Парад новой техники
Недавно в Научно-испытательном центре Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ) в Щербинке прошла выставка новейшей продукции машиностроительного комплекса нашей страны. Здесь были представлены современные тяговый подвижной состав и вагоны, узлы, оборудование и технологии, созданные на предприятиях России для железнодорожного транспорта. Выставку посетили президент РФ В.В. Путин, руководители Министерства транспорта, ОАО «Российские железные дороги», других организаций и предприятий.
В публикуемой ниже подборке материалов рассказывается о новом тяговом подвижном составе, показанном в Щербинке, тенденциях развития и принципах обновления локомотивного парка в ближайшие годы.
Программа поставок железным дорогам новых локомотивов на 2004 — 2010 гг., созданная в Департаменте локомотивного хозяйства ОАО «Российские железные дороги», предусматривает разработку и освоение выпуска тягового подвижного состава с коллекторными тяговыми электродвигателями и постепенный переход (по мере появления надежных статических преобразователей) на производство локомотивов с асинхронным тяговым приводом.
В основу стратегии обновления парка электровозов, тепловозов, моторвагонных поездов положена новая модель организации эксплуатации железных дорог с существенным повышением эффективности использования подвижного состава, производительности труда, снижением эксплуатационных расходов и себестоимости перевозок. Локомотивы нового поколения должны удовлетворять современным эксплуатационным требованиям. Основные технические показатели перспективного подвижного состава приведены в таблице.
Анализ возможностей снижения эксплуатационных расходов (включая расходы на ремонт) за счет внедрения новых технических решений в процессе изготовления подвижного состава показывает, что это направление весьма перспективно. Его используют в Западной Европе, США, Японии. Прежде всего, необходимо рассмотреть экономическую целесообразность снижения расходов в
сфере ремонта и технического содержания подвижного состава.
Сфера эксплуатации локомотивов потребляет средства, которые могут быть оценены за период жизненного цикла подвижного состава, как в абсолютном измерении, так и по отношению к его покупной стоимости (цене). Это соотношение сейчас составляет 12 — 15, если не учитывать неплановые затраты на устранение внезапных отказов, аварийных состояний, крушений и т.д. Таким образом, указанное соотношение учитывает только режим нормальной эксплуатации.
С современной точки зрения на систему эксплуатации технических средств, как у нас, так и в Западной Европе, а в особенности в США и Японии, такое соотношение уже не является целесообразным. Общая тенденция развития подвижного состава заключается в том, чтобы на этапе проектирования и изготовления локомотивов использовать такие технические и эргономические решения, которые позволили бы в несколько раз снизить затраты на ремонт и техническое содержание.
Такие решения в обобщенном виде сводятся к следующим направлениям в разработках:
- исключение узлов трения;
Ф в случае невозможности исключить узел трения качения или скольжения (контакт «колесо-рельс», буксовые подшипники, якорные подшипники и т.д.), должны быть приняты меры по существенному увеличению ресурса, по крайней мере, на период между текущими ремонтами ТР-3 или капитальными ремонтами;
переход на бесконтактные системы управления, который может быть разделен на два направления: исключение релейно-контактной аппаратуры в системе управления с рабочими напряжениями 50 — 1 10 В; отказ от силовых и высоковольтных контакторных элементов благодаря применению силовых полупроводниковых преобразователей в сочетании с совершенствованием тягового привода.
В этом аспекте наиболее важны развитие тяговых электроприводов, микропроцессорных систем управления и их экономическая оценка для перспективного подвижного состава. При создании новых локомотивов должны быть применены следующие технические решения:
- модульная компоновка оборудования;
- тяговый привод с поосным регулированием силы тяги;
- тяговый коллекторный электродвигатель (с питанием обмотки от статического преобразователя и микропроцессорной системой управления);
- асинхронный тяговый электродвигатель с питанием от тягового статического преобразователя (на втором этапе внедрения);
- тяговый преобразователь на ЮВТ-модулях;
- статический преобразователь собственных нужд на IGBT-модулях;
- микропроцессорное устройство управления и диагностики (МПСУиД), построенное в соответствии с европейским стандартом IEC 61 375 и постановлением UIC 556, включающее функции управления, диагностики, безопасности, автоведения;
- модуль силовых резисторов шахтного типа со встроенной системой охлаждения для коллекторных электровозов;
- модульные блоки силового электрического и пневматического тормозного оборудования;
- винтовой тормозной компрессор;
- колесно-моторные блоки с моторно-осевыми подшипниками качения для грузовых магистральных и маневровых локомотивов;
- кузов и тележки с максимальной унификацией по основным несущим элементам конструкции.
Перечисленные выше концепции и подходы к созданию новых отечественных локомотивов можно про-
иллюстрировать на примере созданных и находящихся в разработке грузового тепловоза 2ТЭ25К (2ТЭ25А) «Пересвет», грузового электровоза переменного тока 2ЭС5К «Ермак» и маневровых тепловозов ТЭМ21.
