Скоростные тепловозы и электровозы

В соответствии с Федеральной целевой программой по разработке конструкции и производству пассажирского подвижного состава нового поколения на предприятиях России ученые и инженеры отрасли совместно с предприятиями транспортного машиностроения в 1996 — 2000 гг. организовали выпуск опытных образцов подвижного состава для скоростного движения.
Создание скоростных локомотивов связано с деятельностью Коломенского тепловозостроительного завода, одного из старейших локомотивостроительных предприятий страны, Новочеркасского электровозостроительного завода (НЭВЗ) и Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения (ВЭлНИИ).
В 1969—1975 гг. на Коломенском заводе разработали и внедрили в серийное производство несколько новых типов мощных дизелей, что позволило приступить к созданию тепловозов нового поколения. В 1973 г. был построен первый опытный тепловоз ТЭП70 мощностью 2940 кВт (1000 л.с.) с конструкционной скоростью 160 км/ч, а в 1975 г. опытный тепловоз ТЭП75 с такой же конструкционной скоростью, но более мощным дизелем - 4410 кВт (6000 л.с.) По технико-экономическим показателям эти тепловозы соответствовали лучшим мировым образцам, а по ряду параметров превзошли их.
В 1987 г. было завершено проектирование, а в 1988—1989 гг. изготовлено два опытных образца нового восьмиосного односекционного пассажирского с электрической передачей переменно-постоянного тока тепловоза мощностью 4410 кВт (6000 л.с.) и конструкционной скоростью 160 км/ч. На тепловозе установлен четырехтактный двадцатицилиндровый дизель Коломенского завода. При увеличении мощности тепловоза в полтора раза по сравнению с тепловозом ТЭП70 сохранен один из основных параметров — нагрузка от колесной пары на рельсы (22,5 тс).
В результате большого объема исследований и конструкторских проработок для нового тепловоза, получившего обозначение ТЭП80, была создана экипажная часть с двумя четырехосными тележками и мягким двухступенчатым рессорным подвешиванием рис. 2.22.

Проведенные испытания подтвердили хорошие динамические показатели воздействия нового локомотива на путь и выявили заложенные в конструкции возможности дальнейшего повышения скорости движения.
Для оценки работы ходовой части при более высоких скоростях движения опытный тепловоз ТЭП80-0002 был оборудован тяговыми редукторами с уменьшенным передаточным числом, что позволило развивать скорость более 250 км/ч. В ноябре—декабре 1992 г. на участке Шлюз—Дорошиха Октябрьской железной дороги ВНИИЖТ и Коломенский завод провели специальные испытания локомотива ТЭП80 с вагоном-лабораторией, при этом увеличили скорость движения до 260 км/ч. При опытных поездках тепловоза на том же участке Шлюз—Дорошиха 5 октября 1993 г. была достигнута скорость 271 км/ч, что явилось рекордом для тепловозов.
Проведенные испытания показали, что экипажная часть тепловоза ТЭП80 может быть использована как базовая конструкция при разработке новых пассажирских локомотивов, в том числе электровозов с конструкционной скоростью 250 км/ч и выше.
За создание пассажирского тепловоза ТЭП80 группе работников Коломенского завода (П.П.Артомову, Б. Н.Морошкину, В.А.Нефедову, А. В. Подопросветову, В.П.Рязанкину, Ю.В.Хлебникову) присуждена Государственная премия Российской Федерации в области науки и техники за 1995 г.
Министерство путей сообщения Российской Федерации заключило с Коломенским заводом договор на создание односекционного восьмиосного пассажирского электровоза мощностью 8000 кВт с максимальной скоростью 200 км/ч для линий, электрифицированных на переменном токе напряжением 25 кВ частотой 50 Гц. Два опытных электровоза ЭП200 построены заводом в 1997 г.
Улучшены торможение, электрическое отопление вагонов поезда, компенсатор реактивной мощности, отделка кабины, в котором локомотивной бригаде созданы комфортные условия труда при температуре наружного воздуха от -50 до +40°С. В кабине размешены пульт оригинальной конструкции с объемными панелями, электронный скоростемер, радиостанция РВ-1М и другие современные приборы управления и контроля. Специальная конструкция лобовой части кузова электропоезда, оборудованная устройствами энергопоглощения, абсолютно безопасна.
Модификацией локомотива ЭП200 является электровоз ЭП201, рассчитанный на максимальную скорость 160 км/ч.
Новым этапом в работе НЭВЗ стало создание в 1971 г. электровозов для государственных железных дорог Финляндии. Локомотив с осевой формулой 2о-2о рассчитан на питание от сети переменного тока напряжением 25 кВ частотой 50 Гц, имеет коллекторные тяговые двигатели с опорно-рамным подвешиванием и карданной силовой передачей рис. 2.23.

