§ 1.7. История отечественного электровозостроения.

Электровоз - локомотив, приводимый в движение находящимися на нем тяговыми электродвигателями, которые получают электроэнергию от стационарного источника - энергосистемы через тяговые подстанции и тяговую сеть от контактного провода либо от собственных тяговых аккумуляторных батарей. Выпускаются также комбинированные контактно-аккумуляторные электровозы, которые могут работать как от контактной сети, так и от аккумуляторной батареи. Подавляющее большинство находящихся в эксплуатации электровозов магистральных ж. д. являются неавтономными, т. е. не могут работать без контактной сети. На путях промышленных предприятий часто используются автономные электровозы, не зависящие от контактной сети. Для обеспечения маневровых работ наиболее подходящими являются контактно-аккумуляторные электровозы, которые используются также широко для обслуживания горных выработок, где прокладка контактного провода затруднена или невозможна.

Таким образом, эксплуатируемые электровозы могут быть классифицированы по назначению, степени автономности, роду тока в тяговой сети; в зависимости от области использования и конструкции имеют ряд различных направлений.

Первые электровозы появились на ж.-д. транспорте в конце 19 в. как локомотивы, альтернативные паровозам. Развитие электротехники позволило создать мощные электродвигатели постоянного тока и двигатели переменного трехфазного тока. Были решены также проблемы генерирования электроэнергии и ее передачи по контактной сети. Идея реализации электрического локомотива с автономным или неавтономным питанием была высказана в первой половине 19 в., но первые практические результаты были получены в 1880 г. В России инженер Ф. А. Пироцкий установил электрический двигатель на пассажирском вагоне и провел первые опыты; в 1880 г. В Санкт-Петербурге был проложен для электровагона рельсовый путь. В том же году Э. В. Сименс в Германии и Т. А. Эдисон в США предложили свои конструкции. Новые локомотивы смогли заменить паровую тягу в специфических условиях эксплуатации ж. д.- в длинных тоннелях и на горных (перевальных) участках с большими уклонами. При этом проявились главные преимущества электровоза — отсутствие выбросов отработанных газов, возможность увеличения силы тяги путем форсировки тяговых электродвигателей на руководящем уклоне, реализация идеи рекуперативного торможения с возвратом энергии в тяговую сеть. Впоследствии область рационального применения электровозов существенно расширилась: их стали использовать и на равнинных участках с интенсивным движением поездов, где решающее значение имел высокий кпд самого электровоза (до 88-91%) и всей системы электрической тяги (до 30% при питании преимущественно от тепловых электростанций и до 50-60% при питании от гидроэлектростанций).

Первые электровозы на российских ж. д. появились в 1929-1930 гг. в связи с электрификацией Сурамского перевала на Закавказской железной дороге (линия Баку-Батуми). На линии эксплуатировались закупленные в Италии, США, и Германии 6-осные электровозы постоянного тока 3 кВ, получившие обозначение С (с индексом, соответствующим стране- изготовителю).

Рисунок 1.27 – Электровоз С^И в депо Хашури.

В России было налажено производство электровозов на Коломенском заводе совместно с московским заводом «Динамо», который начал выпускать тяговые электродвигатели и электрооборудование. В 1932 г. был выпущен первый отечественный грузовой электровоз сети Сс, впоследствии - ВЛ19 (цифра 19 указывает осевую нагрузку в «т» на рельсы). Этот принцип сохранялся в обозначениях электровозов ВЛ22 и ВЛ23, позже перешли к указанию числа осей (постоянного тока ВЛ8), а затем добавили букву «О», которая обозначала род тока (электровозы, работающие на однофазном токе), соответственно 6-осные и 8-осные локомотивы ВЛ60, ВЛ80 (позднее буква трансформировалась в ноль).

Рисунок 1.28 – Первый советский электровоз «Сурамский Советский».

С_С^М-14 в железнодорожном музее Варшавского вокзала в С. - Петербурге.

Основные данные
Страна постройки	СССР
Заводы	«Динамо» и Коломенский машиностроительный завод
Годы постройки	1932—1934
Всего построено	21
Конструкционная скорость	65 км/ч
Технические данные
Род тока и напряжение в контактной сети	постоянный, 3 кВ
Осевая формула	0-3О-0+0-3О-0
Система регулирования	Реостатно-контакторная
Часовая мощность ТЭД	6×340 кВт
Скорость часового режима	30,5 км/ч
Длительная мощность ТЭД	6×300 кВт
Скорость длительного режима	32 км/ч

Рисунок 1.29 – Первый электровоз серии ВЛ19.