Опытный образец магистрального грузового тепловоза 2ТЭ25К «Пересвет» с электрической передачей переменно-постоянного тока изготовлен в июле 2005 г. на ОАО «Брянский машиностроительный завод». Новый локомотив обладает следующими преимуществами:
- применение нового 12-цилиндрового дизель-агрегата с увеличенной цилиндровой мощностью, сниженным удельным расходом топлива и масла, увеличенными межремонтными пробегами;
- повышение тяговых (на 20 %) и противобоксовочных свойств за счет внедрения микропроцессорной сис-
темы и управляемого выпрямительного модуля;
- исключение релейно-контактной аппаратуры благодаря микропроцессорной системе;
- разветвленная система диагностики электрического и механического оборудования;
- модульное исполнение и компоновка оборудования тепловоза;
- комплекс воздухоподготовки пневматической системы с винтовым компрессором и системой осушки воздуха;
- унифицированный комплекс тормозного оборудования с краном дистанционного управления;
модульное охлаждающее устройство с системой автоматизированного слива и подогрева охлаждающей жидкости в термоизолированные емкости (сохранение рабочей температуры теплоносителей в течение 5 ч при температуре минус 20 °С);
- кабина управления с обеспечением действующих требований безопасности, санитарных и эргономических норм;
тележка с двухступенчатым рессорным подвешиванием, элементами радиальной установки колесных пар, моторно-осевыми подшипниками качения, обеспечивающая ресурс бандажей и необслуживаемый пробег подшипниковых узлов 1 млн. км;
система электрического реостатного торможения с принудительным обдувом;
снижение суммарных удельных затрат на ремонт на 27 % по сравнению с тепловозами эксплуатируемых серий.
В 2004 г. разработаны, согласованы в установленном порядке технические задания на тепловоз 2ТЭ25А с передачей переменного тока и асинхронными тяговыми двигателями. Определено основное комплектующее оборудование (дизель, тяговый агрегат, асинхронный тяговый двигатель, статический преобразователь частоты для вспомогатель-
ных электроприводов, модуль охлаждающего устройства дизеля, модульная компрессорная установка, модуль охлаждения электрооборудования).
Локомотив может быть создан на базе тепловоза с коллекторными двигателями 2ТЭ25К путем установки модулей тяговых преобразователей, переоборудования аппаратного отсека, применения высокоэффективных осевых вентиляторов охлаждения электрооборудования, а также внедрения колесно-моторных блоков с асинхронными тяговыми двигателями на моторно-осевых подшипниках качения.
Проведены патентные исследования. Выполнен технический проект на тепловоз с разработкой общего вида и основного комплектующего оборудования. В декабре этого года завершается выпуск рабочей конструкторской документации на локомотив. Постройка опытного образца тепловоза 2ТЭ25А планируется в IV квартале 2006 г.
В декабре прошлого года специалистами ООО «ПК НЭВЗ» выпущен новый электровоз 2ЭС5К «Ермак». Грузовой двухсекционный локомотив предназначен для вождения поездов на электрифицированных участках напряжением 25 кВ переменного тока, имеет опорно-осевое подвешивание коллекторных тяговых двигателей. Электровозами 2ЭС5К будут заменять отслужившие свой срок локомотивы серий ВЛ80К, ВЛ80Т и ВЛ80С. В отличие от этих электровозов «Ермак» оборудован:
системой плавного регулирования напряжения тяговых двигателей; рекуперативным торможением; регулируемым охлаждением тяговых электрических машин;
микропроцессорной системой управления;
автоматической системой пожаротушения;
новыми системами безопасности КЛУБ-У, САУТ-ЦМ/485, ТСКБМ;
соответствующей современным санитарно-гигиеническим требованиям и требованиям эргономики новой кабиной управления с современными пультом управления, системами отопления и кондиционирования воздуха и высокопрочными стеклами.
В настоящее время электровоз 2ЭС5К проходит всесторонние испытания.
Создание новых маневровых тепловозов определяется необходимостью обновления парка тягового подвижного состава, основу которого сегодня составляют локомотивы ЧМЭЗ и ТЭМ2. Предусматривается выпуск двух модификаций маневровых тепловозов — мощностью 800... 1000 кВт (ТЭМ10) и 1500 кВт (ТЭМ15).
На маневровых локомотивах будут установлены современные 4-тактные дизели с удельным эффективным расходом топлива в диапазоне мощностей (0,6... 1,0)Ne не более 197,2 г/кВт (145,0 г/л.с ч) и электрические передачи мощности переменно-постоянного или переменного тока. Коэффициент полезного использования мощности дизеля на тягу в диапазоне скоростей движения от расчетной до конструкционной должен быть не менее 0,8.
Тепловозы будут иметь несущую главную раму с кузовом капотного или вагонного типа, трехосные те-
лежки с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей, моторно-осевыми подшипниками качения, колесами диаметром 1050 мм. Назначенный срок службы основных узлов экипажной части локомотива (рамы и кузова) до списания — 40 лет, а до капитального ремонта — 20 лет.
Проект тепловоза ТЭМ10 с передачей переменного тока решен в конструкции построенного на Брянском заводе тепловоза ТЭМ21. Эту машину по праву можно назвать локомотивом нового поколения, в котором использованы новейшие разработки специалистов ВНИКТИ.
