[10-2018] Тепловозы 2ТЭ25А на БАМе

[бабулер23]

Тепловозы 2ТЭ25А на БАМе

Опыт эксплуатации и перспективы использования

Ю.В. БАБКОВ, канд.техн. наук,

Н.И.БЕНЬКОВИЧ,

Г.Ф. КАШНИКОВ, канд. техн, наук,

Ю.И. КЛИМЕНКО, канд.техн. наук,

К.С. ПЕРФИЛЬЕВ, канд. техн, наук, АО«ВНИКТИ»

В соответствии со «Стратегией научно-технического развития холдинга "Российские железные дороги" на период до 2020 года и перспективу до 2025 года» [1] ОАО «РЖД» необходимо решить следующие задачи:

- увеличить на 40 — 60 % объем перевозок грузов и на 20 — 40 % перевозки пассажиров;

- ликвидировать «узкие места» на всех основных направлениях перевозок;

- существенно повысить качество грузовых и пассажирских перевозок и их безопасность;

- утроить объем транзитных перевозок по инфраструктуре российских железных дорог;

- обеспечить активное обновление парка подвижного состава, внедрение современных инновационных технологий и информационно-управляющих интеллектуальных транспортных систем.

Основным направлением, на котором прогнозируется рост грузооборота, является Дальневосточная железная дорога, тяговый подвижной состав (ТПС) которой должен будет обеспечить доставку поездов до портов Ванино и Советская Гавань.

Реализация столь амбициозных планов возможна только при комплексном подходе как к улучшению инфраструктуры, повышению производительности труда, так и к повышению качества ТПС.

В настоящее время основным тепловозом, обеспечивающим магистральную работу на участках Тында — Таксимо, Тында — Нерюнгри и Тында — Сковородино, является 2ТЭ25А «Витязь». Локомотивы серии 2ТЭ25А эксплуатируются в локомотивном депо Тында с 2011 г., и на текущий момент их число составляет 55 единиц с общим пробегом более 28 млн км.

2ТЭ25А является первым отечественным серийным тепловозом, на котором используются асинхронные тяговые двигатели (АТД). Данный тепловоз полностью создан на отечественной технологической базе, при освоении его производства отработаны следующие инновационные технические решения:

> V-образный дизель типа Д49 с электронным впрыском топлива;

> трехосные тележки с радиальной установкой колесных пар, опорно-осевым

маятниковым подвешиванием АТД, двухступенчатым рессорным подвешиванием и до-гружателями на крайних осях;

> новый синхронный тяговый агрегат (генераторная установка) АСТГ2 2800/400-1000У2;

> тяговые и вспомогательные статические преобразователи;

> электродинамический тормоз с принудительным охлаждением тормозных резисторов;

> винтовой маслонаполненный компрессор повышенной производительности;

> система контроля, управления и защиты, выполненная на базе микропроцессорной системы управления МПСУ-ТП [2].

Тяговый электропривод построен на базе преобразователей напряжения на IGBT-транзисторах (ТП). Применение ТП позволяет обеспечить плавное регулирование скорости и момента АТД, бесконтактный реверс направления движения тепловоза, электрическое реостатное торможение, защиту от боксования и юза колесных пар, защиту от недопустимых режимов работы.

Инновационным решением является внедрение в ТП системы самодиагностики технического состояния основных элементов тяговой электропередачи с передачей информации на управляющую ЭВМ верхнего уровня, обеспечивающей непрерывное сохранение данных на встроенной карте памяти типа SDHC объемом до 16 Gb [3].

Весовые нормы, установленные для двухсекционных 2ТЭ25А по результатам тяговоэнергетических испытаний, приведены в таблице.

Инженерами АО «ВНИКТИ» и АО «УК "БМЗ"» на постоянной основе проводится анализ данных, получаемых от технических средств объективного контроля для выяснения причин отказов отдельных узлов тепловоза и для дальнейшего совершенствования алгоритмов управления передачей мощности от дизель-генераторной установки (ДГУ) к тяговым электродвигателям.

Так, ключевыми направлениями в развитии алгоритмов управления АТД стали реализация тепловозом длительной силы тяги и защита от боксования и юза колесных пар [4]. По результатам проведенной работы были проведены итоговые обкатки ПО. Снятая тяговая характеристика приведена на рис. 1.

Достигаемый при этом коэффициент тяги соответствует значению 0,28. Максимально достигнутый коэффициент тяги при скорости движения тепловоза V = 12 км/ч составил 0,293. При трогании он достигает значения Ф = 0,32. На рис. 2 приведена осциллограмма, подтверждающая достигнутые параметры.

Таким образом, главный критерий эффективного использования локомотива — фактическая реализация в эксплуатационных условиях расчетных значений длительных тяги и скорости, определенных техническими условиями на поставку локомотивов, — выполняется в полной мере.

На рис. 3 показана осциллограмма работы системы защиты от боксования при реализации тепловозом максимальной силы тяги. Алгоритм защиты от боксования учитывает скорость движения локомотива, величину проскальзывания, ускорение колесной пары, меняющиеся условия в контакте «колесо — рельс».

