Конструкция

Электровоз ВЛ80^Т

Электровоз состоит из механической части, электрического и пневматического оборудования. Особенности конструкции определяются его мощностью, максимальной скоростью и другими условиями эксплуатации, для которых проектируется электровоз^[3].

Механическую часть электровоза составляют: кузов, тележки, рессорное подвешивание, тормозная рычажная передача^[3].

Тележка включает в себя раму, колёсные пары, тяговые двигатели, буксы и элементы тяговой передачи — редукторы.

Кузов электровоза (секции электровоза) опирается через опоры на двух- или трёхосные тележки. Под каждой секцией электровоза тележек может быть две двух- или трёхосных или три двухосных (ВЛ85, ЭП1). Тележки через систему рессорного подвешивания и буксы опираются на колёсные пары. Тележки оборудуются тормозной рычажной передачей (если тормоза не дисковые) и тормозными цилиндрами^[3].

Двигатели, приводящие электровоз в движение, называют тяговыми электродвигателями (ТЭД). Тяговые двигатели могут работать также и в режиме генератора. Это свойство используется для электрического торможения. Если электроэнергия, вырабатываемая при вращении ТЭД, гасится на тормозных реостатах, это называется реостатным торможением. Если электроэнергия возвращается в контактную сеть, то такое торможение называется рекуперативным.

Электровоз ЧС4т

Пульт управления электровоза ЧС7

Колёсные пары приводятся во вращение тяговыми двигателями через тяговую передачу^[3]. Тяговая передача состоит из: одной или двух шестерней, напрессованных на вал тягового двигателя, одного или двух зубчатых колёс, напрессованных на колёсную пару (на ось или же на специальный прилив в подступичной части колёсного центра). На некоторых сериях электровозов (например, ЧС2, ЧС4, ЭП1) в тяговую передачу также входит карданный привод. Имеются варианты исполнения тяговой передачи: с односторонним расположением прямозубой тяговой передачи и карданным валом (ЧС4), с односторонним расположением шевронной тяговой передачи и карданным валом (ЭП1), с двусторонним расположением косозубой тяговой передачи (ВЛ80). На всех эксплуатирующихся в России электровозах применяется индивидуальный тяговый привод, при котором каждая колёсная пара вращается своим ТЭД. Характеристики опытного электровоза с групповым приводом — моноприводом, — построенного в СССР (ВЛ83), оказались хуже характеристик электровозов с индивидуальным приводом, что и обусловило отказ от схемы с моноприводом^[7].

В кузове электровоза размещаются: кабины машиниста, коммутационное оборудование, вспомогательные электрические машины, компрессор и пневматическое оборудование. Всё оборудование электровоза, находящееся под напряжением, опасным для жизни человека, размещается в высоковольтной камере (ВВК) или в закрытых шкафах. Для предотвращения доступа человека в ВВК или шкафы предусмотрена система электромагнитных или пневматических блокировок.

Коммутационное оборудование электровоза состоит из индивидуальных и групповых контакторов, служащих для выполнения переключений в силовой цепи электровоза и цепях вспомогательных машин.

Для обеспечения токосъёма с контактной сети используются токоприёмники, устанавливаемые на крыше электровоза^[3].

Машинное отделение ЧС4

Машинное отделение ДЭ1

Регулирование мощности и скорости движения (и тягового усилия) электровоза производится путём изменения напряжения на якоре и коэффициента возбуждения на коллекторных ТЭД или изменением частоты и напряжения питающего тока на асинхронных ТЭД. Регулирование напряжения выполняется несколькими способами. На электровозах постоянного тока — путём переключения групп тяговых двигателей с последовательного соединения (все ТЭД электровоза соединяются последовательно, напряжение на один ТЭД восьмиосного электровоза — 375 В при напряжении в контактной сети 3 кВ) на последовательно-параллельное (2 группы по 4 ТЭД, соединённых последовательно, напряжение на один ТЭД — 750 В), на параллельное (4 группы по 2 ТЭД, соединённых последовательно, напряжение на один ТЭД — 1500 В), при этом для получения промежуточных значений напряжения на ТЭД в цепь включаются группы реостатов, что позволяет получить ступени регулирования в 40—60 В. На электровозах переменного тока — путём переключения выводов вторичной обмотки трансформатора (электровозы ВЛ60, ВЛ80 (кроме ВЛ80^р)), путём переключения выводов первичной обмотки трансформатора (электровозы ЧС4, ЧС4Т, ЧС8), путём плавного регулирования напряжения с помощью ВИП (выпрямительно-инверторного преобразователя) (электровозы ВЛ80^р, ВЛ85, ВЛ65, ЭП1, 2ЭС5К).