Основные данные
Страна постройки	СССР
Заводы	Коломенский, Динамо
Годы постройки	1932—1938
Главные конструктора	Е. С. Аватков и Х. Я. Быстрицкий
Всего построено	145
Ширина колеи	1524 мм
Род службы	грузопассажирский
Конструкционная скорость	85 км/ч, 75 км/ч (№ 41), 90 км/ч (ВЛ19М)
Технические данные
Род тока и напряжение в контактной сети	постоянный, 3 кВ, 1,5/3 кВ, 1,5 кВ
Осевая формула	0-3О-0+0-3О-0
Полный служебный вес	114—120 т
Нагрузка от движущих осей на рельсы	19—20 тс
Длина локомотива	16 018 мм (ВЛ19-01), 16 218 мм
Система регулирования	Реостатно-контакторная
Тип ТЭД	ДПЭ-340А, ДК-1А (№ 41), ДПЭ-400Б (ВЛ19М)
Диаметр колёс	1200 мм
Часовая мощность ТЭД	6×340 кВт, 6×320 кВт (№ 41), 6×400 кВт (ВЛ19М)
Сила тяги часового режима	20000 кгс, 18000 кгс (№ 41), 19500 кгс (ВЛ19М)
Скорость часового режима	37 км/ч, 39 км/ч (№ 41), 43,5 км/ч (ВЛ19М)
Длительная мощность ТЭД	6×300 кВт, 6×277 кВт (№ 41), 6×310 кВт (ВЛ19М)
Сила тяги длительного режима	17000 кгс, 14500 кгс (№ 41), 14600 кгс (ВЛ19М)
Скорость длительного режима	38,5 км/ч, 41 км/ч (№ 41), 45,5 км/ч (ВЛ19М)
Электрическое торможение	Рекуперативное (ВЛ19-01), Реостатное

Электровоз ВЛ22.

В 1930-х годах необходимость пополнения парка локомотивами, пригодными для обслуживания электрифицированных участков железных дорог со сложным профилем, послужила причиной разговоров о целесообразности прекращения выпуска электровозов ВЛ19 и постройке нового типа электровозов с рекуперативным торможением на базе локомотивов сурамского типа (СС). Основными доводами в пользу прекращения производства ВЛ19 были: недостаточная механическая прочность рам тележек и невозможность установки оборудования рекуперативного торможения. В первой половине 1938 года заводы «Динамо» и Коломенский паровозостроительный начали рабочее проектирование модернизированного электровоза серии СС. Практически полной переработке подверглась конструкция кузова, были изменены отдельные детали тележек. Новое электрооборудование и схемы электроцепей разрабатывались заводом «Динамо». Решено было сохранить тяговые электродвигатели ДПЭ-340, выполнив электродвигатели вспомогательных машин уже для работы непосредственно с напряжением 3000 В. Контроллеры машиниста устанавливались такие же, как на электровозах серии СК. В сентябре 1938 года был изготовлен электровоз, обозначенный сначала СМ22-22 (электровоз сурамского типа модернизированный, первые 22 обозначали нагрузку на рельсы от движущей колесной пары в тонно-силах, вторые 22 — порядковый номер в серии СС). Однако вскоре по указанию НКПС обозначение серии было заменено на ВЛ (Владимир Ленин). Электровозу был присвоен номер 146, как продолжение нумерации серии ВЛ19.

Всего до 1941 года было построено 37 электровозов серии ВЛ22:

1938 год — 6; 1939 год — 17; 1940 год — 9; 1941 год — 5.

В ходе выпуска в конструкцию вносился ряд изменений, таких как конструкция зубчатого колеса (в связи с обнаружением большого числа трещин осей при эксплуатации электровозов серии ВЛ19), аккумуляторной батареи, установка нового типа пантографов. Благодаря удобному расположению оборудования, более совершенной схеме соединения тяговых электродвигателей и цепей управления, агрегатному принципу монтажа аппаратов и новым вспомогательным машинам электровоз ВЛ22 стал лучшим среди отечественных грузовых электровозов довоенной постройки. Электровозы ВЛ22 заменили на Закавказской железной дороге локомотивы серии ВЛ19. При ремонтах в 1960-е годы электровозы подвергались модернизации: их оборудовали по схеме электровоза ВЛ19-28 с соответствующей заменой части электроаппаратуры. Работали электровозы серии ВЛ22 на Закавказской и Пермской железных дорогах. Большинство этих локомотивов было исключено из инвентаря в 1977—1980 гг.

