Среди локомотивов электровозы - наиболее мощные,
быстроходные, экономичные и удобные в эксплуатации машины. Именно
поэтому они все шире применяются в нашей стране. Особое место среди них
занимают электровозы переменного тока.
В отличие от работающих на постоянном токе они не нуждаются в
стационарных выпрямительных подстанциях и все оборудование несут на
себе. Питаются такие локомотивы от сети переменного тока высокого
напряжения - 25 кВ, сами понижают его, выпрямляют и подают на тяговые
двигатели.
Создавая принципиально новые образцы электровозов, специалисты
Всесоюзного научно-исследовательского, проектно-конструкторского и
технологического института электровозостроения (ВЭлНИИ) вот уже два
десятилетия постоянно совершенствуют магистральные электровозы
переменного тока серии BJ180.
Сегодня на стальных магистралях страны уже довольно много модификаций
локомотивов этой серии. Мы же рассмотрим лишь несколько конструкций,
ставших как бы этапными при создании электровозов переменного тока.
ВЛ80 К создан в начале шестидесятых годов. Индекс "К"
говорит о том. что выпрямители на нем полупроводниковые, кремниевые,
пришедшие на смену ртутным - игнитронам. Электровоз показал отличные для
своего времени результаты: по тяговым качествам с ним не мог
конкурировать ни один локомотив. Восемь тяговых двигателей,
установленных на этой двухсекционной восьмиосной машине, развивали в
часовом режиме мощность 6320 кВт. Даже на участках со сложным профилем
пути (с затяжными крутыми подъемами, на кривых малого радиуса)
электровоз водил составы весом 5-7 тыс. т со скоростью до 100-1 10 км/ч.
В начале семидесятых годов на железнодорожные магистрали страны вышел
локомотив ВЛ80К - магистральный восьмиосный электровоз переменного тока
с кремниевыми выпрямителями и реостатным торможением. Это означает, что
пневматический тормоз был дополнен более аффективным - электрическим,
роль которого выполняют тяговые двигатели.
Как известно, двигатели постоянного тока обратимы. Если вращать ротор
такого двигателя, он начнет вырабатывать электрический ток, то есть
электродвигатель превратится в генератор. Именно это свойство
используется в режиме реостатного торможения. Механическая энергия с
вращающихся осей колесных
пар передается на валы тяговых двигателей. которые превращают ее в
электрическую, а это, в свою очередь, выделяется в виде тепла на
тормозных резисторах. Говоря другими словами, кинетическая энергия
тормозящего поезда идет на обогрев окружающего пространства.
Естественно, рациональнее было бы использовать эту энергию для других,
более разумных целей. Специально подсчитали. что все электровозы страны
ежегодно потребляют до 45 млрд. кВт-ч электроэнергии. Но цифру эту можно
уменьшить, если электрическую энергию, вырабатываемую при торможении, не
превращать в тепловую, а возвращать (рекуперировать) в контактную
сеть.
Явление рекуперации использовалось и прежде, но лишь на электровозах
постоянного тока. Заставить рекуперировать электровоз переменного тока
труднее, на пути тока вставали выпрямитель и понижающий трансформатор.
Задача эта была решена лишь после того, как создали
выпрямнтельно-инверторный преобразователь. Он позволил превращать
(инвертировать) постоянный ток в переменный и рекуперировать его в
контактную сеть.
Таким образом, при торможении или при движении по спуску двигатели
электровоза переменного тока с рекуперативным торможением вырабатывают
постоянный ток, который преобразуется в переменный, а затем через
трансформатор и контактную сеть поступает с другим электровозам или в
энергосистему.
В 1973 году началось производство локомотивов ВЛ80. Магистральный
восьмиосный электровоз переменного тока с выпрямительно-инверториым
преобразователем и рекуперативным торможением стад самым экономичным из
всех локомотивов серии. Стать таким ему позволила именно рекуперация.
Эксплуатация ВЛ80Р показала его высокую техническую и экономическую
эффективность. Сотня таких машин позволяет нашей стране экономить более
45 млн. кВт-ч электроэнергии а год.
А конструкторская мысль шла дальше.
В 1979 году на базе серийного электровоза ВЛ8Т
построили ВЛ801С. Он способен работать по так называемой системе многих
единим. Внесенные новшества н усовершенствования позволяют. управлять
двумя спаренными локомотивами (четырьмя секциями) из кабины одного
электровоза. Устройство дистанционного телеметрического управлении
обеспечивает согласованный режим работы всех четырех секций.
Производительность труда локомотивных бригад возросла а два раза.
Локомотив ВЛ80С незаменим в тex районах, где нужно водить тяжеловесные
составы по дорогам со сложным профилем. Необходим этот электровоз и на
магистралях с быстровозрастающим потоком грузов.
