Технические характеристики электроподвижного состава

     2.1 Технические характеристики ТПС

Тяговые подвижные средства – локомотивы и мотор – вагонный подвижной состав – составляют основу инфраструктуры локомотивного хозяйства.

Общая численность инвентарного парка ТПС на 01.10.2007 г. составляет 35,1 тыс. тяговых единиц (электровозы, дизель поезда, автомотрисы), из них 9464 – электровозы. Количество ТПС, приписанных в депо, достигает 300 единиц.

Технические характеристики локомотивов определяются тяговыми, эксплуатационными и экономическими показателями и должны соответствовать назначению (роду службы), уровню технического прогресса в области транспортного машиностроения.

К тяговым показателям относятся реализуемые силы тяги и скорости движения продолжительного и расчетного режимов. По этим показателям определяется максимальная (критическая) масса состава. Тяговые показатели характеризуются также конструкционной, т. е. максимально допустимой скоростью, нагрузкой от колесной пары на рельсы, мощностью часового режима на валах тяговых двигателей, или номинальной мощностью первичного двигателя и, наконец, приспособленностью локомотива к переменному режиму работы.

К эксплуатационным показателям локомотива относятся надежность в работе, ремонтопригодность, степень автономности, мобильности и автоматизации управления, обеспечения безопасности движения и комфортных условий труда для локомотивной бригады.

    Экономические показатели локомотивов характеризуются коэффициентом полезного действия, энергетическими затратами на единицу мощности или перевозимого груза, расходом металла на единицу мощности, сроком окупаемости или строительной стоимостью, удельными расходами на эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонты.

    В настоящее время весь грузооборот осваивается электровозами и тепловозами. В годы послевоенных пятилеток были улучшены тягово-энергетические характеристики поставляемых локомотивов: возросли их мощность и конструкционная скорость. Тяговые свойства локомотивов улучшились одновременно со снижением их массы на единицу мощности, повышением надежности и долговечности агрегатов и узлов.

Большое внимание уделяется улучшению технико-эксплуатационных свойств локомотивов. Прежде всего, это относится к созданию локомотивов, способных совершать большие пробеги без специального технического обслуживания и без пополнения запасов топлива, песка и других материалов. Современные тепловозы и электровозы проходят техническое обслуживание после пробега до 2300 км, а их межэкипировочный пробег достигает в зависимости от массы поезда и профиля пути 500-1200 км. Эти особенности позволили использовать современные локомотивы на участках большой протяженности без отцепок от поезда и обеспечить их высокие среднесуточные пробеги и производительность.

 

Электровозы

Ряд авторов (Н.А. Фуфрянский, А.С. Нестрахов и другие) выделяют три поколения электровозов. К первому поколению относятся электровозы: ВЛ22, ВЛ23, ВЛ8, построенные до 1960 г.

К электровозам второго поколения принадлежат восьмиосные двухсекционные электровозы постоянного тока ВЛ10 и переменного тока ВЛ80 (первые образцы которых были созданы Тбилисским и Новочеркасским электровозостроительными заводами в 1961 г.). Они отличаются передачей усилий через кузов, высокой унификацией базовых деталей и узлов, улучшенным рессорным двухступенчатым подвешиванием с противоотносным устройством и гидравлическими амортизаторами, наличием бесчелюстных тележек с резинометаллическими элементами. На этих электровозах использован более высокий класс изоляции электрического оборудования, применено рекуперативное торможение в широком диапазоне скоростей. На базе электровоза ВЛ10 на Тбилисском электровозостроительном заводе позднее был разработан и создан электровоз ВЛ11, который может работать в двух-, трех- и четырехсекционном исполнении по системе многих единиц.

В тяговых электродвигателях электровозов ВЛ80 впервые в отечественной практике была применена компенсационная обмотка, что позволило увеличить мощность двигателя с 690 до 790 кВт при одновременном снижении массы с 50000 до 4350 кг.

В 1966 г. были построены первые электровозы двойного питания ВЛ82. В 1972 – 1974 гг. была выпущена новая партия электровозов, способных работать на постоянном и переменном токе, получивших обозначение ВЛ82^м. Электровозы двойного питания также можно отнести ко второму поколению.

Широкое внедрение электровозов второго поколения значительно повысило эффективность электрической тяги. Однако повышение мощности основных силовых агрегатов, определенное усложнение узлов и электрических схем, увеличение числа осей привело к снижению эксплуатационной надежности по сравнению с электровозами первого поколения. Проведенные работы по модернизации электровозов (применение люлечного подвешивания, наклонных тяг, повышение надежности экипажной части, применение бесконтактных аппаратов управления, быстродействующих контакторов, электронных устройств защиты и т. д.) несколько повысили технический уровень электровозов второго поколения, но полностью не обеспечили необходимую качественную степень улучшения их характеристик.

