Электровоз BЛ85. Цепи пожарной сигнализации
Для предупреждения машиниста о пожаре на электровозе установлены термозащитные реле SK11-SK22 (см. рис. 3.20). При срабатывании любого из термозащитных реле отключается промежуточное реле KV76, которое своими контактами включает сигнальную лампу Н7 (см. рис. 3.21) на пульте машиниста и свисток НА (см. рис. 3.12).
Напряжение на катушку свистка подается по цепи: выключатели SF21, Блокирование ВВК (см. рис. 3.7), провод Э28, тумблер S75 Пожарная сигнализация ВКЛ, провод Н406, контакты KV76, провод Э75, панель диодов U75, провод Н95. Тумблер предназначен для обеспечения возможности отключения цепей пожарной сигнализации, панель диодов - для исключения подачи напряжения в цепь катушек вентиля защиты У1 и промежуточного реле KV1 панели питания U21 (см. рис. 3.1) от провода Н95, когда реле KV76 отключено, а провод Э28 обесточен со стороны выключателя Блокирование ВВК.
Для обеспечения возможности оперативной проверки пожарной сигнализации предусмотрен выключатель S76 Пожарная сигнализация - Проверка, с помощью которого размыкается цепь катушки реле KV76. Питание реле KV76 осуществляется через предохранитель F38 (см. рис. 3.6).
Электровоз BЛ85. Цепи сигнализации о состоянии оборудования
Сигнализацию (см. рис.3.21) осуществляют лампами H1-Н7,
Н11-HI5, Н18-Н28, Н30-Н33. Цвет колпачков ламп красный.
При включении выключателей Сигнализация SF34 (см. рис. 3.6) и блока выключателей S20 включается промежуточное реле КV58 ведущей секции, которое контактами с проводами Н034, Э80; Н525, Ж подает напряжение в цепи ламп, контактами с проводами Н034, Н400 - в цепи управления переключателями 5Л6. Контакты с проводами Н525, Ж предназначены для включения ламп только в ведущей секции,
контакты с проводами Н034, Н400 - для обеспечения возможности управления переключателями SA6 из ведущей секции, если не отключены тумблеры S71-S74 ведомых секций.
При включении тумблеров S7I-S74 включаются переключатели 5Л6, подсоединяя цепи сигнализации соответствующих секций к лампам Н11-Н15, Н18- Н28, Н30-Н33 ведущей секции. Панели диодов U71-U74 в цепи катушек переключателей предназначены для исключения подачи напряжения на провод Н400 ведомых секций от проводов Э71-Э74, обеспечивая возможность управления переключателями из ведущей секции, при условии, что не отключены тумблеры S71-S74 ведомых секций.
Для увеличения срока службы ламп в их цепи включены резисторы R97- R104. Развязка между собой цепей ламп обеспечивается блоками диодов U80- U82 (U81, U82 исключают подачу напряжения на лампы ведущей секции через лампы ведомых секций). Диод между выводами X1-15, Х2-15 блока диодов U80 исключает подачу напряжения на провод Н268 от провода Э105
и, следовательно, не допускает включения контактора КМ16 в той секции, в которой отключен тумблер S16 Компрессор по причине неисправности, например, электродвигателя компрессора. Напряжение на провод Э105 подается через контакты тумблера S16 и контактора КМ 16 другой секции при включении регулятора давления SP6.
С целью снижения тока разряда аккумуляторной батареи при отключенном ГВ цепи ламп Н20-Н24, Н26 отключаются контактами QF5 с проводами Н410, Н440.
Для облегчения поисков неисправности при КЗ в цепях сигнализации предусмотрены контакты переключателя SA5 с проводами Э80, Н410.
В случае отключения неисправной секции переключателем SA5 работоспособность сигнализации о состоянии оборудования исправной секции обеспечивается путем отключения переключателя SA6 неисправной секции (с помощью соответствующего тумблера из числа S71-S74). Работоспособность сигнализации о наличии сжатого воздуха в тормозных цилиндрах неисправной секции при этом сохраняется за счет контактов SA5, включенных параллельно контактам SA6 в цепи лампы ТЦ.
