【科普】蘇聯鐵道部第一款干線客運蒸汽機車——“草原”Su型蒸汽機車
文章作者:西瓜昌真濕基(嗶哩嗶哩和百度昵稱:寧柳跨越)閱讀前之提示“草原”者,蒸汽機車輪式也,其為一導輪軸兩導輪、三動輪軸六動輪,以及
文章作者:西瓜昌真濕基(嗶哩嗶哩和百度昵稱:寧柳跨越)
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- “草原”者,蒸汽機車輪式也,其為一導輪軸兩導輪、三動輪軸六動輪,以及一從輪軸兩從輪而成。本文提及的蘇聯鐵道部Su型蒸汽機車為2-6-2輪式。
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概述
蘇聯鐵道部Su型蒸汽機車是俄羅斯聯邦科洛姆納工廠設計局在俄羅斯帝國鐵道部Sv型蒸汽機車的基礎上,于1924年研制成功的一種干線客運蒸汽機車。

背景
在20世紀初,鐵路建設的步伐加快,但俄羅斯帝國鐵路依然相當落后。在大多數線路上,每天的旅客流量不超過2到3對列車,而每趟5到7節不等編組的旅客列車的平均重量為200-300 t。在大多數情況下,旅客列車和貨運列車的平均速度均不超過25 km/h,并且列車時刻表暗示停車時間很長。
此外,在1893年到1913年期間,客運量呈穩定增長態勢,而俄羅斯比其他國家更早出現了可適應多日乘坐的臥鋪車。因此有必要將旅客列車的重量增加到500 t或更多。
帝國鐵道部于1909年向索爾莫沃工廠下達了設計新型2-6-2輪式蒸汽機車的命令。1910年,索爾莫沃工廠在工程師布羅尼斯拉夫·西吉茲蒙多維奇·馬拉霍夫斯基⑴的指導下,推出了S型蒸汽機車。
由于華沙-維也納鐵路公司⑵的客運量增加,科洛姆納工廠奉帝國鐵道部的命令,在S型蒸汽機車的基礎上于1914年研制出Sv型蒸汽機車。由于第一次世界大戰的爆發,15臺Sv型蒸汽機車改為1524 mm寬軌軌距,在莫斯科-庫爾斯克鐵路局運用。

到第一次世界大戰結束時,俄羅斯境內各蒸汽機車工廠完全停止了客運機車的生產,轉向了干線貨運用途的E型蒸汽機車家族的生產。但隨著客流量的恢復與上升,提高旅客列車編組已是勢在必行——這導致需要更強大的機車。
1923年,彼得格勒紅色普季洛夫工廠恢復了4-6-2“太平洋”輪式的LP型蒸汽機車的制造。然而,這款由瓦茨拉夫·伊萬諾維奇·洛普申斯基設計的蒸汽機車的設計過于復雜⑶,加上燃煤加熱的效果不佳,最終只制造了數十臺LP型蒸汽機車。因此,同年紅色普季洛夫工廠在工程師亞歷山大·謝爾蓋維奇·列夫斯基⑷的指導下,研制出一種功率更大4-8-0“猛犸”輪式的M型蒸汽機車。但M型蒸汽機車直到1926年才實際投入量產,且因設計缺陷也僅制造了100臺。
到1924年時,E型蒸汽機車家族的數量已經飽和,成為貨運蒸汽機車主力。鐵道人民委員會開始向各機車廠下達了生產新型客運蒸汽機車的訂單。
這種情況下,需要研制比C型蒸汽機車更強大的蒸汽機車。在當時的技術條件下,對新型蒸汽機車的主要要求之一是可以燃燒低級煤,這可以通過增加火箱面積來實現,從而顯著增加鍋爐的重量。當時,在俄羅斯和蘇聯的蒸汽機車制造實踐中,過熱式貝爾帕爾氏火箱得到了廣泛的應用,其優點是火箱的外廓由圓柱形變為了矩形,使鍋爐頂板與平坦的燃燒室頂板大致平行,從而增大了鍋爐燃燒室的受熱面積,讓蒸汽機車具有了更高的機械效率。
為了加快執行該命令,鐵道人民委員會要求各蒸汽機車工廠以建設性的方式使客運機車的設計和生產盡可能接近蘇聯當時的生產能力。當時,紅色普季洛夫工廠的M型蒸汽機車由于其本身設計復雜,加上首席設計師亞歷山大·謝爾蓋維奇·列夫斯基在研制期間不幸去世而被推遲。
在蒸汽機車輪式排列關系中,4-8-0輪式是4-6-2輪式型的后繼者,但當時只有紅色普季洛夫工廠具有LP型和M型蒸汽機車的生產能力。而其他機車廠則傾向于制造S型蒸汽機車。但是,恢復生產S型蒸汽機車被鐵道人民委員會認為是不切實際,因為S型蒸汽機車在設計上是以高等級煤為燃料,并專用于牽引特快列車。

