Admin

Нужен ли «ТЭМП» технологическому суверенитету страны?

С.Н. ФЛОРЕНЦЕВ, г. Москва,
В.С. ПОЛЮХОВИЧ, г. Нижний Тагил,
А.С. КОБЕЛЕВ, г. Владимир

В статье описаны «базовые платформы» электромеханических трансмиссий (ЭМТ) переменно-переменного тока с предельно достижимыми тяговыми и оптимальными энергетическими характеристиками для 8-, 6- и 4-осных маневровых тепловозов (тип 1 — 3 по ГОСТ 22339–88) с индивидуальным или полугрупповым приводом. Описана универсальная авторская методика системного проектирования целевых тяговых и энергетических характеристик маневровых тепловозов (далее — методика), приведены результаты расчета параметров компонентов тягового электрооборудования (асинхронных генераторов, асинхронных электродвигателей, силовых преобразователей) и силовых энергетических установок (СУ) маневровых тепловозов по заданным исходным параметрам.


Журнал « » продолжает цикл авторских публикаций по теме создания современных высокоэффективных маневровых тепловозов нового поколения серии ТЭМП с различными вариантами тягового привода на основе унифицированных «базовых платформ» ЭМТ переменно-переменного тока и компонентов комплекта тягового электрического оборудования (КТЭО):

• в [1] представлены мотивация, цели, идеи, опыт и результаты инициативного создания по заданным тягово-динамическим характеристикам экспериментального маневрового тепловоза ТЭМП1тт № 0001э с ЭМТ переменно-переменного тока на основе двухдизельной СУ и КТЭО с тяговыми реактивными вентильными индукторными электродвигателями (ТРИД), особенности конструкции, рабочие характеристики и преимущества тепловоза ТЭМП1тт, подтвержденные приемочными квалификационными испытаниями;
• в [2] представлены цели, идеи, опыт и результаты использования методики при создании маневрового тепловоза ТЭМП2тт с ЭМТ переменно-переменного тока на основе КТЭО с тяговыми асинхронными электродвигателями (ТАД), рабочие (эксплуатационные) и расчетные характеристики тепловозов ТЭМП1тт и ТЭМП2тт, преимущества тепловозов ТЭМП в сравнении со всеми ныне эксплуатируемыми и проектируемыми моделями маневровых тепловозов.

Эксплуатируемые в настоящее время серийные маневровые тепловозы (тип 1 — 5 по ГОСТ 22339–88) по своим потребительским, тяговым и энергетическим характеристикам уже давно и серьезно устарели технически и морально, мало отличаются, а иногда и отстают от своих «предков», созданных во второй половине прошлого века.
Все эти тепловозы были спроектированы и созданы в различные периоды развития маневрового тепловозостроения при разном уровне развития науки и технологий производства, без глубокого системного изучения проблем и обратной связи на запросы пользователей тепловозов, в том числе специалистов промышленного транспорта.
При создании этих тепловозов отсутствовали:

• V цели и задачи по унификации «компонентной базы» и по оптимизации модельного ряда тепловозов;
• V системный подход к созданию оптимальных тяговых и энергетических характеристик тепловозов;
• V критическая оценка уровня технических решений, их цены и востребованности, в том числе со стороны пользователей.