В I960 году Новочеркасский электровозостроительный
завод приступил к серийному выпуску грузовых магистральных электровозов
переменного тока ВЛ80С. Новому локомотиву присвоен государственный Знак
качества.
Охарактеризованные выше электровозы в качестве тяговых двигателей имеют
машины постоянного тока - наиболее подходящие для локомотивов по своим
механическим характеристикам: при трогании с места они развивают большой
начальный вращающий момент и позволяют плавно изменять скорость. Однако
эти двигатели имеют коллектор н щеточный аппарат, которые быстро
изнашиваются и не допускают больших токовых нагрузок из-за скользящих
контактов; они сложны в изготовлении, дороги в эксплуатации. На
протяжении ряда лет ведутся научные и конструкторские разработки с целью
заменить их более простыми по устройству и надежными в эксплуатации
бесколлекторными двигателями переменного тока. Это стало возможным с
появлением силовых полупроводниковых выпрямителей, преобразующих
переменный ток в пульсирующий постоянный, расщепителей фаз, изменяющих
однофазный ток в трехфазный. и преобразователей частоты, позволяющих
регулировать скорость вращении 6eiyutero магнитного поля в статоре
трехфазного электродвигателя переменного тока.
На базе механической части серийного электровоза ВЛ80 было разработано и
построено несколько локомотивов, где в качестве тяговых двигателей
использованы машины переменного тока.
На ВЛ80А применены наиболее простые по устройству асинхронные
короткозамкнутые электродвигатели, питающиеся от диодно-тиристорных
преобразователей частоты и числа фаз. Это позволило увеличить мощность
электровоза но сравнению с ВЛ80 в 1,4 раза без увеличения его массы.
На ВЛ80Б в качестве тягового двигателя использовали синхронную
неявно-полюсную машину, которая вместе с тиристорным преобразователем
частоты и числа фаз и системой управления образует вентильный двигатель.
В результате мощность возросла в 1.5 раза.
На ВЛ80В системы управления локомотивом и двигателями претерпевает
значительные изменения. Широко применяются интегральные схемы,
позволяющие повысить надежность и улучшить качество регуляторов, снизить
объем и массу аппаратуры. Силовая схема с бесколлекторными вентильными
тяговыми двигателями, питающимися от понижающего трансформатора через
преобразователь частоты и числа фаз. обеспечивает режимы тяги и
электрического торможения.
Тяговые и тормозные характеристики электровоза ВЛ80ВР позволяют водить
тяжеловесные поезда на подъемах и спусках практически без применения
пневматических тормозов и дополнительных ограничителей по скорости
движения.
На последних примерах наглядно видно, как коллектив ВЭлНИИ ведет научное
обеспечение конструкторских разработок по созданию новых мощных
электровозов с бесколлекториыми тяговыми двигателями - серийных
локомотивов будущего.
Магистральный электровоз переменного тока с
кремниевыми выпрямителями ВЛ80К имел только механические
(пневматические) тормоза, которые не могли обеспечить безопасность
движения тяжеловесных поездов на участках пути со сложным профилем н не
позволяли выдерживать оптимальную скорость движения. Поэтому на его базе
был создан электровоз ВЛ80Т с электрическим реостатным торможением, на
котором остались также и пневматические тормоза. Конструкция его по
сравнению с предшественником изменилась незначительно, прежними остались
и тяговые характеристики.
Электровоз, состоящий из двух одинаковых секций, работает по системе
многих единиц. Это означает, что управлять его работой может всего один
машинист. Поэтому возможны следующие режимы: работают обе секции, причем
каждая из них самостоятельно: действии только одна секция.
На электропозе применена опорно-осевая подвеска тяговых двигателей, то
есть одним концом двигатели опираются па ось колесной пары (через
моторноосепыс подшипники), а другим концом с амортизаторами - на раму
тележки. Для передачи вращения с вала двигателя на колесную пару служит
жесткая двусторонняя косозубая передача. Она
состоит из двух шестерен (z=20), насаженных на концы
вала, и двух зубчатых колес (z = 88), напрессованных на удлиненные
ступицы.
Тяговые двигатели расположены на тележке симметрично, навстречу друг
другу (особенность несочлененной двухосной тележки). Буксы имеют
цилиндрические роликовые подшипники. Буксы от рамы тележек нагружаются
через цилиндрические пружины, которые опираются на концы листовых
подбуксовых рессор.
На тележке установлены два тормозных цилиндра, каждый
из них воздействует на острые гребневые колодки через систему рычагов.
Кузов электровоза состоит из двух одинаковых секций обтекаемой формы,
соединенных автосцепкой СА-3. Сообщение осуществляется через переходный
мостик. Каждая секция представляет собой цельнометаллическую
конструкцию, сваренную из прокатных и гнутых профилей и листов
углеродистой стали толщиной 2 мм.