Ряд принципиальных технических решений, направленных на улучшение характеристик, был внедрен на электровозах третьего поколения. К ним следует отнести электровозы переменного тока ВЛ80^р (опытный образец этого электровоза был изготовлен Новочеркасским электровозостроительным заводом (НЭВЗ) в 1967 г.), ВЛ85, ВЛ86^ф. Эти электровозы отличает плавное (бесступенчатое) регулирование выпрямленного напряжения во всем диапазоне скоростей, что вместе с несколько увеличенной сцепной массой и быстродействующей бесконтактной электронной системой управления обеспечивает увеличение реализуемого коэффициента сцепления, а следовательно, и вождение поездов большей массы. Улучшена и тормозная система электровозов.

Двенадцатиосный электровоз переменного тока ВЛ85 построен Новочеркасским электровозостроительным заводом. Он предназначен для вождения супертяжеловесных поездов в районах, для которых характерны широкий диапазон колебаний температуры окружающего воздуха (от –60 до +40^°C), значительная высота над уровнем моря (до 1400 м), высокая влажность, сильные ветры, затяжные подъемы и спуски с крутизной до 18%. Таковы условия, например, на Байкало-Амурской железной дороге. Схемой электровоза ВЛ85 предусмотрено автоматическое управление, как в режиме тяги, так и в режиме электрического торможения. Подвеска тягового привода – опорно-осевая. В настоящее время проходит испытание электровоза 2ЭС5К (Ермак), которым предполагают заменить электровозы ВЛ85.

Пассажирские электровозы для железных дорог СССР поставляло объединение чехославацких заводов «Шкода». Электровозы постоянного тока ЧС2, ЧС3, ЧС2^т, ЧС7, ЧС200 и ЧС6 и переменного ЧС4, ЧС4^т, ЧС8 имеют конструкционную скорость 180 км/ч (ЧС200 – 200 км/ч) и оборудованы опорно-рамным подвешиванием тяговых электродвигателей. У электровозов ЧС3, ЧС200, ЧС6, ЧС7 и ЧС8 двухосные тележки, а у ЧС2, ЧС2^т, ЧС4, ЧС4^т – трехосные. Электровоз ЧС8 может водить поезда из 23 пассажирских вагонов на участках с подъемами до 15% со скоростью 85 км/ч. В настоящее время на участках переменного тока их заменяют электровозами ЭП-1, построенными на НЭВЗ.

Основные расчетные характеристики электровозов, построенных после 1960 г., представлены в таблице 2.1.

 

Электропоезда

 

В течение многих лет электропоезда для отечественных железных дорог строятся на базе электропоездов постоянного тока ЭР2 и переменного ЭР9. В 60-х годах были созданы восьмивагонные электропоезда ЭР22 с улучшенными эксплуатационными качествами, рекуперативно-реостатным тормозом (ЭР22В). Они заменяются новыми электропоездами ЭТ2М, ЭД-2Т, ЭД-4, ЭД-6В. В 1980 г. началась эксплуатация высокоскоростного междугородного электропоезда ЭР200 с бесконтактным импульсным тиристорным управлением, автомашинистом, дисковыми магниторельсовыми тормозами. В конструкции вагонов ЭР200 обтекаемой формы применены алюминиевые сплавы, что уменьшило массу вагона на 4,5 т по сравнению со стальными.

В таблице 2.2 даны характеристики эксплуатируемых электропоездов.

 

 

Таблица 2.1 – Основные характеристики электровозов, построенных после 1960 г.

 

Показатель	Значение показателей для электровозов
	Переменного тока									Постоянного тока
	ВЛ60^к	ВЛ80^к	ВЛ80^т	ВЛ80^р	ВЛ82^м	ВЛ80^с (3 секции)	ВЛ85	ЧС8	ЭП1	ВЛ8 ВЛ8^м	ВЛ10 ВЛ11	ВЛ10^у	ВЛ11 (3 секции)	ВЛ15	ЧС7
Осевая характеристика	3о-3о	2(2о-2о)	2(2о-2о)	2(2о-2о)	2(2о-2о)	3(2о-2о)	2(2о-2о-2о)	2(2о-2о)	2+2о+2о	2(2о+ 2о)	2(2о-2о)	2(2о-2о)	3(2о-2о)	2(2о-2о- 2о)	2(2о-2о)
Сцепная масса, т	138	184	192	192	200	285	288	160	138	184	184	200	276	300	160
Длина по осям автосцепок, мм	20800	32840	32840	32840	33500	48000	45000	33000	22500	27520	32840	32840	48000	45000	33000
Мощность, кВт часового режима продолжительного режима	4590 4040	6520 5960	6520 5960	6520 5960	6040 5760	9780 9240	11400 10800	– 7200	4700 4400	4200 3660	5200 4500	5280 4530	7800 6750	10000 9600	– 7200
Расчетная касательная сила тяги, кН	361	958	508	508	485	755	706	–	238	456	451	493	680	740	–
Расчетная скорость, км/ч	43,5	43,5	43,5	43,5	50,5	43,4	50,0	–	70	44,3	46,7	45,8	46,7	45,0	–
Конструкционная скорость, км/ч	100	110	110	110	110	110	110	180	140	80/100	110	110	110	110	180
Сила тяги при трогании, кН	485	650	650	674	668	941	941	–	–	595	614	665	919	941	–