Всё вышеперечисленное закономерно привело к росту внешних угроз утраты технологического суверенитета в этой сфере с рисками негативных последствий для основных отраслей промышленности и экономики страны.
Пути развития и укрепления национального технологического суверенитета в сфере отечественного маневрового тепловозостроения авторы статьи видят:
© в развитии опыта модернизации действующих моделей маневровых тепловозов на основе «базовых платформ» ЭМТ и КТЭО тепловозов ТЭМП1тт и ТЭМП2тт, созданных путем глубокой модернизации маневровых тепловозов ТГМ6А (тип 3), при которой однодизельные СУ были заменены на две автономные дизель-генераторные СУ (с асинхронными генераторами жидкостного охлаждения), а тяговые гидромеханические трансмиссии были заменены на электромеханические трансмиссии (ЭМТ);
© в ускорении процессов реновации деградирующего парка маневровых тепловозов организаций и промышленных предприятий РФ посредством общедоступной модернизации действующих моделей маневровых тепловозов на основе «базовых платформ» ЭМТ и КТЭО тепловозов ТЭМП1тт и ТЭМП2тт;
© в творческом переосмыслении и систематизации теории проектирования предельно эффективных тяговых и энергетических характеристик маневровых тепловозов нового поколения, с использованием современных методов глубокой унификации «компонентной базы» для создания модельного ряда маневровых тепловозов на основе оптимизации их «базовых платформ» (рабочие характеристики тепловоза ТЭМП1тт и расчетные характеристики ТЭМП2тт получены в результате целевого системного проектирования заданных тяговых и оптимальных энергетических характеристик по авторской методике);
© в ускорении процессов создания на основе «базовых платформ» ЭМТ переменно-переменного тока доступных и высокоэффективных российских маневровых тепловозов ТЭМП нового поколения с характеристиками, не имеющих (пока!) конкуренции среди всех известных моделей маневровых тепловозов.
Кроме того, авторы считают необходимым учитывать и использовать «конструктивную предрасположенность» каждого типа тягового привода к доминирующим тяговодинамическим режимам эксплуатации маневровых тепловозов на магистральном и на промышленном железнодорожном транспорте.


Так, для маневровых тепловозов магистрального транспорта (железнодорожный транспорт общего пользования) более «привычен» и целесообразен индивидуальный тяговый привод (с заданным уровнем тяги на относительно высокой скорости длительного режима движения), когда тяговые асинхронные электродвигатели (ТАД) в составе колесно-моторных блоков (КМБ) конструктивно устанавливаются в тяговых тележках (по числу приводных осей тяговой тележки). Тем самым обеспечивается оптимальное распределение силы максимальной тяги между колесными парами. Однако такой тяговый привод, наряду со своими преимуществами (более высокая конструкционная скорость движения), имеет и недостатки:

• несколько меньший уровень силы тяги на скорости длительного режима;
• необходимость индивидуальных преобразователей частоты для каждого ТАД (по числу приводных осей);
• меньший КПД тяговых электродвигателей и тягового привода.

Для маневровых тепловозов промышленного транспорта (железнодорожный транспорт необщего пользования и технологический железнодорожный транспорт) более целесообразен групповой или полугрупповой тяговый привод (с заданным высоким уровнем тяги на относительно низкой скорости длительного режима), когда конструктивно ТАД жестко подвешиваются на раму тепловоза, а валы их роторов через карданные валы связаны c осевыми редукторами тяговых тележек.
Такой тип тягового привода имеет свои преимущества:

• ^ более высокий уровень силы тяги на скорости длительного режима движения;
• ^ меньшее (чем у индивидуального привода) число преобразователей частоты большей мощности, но меньшей стоимости;
• ^ более высокий КПД тяговых электродвигателей и тягового привода;
• ^ простое обслуживание и ремонт ТАД и элементов тягового привода при выкатывании/подкатывании тяговых тележек без демонтажа воздуховодов принудительного воздушного охлаждения ТАД и жгутов силовых и информационных кабелей.

