，然后在1998年研制出干線客運EP1型機車。
形勢的急轉直下，導致NEVZ不得不減少VL80S型和VL85型機車各自的產量，僅后者的產量，就由1991年的48組驟降至1992年的13組，到1994年時僅制造了2組機車，此后再無生產。
1993年，NEVZ交付了1節(jié)車號為VL85-000號的車體，交付北高加索鐵路局季馬紹夫斯克機務段，作為實驗室使用。
轉向架設計
每節(jié)VL85型機車有3臺兩軸轉向架，牽引力和制動力通過斜拉桿傳遞到車體，使轉向架內部各軸重自動均衡。當機車通過曲線時，中間轉向架通過一個長度較大的彈簧支承，在曲線內側向偏移。而同時期由TEVZ特別設計局研制、TEVZ和NEVZ合作設計生產的直—直傳動VL15型機車，也采用這些機械部分的結構。
事實上，Bo-Bo-Bo轉向架于1981年在北高加索鐵路局管內別洛雷琴斯卡亞-邁科普區(qū)間線路進行了初步測試。根據全蘇電力機車研究與設計院進行的理論計算，與Co-Co轉向架相比，Bo-Bo-Bo轉向架在曲線外軌超高時的車輪磨損以及產生的側向力方面要好，測試結果令人滿意。
電氣部分設計
每節(jié)VL85型機車安裝了1個ONDTsE-10000/25-82UKhL2型變壓器和3個VIP-4000型整流—逆變單元，設計為用于將單相交流電流轉換為具有平滑電壓控制的直流電，并且在機車進行再生制動時，把直流電逆變回交流電。
ONDTsE-10000/25-82UKhL2型變壓器重量為9900 kg，采用強制油-氣冷卻，由以下繞組組成：
1組高壓繞組（額定功率7.100 kV·A，電壓25 kV）；
2組牽引繞組，每組包括2個部分（額定電流1700 A，電壓1260 V）；
輔助繞組（電壓為630 V、405 V、225 V不等，額定電流650 A）；
用于驅動牽引電機的繞組（額定電流650 A，電壓270 V）。
每個VIP-4000型整流—逆變單元設計用于提供位于同一節(jié)機車上的2個并聯(lián)的牽引電動機。與VL80R型電力機車安裝的VIP1-2200M型整流—逆變單元相比，VIP-4000型整流—逆變單元使用了更強大的T353-800-28型大電流晶閘管，但其晶閘管總數(shù)減少了74根，并在每條串聯(lián)電路中安裝了分流電抗器，使橋臂各并聯(lián)支路均勻分流，并改善了晶閘管工作時的電位條件。
除了上述電氣設備外，2個L-13U1型受電弓、1個VOV-25-4M-UKhL1型主開關、1個KM-87型司機控制器、2個串聯(lián)的21-NK-125型可充電電池，以及氣動和電磁接觸器安裝在每節(jié)機車上。
ANE-225L4UKhL2型三相異步電動機用于驅動電機風扇、壓縮機等輔助設備和分相器；在每節(jié)機車上安裝了5臺驅動風扇的電動機，1臺用于驅動壓縮機的電動機。
每節(jié)機車采用橫向布置以及模塊化安裝，這使得高壓室空間可以更好地利用，并方便巡檢。
自動運行控制系統(tǒng)
VL85型機車安裝了自動運行控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)能在牽引和制動工況下進行工作，并可以根據司機選定的電流，在平滑起動列車時達到給定的速度。此時電流以一定的增值增加到給定的數(shù)值，為此司機僅需把手柄放在選定的電流位置即可，而操縱軸則按運行條件轉到給定速度的位置上。自動運行控制系統(tǒng)保證在區(qū)段上牽引工況運行時給定速度穩(wěn)定運行，而制動工況則保證下坡時的運行速度不變，必要時可以制動停車。
從VL85-026號機車開始，機車開始加裝防止單個或者成組輪對空轉和滑行的電子保護裝置。該裝置只有在自動控制時，在牽引工況和再生制動工況中運行。
運用
如果說，直—直傳動VL15型機車因為其獨特的外觀和大尺寸，而被火車迷們昵稱為“恐龍機車”的話，那么輪廓與VL15型機車相似，但采用交—直傳動的VL85型機車，則被昵稱為“公?！薄?/span>
目前在役中的VL85型機車，絕大多數(shù)集中配屬于俄羅斯鐵路股份公司東西伯利亞鐵路局下烏金斯克機務段。當中一些VL85型機車由于起火或相撞等原因，出現(xiàn)2組機車各自幸存部分重聯(lián)，甚至2組機車各自的A節(jié)機車重聯(lián)，或2組機車各自的B節(jié)機車重聯(lián)在一起運用的情況，例如VL85-051號B節(jié)/054號B節(jié)、VL85-080號A節(jié)/094號A節(jié)、VL85-120號A節(jié)/070號A節(jié)、和VL85-151號B節(jié)/173號A節(jié)機車等。
除了東西伯利亞鐵路局外，克拉斯諾亞爾斯克鐵路局轄下的伊蘭斯卡亞機務段和阿巴坎-Ⅱ號機務段歷史上也有過VL85型機車配屬。但如今克拉斯諾亞爾斯克鐵路局僅伊蘭斯卡亞機務段配屬有VL85-076號B節(jié)/010號A節(jié)機車；值得一提的是，VL85-076號A節(jié)/010號B節(jié)機車目前配屬于東西伯利亞鐵路局下烏金斯克機務段。
1988年制造出廠的VL85-061號機車，配備了MPSU微處理器控制系統(tǒng)。這組機車原計劃交付克拉斯諾亞爾斯克鐵路局伊蘭斯卡亞機務段，但由于各種原因未能交付，而是留在NEVZ廠內，至2013年報廢拆毀。
大修
VL85型機車的大修，主要由位于布里亞特共和國首府烏蘭烏德的UULVRZ承擔。
技術數(shù)據表
注釋
⑴俄語：Тбилисский электровозостроительный завод。
⑵俄語：Новочеркасский электровозостроительный завод。
⑶俄語：Улан-Удэнский локомотивовагоноремонтный завод。
⑷俄語：Ростовский электровозоремонтный завод。
參考文獻
《Грузовые двенадцатиосные электровозы ВЛ85》，V.A.Rakov 著，《Локомотивы и моторвагонный подвижной состав железных дорог Советского Союза 1976-1985》，第25頁~第28頁
《Грузовые двенадцатиосные электровозы ВЛ85》，Ye.R.Abramov 著，《Электроподвижной состав отечественных железных дорог》，第229頁~第232頁
《ВЛ85型電力機車結構與試驗結果》，李政文 譯，《電力機車技術》1989年05月期
《ВЛ85電力機車防空轉和防滑行保護》，李政文 譯，《電力機車技術》1985年05月期
《ВЛ85型電力機車的控制》，譚學斌 譯，《機車電傳動》1990年03月期
參考鏈接
https://www.trainpix.org/list.php?mid=172
https://poezdvl.com/vl85/index.html
http://scbist.com/wiki/11006-elektrovoz-vl85.html
https://pikabu.ru/story/yelektrovoz_vl85_6932747
完稿時間：2021年12月19日
A0級發(fā)表時間：2021年12月19日