При загорании ламп Н7, Н11-Н15, И18 загорается соответствующая лампа из числа Н1-Н4, указывающая секцию, в которой появилась неисправность. При загорании ламп И19-Н28, Н30-НЗЗ секцию, из которой поступил сигнал, определяют путем поочередного отключения переключателей тумблерами S71-S74. Загорание ламп сигнализирует о следующем.
Каждой секции электровоза опирается на три двухосные тележки . Тяговые и тормозные усилия передаются на кузов с помощью наклонных тяг (традиционной для тепловозов и электровозов является схема с использованием шкворней). Средняя тележка принимает массу кузова не через примененные на электровозах ВЛ80С , ВЛ10У и крайних тележках ВЛ85 люлечные подвески, а через длинные качающиеся опоры, что позволяет ей более свободно смещаться в поперечном направлении при прохождении кривых.
Несмотря на теоретически бо́льшую стойкость тележек с наклонными тягами к боксованию (точка передачи тягового усилия находится ниже осей, поэтому момент от неё не складывается с вращающими моментами колес, способствуя разгрузке передней колесной пары, а компенсирует их), сцепные свойства ВЛ85 несколько хуже, чем у электровоза-предшественника ВЛ80 Р , вероятно, из-за невозможности равномерного распределения веса по трем тележкам.
Электрооборудование
>Для обеспечения токосъёма с контактной сети использованы два токоприёмника типа пантограф , расположенные по концам каждой секции (над кабиной машиниста). Токоприёмники двух секций соединены между собой через шину, проходящую через всю длину крыши. В центральной части крыши каждой секции расположены воздушный главный выключатель (ГВ) и главный ввод, ведущий к первичной обмотке трансформатора.
На каждой секции установлен тяговый трансформатор ОНДЦЭ-10000/25 номинальной мощностью 7100 кВА. Трансформатор имеет обмотку высокого напряжения, три тяговых обмотки, каждая с двумя отпайками, обмотку собственных нужд (также с двумя отпайками - для нормального, повышенного и пониженного напряжения в контактной сети), обмотку возбуждения тяговых двигателей в режиме рекуперации . На секции стоят три тиристорных выпрямительно-инверторных преобразователя ВИП-4000. Каждый ВИП питается от собственной тяговой обмотки и предназначен для питания двух соединённых параллельно тяговых двигателей одной тележки. ВИП в режиме тяги выпрямляет переменный ток в постоянный с плавным регулированием напряжения путём зонно-фазового регулирования (открываются тиристоры, подключенные к разным отпайкам - так образуются зоны, а также изменяется угол открытия тиристоров, то есть фаза), а в режиме рекуперативного торможения работает как инвертор , ведомый сетью - преобразует постоянный ток в переменный с частотой 50 Гц.
На опытных электровозах были применены колёсно-моторные блоки , как и на электровозах ВЛ80 Т, ВЛ80 С, ВЛ80 Р (тяговый двигатель НБ-418К6 и унифицированная электровозная колёсная пара - для серий ВЛ10 , ВЛ11 , ВЛ80). Сделано это было для ускорения выпуска опытных электровозов, так как более мощные и экономичные тяговые двигатели НБ-514 ещё не были готовы. На серийных электровозах устанавливались тяговые двигатели НБ-514.
Стоит отметить, что у двигателя НБ-514 в четыре раза снижено аэродинамическое сопротивление вентиляционных каналов , что позволило вдвое сократить число вентиляторов на электровозе. В отличие от предыдущих электровозов, где ВУК или ВИП и сглаживающие реакторы охлаждаются отдельными вентиляторами, а тяговые двигатели отдельными, на ВЛ85 применена последовательная схема - сначала воздух от одного вентилятора охлаждает ВИП, а затем разделяется и охлаждает сглаживающий реактор и тяговые двигатели. Для охлаждения тягового трансформатора установлен отдельный вентилятор.
Также впервые на электровозе ВЛ85 установлен блок автоматического управления БАУ-2, позволяющий автоматически поддерживать ток тяговых двигателей и скорость в режимах тяги и рекуперации. Изменена и кабина машиниста - раздельные пульты машиниста и его помощника заменены на единый пульт, занимающий всю переднюю часть кабины.