Основной элемент кузова, несущий все виды нагрузок, - рама. Ее боковины
(два параллельно расположенных швеллера) соединены с внешней стороны
стальным листом, по концам - буферными брусьями, в которые вварены
коробки для автосцепки, а в средней части - двумя шквориевыми балками
коробчатого сечения. Для передачи тяговых к тормозных усилий от тележки
на раму кузова в центре балки установлен шкворень. На лобовой стенке
кузова ниже окон расположены буферные сигнальные фонари.
На задней стенке размещены межсекционные электрические соединения и
пневмошланги тормозной системы, розетки для питания тяговых
электродвигателей и вспомогательных машин от
постороннего источника электроэнергия и для заряда аккумуляторной
батареи.
Чтобы лучше использовать сцепной вес электровоза в тяговом режиме, между
кузовом я каждой тележкой у ста иомены противоразгрузочные устройства:
пневматические домкраты. Вертикальные колебания кузове ликвидируются
гидравлическими гасителями, укрепленными между тележкой я кузовом.
Каждый из них представляет собой поршневой телескопический демпфер
одностороннего действия, развивающий усилие сопротивления только на ходе
сжатия.
Колеса электровоза, ведущего тяжеловесый состав, могут проскальзывать
при трогании с места и на крутых подъемах. Чтобы этого на происходило,
под них подается по специальным шлангам с помощью сжатого воздуха песок,
который хранится в песочницах (через люки на крыше электровоза). Засыпка
ведется в пунктах экипировки. Между люками по краю крыши проложены
металлические травы, по которым передвигается обслуживающий персонал.
В кузове второй секции на месте радиостанции расположен санузел, а
вместо блока управления реостатным торможением вмонтирована панель
включения обогрева бака умывальника. В кузове первой секции есть ящики
для инструмента и духовой шкаф с электроплитой для подогрева пиши. В
остальном компоновка секций совпадает. С одной стороны кузова имеется
продольный коридор. Доступ к вспомогательным машинам я аппаратам,
расположенным в машинном помещении, осуществляется через двери и
раздвижные решетчатые шторы, снабженные пневматической и механической
блокировками. Блокировки препятствуют подъему тикоприемников при
открытых дверях и шторах, я та касс открытию их ври поднятом
токоприемнике. В трансформаторном помещении со стороны коридора то-же
есть двери с блокировками, а также круглые застекленные люки для осмотре
электрооборудования.
В трансформаторном отсеке имеются лестница и люк для выхода на крышу,
где расположены прожектор и устройство для подачи звуковых сигналов -
телефон и свисток. На опорных изоляторах установлены токоприемники (пo
одному на каждую секцию) и токоведущая шина. Тут же расположены главный
выключатель, разрядник, проходной изолятор для ввода кабеля в
высоковольтную камеру, дроссели помехоподавления, главные воздушные
резервуары, устройства вентиляции, а также другое оборудование.
В верхней честя высоковольтной камеры, составляющей часть крыши
электровоза, имеются люки для спуска и подъема тяжелого оборудования.
Монтаж и демонтаж упрощаются тем, что все основный агрегаты скомпонованы
в блоки.
В секциях электровоза прорезаны двери в боковых н торцевых стенках
кузова. Вход в кабину из машинного, помещения через двери в поперечной
стенке.
Кабины машиниста в каждой секции электровоза, их оборудование абсолютно
одинаковое. Широкие окна обеспечивают хороший обзор пути. Стекла лобовых
окон с пневматическими стеклоочистителями обогреваются теплым воздухом
от калорифера.
При необходимости машинист н помощник могут смотреть из кабины через
проемы раздвижных боковых окон, перед которыми установлены прозрачные
поворотные предохранительные щитки, отражающие встречный поток воздуха.
При плохих погодных условиях, когда видимость ухудшается настолько, что
нельзя разобрать путевых сигналов, машинист и помощник пользуются
локомотивным светофором. Двусторонний светофор локомотивной сигнализации
установлен между лобовыми окнами и дублирует путевые сигналы. В том
случае, если машинист при запрещающем сигнале не начнет торможение, то
автостоп, связанный с локомотивной сигнализацией, все равно приведет в
действие тормоза и остановит поезд.
Скорость движения электровоза регулируется изменением напряжения,
подводимого к тяговым электродвигателям. Чтобы ограничить тормозную силу
при остановке и поддерживать заранее заданную скорость на спусках, ВЛ80Т
снабжен системой автоматического регулирования тормозной силы.
Для определения и регистрации скорости движения в кабине машинисте
установлен скоростомер. Езо приводит в действие специальный привод,
который крепится на первой буксе с оравой стороны по ходу движения.