Электровоз с вагонами соединяется при помощи автосцепного устройства или винтовой упряжью, в зависимости от региона где он эксплуатируется^[8][9]. На электровозах с сочленёнными тележками (ВЛ8) автосцепка размещается на крайних поперечных балках тележек. На электровозах, имеющих несочленённые тележки, автосцепка устанавливается в раме кузова.

История электровоза[править | править исходный текст]

Электровоз Сименса

Попытки использовать электрическую энергию для механической работы предпринимались с начала XIX века. Опыты Б. С. Якоби, проведённые в 1834 году с собранным им электродвигателем, оснащённым вращающимся якорем, имели важное значение для создания автономных видов электрической тяги. Одновременно в США, Германии, Франции проводились опыты по перемещению макетов экипажей с помощью электрических двигателей. В 1838 году Р. Дэвидсон совершил опытные поездки с двухосной тележкой массой 5 тонн на участке железной дороги Глазго — Эдинбург. В 1845 году профессор Паж выдвигает предложение по созданию электрической железной дороги длиной 7,5 км на участке Вашингтон — Бладенсбург. При первых поездках опытный электровоз достиг скорости 30 км/ч.

В 1879 году на Германской промышленной выставке демонстрировался электровоз мощностью 3 л. с., созданный немецким инженером Вернером фон Сименсом. Локомотив использовался для катания посетителей по территории выставки. Скорость составляла 6,5 км/ч, локомотив питался от третьего рельса постоянным током напряжением 160 В^[10].

В декабре 1879 года Вильям Хаммер начал работать помощником в лаборатории Томаса Эдисона и участвовал в экспериментах по созданию электровоза.

Локомотив «Ампер», 1883

Важный вклад в создание электровоза внёс американский изобретатель Лео Дафт (Leo Daft)^[11]. В 1883 году он построил свой первый электровоз «Ампер» (Ampère). Эта машина имела массу в две тонны и могла тянуть десять тонн с максимальной скоростью 9 миль в час (16,7 км/ч), а мощность составляла 25 л. с. — значительный прогресс по сравнению с самым первым электровозом Сименса. После «Ампера» Дафт построил локомотивы «Вольта» (Volta) и «Пачинотти» (Pacinotti). Позднее Дафт занялся электрификацией трёхмильного участка балтиморской конки, однако данный опыт к успеху не привёл, так как система с питанием от третьего рельса оказалась слишком опасной для условий города и очень капризной в эксплуатации.

Тем не менее электрическая тяга оказалась очень эффективной, и уже к 1900 году во многих странах появляются электрические локомотивы, пассажирские вагоны с тяговыми двигателями (прототип электропоездов) и трамваи.

В октябре 1903 года поезд, в составе которого был моторный вагон производства компании Сименс, развил скорость 210 км/ч на участке между Мариенфельде и Цоссеном в районе Берлина.

Узкоколейный электровоз ведёт поезд в горной местности. Германия, 1931 год

Первой в мире была электрифицирована железная дорога Балтимор — Огайо протяжённостью 115 км. На ней электроэнергия подводилась к электровозу по третьему рельсу. Напряжение постоянного тока в третьем рельсе было 650 В. Во Франции и Англии в 20-х годах XX столетия электрифицировали дороги на постоянном токе напряжением 1200 и 1500 В. (Франция впоследствии перешла на напряжение 3000 В.)

История электровоза в России[править | править исходный текст]

Электровоз Cc

Нехватка в СССР паровозного парка в 1920-е годы, электрификация страны по плану ГОЭЛРО и наличие в стране трудных по профилю участков заставили всерьёз заняться проектированием и строительством электровозов. Первым участком, электрифицированным в СССР, был Баку — Сабунчи, но там электрификация строилась под пригородное движение^[12]. Вторым участком стал Сурамский перевал (Хашури — Зестафони). Этот участок Поти-Тифлисской железной дороги был построен в 1872 году, имел первоначально подъёмы до 46 ‰ (то есть на километр пути приходилось 46 метров подъёма), в 1890 году были проведены работы по смягчению профиля участка до 29 ‰.

Работы по электрификации Сурамского перевального участка были начаты в 1928 году, тогда же НКПС начал искать возможность размещения заказа на электровозы для этого участка. Были получены предложения от 6 иностранных фирм. НКПС свой выбор остановил на предложениях Дженерал Электрик (США) и Tecnomasio Italiano-Brown-Boweri (Италия). С этими фирмами и был заключён контракт на поставку электровозов. Дженерал Электрик должна была поставить 8 электровозов, из них 2 с установленными ТЭД, а на 6 других ТЭД производства московского завода «Динамо» должны были установить уже в СССР. Итальянской фирме было заказано 7 электровозов.