Электровоз ВЛ22^М

В 1940 году завод «Динамо» выпустил шесть тяговых электродвигателей ДПЭ-400 часовой мощностью по 400 кВт, которые были установлены на опытном ВЛ22-178, направленном на Закавказскую железную дорогу. Эксплуатация электродвигателей в 1941—1945 гг. дала хорошие результаты. Большим достоинством этих электродвигателей являлась возможность замены предшествующих ДПЭ-340 без переделки механической части электровоза. Повышение мощности нового ТЭД было достигнуто за счёт увеличения скорости вращения якоря. В июне 1946 года завод «Динамо» построил первый после войны электровоз ВЛ22-184 с новыми ТЭД. Этот электровоз стал последним магистральным электровозом, выпущенным заводом «Динамо». Дальнейшее производство было перенесено на Новочеркасский электровозостроительный завод (НЭВЗ). Первый магистральный электровоз, обозначенный ВЛ22^М-185, НЭВЗ выпустил 7 марта 1947 года. В основном конструкция электровоза была сохранена по сравнению с довоенными экземплярами серии, однако появился и ряд изменений, таких как снижение массы электродвигателя, применение новых аккумуляторных батарей, уменьшение числа материалов, необходимых для производства локомотива. Электровоз выпускался как с рекуперативным торможением, так и без него. Отдельные изменения конструкции, непрерывно вносимые в ходе выпуска, способствовали повышению надёжности и технологичности локомотивов этой серии.

Серия локомотивов ВЛ22М выпускалась НЭВЗ до 1958 года включительно. Всего завод изготовил 1541 электровоз этой серии. На 1 января 1959 года электровозы ВЛ22М работали на 17 из 44 существовавших на тот момент железных дорог СССР. На Южной и Октябрьской железных дорогах в основном эксплуатировались электровозы с передаточным числом тягового редуктора 3,76, обслуживавшие в основном пассажирские поезда. Начавшееся в конце 1970-х годов исключение из парка электровозов серии ВЛ22М наиболее интенсивно шло в 1980-х годах.

Опытные электровозы ВЛ22^И.

Положительные результаты опытной эксплуатации электровоза ВЛ8В-001 стали основанием для проведения более широких испытаний электрической тяги на постоянном токе напряжением 6000 В. Для этого часть электрифицированных участков Закавказской железной дороги были переведены на данное напряжение, а Тбилисский электровозостроительный завод (ТЭВЗ) в 1973 году закончил переоборудование под него электровоза ВЛ22М-1586, получившего обозначение серии ВЛ22^И-1586. Индекс И означает импульсное управление электродвигателями. Пусковые резисторы, групповой переключатель и электропневматические контакты были заменены на тиристорные преобразователи аналогичные используемым на ВЛ8В-001. По сравнению с электровозом ВЛ22^М мощность увеличилась на 10% за счёт более высокого напряжения на тяговых электродвигателях. При напряжении контактной сети 3000 В мощность была несколько ниже, чем у ВЛ22^М, однако оставалась достаточной для ведения поездов на том же пути. В 1974-1975 гг. ТЭВЗ переоборудовал ещё четыре электровоза серии ВЛ22^М. Однако из-за отсутствия решения ряда проблем, таких как недопустимое влияние тиристорных преобразователей на воздушные линии связи и рельсовые цепи автоблокировки, изоляция участков силовых цепей (на которых возникало напряжение до 12 кВ) и т.п., а также проведённых работ по увеличению сечений проводов контактной сети 3000 В и ввода дополнительных промежуточных тяговых подстанций, перевод контактной сети на напряжение 6000 В был признан нецелесообразным. В 1980 году электровозы серии ВЛ22И были исключены из инвентаря.

Рисунок 1.30 – Электровоз ВЛ22^М-1420.

