Сложная судьба электровоза
Грузовой электровоз 5-го поколения 2ЭС5С,изготовленный на Новочеркасском электровозостроительном заводе (НЭВЗ, входит в состав АО «Трансмашхолдинг»), успешно прошел опытный пробег 5000 км на испытательном полигоне ВНИИЖТ в г. Щербинке. Об этом сообщили в Дирекции по внешним связям Трансмашхолдинга.
Однако впоследствии в целях удешевления производства проект был кардинально изменён, и за основу конструкции вместо более современного «Скифа» был взят кузов электровоза «Ермак», подвергшийся ряду незначительных изменений, таких как немного утопленный низ лобовой части и отсутствие боковых окон у машинного отделения. На электровозе применены производимые в России тяговые электродвигатели, тяговый преобразователь, тяговый трансформатор, вспомогательный привод, компрессорное оборудование и оборудование системы управления. Интерьер кабины и столешница пульта управления электровоза 2ЭС5С схож с пультом электровозов 2ЭС5К, однако органы управления на нём по конструкции и расположению близки к электровозу 2ЭС5.
В конце 2017 года Новочеркасский завод построил по такому (новому) проекту первый электровоз серии под номером 001, который в течение первой половины 2018 года находился на заводе и проходил наладку. В июне того же года электровоз вышел из ворот завода и был отправлен на закрытую презентацию на Брянский машиностроительный завод.
Для сравнения Скиф.
Современные технические решения, воплощенные на электровозе 2ЭС5 «Скиф», позволили существенно повысить его технико-эксплуатационные показатели. Тяговый привод с асинхронными двигателями позволяет электровозу работать в любой точке тяговой характеристики, ограниченной сцеплением и максимальной мощностью. В сравнении с электровозами предыдущего поколения улучшены тяговые свойства и показатели надежности, увеличены межремонтные интервалы, внедрены микропроцессорные системы контроля и диагностики оборудования.
Адекватное замещение электрического тормоза пневматическим. Локомотив 2ЭС5 «Скиф» стал первым грузовым электровозом среди выпускаемых ООО «ПК “НЭВЗ”», на котором оно внедрено. Ранее подобная система была применена только на пассажирских машинах ЭП20. Основная задача реализации адекватного замещения — снизить продольно-динамические реакции в поезде.
Существующие системы замещения имеют ряд недостатков, один из которых — неспособность в полной мере заменить электрическое торможение во всем диапазоне скоростей и величин тормозного усилия, что в эксплуатации может приводить к деформации колес. На локомотиве 2ЭС5 применена схема, при которой тормозная сила до и после срыва рекуперации одинаковы.
В мировом опыте железнодорожного машиностроения развитию электровозов с асинхронными тяговыми двигателями (АТД) давно придается приоритетное значение. Благодаря малому удельному расходу активных материалов АТД, по сравнению с коллекторными двигателями, имеют лучшие массогабаритные показатели, требуют меньших затрат на их обслуживание, а высокая жесткость электромеханических характеристик позволяет реализовать большие значения коэффициента сцепления. Совокупность этих факторов позволяет повысить осевую мощность электровоза, обеспечивает лучшие тяговые характеристики, дает возможность снизить затраты на обслуживание и получить ряд других важнейших эксплуатационных преимуществ.
Однако электровозы с асинхронным приводом имеют первоначальную стоимость, существенно превышающую стоимость локомотивов с аналогичной осевой мощностью с коллекторными двигателями постоянного (пульсирующего) тока. Тем не менее, это обстоятельство нисколько не снижает конкурентоспособность локомотивов с асинхронным приводом и абсолютно не сдерживает их использование для обновления действующего парка, принимая во внимание стоимость жизненного цикла различных типов электровозов нового поколения и предшествующих.
Необходимым условием максимального использования сцепного веса подвижного состава является равномерное распределение нагрузок между его тяговыми двигателями. В то же время, высокая жесткость электромеханических характеристик АТД и всегда имеющаяся их неидентичность, а также появляющийся в процессе эксплуатации локомотива неравномерный износ бандажей приводят к тому, что тяговые двигатели нагружаются неодинаково.
Используемые в настоящее время современные тяговые системы устраняют возникающее различие нагрузок АТД. Такие системы основаны на применении для электропитания каждого из двигателей напряжений разных частот, требуют наличия для каждого двигателя индивидуального преобразователя частоты и числа фаз. Именно такие преобразователи (инверторы) впервые применены в России для грузовых электровозов переменного тока на локомотиве 2ЭС5.