51 52 53 54 55 56 57 58 59 ..Глава 5. ТРАНСФОРМАТОРЫ И ДРОССЕЛИ ЭЛЕКТРОВОЗА BЛ85
§ 5.1.
Электровоз BЛ85. Трансформатор тяговый ОНДЦЭ-10000/25-82УХЛ2
Трансформатор ОНДЦЭ-10000/25-82УХЛ2 (рис. 5.1, а) предназначен для преобразования напряжения КС в напряжение цепей тяговых двигателей, включенных через тиристорный преобразователь, а также для питания цепей собственных нужд электровоза. Трансформатор имеет следующие технические данные:
Номинальная мощность сетевой обмотки, кВ*А......... 7040
Номинальное напряжение сетевой обмотки, кВ 25
Частота, Гц 50
Перенапряжения, ограничиваемые разрядником, не более, кВ 100
Номинальное напряжение тяговых обмоток на вводах, В:
А1-x1; а2-х2 630
АЗ-х3; а4-х4 630
А5-х5; аб-хб 630
1-x1, al-1, 2-хЗ, аЗ-2, 3-х5, а5-3 315
Номинальный ток тяговых обмоток, А. 1700
Перегрузочный ток пятнадцатиминутного режима (при начальной температуре обмоток, не превышающей +40°С), А 2700
Напряжение КЗ между сетевой и одной тяговой обмотками или ее частью, отнесенное к мощности одной тяговой обмотки или ее части, %, не более 5
Напряжение КЗ между сетевой и всеми тяговыми обмотками, отнесенное к общей мощности тяговых обмоток, % 9,5
Обмотка питания цепей возбуждения (ОВ) номинальное напряжение на вводах, В:
А8-х7 270
номинальный ток обмотки и вводов а7, х7, А. 650
Перегрузочный ток пятнадцатиминутного режима обмотки и вводов а7, х7 (при начальной температуре обмоток, не превышающей + 40 °С), А 1200
Номинальный и перегрузочный токи пятнадцатиминутного режима ввода а8 соответственно, А. 870, 1600
Номинальные напряжения ответвлений обмотки собственных нужд на вводах. В:
А9-х9 630
Номинальный ток обмотки собственных нужд на вводах а10-х9, А 650 Перегрузочный ток обмотки собственных нужд в течение не более 3ч, А 1200
Напряжение КЗ между сетевой обмоткой и обмоткой собственных
Нужд на ответвлении а10-а9, отнесенное к мощности обмотки
Собственных нужд, %, не более. 4
Схема и группа соединения обмоток, 1/1/1/1/1/1/1/1/1 -
0-0-0-0-0-0-0--0
Общие потери, кВт 84
Ток XX, % 1,3
Масса, кг 9900
Трансформатор состоит (см. рис. 5.1,
А) из следующих основных узлов: двухстержневого магнитопровода, обмоток, бака и системы охлаждения.
Магнитопровод шихтован из пластин с прямым стыком в углах. Стяжку стерж-ней производят бандажами из стекло-ленты. Верхнее и нижнее ярма прессуют балками корытного сечения. Нижние балки одновременно являются камерами маслораспределення.
Обозначения вводов обмоток приведены на рис. 5.1, б. Расположение обмоток концентрическое. В первом концентре установлена сетевая обмотка (А-X),-намотанная на изоляционный цилиндр, во втором концентре - блоки вторичных обмоток. На одном стержне магнито-провода расположена группа тяговых обмоток с нечетными номерами (а1-xl; аЗ-хЗ; а5-х5) и обмотка собственных нужд (а9-х9); на втором стержне - группа обмоток с четными номерами (а2-х2; а4-х4; аб-хв) и обмотка питания цепей возбуждения (а7-х7). Тяговые обмотки намотаны на изоляционных цилиндрах; обмотки возбуждения и собственных нужд - поверх тяговых обмоток.
Бак 6 прямоугольной формы заполнен трансформаторным маслом. В его нижней части расположены вентиль 4 для слива и доливки масла, кран 5 для взятия пробы масла, упоры 13 для крепления активной части. На дне бака и торце швеллера расположены пробки 3 и 14 для слива остатков масла. На стенках размещены термометр 11, манометр 10, крюки 9 для подъема трансформатора.
