Тяжеловозы стальных магистралей.
Электровоз постоянного тока ВЛ10^у.

Оригинальный текст статьи: Моделист-Конструктор №7 за 1987 г.

Предтечей современных мощных и скоростных электровозов - главных труженников железных дорог - по праву считается крохотный городской трамвай начала века. В самом деле, первый советский электровоз с порядковым номером 01, вышедший из ворот московского завода "Динамо" 6 ноября 1932 года, по существу, ничем, кроме кузова, не отличался от популярной "аннушки". Различие заключалось главным образом в мощности двигателей; принцип же действия, электрическая схема и род тока в контактной сети остались прежними. Даже систему подвески тяговых двигателей - одним концом на ось колесной пары, а другим на тележку - так и назвали "трамвайной".

Параллельно с первенцем, носившим марку ВЛ19, велись работы по созданию локомотива на электричекой тяге серии Сс (Сурамский советский). Как и ВЛ19-01, он прошел обкатку на электрифицированном участке Северной железной дороги в ноябре 1932 года, а затем был запущен в производство.

Сурамский имел иные, чем ВЛ19, тяговую характеристику, конструкцию некоторых узлов, а также компоновку электрооборудования и способ монтажа. Строились эти машины в 1934-1938 годах, и отдельные их экземпляры отличались по электрической схеме. Части локомотивов по указанию Наркомата путей сообщения была придана способность работать на напряжении 3000В и 1500В.

В первом полугодии 1938 года заводы "Динамо" и Коломенский машиностроительный модернизировали электровоз Сс и к сентябрю подготовили новый локомотив с более совершенной конструкцией кузова, получивший название ВЛ22-146. С 1940 года на нем появились складные лестницы для выхода на крышу, сблокированные с пантографами. Благодаря удобному расположению оборудования, рациональной схеме тяговых двигателей и цепей управления, агрегатному принципу монтажа аппаратов и новому типу вспомогательных машин этот электровоз считался лучшим среди электрических локомотивов довоенного периода.

В конце 30-х годов отечественная промышленность поставила также железнодорожному транспорту небольшое количество электровозов постоянного тока серий СК и СК^У.

После окончания Великой Отечественной войны было принято решение выпускать грузовые электровозы с осевой формулой 0-3о-0+0-3о-0 со сцепным весом 132 т. В июне 1946 года завод "Динамо" построил первый послевоенный электровоз ВЛ22^м-184, и вскоре Новочеркасский электровозостроительный завод (НЭВЗ) имени С.М. Буденного приступил к его производству.

На ВЛ22^м, в отличие от предшественников, устанавливались вспомогательные машины с модернизированными и унифицированными электродвигателями. Частично были переработаны отдельные узлы кузова, пневматической проводки и ряда электрических аппаратов.

Электровозы ВЛ22^м строились как по схеме , позволяющей производить рекуперативное (с отдачей "сэкономленного" тока в контактную сеть) торможение, так и по более простой схеме - для работы на участках с легким профилем, где применение рекуперативного торможения было нерационально. Часть электровозов этой серии выпустили с передаточным числом, равным 3,34. Они предназначались для обслуживания пассажирских поездов, где требовались более высокие скорости.

Год от года возрастали темпы электрификации железных дорог. В середине 50-х годов на востоке страны началось сооружение мощных тепловых и гидроэлектростанций. Строительство паровозов прекратилось - в 1956 году последний паровоз вышел из цехов Коломенского завода. Стальные магистрали повсеместно переходили на электрическую и тепловозную тягу.

К началу 1959 года СССР вышел на первое место в мире по протяженности электрифицированных линий. Работали они в то время на постоянном токе, что вполне соответствовало мировым стандартам (около 70% всех электрифицированных железных дорог земного шара имело тягу на постоянном токе).