ЭЛЕКТРОВОЗ ПЯТОГО ПОКОЛЕНИЯ
Магистральный грузовой двухсекционный электровоз пятого поколения 2ЭС5 (по согласованию с ОАО «Российские железные дороги» его назвали «Скиф») выпущен на Новочеркасском электровозостроительном заводе (НЭВЗ, входит в состав ЗАО «Трансмашхолдинг»), Локомотив предназначен для вождения грузовых поездов на железных дорогах колеи 1520 мм, электрифицированных на переменном токе напряжением 25 кВ промышленной частоты 50 Гц.
Наличие в тяговой системе электровоза 2ЭС5 индивидуальных преобразователей для питания тяговых двигателей вызывает индивидуальную реакцию каждого из двигателей на изменение внешних условий работы хотя бы одного из них. Это снижает вероятность возникновения боксования, а при его появлении обеспечивает быстрое гашение.
Таким образом, асинхронный тяговый привод с индивидуальными инверторами напряжения и поосным регулированием позволяет улучшить тяговые характеристики, снизить энергопотребление и затраты на техническое обслуживание. Электровоз 2ЭС5 разработан совместно ЗАО «Трансмашхолдинг» и французским машиностроительным концерном «Alstom» на базе совместного инжинирингового центра «ТРТранс», расположенного в России. Центр создан на паритетных началах Трансмашхолдингом и «Alstom Transport».
Электровоз 2ЭС5 отличается высокими технико-экономически-ми показателями. Параметры, указанные в техническом задании на разработку локомотива, были сформулированы заказчиком электровоза ОАО «РЖД» на основании планов Компании по реализации грузоперевозок на ближайшую перспективу с учетом тенденций ежегодного роста грузооборота. По некоторым комплектующим, например, таким как система управления электровоза 2ЭС5, в техническое задание на локомотив включены требования по его оснащению новейшими устройствами с учетом последних мировых достижений в области электроники, машиностроения и других высокотехнологических отраслей.
В конструкцию заложены существенно увеличенные по сравнению с локомотивами предыдущих поколений межремонтные пробеги. Это позволяет значительно сократить затраты на обслуживание локомотивов и существенно повысить эффективность управления парком.
Механическая тяговая передача первого класса подвески обеспечивает снижение динамических воздействий на путь и все узлы и детали электровоза. Противоюзная защита позволяет сократить тормозной путь при неблагоприятных погодных условиях и высокой скорости движения, снижает интенсивность износа колес. Безбандажные (цельнокатаные) колеса с ресурсом не менее
1 млн. км также дают возможность увеличить пробег электровоза между крупными видами ремонтов.
Модульная кабина управления с автоматическим климат-контролем, соответствующая всем современным нормам, включая санитарные, эргономические и нормы безопасности, позволяет обеспечить локомотивной бригаде комфортные и безопасные условия труда и сократить цикл сборки электровоза.
Используется новая, полностью интегрированная микропроцессорная система управления и диагностики. Основные техникоэкономические параметры электровоза 2ЭС5 приведены в табл. 1.
Новая машина значительно превосходит по тягово-энергетиче-ским характеристикам локомотивы более раннего производства, что позволяет на ряде полигонов эксплуатации использовать электровоз 2ЭС5 (две секции) вместо трехсекционных сцепов серийных электровозов.
Особенности конструкции электровоза:
Электровоз состоит из двух секций. Каждая секция имеет кабину управления и комплект оборудования, обеспечивающий работу одного локомотива, а также работу по системе многих единиц в составе двух электровозов или в составе трех секций.
Основу тяговой системы каждой секции электровоза 2ЭС5 составляют тяговый трансформатор с четырьмя тяговыми обмотками, два тяговых преобразователя, каждый из которых имеет два независимых канала питания тяговых двигателей тележки. Схема тяговой системы электровоза представлена на рис. 1. Тяговый трансформатор содержит сетевую обмотку (СО), четыре тяговые обмотки Т01 — Т04 и обмотку фильтра (ФО), предназначенную для подавления радиопомех.
К выходным зажимам каждого инвертора АИН подключены статорные обмотки одного из тяговых двигателей М. При переходе из тягового режима в режим рекуперативного торможения и при обратных переходах никаких переключений в силовой схеме не производится. Тяговые двигатели переводятся в генераторный режим путем понижения основной частоты напряжения относительно синхронной частоты, соответствующей данной скорости движения. При этом инверторы переходят в режим трехфазного выпрямителя.