 

Таблица 2.2 – Основные характеристики электропоездов

 

Показатель	Значение показателей для электропоездов
	Постоянного тока					Переменного тока
	ЭР2	ЭР2Т	ЭТ2М	ЭД2Т, ЭД4М	ЭР200	ЭР9, ЭР9П, ЭР9М, ЭР9Е
Год  выпуска	1962	1988	1996	1996	1973	1961 1964 1976 1982
Основная составность поезда	2Г+5М+3П	2Г+5М+3П	2Г+5М+3П	2Г+5М+3П	12М+2Г	2Г+5М+3П
Длина кузова вагона, мм	19600	19600	19600	21500	26000	19600
Длина поезда, м	201,8	201,8	201,8
Масса тары поезда, т	469,7	494,8	604,2	622,6		489
Число мест для сидения	1037	1039	1056	1088	816	1050
Мощность тяговых электродвигателей, кВт	4000	4800	4800	4700	10320	3600
Конструктивная скорость, км/ч	130	130	130	130	200	130
Электрическое торможение	–	–	–	–	Реостатное магниторельсовое	–

Перспективный ЭПС

 

Департамент локомотивного хозяйства ОАО «РЖД» организовал разработку и утвердил на перспективу типы и основные параметры электровозов (таблица 2.3) и электропоездов.

Таблица 2.3 – Типы и основные параметры перспективных электровозов

 

Параметры	Пассажирские шестиосные		Пассажирские четырехосные		Пассажирские скоростные		Грузовые  шестиосные		Грузовые четырехосные секции
Условное обозначение серии	ЭП2	ЭП3	ЭП4	ЭП5	ЭП100	ЭП200	Э2	Э3	ЭС4 (2·ЭС4)	ЭС5 (2·ЭС5)
Заменяемая серия	ЧС2 ЧС2Т	ЧС4 ЧС4Т	–	–	ЧС200	–	ВЛ10 ВЛ11	ВЛ80	ВЛ10 ВЛ11	ВЛ80
Номинальное напряжение	3 кВ	25 кВ 50 Гц	3 кВ	25 кВ 50 Гц	3 кВ	25 кВ 50 Гц	3 кВ	25кВ 50 Гц	3 кВ	25 кВ 50 Гц
Габарит по ГОСТ 9238-83	1Т
Климатическое исполнение по ГОСТ 15150-69	У(УХЛ)^1 –50… +40ºС (–60… +40ºС)
Номинальная нагрузка от колесной пары на рельсы, кН (тс)	211…221 (21,5…22,5)				186…196 (19…20)		226…245 (23…25)
Служебная масса, т	129…135		86…90		152…160		138…150		92…100 2·(92…100)
Осевая формула	2о-2о-2о 3о-3о		2о-2о		2о+2о+2о+2о		2о-2о-2о		2о-2о 2·(2о-2о)
Номинальный диаметр бандажа по кругу катания, мм	1250
Конструкционная скорость, км/ч	160				200		120
Тип тягового электродвигателя	Асинхронный
Тип тягового привода	3-го класса (с опорно-рамным подвешиванием двигателя и редуктора)^3						1-го класса (с опорно-осевым подвешиванием двигателя)
Мощность продолжительного режима на валах тяговых двигателей, кВт	6600		4400		7800		5700…6000		3800…4000 2·(3800…4000)
Сила тяги расчетного режима, кН	310		210		280		370…390		240…260 2·(240…260)
Максимальная сила тяги при трогании, кН	400		265		400		564…588		376…392 2·(376…392)
Сила тяги при максимальной скорости, кН	147		98		140		170…180		114…120 2·(114…120)
Коэффициент мощности в диапазоне мощностей от 0,25 продолжительной до максимальной, не менее	–	0,95	–	0,95	–	0,95	–	0,95	–	0,95

 

Продолжение таблицы 2.3

 