Специально для этого локомотива были созданы:
синхронный тяговый генератор ГСТ1050-1000, особенностью которого является наличие трех трехфазных обмоток (две тяговые, третья — для питания электроприводов вспомогательных нужд) с единой магнитной системой;
асинхронные тяговые двигатели ДАТ-305;
тяговые преобразователи частоты ПЧ-ТТП-1000-680 У2;
мотор-вентилятор охлаждающего устройства дизеля типа АМВР-37;
преобразователь частоты ПЧ-ТТП-125-380 У2 для питания асинхронных двигателей вспомогательных нужд;
многофункциональная микропроцессорная система МПСУ-Т, которая управляет всем оборудованием локомотива.
Особенность тяговой схемы — полное отсутствие контактной коммутационной аппаратуры, что делает передачу необслуживаемой и долговечной. Оборудование тепловоза монтируется на главной раме, которая устанавливается на две бесчелюстные двухосные тележки.
Рессорное подвешивание — индивидуальное двухступенчатое. Вторая ступень подвешивания выполнена из шести пружин типа «флексикойл». Подвеска тяговых двигателей — опорно-осевая на подшипниках скольжения.
Передача тяги с оси на раму тележки осуществляется двумя поводками, а с рамы тележки на раму тепловоза — двумя податливыми тягами. Тележка снабжена четырьмя вертикальными гидравлическими гасителями колебаний, установленными во второй ступени рессорного подвешивания, и двумя горизонтальными поперечными гасителями.
Указанные конструктивные особенности обеспечивают высокую плавность хода локомотива и позволяют реализовывать силу тяги с максимально возможным коэффициентом сцепления. За счет отсутствия шкворневого узла, опорно-возвращающих устройств и челюстных тележек обеспечивается легкое вписывание в кривые малого радиуса, а также сводятся к минимуму обслуживание и ремонт ходовой части.
Тепловоз ТЭМ21 в конце прошлого года выполнял эксплуатационный пробег в депо Брянск II. Он был занят легкой маневровой работой на топливном складе в депо, осуществлял маневровую и вывозную работу в опытной путевой машинной станции, а также использовался на Западной сортировочной горке и на вывозной работе. За этот период общая наработка локомотива превысила 600 ч, в том числе 25 ч на горке и 40 ч на вывозной работе, а пробег тепловоза составил около 2600 км.
Целями эксплуатационного пробега являлись:
проверка работоспособности узлов и систем локомотива, в том числе тягового асинхронного привода и приводов вспомогательных систем;
проверка реализации алгоритмов управления тепловоза, аппаратуры и программного обеспечения системы МПСУ-Т;
разработка предложений по доводке преобразовательной аппаратуры и системы МПСУ-Т в части программного и аппаратного обеспечения, экипажа и др.;
определение эксплуатационных показателей локомотива в условиях рядовой маневровой эксплуатации.
Для оценки работоспособности и тяговых качеств асинхронного привода тепловоз ТЭМ21-001 около трех смен эксплуатировался на Западной горке станции Брянск II. Во время этой работы представители ВНИКТИ оценивали тяговые и сцепные свойства локомотива. Наиболее тяжелые массы составов, обработанные тепловозом, были: 4300 т (212 осей), 4880 т (248 осей), 5200 т (272 оси), 5065 т (276 осей), 5500 т (280 осей). При подаче составов через горку в обратном направлении наибольшая масса состава равнялась 2220 т (104 оси). Все составы, кроме весившего 5500 т, обрабатывались без подачи песка.
За 21 ч непрерывной работы локомотива на горке его пробег составил 111 км (5,27 км/ч), а расход топлива — 420 кг (3,8 кг/км). Среднечасовой расход топлива за это время равнялся 20 кг.
Во время горочной эксплуатации тепловоз выполнял роспуск составов, а также работу в подгорочном парке (торможение состава в момент сцепления спускающихся с горки вагонов и небольшие перемещения сформированных составов). В один из дней за 6 ч локомотив надвинул на горку и распустил 9 составов массами от
768 до 5500 т и один состав массой 2220 т передвинул через горку в обратном направлении.
Выполнен расчет топливной экономичности тепловоза ТЭМ21 на горке в сравнении с локомотивами ТЭМ2 и ЧМЭЗ при условии выполнения ими одинаковой работы. Показателем экономичности приняли величину затраченного топлива в кг за час работы тепловоза. Рассмотрели четыре варианта загрузки локомотивов: в условиях сортировочных горок Брянска и Свердловска, работы на станции Иваново и по часовому режиму испытаний дизелей, разработанному Уральским отделением ВНИИЖТа и утвержденному Департаментом локомотивного хозяйства.
В расчет заложили паспортные характеристики удельного расхода топлива от мощности. Результаты доказали, что при всех режимах загрузки тепловоз ТЭМ21 проявлял более высокую топливную экономичность.
В следующем номере редакция продолжит рассказ о подвижном составе, который поступит на дороги в ближайшие годы.
Обзор составлен по материалам Департамента локомотивного хозяйства ОАО «РЖД»