При рекуперативном торможении сетевые преобразователи за счет изменения алгоритма управления переводятся в инверторный режим, и поток энергии из промежуточного контура направляется к тяговому трансформатору и далее в контактную сеть.
Защита силовых цепей преобразователя и тяговых электродвигателей от коротких замыканий, токов перегрузки и от замыканий на «землю» выполнена с помощью аппаратно-программных средств преобразователя, подчиняющихся системе управления, при срабатывании которых отключается ГВ QF1.
Система питания собственных нужд выполнена на базе двухканального статического преобразователя U4. Преобразователь первого канала питания подключен к звену постоянного напряжения второго тягового преобразователя. Преобразователь второго канала подключен к звену постоянного напряжения третьего тягового преобразователя. Нагрузки первого канала имеют постоянную (фиксированную) частоту вращения 50 Гц. Потребителями второго канала являются нагрузки с регулируемой частотой вращения: двигатели мотор-вентиляторов, вентиляторы наддува в кузов и жидкостные насосы охлаждения тяговых преобразователей.
Напряжение звена постоянного напряжения тяговых преобразователей U1 и U2 через инверторы напряжения ВП1 и ВП2 вспомогательного преобразователя U4, разделительные трансформаторы Т1.6 и Т1.7 преобразуется в трехфазное напряжение 380 В.
В случае неисправности какого-либо из преобразователей ВП1 (ВП2) линейный контактор KM SCV11 (KMSCV12) отключается, а контактор резервирования KM SCV22 включается. После этого все нагрузки переходят в режим работы с постоянной частотой питающего напряжения 50 Гц. Оставшийся в работе преобразователь ВП2 (ВП1) питает все нагрузки.
На электровозе применен тяговый асинхронный двигатель 6 FRA 4567 G. Он предназначен для преобразования электрической энергии, получаемой от статического преобразователя, в механическую, передаваемую с вала тягового двигателя на колесную пару электровоза. Техническая характеристика двигателя представлена в табл. 2.
Тяговый двигатель выполнен для опорно-осевого подвешивания и представляет собой шестиполюсный двигатель переменного трехфазного тока с короткозамкнутым ротором и независимой системой вентиляции. Охлаждающий воздух подается в тяговый двигатель со стороны редуктора через вентиляционный люк и выходит из тягового двигателя со стороны, противоположной редуктору через вентиляционные отверстия, закрытые сеткой.
Статор. Механическая сборка выполняется с помощью восьми продольных пластин, которые расположены вокруг магнитной цепи, приварены к концевым пластинам и также приварены снаружи вдоль всей магнитной цепи. Механическая прочность обеспечивается за счет снятия напряжений (прокаливание при температуре примерно 600 ’С). Данное решение позволяет обеспечить жесткую конструкцию двигателя.
Система управления (см. рис. 3) построена с использованием многоуровневых сетевых интерфейсов, объединяющих подсистемы электровоза 2ЭС5 в единый управляющий комплекс. В качестве межсекционной шины используется шина WTB, а в качестве внутрисекционной — шина MVB. По шине MVB происходит основной обмен сообщениями: внутри секции между дублированным блоком управления электровозом (БУЭ), блоком индикации (БИ) и блоком дискретного ввода (БДВ) в кабине машиниста, блоками управления оборудованием (БУО) и блоками управления тяговыми (БУТП) и вспомогательным преобразователем (БУВП) в кузове электровоза.
Блоки БДВ и БУО, кроме дискретных входов и выходов, содержат в своем составе преобразователи интерфейса шины MVB, соответственно, в CAN, LIN и CANOpen интерфейсы. Данные интерфейсы используются для связи с органами управления, вспомогательным оборудованием электровоза и системами автоведения, торможения и безопасности движения. Для этих систем в целях повышения надежности предусмотрена отдельная дублированная CAN-шина. В состав системы управления входит такой сетевой интерфейс, как Ethernet, предназначенный для сбора диагностических сообщений, поступающих с различного оборудования электровоза, и для передачи информации с системы видеонаблюдения.
По шине WTB передается информация, необходимая для управления сцепом электровоза из нескольких секций. Модуль тормозного оборудования (МТО) ведущей секции имеет возможность обмена информацией с МТО в ведомых секциях с помощью выделенной дублированной CAN-шины. Секции связаны между собой также и с помощью сети Ethernet.