研制
科洛姆納工廠設計局當時的蒸汽機車設計任務是開發結構更簡單、功率更強大的2-8-2“天皇”輪式和2-6-2“草原”輪式客運蒸汽機車。
與2-6-2輪式機車相比,由于增加了第四動輪,2-8-2輪式機車的鍋爐長度延長,重量略有增加。但在當時機車軸重不超過17.5 t、火箱尺寸和汽缸參數均不變的情況下,2-8-2輪式機車的動輪平均軸重比2-6-2輪式機車要低,且易于空轉。這是蘇聯極少有2-8-2輪式蒸汽機車的主要原因。
結果,鐵道人民委員會最終讓科洛姆納工廠基于Sv型蒸汽機車,研制新型2-6-2輪式客運蒸汽機車——Su型。

1924年,在機車部負責人P·I·塔赫陶洛夫的總監督下,科洛姆納工廠繪制出Su型蒸汽機車的草圖。蒸汽機車的設計工作是在機車部的首席設計師康斯坦丁·尼古拉耶維奇·舒什金⑸和S·F·馬卡洛夫、列夫·謝爾蓋維奇·列別姜斯基⑹以及V·E·赫列伯尼科夫等主要專家的領導下進行。
Su型蒸汽機車的設計的主要任務是,在機車以低級煤為燃料、且動輪軸重不超過17.5 t的情況下,使過熱器和火箱的受熱面積最大化,并與鍋爐和機車的參數相匹配。考慮到工廠當時的技術能力,工程師們沿用并加強S型蒸汽機車的車架,并增加Sv型蒸汽機車鍋爐的火箱面積,使機車適應低級煤,以增加蒸汽的過熱度,繼而改善牽引特性,在整體上提高了機車的效率。
結果,Su型蒸汽機車的鍋爐火箱長度增加到3040 mm,其面積也相應地從3.8 m2增加到4.73 m2,煙箱長度增加了500 mm,再加上鍋爐的延伸,導致鍋爐的總長度增加了1244 mm。而楚索夫式6管單圈過熱器代替了施密特式4管過熱器——過熱面積從51.5 m2增至72.6 m2,鍋爐的蒸發加熱面從207.2 m2減至199m2,大煙管數量由24個增加到32個,小煙管的數量從170個減少到了135個。
與S型蒸汽機車的鍋爐相比,Su型蒸汽機車的鍋爐重量增加了1200 kg(鋼制鍋爐)和1800 kg(銅制火箱),鍋爐壓力從12.4 kgf/cm2增加到13.43 kgf/cm2,但其大煙管和小煙管的長度保持不變;機車重量從S型蒸汽機車的75.8 t增加到81.5 t。牽引力增加了11.4%。
改進
為了改進生產工藝并提高機車的運行特性,Su型蒸汽機車的基本設計經歷了五次設計升級:
“第一版”(1925年版)
根據1925年版的設計,鍋爐是用鋼制成,并安裝銅制貝爾帕爾氏火箱。
1924年到1926年間,科洛姆納、紅色索爾莫沃、布良斯克、盧甘斯克、哈爾科夫等機車廠共計制造了使用“第一版”設計的99臺Su96型和11臺Su97型蒸汽機車。
由科洛姆納工廠制造的Su97-12號機車被選中用于全面的牽引力和熱工程測試。測試期間,Su97-12號機車在以80 km/h的速度加熱燃油時,機車效率達到9.9 %。如果以120 km/h的速度獲得S型蒸汽機車的最小蒸汽消耗,那么對于Su型蒸汽機車,在50~80 km/h的速度運行最為經濟。因此,與S型蒸汽機車相比,Su型蒸汽機車更適合于牽引長編組旅客列車。