Система электроснабжения пассажирского поезда: мощность, кВт, не менее номинальное напряжение, В	1200   3000						не предусматривается
Максимальная мощность (с учетом вспомогательных нагрузок и электроснабжения поезда), кВт, не более	8800	8400	6300	6000	9600	10200	6400	7400	4600 (9200)	4900 (9800)
Ток часового режима на один токоприемник, А, не более	3200	750	2200	750	3200	750	2200	750	3200	750
Мощность электрического тормоза на валах тяговых двигателей, кВт: рекуперативного на постоянном и переменном токе реостатного на постоянном токе	не менее 6000     не менее 4500		не менее 4000     не менее 3000		не менее 6500     не менее 4500		5700…6000     4200…45000		3800…4000 2·(3800…4000)   2800…3000 2·(2800…3000)
Тип вспомогательного привода	Асинхронный с плавным регулированием
Система управления	Электронная, микропоцессорная
Обеспечения безопасности движения	Комплексное локомотивное устройство с цифровым радиоканалом
Безопасность жизни и здоровья локомотивных бригад	Обеспечение современных санитарно-гигиенических требований

 

 

Таблица 2.4 – Типы и основные параметры перспективных электропоездов

 

Условное обозначение типа	ЭГ1	ЭГ2	ЭЛ3	ЭЛ4	ЭМ5	ЭМ6	ЭМ7	ЭС8	ЭС9
Заменяемые серии	-		ЭД9М	ЭД4М ЭТ2М	ЭД9МК	ЭД4МК ЭТ2Л	-	ЭР200	-
Эксплуатационные показатели
Участок оборота, км	не более 60		не более 150		150…700			более 300
Род тока, номинальное напряжение на токоприемнике	перемен-ный 25 кВ, 50 Гц	постоянный 3 кВ	перемен-ный 25 кВ, 50 Гц	постоянный 3 кВ	переменный 25 кВ, 50 Гц	постоян-ный 3 кВ	постоян- ный 3кВ и переменный 25кВ, 50 Гц	постоянный 3 кВ	постоян- ный 3кВ и переменный 25кВ, 50 Гц
Продолжение таблицы 2.4
Скорость, км/ч: конструкционная максимальная в эксплуатации	160   100		160   120		160   160			250   250
Среднее ускорение до 60 км/ч, м/с^2	не менее 0,9		0,70…0,85		0,45…0,65			0,40…0,60
Среднее замедление с 80 км/ч, м/с^2	не менее 0,9		0,70…0,85
Остаточное ускорение на максимальной скорости, м/с^2, не менее	–				0,05
Время разгона до максимальной скорости (на площадке), с, не более	55		85		200			450
Расчетная длина перегона, км	1,7		3,5	3,0	Участок обращения
Вид электрического торможения	Рекупе- ративное	Рекупера- тивно-реостатное	Рекупе- ратив- ное	Рекупера- тивно-реостатное	Рекупе- ратив- ное	Рекуперативно-реостатное
Климатическое исполнение, диапазон рабочих температур	У –40…+40^ºС		У –50…+40^ºС					У –40…+40^ºС
Высота платформ, мм	1100…1400		200…1400		1100…1400 (вариант 200…1400)			1100…1400
Массо - габаритные показатели
Габарит по ГОСТ 9238-83	Та							1Т
Длина вагона, м	21,5							25,0…27,0
Основная составность вагонов	7		9	11	10			12
Максимальная длина поезда, м	220		264		350			330
Число входных дверей для пассажиров на одну сторону вагона	2 или 3		2
Ширина дверного проема, мм	не менее 1250		1250		980
Окончание таблицы 2.4
Нагрузка от колесной пары на рельсы при максимальной населенности, кН, не более: моторного прицепного (головного)	200 170		200 160		160 130
Номинальный диаметр колеса по кругу катания, мм	950
Комфорт проезда пассажиров
Число мест для сидения в вагоне, не менее: с кабиной управления без кабины управления	44   72		60   112	60   116	Определяется условиями комфорта проезда пассажиров
Число мест для сидения в поезде основной составности, не менее	430		900	1100	Определяется условиями комфорта проезда пассажиров
Безопасность жизни и  здоровья	Обеспечение современных санитарно-гигиенических и эргономических требований
Санузлы	Экологически чистые туалеты и умывальники в головных вагонах				Экологически чистые туалеты и умывальники в каждом вагоне
Проезд инвалидов	В головных вагонах места и туалеты для инвалидов в колясках
Сервисные услуги	Мониторы для информации пассажиров				Мониторы для информации пассажиров. Междугородный телефон, аудио- и видео трансляция. Предоставление горячих и прохладительных напитков. Бары, буфеты.