В 1932 году построенные в США электровозы прибыли в депо Хашури, где получили обозначение серии С10. 2 августа 1932 года прошла первая обкатка магистрального электровоза на участке Хашури — Лихи. 16 августа 1932 года состоялось торжественное открытие электрифицированного участка — пассажирский поезд провёл электровоз С10-03. После этого была начата штатная эксплуатация электровозов с поездами.

В 1929 году на заводе «Динамо» и Коломенском заводе началась подготовка производства электрического оборудования и механической части электровозов. К 1 мая 1932 года завод «Динамо» выпустил два первых тяговых электродвигателя ДПЭ3-340 (Динамо, Постоянного тока, Электровозный, 340 — мощность часового режима в кВт). В августе 1932 года с Коломенского завода поступила механическая часть электровоза. Собранный электровоз получил серию Сс (Сурамский Советский) и был обкатан в ноябре 1932 года на Северных железных дорогах.

Электровоз ВЛ19

С 15 марта 1932 года начато рабочее проектирование электровоза постоянного тока, впоследствии получившего серию ВЛ19. 6 ноября 1932 года первый отечественный электровоз был выпущен и также поступил для испытаний на Сурамский участок. Электровоз серии ВЛ22 начали проектировать в первой половине 1938 года, а уже в сентябре 1938 года первый электровоз этой модели был выпущен. Великая Отечественная война прервала выпуск электровозов, но уже в июне 1944 года завод «Динамо» начал сборку последнего своего электровоза ВЛ22-184. После этого электровозы начал строить Новочеркасский электровозостроительный завод, созданный на месте разрушенного в годы войны паровозостроительного завода. Первый новочеркасский электровоз — ВЛ22-185 — был выпущен в июне 1946 года.

В марте 1953 года был выпущен первый спроектированный НЭВЗом электровоз — Н8 (Новочеркасский восьмиосный). С января 1963 года данная серия получает обозначение ВЛ8 (буквы ВЛ в названии всех серий электровозов — от инициалов Ленина). Всего было выпущено 1715 ед. электровозов этой модели. Эта модель стала первой по-настоящему массовой.

Электровоз постоянного тока ВЛ10

В 1954 году НЭВЗ изготавливает по своему проекту два опытных электровоза переменного тока, первоначально получивших обозначение НО (Новочеркасский Однофазный), — с января 1963 года название этой модели было заменено на ВЛ61. Электровозы, которых было построено в 1954—1958 годах 12 ед., поступают для эксплуатации на участок Ожерелье — Павелец Московско-Курско-Донбасской железной дороги, работы по электрификации которого на переменном токе были проведены в 1955—1956 годах.

На XX съезде КПСС было принято решение о начале массового внедрения на советских железных дорогах тепловозной и электровозной видов тяги, а также о прекращении строительства паровозов. В том же году крупнейшие в СССР паровозостроительные заводы, Коломенский и Ворошиловградский, выпустили свои последние паровозы — пассажирский П36-251 и грузовой ЛВ-522 соответственно. Вместо них указанные заводы перешли на выпуск тепловозов ТЭ3^[13].

Однако дефицит электровозов продолжал ощущаться. В связи с этим на 1956 год, наряду с приобретением тепловозов в Австрии, было запланировано приобретение в Чехословакии двух магистральных электровозов (фактически они были поставлены в 1957 году)^[14].

Постановлением Совета министров СССР № 1106 от 3 октября 1958 года на сети железных дорог СССР было начата электрификация на переменном токе. За 1959—1960 год новая система была введена на линиях протяжённостью 1220 км^[15].

В начале 1959 года прошёл внеочередной XXI съезд КПСС. Решениями съезда было намечено проведение коренной технической реконструкции железнодорожного транспорта путём замены паровозов экономичными локомотивами — электровозами и тепловозами^[3]. В этой связи в СССР были интенсифицированы разработки новых моделей электровозов, увеличивались производственные мощности для их серийного выпуска.

В 1961 году Тбилисский электровозостроительный завод (ТЭВЗ) выпустил первый электровоз Т8 по своему проекту. По доработанному в результате испытаний проекту в 1962 году завод изготовил второй электровоз этой модели. В 1963 году электровозы получают новое обозначение — ВЛ10. Электровозы ВЛ10 строились в Новочеркасске (1969—1976) и Тбилиси (1961—1977), — всего выпущено 1799 электровозов. Механическую часть для первых 20 ВЛ10, собиравшихся в Тбилиси, изготовил Луганский завод, а для всех других ВЛ10 изготавливал НЭВЗ.