Таким образом, архитектура системы управления электровоза 2ЭС5 обладает высокой скоростью обмена информацией между управляющими устройствами и надежностью. Чтобы обеспечить надежную эксплуатацию в климатических зонах РФ, проведен комплекс работ по адаптации электронных компонентов к работе в зимних условиях.
Тележка (см. рис. 4) имеет общую конструкцию с тележкой электровоза Prima 4200/6000, хорошо зарекомендовавшей себя за продолжительный период эксплуатации на железных дорогах Китая, Европы и Северной Африки. Пневматический монтаж тележки (трубопроводы) выполнен из нержавеющей стали.
При разработке электровоза 2ЭС5 существенно расширено, по сравнению с ранее реализованными проектами подвижного состава, применение математического моделирования на стадии проектирования. В частности, выполнено моделирование тепловых процессов кабины и кузова при различных температурах наружного воздуха, а также проведен комплексный расчет прочности кузова.
Моделирование тепловых процессов позволило без транспортирования электровоза в район эксплуатации с экстремальными значениями температуры окружающего воздуха выполнить оценку работоспособности оборудования, расположенного в кузове. В то же время это дало выигрыш по срокам проектирования и исключило возможные конструктивные недочеты.
Расчет прочности кузова позволил оптимизировать конструкцию несущих элементов кузова, исключить необоснованный расход материалов при сохранении необходимых запасов по прочности. Указанные работы способствовали оптимизации конструкции электровоза.
В электровозе 2ЭС5 реализованы последние технические достижения мировых отраслей машиностроения и информатики в части конструкции, дизайна, энергосбережения и информационных технологий на транспорте. Локомотив способен удовлетворить растущие потребности ОАО «РЖД» в сегменте грузовых перевозок переменного тока. В ближайшей перспективе будет дан старт следующим, не менее масштабным проектам Трансмашхолдинга по созданию локомотивов и электропоездов.
Электровозы «Скиф» прошли миллион километров
НОВОЧЕРКАССК, 15 июня. /ТАСС/. Суммарный пробег пяти магистральных грузовых электровозов переменного тока 2ЭС5 «Скиф» производства Новочеркасского электровозостроительного завода (НЭВЗ, входит в состав ЗАО «Трансмашхолдинг») преодолел отметку миллион километров. Об этом сообщили в департаменте по внешним связям «Трансмашхолдинга».
Двухсекционный 2ЭС5 способен водить грузовые поезда повышенной массы 6,3 тыс. т на полигонах, имеющих сложный профиль пути.
2ЭС5 — магистральный грузовой электровоз переменного тока с асинхронными тяговыми двигателями. Локомотив спроектирован инжиниринговым центром «ТРТранс», который создан Трансмашхолдингом совместно со стратегическим партнером — французской компанией «Alstom».
Электровозы переданы ОАО «РЖД» в 2015 году, а с марта 2016 года эксплуатируются в депо Тимашевск-Кавказский Северо-Кавказской железной дороги.
ЗАО «Трансмашхолдинг» — крупнейший в России производитель железнодорожной техники. В состав компании входят 17 российских заводов, выпускающих пассажирские и грузовые электровозы и тепловозы, грузовые и пассажирские вагоны, вагоны для пригородных поездов и метро, а также дизельные двигатели для локомотивов и генераторов и другое железнодорожное оборудование. Единственным акционером холдинга является Breakers Investments BV (Нидерланды), 33% которой в свою очередь принадлежит французскому концерну Alstom, а остальными акциями владеют структуры предпринимателей Искандера Махмудова и Андрея Бокарева.
Грузовой электровоз 5-го поколения 2ЭС5С,изготовленный на Новочеркасском электровозостроительном заводе (НЭВЗ, входит в состав АО «Трансмашхолдинг»), успешно прошел опытный пробег 5000 км на испытательном полигоне ВНИИЖТ в г. Щербинке.
В ходе опытного пробега, локомотив показал полное соответствие заявленным техническим условиям. Была проверена работа тяговой системы на скоростях от 0 до 120 км/ч под нагрузкой с составом массой 6900 т. Результаты испытаний оцениваются положительно.