Проектирование параметров «унифицированных» компонентов КТЭО ЭМТ переменно-переменного тока и «базовых платформ» для 4-, 6- и 8-осных маневровых тепловозов с индивидуальным, полугрупповым и групповым приводом с предельно достижимыми тяговыми и оптимальными энергетическими характеристиками производится по универсальной авторской методике [3] по «типовому» алгоритму.
Исходя из заданных исходных условий:
^ максимальной статической нагрузки колесных пар на рельсы (принято 25 тс/ось);
^ коэффициентов сцепления (ксц = 0,33 в длительном режиме тяги и kсц = 0,4 при трогании с применением песка);
^ скорости длительного режима тяги Vдл (принято Vдл = 10,5 км/ч (2,92 м/с) рассчитываются предельные характеристики тягового привода:

• ❖ максимальная достижимая сила тяги (при Vдл = 10,5 км/ч и при трогании);
• ❖ максимальная касательная мощность (при Vдл = 10,5 км/ч).
• Для обеспечения предельных расчетных характеристик тягового привода рассчитываются оптимальные параметры:
• ♦ тяговых асинхронных электродвигателей (ТАД);
• ♦ тяговых асинхронных генераторов (АМГ);
• ♦ силовой установки (СУ), в том числе параметры и характеристики ДВС.

Производится проектирование расчетных характеристик АМГ и ТАД с учетом:
И «максимума» КПД в рабочей точке скорости вращения ротора ТАД на рабочей скорости длительного режима (Vдл) при «минимуме» токов;

• И ограничений габаритов электромашин (АМГ, ТАД):
• И при компоновке ДГУ (АМГ с ДВС или другая СУ);
• И при установке ТАД в КМБ тяговых тележек (индивидуальный тяговый привод);
• И при монтаже ТАД под рамой тепловоза (групповой или полугрупповой тяговый привод).

Определяются требования к параметрам силовых преобразователей (БСЭ АМГ, БСЭ ТАД) при работе в нормальных и аварийных режимах.
На основе «унифицированных» функциональных схем КТЭО ЭМТ формируются «цифровые проекты» маневровых тепловозов, состоящие из основных автономных «унифицированных» модулей:
^ ДГУ — модуль дизель-генераторной установки (или др.);
^ ТМ — модуль тяговый (питания и управления ТАД);
^ АКВ — модуль питания и управления автоматического винтового компрессора;
^ УМ — модуль управления (со вспомогательными системами питания освещения, сигнализации, охлаждения ТАД).
Расчетные параметры компонентов КТЭО для 4-, 6- и 8-осных маневровых тепловозов ТЭМП (тип 3 — тип 1) с предельно достижимыми характеристиками индивидуального и полугруппового тягового привода приведены в таблице.
Расчетные тяговые характеристики маневровых тепловозов ТЭМП (тип 3 — тип 1) с предельно достижимыми характеристиками в сравнении с диаграммами тяговых характеристик серийных маневровых тепловозов (тех же типов) представлены на рис. 1 — 3.


Функциональные схемы маневровых тепловозов с предельно-достижимыми характеристиками ТЭМП 1-го — 3-го типов на основе автономных «унифицированных» модулей КТЭО ЭМТ показаны на рис. 4, 5.
Приведенные в настоящей статье результаты системного проектирования на отечественной компонентной базе маневровых тепловозов (3-го — 1-го типов по ГОСТ 22339–88) с заданными предельно-достижимыми тяговыми характеристиками и оптимальными энергетическими характеристиками убедительно доказывают необходимость, возможность, целесообразность, рациональность и достаточность создания «базовых платформ» ЭМТ для маневровых тепловозов (тип 1 – 3) на основе:

• ♦ трех типов унифицированных модулей силовых (энергетических) установок (СУ):
• • мощностью 1200 кВт (1600 л.с.) — для тепловозов ТЭМП-84 и ТЭМП-88 (тип 1);
• • мощностью 900 кВт (1200 л.с.) — для тепловозов ТЭМП-66 и ТЭМП-63 (тип 2);
• • мощностью 600 кВт (800 л.с.) — для тепловозов ТЭМП-42 и ТЭМП-44 (тип 3);
• • двух типов унифицированных тяговых модулей ТАД:
• • на базе серийного ТАД мощностью 500 кВт — для «унифицированного» полугруппового тягового привода (потележечное регулирование тяги) тепловозов ТЭМП-42, ТЭМП-63 и ТЭМП-84 (типов 3 – 1);
• • на базе серийного ТАД мощностью 250 кВт — для «унифицированного» индивидуального тягового привода (поос-ное регулирование тяги) тепловозов ТЭМП-44, ТЭМП-66 и ТЭМП-88 (типов 3 — 1).