Система охлаждения - масляно-воздушная. Она состоит из восьми радиаторных секций 17, обдуваемых воздухом, и электронасоса 12, который обеспечивает циркуляцию масла через обмотки и радиаторы. На крышке бака установлены скобы 16 для подъема активной части, расширитель 7, предназначенный для компенсаций температурных колебаний уровня масла в баке, вводы обмоток сетевой 8, тяговых 2, возбуждения 1 и собственных нужд 15. На расширителе, смонтирован указатель уровня масла и снликагелевый воздухоосушитель с масляным затвором. Соединение вводов с отводами обмоток и внешним монтажом выполнено демпферами из гибких медных проводников.
Более подробное описание устройства и работы трансформатора приведено в техническом описании и инструкции по эксплуатации на трансформатор, которые прилагаются к каждому электровозу.
Все построенные до 1983 г. для железных дорог Советского Союза грузовые электровозы являются шести- или восьмиосными и имеют две кабины машиниста, причем два электровоза ВЛ80 С могут управляться одним машинистом, т. е. образовывать как бы шестнадцатиосный локомотив. На электровозах ВЛ80 С, выпускавшихся с середины 1983 г., один машинист может управлять тремя секциями (двенадцатью осями). Такое управление возможно также на электровозах постоянного тока ВЛ11. Так как секции электровозов имеют по одной кабине машиниста с выходом из нее только в коридоры кузова, то при сцепке трех секций исключается сквозной проход из конца в конец двенадцатиосного локомотива, что ухудшает условия его обслуживания во время эксплуатации. Для устранения этого недостатка, значительного уменьшения количества электрического оборудования и монтажных материалов, ведущего не только к снижению стоимости электровоза, но и к снижению затрат на его ремонт и содержание, ВЭлНИИ разработал проект двухсекционного двенадцатиосного электровоза переменного тока.
По этому проекту НЭВЗ в мае 1983 г. построил опытный электровоз, получивший обозначение ВЛ85-001. В том же году НЭВЗ построил второй электровоз ВЛ85-002.
Проектированию и постройке электровоза ВЛ85 предшествовало длительное обсуждение специалистами-тяговиками типов новых грузовых электровозов, которые должны строиться в двенадцатой (1986-1990 гг.) и последующих пятилетках. По этому вопросу высказывалось два основных мнения. Одно состояло в том, что для грузового движения необходимо строить только четырехосные секции и из них в зависимости от веса поезда и профиля пути составлять восьми-, двенадцати- и шестнадцатиосные локомотивы, при этом широко применять в эксплуатации изменение числа секций с тем, чтобы при обслуживании поездов различного веса на участке более полно использовать тяговые возможности электровоза. Вторая концепция заключалась в том, что в парке грузовых электровозов должны быть локомотивы, составляемые как из четырех-, так и из шестиосных секций, причем при однотипных тяговых электродвигателях, колесных парах, зубчатых передачах и системах управления тяговыми электродвигателями должна иметься возможность формировать локомотив даже из разных по числу осей секций. Это позволяет получать восьми-, десяти-, двенадцати-, четырнадцати-, шестнадцати- и восемнадцатиосные локомотивы.
Электровоз ВЛ85, состоящий из двух шестиосных секций, явился частичным практическим воплощением второй концепции. Длина этого локомотива по осям автосцепок 45 000 мм, тогда как двенадцатиосный электровоз, составленный из трех секций электровоза ВЛ80 С, имеет длину 49 260 мм, т. е. более чем на 4 м длиннее.
Расположение оборудования на секции электровоза ВЛ85:
1 – блок автоматического управления; 2 – токоприемник; 3 – блок силовых аппаратов; 4 – преобразователь; 5 – аккумуляторная батарея; 6 – тяговый трансформатор; 7 -главный воздушный выключатель; 8 – центробежный выключатель; 9 – сглаживающий реактор; 10 – блок силовых аппаратов; 11 – блок вспомогательного оборудования; 12 – блок пневматического оборудования; 13 – главный воздушный резервуар; 14 – мотор-компрессор.
Кузов каждой секции электровоза ВЛ85 опирается на три двухосные тележки, тяговые и тормозные усилия от которых передаются к кузову с помощью наклонных тяг. Средняя тележка может перемещаться в поперечном направлении по отношению к кузову при прохождении электровозом кривых участков пути. Происходит это за счет изменения длины и положения стержней, через которые часть веса кузова передается на среднюю тележку. Каждая опора средних тележек состоит из двух стержней и цилиндрической пружины. Такая конструкция ходовой части электровоза предварительно была испытана в 1981 г. на макетной шестиосной секции на участке Белореченская - Майкоп Северо-Кавказской железной дороги. По теоретическим расчетам, проведенным ВЭлНИИ, экипаж с осевой формулой 2 0 -2 0 -2 0 лучше экипажа с осевой формулой З 0 -З 0 по фактору износа колес, набегающих на наружный рельс в кривой, и по возникающим боковым силам. Испытания дали благоприятные результаты.
Механическая часть электровоза ВЛ85 спроектирована таким образом, что под кузов электровоза можно подкатить тележку как с опорно-осевым, так и с опорно-рамным подвешиванием электродвигателей.
На каждой секции электровоза установлены тяговый трансформатор ОНДЦЭ-10 000/25-82УХЛ2 и три преобразовательные выпрямительно-инверторные установки ВИП-4000, предназначенные в режиме тяги для преобразования однофазного тока в постоянный с плавным регулированием напряжения, а в режиме рекуперативного торможения-для преобразования постоянного тока в переменный частотой 50 Гц. Трансформатор имеет сетевую обмотку (номинальная мощность 7100 кВ А, напряжение 25 кВ), три группы тяговых обмоток, состоящих из двух секций каждая (номинальный ток 1700 А, напряжение 1260 В), обмотку собственных нужд (напряжение 630, 405, 225 В и номинальный ток 650 А) и обмотку для возбуждения тяговых электродвигателей (номинальный ток 650 А, напряжение 270 В). Охлаждение трансформатора принудительное масляно-воздушное; масса трансформатора 9900 кг.
Каждая выпрямительно-инверторная установка рассчитана на питание двух параллельно соединенных тяговых электродвигателей, расположенных на одной тележке.
Установка ВИП-4000 по схеме подобна установке ВИП1-2200М электровоза ВЛ80 Р, но в ней применены более мощные тиристоры Т353-800 28 класса. Предельный ток вентилей 490 А. Общее количество вентилей в преобразователе 80. Управление преобразователем на электровозы ВЛ85-001 осуществляется с помощью блока БУВИП-113, а на ВЛ85-002-БУВИП-133 на микроэлектронике.
На опытных электровозах ВЛ85 применены такие же колесно-моторные блоки, что и на электровозах ВЛ80 Т, ВЛ80 С, ВЛ80 Р (тяговые электродвигатели НБ-418К6; передаточное число редуктора 4,19; диаметр колесных пар 1250 мм). Сделано это было для ускорения выпуска опытных электровозов, так как намеченные для них новые тяговые электродвигатели НБ-514 еще не были готовы, а вопросы, связанные с изготовлением опорно-рамной подвески, не были решены.
На каждой секции электровоза установлен токоприемник Л-13У1, главный выключатель ВОВ25-4МУХЛ1, контроллер машиниста КМ-87, две последовательно включенные аккумуляторные батареи 21-НК-125, пневматические и электромагнитные контакторы.
На электровозе предусмотрено автоматическое управление движением, обеспечивающее в тяговом режиме разгон с заданным током до заданной скорости с последующим ее поддержанием, а в режиме рекуперативного торможения, предварительное подтормаживание, поддержание заданного тормозного усилия в режиме остановочного торможения и заданной скорости при движении на спусках.
Для привода вспомогательных машин (вентиляторов, компрессоров) и в качестве фазорасщепителей используются трехфазные асинхронные электродвигатели АНЭ-225L4УХЛ2; на каждой секции установлены пять электродвигателей для привода вентиляторов и один для привода компрессора. Эти электродвигатели, изготовленные Владимирским электромоторным заводом, предварительно испытывались в условиях нормальной эксплуатации на электровозах ВЛ80 С. На электровозе применено поперечное расположение силового оборудования и его блочный монтаж. Это позволило лучше использовать пространство высоковольтной камеры и обеспечить удобный доступ к блокам оборудования.