В настоящее время ведется подготовка локомотива к сертификационным испытаниям, по окончании которых электровоз 2ЭС5С отправится на эксплуатационные испытания на Восточно-Сибирской железной дороге, перегон Тайшет-Таксимо. В реальных условиях эксплуатации будут проверены возможности электровоза 2ЭС5С при ведении состава весом до 6500 тонн, а также оценены условия работы машинистов и надежность локомотива.
Грузовой восьмиосный электровоз с асинхронными тяговыми двигателями 2ЭС5С — новая модификация 2ЭС5, разработанного Трансмашхолдингом совместно со своим технологическим партнером и акционером — компанией «Альстом». Машина оснащена системами автоведения, передачи данных по защищенному каналу связи, предрейсовой диагностики локомотива и контроля за состоянием оборудования в рейсе с записью параметров в регистратор данных. Технические решения, реализованные в электровозе 2ЭС5С, обеспечивают повышение мощности и производительности электровоза, снижение затрат электроэнергии на тягу и стоимости жизненного цикла локомотива на 18%.
В электровозе 2ЭС5С по сравнению с электровозом 2ЭС5 заменены на российские ряд ключевых компонентов: тяговый преобразователь, вспомогательный привод, тяговые электродвигатели, тяговый трансформатор и компрессорное оборудование, тележки и оборудование системы управления. Доля российских компонентов в конструкции локомотива составляет 85%.
Трансмашхолдинг — единственный в России производитель, выпускающий всю линейку тягового подвижного состава, электровозов и тепловозов разной мощности, составности, рода тока и назначения.
НОВОЧЕРКАССК, 15 июня. /ТАСС/. Суммарный пробег пяти магистральных грузовых электровозов переменного тока 2ЭС5 «Скиф» производства Новочеркасского электровозостроительного завода (НЭВЗ, входит в состав ЗАО «Трансмашхолдинг») преодолел отметку миллион километров. Об этом сообщили в департаменте по внешним связям «Трансмашхолдинга».
Двухсекционный 2ЭС5 способен водить грузовые поезда повышенной массы 6,3 тыс. т на полигонах, имеющих сложный профиль пути.
2ЭС5 — магистральный грузовой электровоз переменного тока с асинхронными тяговыми двигателями. Локомотив спроектирован инжиниринговым центром «ТРТранс», который создан Трансмашхолдингом совместно со стратегическим партнером — французской компанией «Alstom».
Электровозы переданы ОАО «РЖД» в 2015 году, а с марта 2016 года эксплуатируются в депо Тимашевск-Кавказский Северо-Кавказской железной дороги.
ЗАО «Трансмашхолдинг» — крупнейший в России производитель железнодорожной техники. В состав компании входят 17 российских заводов, выпускающих пассажирские и грузовые электровозы и тепловозы, грузовые и пассажирские вагоны, вагоны для пригородных поездов и метро, а также дизельные двигатели для локомотивов и генераторов и другое железнодорожное оборудование. Единственным акционером холдинга является Breakers Investments BV (Нидерланды), 33% которой в свою очередь принадлежит французскому концерну Alstom, а остальными акциями владеют структуры предпринимателей Искандера Махмудова и Андрея Бокарева.
Трансмашхолдинг ТМХ) на совместно с Alstom разработанный
грузовой электровоз 2ЭС5 «Скиф» получил сертификат соответствия
нормам безопасности.
В срок до 2020 года РЖД получит 200 таких электровозов.
Коммерческая эксплуатация первых из них должна начаться уже этой
осенью в Сибири.
Разработанный совместным инжиниринговым центром Alstom и Трансмашхолдинга — компанией ТРТранс — электровоз 2ЭС5 «Скиф»
стал первым российским магистральным грузовым электровозом
переменного тока с асинхронными тяговыми двигателями.
Производство ключевых компонентов электровоза включая тяговое
оборудование локализовано на предприятиях расположенных на территории России а выпуск локомотивов организован на принадлежащем ТМХ Новочеркасском электровозостроительном заводе.
В основу электровоза 2ЭС5 положен модульный принцип а в его
конструкции заложены самые современные технические решения как в плане безопасности системы управления и энергопотребления так и в плане комфорта для машиниста говорится в сообщении
«Трансмашхолдинга».
Среди очевидных достоинств нового грузового электровоза —
многократное увеличение межремонтных пробегов по сравнению с серийными моделями что позволит существенно сократить затраты на его техническое обслуживание.
Электровоз будет эксплуатироваться на Восточном полигоне на участках Байкало-Амурской магистрали модернизация которой в настоящее время осуществляется в рамках правительственной
программы.