Важно отметить:

• ♦ всего три типа унифицированных (по характеристикам, компонентам, конструкции и управлению) модульных СУ позволяют с минимальными затратами ресурсов создавать любую «энергетическую архитектуру» маневровых тепловозов всех типов (с 3-го по 1-й) с разными типами тягового привода, в том числе:
• ^ газомоторных тепловозов — при замене модулей ДГУ с ДВС на дизельном топливе на модульные ДГУ с ДВС на газомоторном топливе;
• ^ гибридных тепловозов — при замене одного из модулей ДГУ на модуль блоков накопителей электроэнергии;
• ^ водородных тепловозов — при замене модулей ДГУ на модули водородных электрохимических генераторов и т.д.);
• ♦ всего два типа «унифицированных» (по характеристикам, компонентам, конструкции и управлению) серийных тяговых модуля с ТАД-500 и ТАД-250 позволяют с минимальными затратами ресурсов создавать «тяговую архитектуру» маневровых тепловозов всех типов (с 3-го по 1-й) с любым типом тягового привода;
• ■ создание всего двух семейств серийных маневровых тепловозов с ЭМТ переменно-переменного тока:
• • ТЭМП-44, ТЭМП-66 и ТЭМП-88 (преимущественно для магистрального железнодорожного транспорта) на основе двух «базовых платформ» ТЭМП-44 и ТЭМП-66 с индивидуальным тяговым приводом (поосное регулирование тяги);
• • ТЭМП-42, ТЭМП-63, ТЭМП-84 (преимущественно для промышленного железнодорожного транспорта) на основе двух «базовых платформ» ТЭМП-42 и ТЭМП-63 с полугруппо-вым тяговым приводом (потележечное регулирование тяги) позволяют полностью закрыть потребности народного хозяйства страны в маневровых тепловозах всех типов (с 1-го по 5-й).

Следует отметить, что уникальные тяговые и энергетические характеристики маневрового тепловоза ТЭМП-42 (тип 3) имеют три режима регулирования силы тяги:

• ^ режим 1 — работают одна ДГУ и один ТАД. В этом режиме характеристики тепловоза ТЭМП-42 превышают характеристики всех серийных маневровых тепловозов 4-го и 5-го типов. Это позволяет временно отказаться от разработки и производства тепловозов ТЭМП 4-го и 5-го типов и сосредоточить ресурсы на модернизации и производстве тепловозов ТЭМП-42 (тип 3);
  
• режим 2 — работают одна ДГУ и два ТАД. В этом режиме характеристики тепловоза ТЭМП-42 превышают характеристики всех серийных и проектируемых маневровых тепловозов 3-го и 4-го типов. Это позволяет сосредоточить ресурсы на серийной модернизации и серийном производстве тепловозов ТЭМП-42 (тип 3) для замещения растущего дефицита тепловозов 3-го и 4-го типов на промышленном железнодорожном транспорте;
• ^ режим 3 — работают два ДГУ и два ТАД. В этом режиме характеристики тепловоза ТЭМП-42 превышает характеристики всех серийных и проектируемых 6-осных маневровых тепловозов 2-го типа , что позволяет временно отказаться от разработки и производства тепловозов ТЭМП 2-го типа и сосредоточить ресурсы на модернизации и производстве тепловозов ТЭМП-42 (тип 3);
• ^ режим 4 — работает «сплотка» из двух тепловозов ТЭМП-42 с «гибким» 3-режимным управлением по системе «двух единиц». В этом режиме характеристики тепловоза ТЭМП-42 превышают характеристики всех серийных и проектируемых 8-осных маневровых тепловозов 1-го типа, что временно переводит необходимость создания тепловозов ТЭМП-88 и ТЭМП-84 в задачу скорее теоретическую и инженерную, нежели в продиктованную практической целесообразностью и потребностями железнодорожного промышленного транспорта страны в тепловозах таких типов.