Технические характеристики
Род тока и напряжение в контактной сети:	постоянный, 3 кВ
Конструкционная скорость	90 км/ч
Часовая мощность ТЭД	6*470 кВт
Скорость часового режима	42,9 км/ч
Длительная мощность ТЭД	6*352 кВт
Скорость длительного режима	45,3 км/ч

Электровоз ВЛ23 — советский электровоз постоянного тока «Владимир Ленин», тип 23. В 1954 году Новочеркасский электровозостроительный завод разработал эскизный проект нового электровоза, который послужил бы заменой электровозу ВЛ22М, основным минусом которого являлось быстрое падение силы тяги с увеличением скорости движения и конструкция тележек, не позволявшие эффективно эксплуатировать его на линиях с холмистым и равнинным профилями. Вместо ТЭД ДПЭ-400 с часовой мощностью 400 кВт на новом локомотиве предполагалось использовать ТЭД НБ-406 часовой мощностью 525 кВт электровозов ВЛ8. Новая серия получила наименование ВЛ23. Некоторые элементы электровозов серии ВЛ23 были унифицированы с ВЛ8 (колёсно-моторный блок, мотор-вентиляторы) и ВЛ22^М (мотор-компрессоры, схема рекуперативного торможения на некоторых электровозах серии). Проект тележек был выполнен в двух вариантах: с брусковыми рамами по типу рам электровозов ВЛ22^М и с литыми рамами по типу рам электровозов ВЛ8. На первых опытных электровозах намечалось применить тележки с брусковыми рамами, на последующих — тележки с литыми рамами. Отсутствие площадок по концам кузова позволило увеличить помещение для электрооборудования. В январе-феврале 1956 года Новочеркасский электровозостроительный завод построил два первых электровоза новой серии — ВЛ23-001 и ВЛ23-002.

Прочностные испытания электровоза ВЛ23-001 показали, что тележки обладали достаточной прочностью, а сам электровоз имел удовлетворительную вертикальную динамику, поэтому конструкционную скорость повысили с 90 км/ч проектных до 100 км/ч. Тяговые и тормозные испытания электровоза ВЛ23-002 проходили на Южно-Уральской железной дороге. Испытания показали преимущество нового локомотива по сравнению с ВЛ22^М на высоких скоростях движения. В то же время были отмечены большая склонность электровоза ВЛ23 к боксованию при трогании и разгоне и более быстрое нарастание частоты вращения боксующей колёсной пары. Также у нового электровоза наблюдались повышенные виляющие движения при скорости выше 70 км/ч. В январе 1958 года НЭВЗ выпустил ещё два электровоза серии ВЛ23 без рекуперативного торможения с электроаппаратурой, рассчитанной на большие токи, и увеличенным количеством пусковых ступеней. После прекращения в 1958 г. выпуска электровозов ВЛ22^М завод начал строить электровозы ВЛ23 без рекуперативного торможения. На электровозе ВЛ23-210 и последующих устанавливались контроллеры машиниста, имеющие унифицированные с контроллерами электровозов серии ВЛ8 детали. С электровоза № 475 увеличен объем песочных бункеров с 1400 л (2100 кг) до 1960 л (2940 кг).В 1958 г. Новочеркасский электровозостроительный завод вновь вернулся к вопросу применения на электровозах ВЛ23 рекуперативного торможения и в сентябре этого года выпустил два электровоза ВЛ23-500 и ВЛ23-501 с рекуперацией. В отличие от электровозов ВЛ23-001 и ВЛ23-002 на новых локомотивах была несколько изменена схема силовых цепей. Намечавшееся при проектировании электровоза существенное изменение конструкции тележек заводом осуществлено не было.

Электровозы серии ВЛ23 строились Новочеркасским электровозостроительным заводом до середины 1961 года. Всего было выпущено 489 электровозов.

Рисунок 1.31 – Электровоз ВЛ23-401.

Технические характеристики
Осевая формула	3O+3O
Вес в рабочем состоянии	137 т
Часовая мощность ТЭД	6*525 кВт
Сила тяги часового режима	26400 кгс
Скорость часового режима	42,6 км/ч
Длительная мощность ТЭД	6*470 кВт
Сила тяги длительного режима	22600 кгс
Скорость длительного режима	44,3 км/ч
Конструкционная скорость	100 км/ч

ВЛ8 (Владимир Ленин, 8-осный; до 1963 — Н8 — Новочеркасский)— магистральный грузовой электровоз постоянного тока с осевой формулой

2₀-2₀+2₀-2₀, выпускавшийся с 1953 по 1967 год. До 1961 года (до появления ВЛ10 и ВЛ80) был сильнейшим локомотивом страны. В 1960-х наравне с ВЛ60 и ТЭ3 являлся одним из основных локомотивов на советских железных дорогах.

Предшественник.