Однако переход к электровозам оказался непростым делом. Для освоения растущих перевозок на грузонапряженных линиях локомотивам ВЛ22^м уже не хватало ни мощности, ни скорости. Предвидя это, специалисты НЭВЗа спроектировали и построили более мощный шестиосный электровоз ВЛ23. А в марте 1953 года завод выпустил первый опытный образец восьмиосного двухсекционного локомотива Н8-001 (поже стао называться ВЛ8), превосходившего по мощности ВЛ22^мна 73%.

По мере освоения восьмиосных машин производство шестиосных сокращалось и в 1957 году было прекращено. До 1968 года ВЛ8 оставался основным грузовым электровозом постоянного тока. Однако этот локомотив имел все же малую расченую скорость и неудовлетворительные динамические характеристики, обусловленные недостатками конструкции механической части - сочлененных тележек с литыми рамами, на которых размещалась автосцепка.

С 1961 года этот локомотив начал вытесняться новой, более совершенной машиной - электровозом серии ВЛ10. В отличие от своего предшественника он имел несочлененные тележки, а тяговые и тормозные усилия передавались через раму кузова, что позволило облегчить рамы тележек - их сделали сварными. Серийный выпуск ВЛ10 начал Тбилисский электровозостроительный завод (ТЭВЗ), а вскоре к их производству подключился и Новочеркасский завод. ТЭВЗ выпускал локомотивы №001-500 и с №1500, а НЭВЗ - с №501.

С 1976 года по заказу Министерства путей сообщения был разработан локомотив серии ВЛ10^у ("у" - утяжеленный). У этой машины нагрузка от каждой оси на рельсы была увеличена с 23 до 25 тс. Основные части ВЛ10 и ВЛ10^у - механическая, электрическая и пневматическая - остались идентичными, если не считать внедряемых в процессе выпуска усовершенствований.

НЭВЗ выпускал электровозы ВЛ10^у, начиная с №001, а ТЭВЗ - с №101. Локомотивы Новочеркасского и Тбилисского заводов этой серии отличаются только декоративным оформлением лобовой части кузова. Механические части ВЛ10^у, а также их модификаций ВЛ80^к и ВЛ80^т, были максимально унифицированы. Варьировались лишь отдельные конструктивные элементы под установку оборудования в кузове и на крыше, а также передаточные числа тяговой зубчатой передачи, поскольку типы применяемых на них тяговых двигателей различны.

Для работы с тяжеловесными грузовыми поездами весом до 10 тыс. . в СКБ ТЭВЗа разработали двухсекционный магистральный электровоз ВЛ11. При необходимости этот тягач можно было формировать из трех или четырех секций. Кузов, экипажная часть, пневматическое оборудование и значительная часть электрооборудования ВЛ11 такие же, как у ВЛ10. Локомотив может работать в тяговом и рекуперативном режимах, использование его позволило намного повысить провозную способность железных дорог и снизить эксплуатационные расходы.

Около четверти века электровозы постоянного тока оставались единственным видом транспорта железных дорог нашей страны на электричекой тяге. Но с ростом мощности и скорости наступил момент, когда привычная "трамвайная" схема стала сдерживать дальнейшее увеличение этих главных параметров локомотивов. Ученые и конструкторы приступили к поиску принципиально новых решений. Результатом явилась более прогрессивная система тяги на однофазном переменном токе промышленной частоты, которая в наше время стала ведущей.

Однако и электровозы постоянного тока не ушли в запас. Так, магистральный электровоз постоянного тока ВЛ10^у - в настоящее время - основной грузовой электровоз страны. Потомок трамвая в процессе многолетнего совершенствования оснащался сложнейшим оборудованием, во много раз увеличилась его мощность, значительно возросли скорость, экономичность, надежность. И на сегодня его параметры вполне удовлетворяют напряженным заданиям пятилетки по перевозке народнохозяйственных грузов.

Механическая часть электровоза ВЛ80^т, идентичная механической части ВЛ10^у, уже была достаточно подробно описана. Чтобы не повторяться, расскажем лишь о характерных особенностях машины, касающихся в основном электрооборудования.

