Предтечей современных мощных и скоростных электровозов — главных тружеников 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 электрической 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 3000 В и 1500 В.
В первом полугодии 1938 года заводы «Динамо» и Коломенский машиностроительный модернизировали электровоз серии 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 входа 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 СКУ.
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-го завод «Динамо» построил первый послевоенный электровоз ВЛ22М-184, и вскоре Новочеркасский электровозостроительный завод (НЭВЗ) имени С. М. Буденного приступил к его производству.
На ВЛ22М, 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 ВЛ22М 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 ВЛ22М 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 (позже стал называться ВЛ8), превосходившего по мощности ВЛ22М на 73%.
Грузовой электровоз постоянного тока серии ВЛ8.
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 расчетную 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.
Электровоз постоянного тока серии ВЛ10.
В 1976 году по заказу Министерства путей сообщения был разработан локомотив серии ВЛ10У («у» — утяжеленный). У этой машины нагрузка от каждой оси на рельсы была увеличена с 23 до 25 тс. Основные части ВЛ10 и ВЛ10У — механическая, электрическая и пневматическая — остались идентичными, если не считать внедряемых в процессе выпуска усовершенствований.
НЭВЗ выпускал электровозы ВЛ10У, начиная с № 001, а ТЭВЗ — с № 101. Локомотивы Новочеркасского и Тбилисского заводов этой серии отличаются только декоративным оформлением лобовой части кузова (см. «Окраска электровоза»). Механические части ВЛ10У, а также их модификаций ВЛ80К и ВЛ80Т, 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. т 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 электрической 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.
Электровоз переменного тока серии ВЛ80.
Однако и электровозы постоянного тока не ушли в запас. Так, магистральный электровоз постоянного тока ВЛ10У — 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.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОВОЗА ВЛ10У
Род службы — грузовой
Осевая формула — 2 (2о — 2о)
Напряжение на токоприемнике, кВ — 3
Мощность, кВт — 5360
Сила тяги, тс — 39,5
Скорость, км/ч — 48,7
Скорость конструктивная, км/ч — 100
Минимальный радиус проходимых кривых при скорости 10 км/ч, м — 125
Масса с 2/3 запаса песка, т — 200±4
Давление от оси на рельсы, тс — 25±0,5
Электрическое торможение — рекуперативное
Подвеска тяговых двигателей — опорно-осевая
ЭЛЕКТРОВОЗ ПОСТОЯННОГО ТОКА ВЛ10У
Механическая часть электровоза ВЛ80Т, идентичная механической части ВЛ10У, уже была достаточно подробно описана (см. «М-К» № 8, 1982 г.). 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 ВЛ10у установлено восемь тяговых двигателей ТЛК-2К1, имеющих последовательное возбуждение, опорно-осевое подвешивание, 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 токоприемники, 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 ВЛ10У 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 опущенном 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 воздухопроводу 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 размещении 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 обшивки, 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 в составе.
ОКРАСКА ЭЛЕКТРОВОЗА
Крыша, крышки люков, прожекторы, оборудование и детали на крыше — светло-серые; токоприемники, токоведущие шины, звезды на лобовых частях кузова — красные; боковые и лобовые поверхности кузова от крыши до нижней уширенной части (исключая поручни и дверные ручки) — светло-зеленые; контрастные полосы на лобовых частях кузова — флюоресцентные, оранжево-красные; водосточные желобки на лобовых частях кузова и над входными дверями, гербы, таблички, буквы, цифры, обода прожекторов — лак с добавлением алюминиевой пудры; нижняя уширенная часть кузова, путеочиститель — темно-зеленые; трапы и поручни на лобовых частях кузова, нижние накладки на путеочистителях, ходовая часть, колесные центры, тормозные тяги, детали пневматической проводки, ящики аккумуляторных батарей и прочее оборудование под кузовом — черные; бандажи колесных пар с наружной стороны — белые. На лобовых частях кузова электровозов тбилисского завода вместо звезды располагается надпись «ТЭВЗ» на русском и грузинском языках, а металлическая накладка с надписью «ВЛ10У» и порядковым номером локомотива окрашивается в красный цвет. Эмблема завода (на чертеже она условно показана штриховой линией) представляет собой стилизованные буквы «ТЭ» и крепится на правом борту каждой секции ниже надписи «ВЛ10У» и порядкового номера.