Скорости часового, продолжительного режимов и конструкционная (110 км/ч) первых электровозов ВЛ85 такие же, как у электровозов ВЛ80 Т, ВЛ80 С, ВЛ80 Р, а сила тяги в полтора раза больше, чем у них. Масса электровоза 288 т, т. е. нагрузка от колесных пар на рельсы 24 тс. Электровоз рассчитан на прохождение кривых радиусом 125 м со скоростью 10 км/ч.
Опытные электровозы прошли испытания на кольце НЭВЗ, тягово-энергетические испытания на экспериментальном кольце ВНИИЖТа (электровоз ВЛ85-002), динамические и по воздействию на путь на участке Белореченская - Майкоп Северо-Кавказской железной дороги (электровоз ВЛ85-001). Эксплуатационные испытания электровозы проходили на линии Мариинск - Красноярск - Тайшет, Абакан - Тайшет - Лена и на Северо-Кавказской железной дороге. Государственная комиссия по приемке опытно-конструкторских работ дала заключение, что электровоз ВЛ85 может быть отнесен к.высшей категории качества и рекомендовала НЭВЗу в 1985 г. выпустить установочную партию (пять) электровозов ВЛ85, а с 1986 г. приступить к их серийному производству. Проектированием электровозов руководил заместитель директора ВЭлНИИ В. Я. Свердлов.
В 1985 г. НЭВЗ изготовил установочную партию электровозов ВЛ85. На них были установлены тяговые электродвигатели НБ-514, несколько отличающиеся по конструкции и параметрам от тяговых электродвигателей НБ-418К6, но взаимозаменяемые с ними по установочным размерам. Основными отличиями электродвигателей НБ-514 от НБ-418К6 являются изменения конструкции крепления катушек дополнительных полюсов и применение изоляции класса F с более высокой теплопроводностью и влагостойкостью.
При напряжении выпрямленного тока 980 В, возбуждении 98 % и расходе охлаждающего воздуха 95 м 3 /мин электродвигатель НБ-514 имеет следующие параметры:
Максимальная частота вращения якоря 2040 об/мин, масса электродвигателя 4300 кг.
Повышение мощности нового электродвигателя по сравнению с НБ-418К6 на 6 % получено за счет увеличения тока на 3 % и номинального напряжения на 3 %.
При тяговых электродвигателях НБ-514 электровоз ВЛ85 имеет следующие тяговые параметры.
Электровоз ВЛ85
Вплоть до начала XIX века уголь и руду с шахт и рудников вывозили по чугунным рельсам. Груженые и порожние вагоны передвигались лошадьми. Первыми локомотивами были паровозы. Первый паровоз, двигавшийся по рельсам, был построен англичанином Р. Тревитиком в 1803 году для одного из рельсовых путей в шахте. Вслед за ним построили паровозы и другие изобретатели, но широкого практического применения эти паровозы не получили. Наиболее удачным оказался паровоз Дж Стефенсона, построенный в 1814 году. В 1829 году паровоз Стефенсона «Ракета» победил паровозы других конструкторов на состязании в Ренхилле, целью которых было выбрать наилучшую конструкцию паровоза для железной дороги Ливерпуль – Манчестер. Дж. Стефенсон стал родоначальником железнодорожного транспорта. В XX столетии паровозы строились во многих странах. В России первый паровоз был построен в 1834 году отцом и сыном Е.А. и М.Е. Черепановыми.
Первый электровоз был построен в середине 1890-х годов в США. То был электровоз постоянного тока, получавший энергию от тяговых подстанций.
В СССР первая электрифицированная железнодорожная линия с моторвагонными электропоездами появилась в 1926 году, первые электровозы – в 1933 году.
Со временем электрическая и тепловозная тяга вытеснила паровую почти со всех многочисленных магистралей нашей страны.
Железная дорога получает электроэнергию с крупных электростанций. Трехфазный ток высокого напряжения с них поступает на подстанции и там преобразуется в ток, нужный для тяги.