Локомотив предназначен для работы на магистральных железных дорогах с питанием от постоянного тока напряжением 3000 В. Его электрическое оборудование рассчитано на надежную работу при амплитуде в контактной сети от 2200 до 4000 В.

На ВЛ10^у установлено восемь тяговых двигателей ТЛК-2К1, имеющих последовательное возбуждение, опорно-осевое подвешвание, принудительную вентиляцию и мощность при часовом режиме 670 кВт. Вращающий момент от двигателя на колесные пары передается двусторонней одноступенчатой цилиндрической косозубой передачей.

Для регулирования частоты вращения тяговых двигателей предусмотрено три вида их соединения: последовательное, последовательно-параллельное и параллельное. Электрические цепи локомотива получают питание от контактного провода через токосъемники, обеспечивающие надежный токосъем при любых скоростях движения.

Кроме тормозов с пневматическим и ручным управлением, действует система рекуперативного торможения, значительно повышающая безопасность движения поездов и обеспечивающая большую экономию электроэнергии, уменьшение износа бандажей и тормозных колодок. При рекуперативном торможении механическая энергия с вращающихся осей колесных пар передается на валы тяговых двигателей, которые трансформируют ее в электрическую, а та, в свою очередь, возвращается (рекуперируется) в контактную сеть и поступает к другим электровозам или в энергосистему.

Электрическое, пневматическое и другое оборудование размещено в сочлененном двухсекционном кузове с концевым расположением постов управления (кабин машиниста). Секции ВЛ10^у отличаются друг от друга: ту, в которой установлен быстродействующий выключатель силовых цепей, принято считать 1-й, и кабина машиниста этой секции называется кабиной №1.

В средней части каждой секции расположена высоковольтная камера (ВВК) с электроаппаратурой, предохраняемая сетчатым ограждением. Двери камеры имеют блокировки, обеспечивающие их открытие только при опущеном токоприемнике. Электрическая аппаратура, обладающая высокой надежностью, - блочной схемы, что значительно облегчает ее обслуживание и ремонт. Узлы аппаратуры, сильно нагревающиеся во время работы, находятся под принудительным охлаждением. Воздух к ним подается по воздуховоду от центробежного вентилятора. Расположение оборудования внутри кузова обеспечивает свободный проход и доступ для осмотра электрической аппаратуры.

Оборудование, размещенное на крыше, служит для обеспечения нормального токосъема и подачи высокого напряжения с контактного провода к силовой аппаратуре. Различие в его расположении на крышах 1-й и 2-й секций видно из рисунка. Высоковольтные аппараты соединены в электрическую цепь медными шинами, гибкими проводами (шунтами) и установленными на опорных изоляторах стальными шинами-угольниками.

В расположении оборудования на торцевых стенках 1-й и 2-й секций также есть различия. Здесь установлены розетки межсекционных соединений и специальные коробки для монтажа высоковольтных и низковольтных проводов.

Для поддержания в кузове давления выше атмосферного, а это необходимо, чтобы запыленный воздух не проникал через неплотности общивки, предусмотрен выброс в кузов нагнетаемого вентилятором воздуха. При этом избыточное давление внутри локомотива составляет примерно 3 мм вод. ст.

Сжатый воздух используется для питания тормозов, аппаратов цепи управления, блокировки высоковольтной камеры и люка, подачи звуковых сигналов и форсунок песочниц. Тормозное оборудование - типовое для всего локомотивного парка страны.

При ведении тяжеловесных поездов на спуске возможно применение комбинированного торможения: рекуперативного на электровозе и пневматического на составе.

Е. ЧЕРНОВ, П. ЧЕРНОВ

Чертежи и схемы локомотива (выполнены авторами статьи):

Оборудование кабины.

Компоновка электровоза ВЛ10^у.

Тележка.

Вид секции сбоку (левая часть чертежа).

Вид секции сбоку (правая часть чертежа).

Торцевые стенки кузова (правая часть).