В марте 1946 советское правительство разместило заказ фирме General Electric (GE) на изготовление 12 восьмиосных электровозов. Согласно техническому заданию, в часовом режиме мощность должна была составлять 5860 л.с. при силе тяги 37 тс и скорости 43,7 км/ч, в продолжительном 5500 л.с. при тяге 34,3 т и скорости 44,4 км/ч. Также электровоз должен был быть выполнен однокузовным и по одной кабине с каждой стороны. По окончательному проекту, электровоз имел осевую формулу 2−4_о+4_о−2, общий вес 248 т, сцепной 176 т. Особенностью являлись литые сочленённые четырёхосные тележки, которые через консоли опирались на двухосные бегунковые тележки. Восемь двигателей GE-750 имели общую часовую мощность 8×540=4320 кВт. Всего же было построено 20 локомотивов, которым МПС уже присвоило серию А. В сентябре 1948 года электровозы успешно прошли испытания, но из-за начавшейся холодной войны, правительство США запретило отправлять их в СССР. Электровозы получили новое обозначение серии — GE-750, после чего были перешиты на колею 1435 мм и впоследствии проданы на железные дороги США и Бразилии.

Рисунок 1.32 – Электровоз CSS 802 (А2319) General Electric (GE).

Основные данные
Страна постройки	США
Завод	General Electric-Erie
Годы постройки	1947—1948
Всего построено	20
Ширина колеи	1435/1600 мм (изначально 1524 мм)
Конструкционная скорость	110 км/ч (68 миль/ч)
Технические данные
Род тока и напряжение в контактной сети	постоянный 3000—3300, 1500 В
Осевая формула	2-4о+4о-2
Полный служебный вес	247,5 т
Сцепной вес	176 т
Нагрузка от движущих осей на рельсы	22 тс
Длина локомотива	27 076 мм
Тип ТЭД	GE-750
Часовая мощность ТЭД	8×540 кВт (5860 л.с.)
Сила тяги часового режима	37 тс
Скорость часового режима	43,7 км/ч
Длительная мощность ТЭД	(5500 л.с.)
Сила тяги длительного режима	34,4 тс
Скорость длительного режима	44,4 км/ч

Опытные электровозы Н8.

В 1952 году под руководством главного конструктора НЭВЗа Б. В. Суслова началось проектирование нового электровоза, а в марте 1953 года уже был изготовлен первый опытный восьмиосный электровоз Н8‑001. Серия Н8 означала: Новочеркасский, восьмиосный.

На электровозе были применены принципиально новые тележки литой конструкции, подобные примененным на американских тепловозах Д^Б. Все буксы были оборудованы подшипниками качения. Рессорное подвешивание, состоявшее из надбуксовых цилиндрических пружин и листовых рессор, было сбалансированным по каждой стороне тележки. Кузов электровоза был впервые выполнен без переходных площадок, полуобтекаемой формы. Двери располагались с боковых сторон кузова.

Для электровоза были вновь спроектированы новые тяговые электродвигатели НБ‑406А с ненасыщенной магнитной системой, что позволяло им реализовывать полную мощность в большем диапазоне частот вращения. При напряжении на зажимах 1500 В эти ТЭД развивали длительную мощность 470 кВт и часовую 525 кВт.

Секции Н8 были постоянно механически и электрически соединены между собой и могли разъединяться только при ремонтах. Все силовые цепи были общими для обеих секций, что позволяло при последовательном соединении собирать в последовательную цепь все восемь ТЭД. На электровозе было реализовано рекуперативное торможение с противокомпаундированием возбудителей для уменьшения массы мотор-генераторов.

Схематически электровоз имел ставшую уже стандартной схему реостатного пуска с последовательным, последовательно-параллельным и параллельным соединениями ТЭД и применением 4-х ступеней ослабления возбуждения. Однако большинство электрических аппаратов и все вспомогательные машины были спроектированы заново на более высоком технологическом уровне. На Н8‑001 впервые был применен новый двухполозный токоприемник П‑3.

Результаты контрольного взвешивания показали превышение весовых параметров по отношению к заданным — нагрузка от оси достигла 23,9 тс вместо 22,5 тс по проекту. Испытания электровоза в течение 1953—1954 гг. на Сурамском перевале и на участке Кропачево — Златоуст — Челябинск (на базе депо Златоуст) Южно-Уральской железной дороги показали его значительное превосходство над ВЛ22^М. Н8‑001 реализовывал длительное время касательную силу тяги 45–47 тс при скоростях 40–45 км/час, в отдельных случаях при пуске сила тяги достигала 54 тс.

В 1955 году была изготовлена опытная партия электровозов с номера 002 по 008.