В первые годы электрификации пригородных участков железных дорог СССР с тяговых подстанций подавался постоянный ток напряжением 1500 В в медный контактный провод, подвешенный над рельсовым путем, а на первых магистральных участках применялся постоянный ток напряжением 3000 В. В 1960-1970-е годы стали на вновь электрифицируемых железных дорогах применять переменный однофазный ток частотой 50 Гц повышенного напряжения (25 кВ). Это дало возможность строить тяговые подстанции не через 20-30 километров, как при постоянном токе, а через 60-70 километров, то есть уменьшить вдвое-втрое их число, а подстанции делать более простыми и дешевыми. Повышенное напряжение позволяет уменьшить сечение контактного провода, требующего много меди. Это удешевляет контактную сеть.
На крыше электровоза укреплены токоприемники – пантографы, которые прижимаются к контактному проводу и передают электрический ток к тяговым двигателям электровоза.
Двигатели расположены под кузовом электровоза на каждой его оси. Первые отечественные электровозы имели 6 осей, размещенных в 2 трехосных тележках, значит, и 6 двигателей. Позднее стали выпускаться электровозы более мощные, с 8 осями в 4 двухосных тележках и с двигателями. Каждый двигатель с помощью системы зубчатых передач вращает «свою» колесную пару и тем самым приводит электровоз в движение. Ток, пройдя через пантограф к тяговым двигателям и совершив в них работу, уходит частью в рельсы, служащие вторым проводом, и затем через отсасывающие провода возвращается на тяговую подстанцию.
Большое достоинство электровоза – экономичность. Во время движения под уклон его двигатели работают как генераторы электрического тока, который поступает обратно в сеть. Такой режим называется рекуперационным (от латинского слова «recuperatio» – «обратное получение») торможением. Коэффициент полезного действия электровоза при этом достигает 88-90 процентов.
Кузов электровоза похож на вагон. На обоих его концах находятся кабины управления. Это позволяет электровозу двигаться в любом направлении – машинист должен лишь перейти из одной кабины в другую. У восьмиосных электровозов два кузова, соединенных друг с другом закрытым переходом. В кузове электровоза размещена электрическая аппаратура – ящики сопротивлений, контакторы, переключатели, а также всякого рода вспомогательные машины – мотор-генераторы, компрессоры, вентиляторы и т п.
Сейчас в России эксплуатируются электровозы переменного однофазного тока (питающее напряжение – 25 кВ и частота – 50 Гц), а также постоянного тока (напряжение – 3 кВ). Это мощные грузовые локомотивы отечественного производства серии ВЛ и чехословацкие пассажирские серии ЧС. Пассажирский электровоз серии ЧС4 мощностью 5100 кВт развивает скорость до 160 километров в час, а электровоз серии ВЛ85 мощностью 10020 кВт – до 110 километров в час.
ВЛ85 – мощнейший в мире локомотив на электротяге. Своему рождению он обязан БАМу. Для ее успешной эксплуатации Байкало-Амурской магистрали потребовался мощный надежный электровоз. Специалисты предложили несколько вариантов новых грузовых электровозов переменного тока.
Вот что пишет Олег Курихин в журнале «Техника – молодежи»:
«Одни предлагали выпускать только четырехосные секции и из них, в зависимости от веса поездов и профиля пути, составлять 8-, 12– и 16-осные локомотивы. На Новочеркасском электровозостроительном заводе освоили производство 2-секционного ВЛ80, к которому было можно прицеплять еще одну-две такие же машины. Вот только не всегда удавалось оптимально сочетать вес состава и локомотива, а иногда из-за избыточной мощности последнего возрастала стоимость перевозок.
По мнению других, помимо этих электровозов, следовало делать и 6-осные секции с двухосными тележками. Тогда, при однотипных тяговых электродвигателях, редукторах и системах управления, можно было бы составлять 8-, 10-, 12-, 14-, 16– и 18-осные машины, приноравливая их к конкретным условиям.
В обоих случаях секции замышлялись однокабинными, хотя некоторые специалисты стояли за 4– и 6-осные двухкабинные. И все же в итоге усилия сосредоточили на 12-осном локомотиве для тяжелых грузовых поездов и дорог с трудным профилем».
Теоретические исследования столь новой для отечественной практики ходовой части электровоза велись в Научно-исследовательском проектно-конструкторском и технологическом институте электровозостроения (ВЭлНИИ) и Ростовском-на-Дону институте инженеров железнодорожного транспорта (РИИЖТ). В результате решили проектировать 12-осный электровоз, у которого каждая из двух секций располагалась на трех 2-осных тележках с индивидуальным электроприводом.