Несмотря на плохие условия сцепления, пробуксовка колес не превышает величины 3 — 5 км/ч. По характеру процесса боксования видно, что при незначительных (менее 2 км/ч) уровнях проскальзывания колесной пары подводимая к колесу мощность и тяговое усилие (действующее значение тока тягового электродвигателя) не снижаются, что достигается за счет алгоритма адаптивного управления, учитывающего состояние в пятне контакта колеса с рельсом. Это обеспечивает работу на пределе по сцеплению, и только когда условия сцепления ухудшаются, алгоритм управления обеспечивает снижение подводимой мощности. Скольжение колеса в пределах 3 — 5 км/ч при скорости локомотива 21 км/ч является осмысленным и обоснованным выбором: таким образом первая по ходу колесная пара очищает рельс от загрязнений, и посредством поосного регулирования остальные колеса обеспечивают стабильное тяговое усилие.

В качестве примера работы адаптивного алгоритма приведена осциллограмма работы тепловоза с поездом массой 5560 т по участку Нерюнгри — Беркакит — Оборчо (подъемы 8 %о) при движении на влажных рельсах (рис. 4).

При скорости движения 22,03 км/ч значение силы тяги находится на уровне 66 тс. Скорость движения поезда не падает ниже длительно допустимой. Таким образом, учитывая реальные возможности тепловоза длительно работать на скорости 18 км/ч с увеличением тягового усилия до 78 тс, имеется запас по силе тяги. Данный факт, на наш взгляд, дает основание на проведение дополнительных тягово-энергетических испытаний и пересмотр указанных выше весовых норм в сторону увеличения до 8 %.

С учетом реально достигнутых в условиях БАМа результатов вождения поездов двухсекционными тепловозами 2ТЭ25А специалистами АО «ВНИКТИ» был выполнен сравнительный расчет вождения поездов унифицированной массы 7100 т на участке Таксимо — Советская Гавань тепловозами типа «Витязь» в трехсекционном исполнении ЗТЭ25А, новыми тепловозами ЗТЭ25К2М и перспективным с экономической точки тепловозом под условным индексом 2ТЭ35А/4 в двухсекционном исполнении и четырехосными тележками с АТД.

Сравнивая перспективные тепловозы в двух- и трехсекционном исполнении, нужно иметь в виду неравномерность весовой загрузки Восточного полигона, т.е. в четном направлении составы с преобладающей массой 7100 т, в нечетном — 4200 т. Поэтому «лишняя» секция тепловоза в нечетном направлении значительно увеличивает экономическую составляющую жизненного цикла эксплуатации и обслуживания тепловозов.

Наибольшей силой тяги длительного режима среди сравниваемых тепловозов характеризуется тепловоз ЗТЭ25А (1170 кН), а наименьшей — тепловоз ЗТЭ25К2М (979 кН). У тепловоза 2ТЭ35А/4 с асинхронными двигателями длительная сила тяги составляет 1040 кН.

На протяжении 630 км перегона подъемы превышают 15 %о, поэтому для их преодоления необходимо применение «толкачей». Основная доля их использования приходится на участок Новый Ургал — Комсомольск-на-Амуре. Для перспективного двухсекционного тепловоза с четырехосными тележками количество «толкачей» одинаково с трехсекционным тепловозом типа ЗТЭ25К2М. Незначительное преимущество по «толкачам» имеет тепловоз ЗТЭ25А: на критических участках используется на одну секцию меньше «толкачей» серии ТЭ1 ОМ (рис. 5).

Перспективный двухсекционный тепловоз с четырехосными тележками сопоставим по тяговым возможностям с трехсекционным тепловозом ЗТЭ25А и превосходит по длительной касательной силе тяги трехсекционный тепловоз ЗТЭ25К2М с коллекторными тяговыми двигателями. А учитывая инфраструктурные ограничения по скорости, где большая часть пути будет преодолеваться со скоростями не более 60 км/ч, тепловозы с АТД выигрывают по коэффициенту использования тяговой характеристики, коэффициенту использования мощности на тонну перевозимого груза и коэффициенту тяги.

Таким образом, при сохранении динамики роста перевозочного процесса к 2020 г. ОАО «РЖД» необходимо приобрести 238 единиц грузовых тепловозов, из них 55 существующих 2ТЭ25А целесообразно оснастить промежуточной третьей секцией. Остальные 183 единицы тепловозов серии ТЭ25А заказать в трехсекционном исполнении или, что еще более экономически целесообразно, выполнить в двухсекционном исполнении на базе четырехосных тележек с асинхронным приводом.

Данная стратегия обеспечит существенную экономию материальных и технических средств для организации запланированного перевозочного процесса. Надо учитывать, что под тепловозы с АТД в локомотивном депо Тында благодаря вложению значительных финансовых средств уже создана вся

инфраструктура для их успешной эксплуатации: закуплены ремонтные стенды, обучены кадры ремонтников, выстроена структура взаимодействия эксплуатирующих и сервисных служб.

Библиография

1. Стратегия научно-технического развития холдинга «Российские железные дороги» на период до 2020 года и перспективу до 2025 года: «Белая книга» [Электронный ресурс]. - Электрон, дан. - Режим доступа: . ru/innovation/sait_WB.pdf, свободный. - Загл. с экрана. - Дата обращ.: 03.04.2018.

2. Магистральный тепловоз 2ТЭ25А: структура системы управления и электрооборудования / Бабков Ю.В., Клименко Ю.И., Перфильев К.С., Чудаков П.Л., Линьков В.А. // Локомотив. - 2012. - № 7. - С. 28 - 32.

3. Система автоматической регистрации параметров тягового электропривода тепловозов 2ТЭ25А / Вестник ВЭлНИИ. -2012,- №2 (64).-С. 133-138.

4. Перспективный тепловоз для БАМа / Захаров А.О., Кулабухов А.С., Руднев В.С., Куделькин И.Н. // Локомотив. -2017.-№4.-С. 42-43.