當鐵道人民委員會稱量第一版Su型蒸汽機車時,發現由紅色索爾莫沃工廠和布良斯克機械工廠生產的36臺Su型蒸汽機車,其零件的質量與理論值有顯著偏差——燃煤版本機車的軸重達到19 t,而燃油版本機車的軸重達到20 t!當時,當時蘇聯廣泛使用的III-a型鋼軌不允許這種過重的軸重。
軸重超標的Su型蒸汽機車被定型為SuT型(Su重型),并分配到頓涅茨克、北方兩個鐵路局以及莫斯科-白俄羅斯-波羅的海鐵路局維亞濟馬機務段。其余軸重未超標的機車被分配到莫斯科-基輔-沃羅涅日鐵路局布良斯克機務段和莫斯科機務段、莫斯科-庫爾斯克鐵路局庫爾斯克機務段和其他鐵路局。

“第二版”(1926年版)
使用第一版設計的99臺Su96型和11臺Su97型蒸汽機車在運用過程中暴露出軸重超重的問題。此外,在這些機車的制造過程中,有人提出了有關燃油蒸汽機車的問題。
因此,鐵道人民委員會要求對1925年版設計進行更改,以確保有可能在銅鍋爐上安裝油加熱裝置,但前提是允許鍋爐重量增加2 t以上。1926年版通過引入以下結構更改,確保了蒸汽機車的結構重量的減輕:
- 鍋爐向前移動150 mm,并升高100 mm;
- 鍋爐在保持所有設計參數的同時,完全由銅制成;
- 鍋爐的煙囪縮短了150 mm;
- 鍋爐煙箱縮短;
- 第二動輪和第三動輪安裝下置式板簧,導輪和從輪安裝上置式板簧。
第二版Su型蒸汽機車繼續沿用Su96型和Su97型,并采用Su98型、Su99型、Su100型和Su101型——其中Su96型、Su97型、Su99型和Su100型機車的車號號段為01~99,而Su98型機車的車號號段為00~99,Su101型機車的車號號段為00~30。到1930年時,這兩批版本的Su型蒸汽機車總數為527臺。

“第三版”(1932年版)
根據大量的第二版Su型蒸汽機車的運行結果表明,機車的許多設計缺陷降低了它們的運行性能。而隨著蘇聯開始廣泛采用焊接技術制造蒸汽機車,Su型蒸汽機車的設計在1931年進行了第三次重大的改動:
- 鍋爐爐膛由鋼制成;
- 安裝了統一設計的鑄鐵汽笛,不再裝用可以演奏“長笛”旋律聲的銅制汽笛;
- 改變了前緩沖梁的設計以增強其強度;
- 對煤水車的設計進行了微小的變更。
“第四版”(1934年版,包括現代化改進版SuM型)
與第三版Su型蒸汽機車相比,第四版Su型蒸汽機車進行了以下設計更改:
- 改變了鍋爐爐膛部分的設計;
- 增加了砂箱的容積;
- 在前緩沖梁下方安裝了排障器;
- 更改司機室側窗的位置和尺寸;
- 煤水車與機車緊密連接;
- 新設計的煤水車,增加了水箱容積和煤倉容量。
第三版和第四版Su型蒸汽機車總數為1534臺,如果算上第一版與第二版則為2061臺。