При вождении тяжелых поездов новый локомотив должен был дать экономический эффект более 200 тысяч рублей в год (по курсу 1980 года), что стало основанием для включения будущей машины в официальный «Типаж магистральных электровозов».
Для экспериментальной проверки расчетов на Новочеркасском электровозостроительном заводе изготовили макет локомотива, в августе-сентябре 1981 года испытали его на разных скоростях и участках пути, подтвердив высокие качества ходовой части.
Проектирование электровоза ВЛ85 вел заместитель директора ВЭЛНИИ В.Я. Свердлов. В мае 1983 года построили первый образец, летом – второй. После опытного пробега на 5000 километров ВЛ85-001 предъявили МПС для испытаний, завершившихся вполне успешно.
«Механическую часть ВЛ85 выполнили так, – пишет Курихин, – чтобы кузов устанавливался на двухосные тележки с опорно-осевой, а в перспективе опорно-рамной подвеской тяговых электродвигателей, секции соединили автосцепкой, раму кузова спроектировали с учетом продольного усилия до трехсот тонн. В секциях смонтировали по трансформатору с тремя вторичными обмотками (по числу тележек), нагруженными через собственные преобразователи двумя соединенными параллельно тяговыми электродвигателями. Большое внимание уделили компоновке, вентиляции кузова и тяговых моторов, системе управления, снижению расходов энергии для собственных нужд локомотива».
Впервые в отечественной практике на ВЛ85 установили автоматизированную систему управления (АСУ), построенную на основе микропроцессоров и другой микроэлектроники, позволившую плавно разгонять состав до требуемой скорости с заданным током тяговых электродвигателей. После этого АСУ поддерживала постоянную скорость на ровном пути, а на спусках выполняла электрическое притормаживание. Кроме того, она контролировала рекуперацию, торможение до полной остановки, распределение усилия при двойной тяге. Благодаря ей удалось увеличить разгон на шесть процентов, замедление поезда – на десять процентов. По сравнению с ВЛ80Р расход энергии на новом локомотиве уменьшился больше чем на треть, и почти 1,2 раза возрос ее возврат в контактную сеть при режиме рекуперации. АСУ обеспечила надежную работу локомотива при колебаниях подаваемого напряжения в пределах 19-29 кВ».
А вот некоторые технические данные электровоза ВЛ85. Сцепной вес – 288 тонн. Габариты: длина – 45 метров, ширина – 3,16 метра, высота – 5,19 метра. Усилие тяги в часовом режиме при скорости 49,1 километра в час – 74 тонны.
Сначала оба электровоза испытывали на кольце Новочеркасского завода, потом динамику и воздействие на путь ВЛ85-001 – на Северо-Кавказской дороге, а тягово-энергетические характеристики ВЛ85-002 – на экспериментальном кольце ВНИИЖТ в Щербинке. Затем локомотивы передали для опытной эксплуатации на линии Белореченская – Майкоп, Мариинск – Красноярск – Тайшет, Абакан – Тайшет – Лена. Государственная комиссия отнесла их к высшей категории качества и рекомендовала НЭВЗу в 1985 году выпустить пять таких машин, а со следующего года приступить к их серийному производству.
Уже начиная с третьего локомотива стали применять лучшие тяговые электродвигатели НБ-514 и продолжали модернизацию. К январю 1995 года было выпущено 272 таких электровоза. Они вышли на рельсы Южно-Уральской, Красноярской, Восточно-Сибирской и Байкало-Амурской магистралей.
К сожалению, в последние годы объем перевозок значительно снизился, мощные ВЛ85 нередко работают с изрядной недогрузкой, что существенно удорожает стоимость доставки грузов по железной дороге.
Как это часто бывает, пришлось воспользоваться рекомендациями специалистов, которые в 1970-е годы предлагали производить 6-осные двухкабинные электровозы переменного тока с тремя 2-осными тележками, наиболее подходящими для составов в 4-5 тысяч тонн. МПС заказало такой локомотив, обозначенный ВЛ65. В сочетании с ВЛ80 и ВЛ85 они должны обеспечить нормальный грузооборот на дорогах переменного тока.