В кабине имеется пульт управления локомотивной радиостанцией; она
позволяет машинисту поддерживать постоянную радиосвязь с линейным
диспетчером и машинистами соседних участков. Сама же радиостанция
расположена в конце первой секции электровоза, а ее антенна натянута
между двумя стойками, вынесенными на крышу этой секции.
Перед пультом машиниста и помощника установлены удобные кресла, ниже
расположены отопительные печки, а сод потолком - вентиляторы.
Светильники обычного и зеленого света обеспечивают необходимую для
работы освещенность, на панелях блоков и измерительных приборов есть
дополнительная подсветка.
Стены, пол и потолок тепло-звукоизолированы пенополистиролом. Облицовка
потолка и верхних панелей стен выполнена декоративным бумажно-слоистым
пластиком. Пол и нижние панели стен оклеены поливинилхлоридным
линолеумом.
Чтобы дать более полное представление о ВЛ80Т, добавим несколько слов об
электрическом оборудовании н пневматической системе локомотива.
На электровозе применены шестиполюсные тяговые электродвигатели
(мощность в часовом режиме - 790 кВт, масса - 4320 кг). Для охлаждения
выпрямительных установок, тормозных резисторов тяговых двигателей служат
вентиляторы разных типов. Целая система электродвигателей приводит в
движение основные н вспомогательные компрессоры, главный контроллер,
центральные насосы, которые осуществляют циркуляцию масла для охлаждения
силового трансформатора.
Пневматическая система ВЛ80Т состоит нз питательной я тормозной си-с
тем, системы вспомогательных цепей и пескоподача.
Источник сжатого воздуха на электровозе дев компрессора, создающие
давление в главных резервуарах, автоматически отключающиеся и вновь
запускающиеся при снижении давления.
Для тормозных операций на отрезках тормозной магистрали п обеих секциях
установлены два воздухораспределителя (первый - рабочий, второй -
резервный).
Эксплуатационники по достоинству оценили локомотив, прошедший испытания
на Восточно-Сибирской железной дороге в предельно тяжелых
погодно-климатических условиях. Все лучшее, что есть в нем, нашло
применение и отечественном электровозостроении и было рекомендовано для
применения в странах СЭВ. Новизна и смелость инженерных решений позволял
ВЛ80Т стать самым надежным и наиболее экономичным электровозом своего
времени Гарантийный пробег его доведен до 200 тыс. км.
Конструкторы электровоза н организаторы его производства в 1974 году
были удостоены Государственной премия СССР. К самой машине признание
пришло еще раньше: в 1973 году ВЛ80Т первым из магистральных
электровозов получил государственный Знак качества. На правом борту все
машин, начиная с ВЛ 917, сверкает почетный пятиугольник. ВЛ80Т трудится
на самых ответственных и грузонапряженных железных дорогах нашей страны.
НАРУЖНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ ЭЛЕКТРОВОЗА: крыша, крышки
люков, прожекторы, оборудование и детали пневматической проводки на
крыше - светло-серые; токоприемники, токоведущие шины, звезды на лобовых
частях - красные; боковые и лобовые поверхности кузова от крыши до
нижней части (исключая поручни и дверные ручки) - светло-зеленые;
контрастные полосы на лобовых частях кузова - флюоресцентные
оранжево-красные; водосточные желобки на лобовых частях кузова,
путеочистители - темно-зеленые; трапы и поручни, нижние накладки на
путеочистителях, ходовая часть, колесные центры, тормозные тяги, детали
пневматической проводки, ящики аккумуляторных батарей, трубы и прочее
оборудование под кузовом - черные; бандажи колесных пар с наружной
стороны - белые.
ВНУТРЕННИЕ ПОВЕРХНОСТИ КАБИНЫ МАШИНИСТА: стены, рамы
окон, пневматическое оборудование, трубы, вентиляторы и основания под
них - фисташковые; наличники окон, дверей и другие облицовочные детали -
лакированное дерево: ограждения и подкладки печей - черные; кнопочные
выключатели, панели измерительных приборов на каркасах пультов машиниста
и помощника - цвета слоновой кости; головки кранов машиниста и
вспомогательного тормоза - красные: рукоятки кранов - хромированные;
аппараты локомотивной сигнализации - серые; скоростомер и его основание.
пульт управления радиостанцией, каркасы пультов машиниста и помощника,
лицевая панель контроллера машиниста, панели бланков предупреждений,
кронштейны огнетушителя, каркас сидений, маховик ручного тормоза -
серебристые; потолок, коробка прожектора - белые.
Е.Чернов, Я.Чернов, Н.Чернов (По материалам журнала
МК 08-09/1982)