“第五版”(1947年版)
1947年到1951年間,紅色索爾莫沃工廠制造了411臺Su型蒸汽機車,以緩解蘇聯當時客運蒸汽機車緊缺的矛盾。這些Su型蒸汽機車采用Su250型、Su251型、Su252型、Su253型和Su254型——其中Su250型機車的車號號段為01~99,而Su251型、Su252型和Su253型機車的車號號段為00~99,Su254型機車的車號號段為00~11。
與1934年科洛姆納工廠設計的第四版不同,紅色索爾莫沃工廠進行了以下設計更改:
- 改變了鍋爐爐膛部分的設計:在爐膛框架周圍使用了單排鉚接;
- 一些機車的煙囪縮短;
- 安裝了路登科式復合雙蒸汽壓縮機;
- 使用了統一的P-27型煤水車。

運用
到20世紀30年代初,Su型蒸汽機車已成為蘇聯干線鐵路上最常見的蒸汽機車之一。自1932年IS型蒸汽機車批量生產之后,鐵道人民委員會將Su型蒸汽機車的定位從“大功率”降到“中功率”。但由于IS型蒸汽機車軸重達到20噸,難以全路推廣,因此Su型蒸汽機車依然是蘇聯主力客運蒸汽機車。
在偉大衛國戰爭期間,Su型蒸汽機車用于牽引醫療列車。在戰后年代,Su型蒸汽機車多數由具有戰前經驗的大車們所包乘,并繼續運用于干線客運牽引直到20世紀60年代末。

保存
現時有6臺Su型蒸汽機車處在運用狀態,用于動態展示。有22臺Su型蒸汽機車以博物館和紀念碑的形式靜態展示。
技術數據表

后記
當Su型蒸汽機車于1925年開始批量生產時,蘇聯在從列強干涉和國內內戰導致的破壞中迅速恢復,走上了工業化道路。而當Su型蒸汽機車逐步退役時,蘇聯鐵道部逐步推廣TEP60型內燃機車。

注釋
⑴俄語:Бронислав Сигизмундович Малаховский(1867~1934),又名Бронислав Василий-Пётр Малаховский,俄羅斯帝國和蘇聯工程師,蘇聯蒸汽機車工業的組織者。
⑵俄語:Варшаво-Венская железная дорога,德語:Warschau-Wiener Eisenbahn,波蘭語:Kolej Warszawsko-Wiedeńska。這條道路穿過俄羅斯帝國境內的維斯瓦河沿岸地區,并將華沙與奧匈帝國-俄羅斯帝國邊境連接起來。華沙-維也納鐵路同時也是波蘭的第一條鐵路。
⑶LP型蒸汽機車為四汽缸復合式設計。
⑷俄語:Александр Сергеевич Раевский(1872~1924),俄羅斯帝國和蘇聯工程師。
⑸俄語:Константин Николаевич Сушкин(1879~1937),俄羅斯帝國和蘇聯工程師。
⑹俄語:Лев Сергеевич Лебедянский(1898~1968),蘇聯工程師。
參考
- 《Паровозы серии Су》,維塔利·亞歷山德羅維奇·拉科夫 著,《Локомотивы отечественных железных дорог 1845-1955》,283~289頁
- 《Паровозы серии Су Завода "Красное Сормово"》,維塔利·亞歷山德羅維奇·拉科夫 著,《Локомотивы отечественных железных дорог 1845-1955》,318~320頁
- 《Су и Сум серия (пассажирский паровоз)》:http://pro-parovoz.ru/index.php/sitemap/891-su-i-sum-seriya-passazhirskij-parovoz.html
- 《Su — List of the vehicles — TrainPix》:Су — Список подвижного состава