Электровозы железных дорог СССР и России[править | править исходный текст]

Электровоз ВЛ60^п_к

Пассажирский электровоз Škoda ЧС2

Электровоз ВЛ-23

В СССР массово выпускались грузовые электровозы:

• постоянного тока (3 кВ): ВЛ19, ВЛ22, ВЛ22^м, ВЛ23, ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11, ВЛ15;
• переменного тока (25 кВ): ВЛ60, ВЛ80^к, ВЛ80^т, ВЛ80^р, ВЛ80^с, ВЛ85;
• двойного питания (3/25 кВ): ВЛ82, ВЛ82^м.

Кроме того, в СССР импортировались пассажирские электровозы из Чехословакии:

• постоянного тока: ЧС1 (102 штуки, годы выпуска 1957—1960), ЧС2 (944 шт., 1963—1973), ЧС2^м (2 шт., 1965), ЧС2^т (119 шт., 1972—1976), ЧС3 (87 шт., 1961), ЧС200 (12 шт., 1974—1979), ЧС6 (30 шт., 1979—1981), ЧС7 (291 шт., 1981—2000)
• переменного тока: ЧС4 (230 штук, годы выпуска 1965—1972), ЧС4^т (510 шт., 1971—1986), ЧС8 (82 шт., 1983—1989);

Из Франции:

• переменного тока: Ф (50 шт., годы выпуска 1959—1960);

И из Германии:

• переменного тока: К (20 шт., годы выпуска 1959—1961, эксплуатировались в депо Батайск Северо-Кавказской ЖД до 1976 г.)

В настоящее время в России серийно выпускаются грузовые и пассажирские электровозы как постоянного (пассажирские ЭП2К; грузовые 2ЭС4К, 2ЭС6), так и переменного тока: пассажирские ЭП1М, ЭП1П; грузовые 2ЭС5К, 3ЭС5К, Э5К. Выпущена партия двухсистемных пассажирских электровозов ЭП10 (12 единиц). Официальные результаты опытной эксплуатации ЭП10 не опубликованы, однако существует ряд негативных мнений в СМИ^[16][17][18]. Кроме большого ряда недоработок, свойственного для опытных электровозов, причиной частой отставки от эксплуатации послужили выходы из строя тяговых электродвигателей.

Ведутся работы над двумя проектами локомотивов в рамках программы создания электровозов нового поколения (двухсистемный пассажирский ЭП20 и магистральный грузовой переменного тока 2ЭС5).

Список всех серийных электровозов:

ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11, ВЛ15, ВЛ19, ВЛ22, ВЛ23, ВЛ60, ВЛ80, ВЛ82, ВЛ85, ВЛ65, ЭП1, ЭП2К, ЭП10, Э5К, 2ЭС4К, 2ЭС5К, 2ЭС6, ЧС1, ЧС2, ЧС3, ЧС4, ЧС6, ЧС7, ЧС8, ЧС200.

Список опытных и малосерийных электровозов:

ВЛ12, ВЛ40, ВЛ61, ВЛ62, ВЛ81, ВЛ83, ВЛ84, ЧС5, KZ4A, ЭП200.

Электровозы узкой колеи[править | править исходный текст]

В СССР также выпускались и эксплуатировались электровозы, предназначенные для эксплуатации на железных дорогах узкой колеи.

Для работы на электрифицированных УЖД были разработаны и выпускались электровозы узкой колеи. Основным производителем таких электровозов был Днепропетровский электровозостроительный завод, для торфяной промышленности электровозы и электротепловозы выпускал Демиховский завод в г.Орехово-Зуево, некоторое количество электровозов для УЖД было приобретено за рубежом, в частности в Чехословакии.

Хронологически производство и эксплуатацию электровозов для узкой колеи в СССР можно разделить на два периода: довоенный и послевоенный. Довоенный период был связан в основном с импортом узкоколейных электровозов (заводов Балдвин, AEG, Маффей-Шварцкопф) и созданием опытных образцов в СССР (завод «Динамо»). Послевоенный связан с началом массового серийного производства таких локомотивов (К-10, К-14, П-КО-1, ЭТу-4, ЭКоу-4, ЭД-16, ЭД-18, ЭЛ-1, ЭЛ-2I0-КП, II-КП-2А/2Б, II-КП-3А, ТЭУ-1, ПЭУ1, ПЭУ2, ЧС11).