Предусмотрены плавное регулирование напряжения на тяговых двигателях и электрическое реостатное торможение.
Электровоз выпущен в двух вариантах: с максимальными скоростями 140 и 160 км/ч. Высокий уровень инженерных решений, принятых при создании электровоза, позволил выиграть заказ на партию этих электровозов в конкурентной борьбе с традиционными поставщиками локомотивов для железных дорог Финляндии — машиностроительными фирмами ФРГ, Швеции и Великобритании. В течение 1973 — 1984 гг. было изготовлено 110 таких локомотивов, которые и сегодня являются основным тяговым средством (86 % общего парка электровозов) на электрифицированных железных дорогах нашего северного соседа.
В связи с произошедшими в начале 1990-х гг. политико-экономическими изменениями, связанными с распадом СССР, возникла насущная задача выпуска пассажирских, в том числе скоростных, электровозов на отечественной производственной базе. Первым этапом решения этой задачи стало создание НЭВЗом грузопассажирского электровоза ВЛ65 на базе одной секции 12-осного электровоза ВЛ85. Новый электровоз, в отличие от секции ВЛ85, имеет две кабины управления, силовой трансформатор с обмоткой питания отопительных устройств вагонов пассажирского поезда, два компрессора, электропневматический тормоз и ряд других усовершенствований. На электровозе применен коллекторный тяговый двигатель мощностью 835 кВт с опорно-осевым подвешиванием. Максимальная скорость — 120 км/ч.
Следующим этапом в развитии пассажирского локомотиво-строения стала организация производства шестиосного электровоза ЭП1. На локомотиве применен коллекторный тяговый двигатель мощностью 800 кВт с опорно-рамным подвешиванием. Максимальная скорость — 140 км/ч.
Новочеркасский электровозостроительный завод освоил серийное производство электровозов ВЛ65 и ЭП10, значительное число которых эксплуатируется на Восточно-Сибирской, Забайкальской и Дальневосточной железных дорогах.
Одновременно с изготовлением пассажирских электровозов с коллекторными тяговыми двигателями велись научно-исследовательские и проектно-конструкторские разработки пассажирских электровозов с бесколлекторными тяговыми двигателями. Результатом стал выпуск локомотива ЭП10 — опытного образца электровоза двойного питания: переменного тока напряжением 25 кВ частотой 50 Гц и постоянного тока напряжением 3 кВ. Максимальная скорость электровоза составляет 160 км/ч.
Электровоз ЭП10 создан совместно со Швейцарским отделением международного концерна «Адтранц». На локомотиве установлены трехфазные асинхронные тяговые двигатели с коротко-замкнутыми роторами и часовой мощностью 1200 кВт, получающие питание от выполненных на СТО- тиристорах статических преобразователей частоты и числа фаз.
Характеристики перспективных скоростных пассажирских электровозов приведены в таблице

Технические решения, которые использованы при создании этих электровозов, аналогичны принятым на электровозе ЭШО. Новые электровозы будут иметь асинхронный тяговый привод. Предполагается, в качестве силовых приборов в статических преобразователях применить IGBT-транзисторы или IGCT-тиристоры. Значительно меньшие, чем в традиционных преобразователях, потери энергии в этих приборах позволят отказаться от использования жидкостно-воздушно го охлаждения и применить испарительное — с термосифонами или тепловыми трубами. Тележки четырехосных электровозов и узлы связи их с кузовом аналогичны конструкциям крайних тележек и узлов связи шестиосных электровозов.
Все перспективные электровозы будут иметь унифицированные системы управления, кабины и пульты машинистов, а также устройства отображения информации. Предусмотрена возможность выпуска перспективных электровозов нескольких модификаций, отличающихся передаточным отношением редуктора тягового двигателя.
В настоящее время ОАО «Коломенский завод» по заданию МПС России работает над созданием новых пассажирских тепловозов и электровозов. Предусматривается постройка:
- электровозов ЭП100 и ЭП101 постоянного тока мощностью 9600 кВт с конструкционной скоростью 200 (160) км/ч;
- электровозов ЭП250 мощностью 9600 кВт с конструкционной скоростью 250 км/ч.
Наряду с постройкой серийных пассажирских тепловозов ТЭП70 завод работает над их модификацией ТЭП70А. Локомотивы будут оборудованы устройствами для централизованного энергоснабжения вагонов поезда, микропроцессорной системой управления и диагностики; в конструкции будут применены и другие прогрессивные инженерные решения. Завод приступил к созданию пассажирского тепловоза ТЭП200 мощностью 3380 кВт (4600 л. с.) с конструкционной скоростью 120—160 км/ч, электрической передачей переменного тока и асинхронными тяговыми двигателями.
В настоящее время проходит эксплуатационные испытания новый скоростной электропоезд «Сокол 250»), созданный в конструкторском бюро «Рубин» Санкт-Петербурга.

В научных исследованиях по созданию отечественных скоростных и высокоскоростных поездов использовался опыт зарубежных разработчиков скоростного транспорта. Основными странами, в которых широко развито высокоскоростное движение, являются Франция, Япония, Германия, Италия, Испания.

В этих странах достигнуты рекордные скорости движения на рельсовых дорогах.