Целесообразно сосредоточить доступные ресурсы предприятий промышленности и локомотивостроения на модернизации и производстве тепловозов серии ТЭМП-42.
Унификация «разношерстного» модельного парка маневровых тепловозов до одной серии ТЭМП-42 (на первом этапе) позволит резко повысить эффективность промышленного железнодорожного транспорта и экономику промышленных предприятий и организаций.


Научный, технический, технологический и экспортный потенциал маневровых тепловозов серий ТЭМП составит конкуренцию на внешнем рынке для укрепления политического и технологического суверенитета и экономики страны.
По мнению авторов статьи, целевое сосредоточение ресурсов на модернизации и производстве маневровых тепловозов ТЭМП 1-го — 3-го типов с предельно достижимыми тяговыми и оптимальными характеристиками, использующими «типовые» электромеханические трансмиссии переменно-переменного тока и комплекты тягового электрооборудования с индивидуальным (поосным) и с полугрупповым (потележечным) регулированием силы тяги позволяет с минимальными временными, интеллектуальным и материальными затратами:

• ^ создать на единой отечественной компонентной базе широкий «спектр» моделей маневровых тепловозов различного назначения (в том числе специализированного) и разных типов для удовлетворения растущих потребностей промышленных предприятий и роста эффективности промышленного транспорта;
• ^ создать новые или оптимизировать и диверсифицировать «старые» промышленные мощности для модернизации и/или производства доступных (по цене) высокоэффективных, экономичных и экологически «более чистых» маневровых тепловозов «нового поколения» с уникальными (по мировым меркам) характеристиками;
• ^ переформатировать российское локомотивостроение в сфере маневровых тепловозов до состояния «лидера» мирового рынка и вывести его из состояния «технического и технологического застоя», ликвидировав внутренние и внешние риски технологическому суверенитету страны в этой сфере.

Вызовы (проблемы, угрозы и риски) для технического суверенитета и экономики страны очевидны и понятны. Пути, инструменты и практический опыт их решения авторами предложены и открыто опубликованы. Ответ на вопрос «нужен ли «ТЭМП» технологическому суверенитету и экономике страны?» — за заинтересованными представителями промышленного и магистрального железнодорожного транспорта, бизнес-сообщества и органов власти страны.

Библиография

1. С.Н. Флоренцев, В.С. Полюхович, В.В. Евпаков. Модернизация промышленных маневровых тепловозов технологического транспорта. Локомотив. № 2, 2025, С. 26 — 31.
2. С.Н. Флоренцев, В.С. Полюхович. Все решают темпы и «ТЭМП». О проблемах деградации и вариантах стратегии реновации парка маневровых тепловозов промышленного железнодорожного транспорта. Локомотив, № 8, 2025, С. 30 — 34.
3. С.Н. Флоренцев, А.С. Кобелев, С.В. Байда, В.Н. Орлов, А.А. Уваров, И.О. Журов, В.С. Полюхович. Промышленные маневровые тепловозы технологического транспорта (пример системного проектирования КТЭО ЭМТ). XXIV Всероссийская конференция по автоматизированному электроприводу (АЭП 2024). Сборник трудов конференции. Новосибирск. 15 — 17 ноября, 2024. ISBN: 978-5-7782-5333-0. C. 13 — 20.
4. S. Florentsev, V. Polyukhovich. Modernization of Industrial Shunting Diesel Locomotives. Proceedings, 2025 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon-2025). Magnitogorsk, Russia, September 23 — 25, 2025. DOI: 10.1109/UralCon67204.2025.11206605.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК