Электровозы Шкода II-III поколения

Электровозы Шкода II-III поколения  

Серийное производство электровозов Шкода II     поколения и тенденции развития III   поколения

Инж. ФРАНТИШЕК ПАЛИК кан. тех. наук завод Электрицке локомотивы ШКОДА, концерновое предприятие, Пльзень

На развитие электровозов кладутся в настоящее время чрезвычайно высокие требования. Прежде всего это касается повышения тяговой мощности, соответствующего повышению нагрузки поездов повышения скорости, электродинамического торможения сопротивлением или торможения рекуперативного увеличения суточного километрового пробега с чем связаны и минимальные требования по отношению к уходу. Кроме того это ограничение нагрузки осей и требуемое качество движения при минимальном воздействии на верхнее строение железнодорожного пути. К дальнейшим существенным требованиям относятся требования повышения надежности эксплуатации, автоматизации обслуживания управления и внедрение диагностических систем стационарных или палубных, обеспечение пассивной безопасности машиниста и одним из самых важных требований является достижение максимальной экономии электрической энергии при эксплуатации электровозов.

При создании электровозов ШКОДА все эти приведенные требования тщательно взвешивались и соблюдались, согласно мировым тенденциям развития. Большое внимание уделяется разработке прототипов и тщательному проведению испытаний этих прототипов, а также опытной эксплуатации, прежде всего в связи с движением в пути.

Концерн ШКОДА, Пльзень изготовил до настоящего времени 4600 электровозов, которые до сих пор находятся в эксплуатации у отдельных заказчиков. Годовая продукция составляет 150 — 200 штук, причем большинство электровозов поставляется советскому железнодорожному транспорту, болгарскому и польскому железнодорожному транспорту. Кроме того локомотивы ШКОДА поставляются и для чехословацких железных дорог.

Рис. 1 ПЕРЕЧЕНЬ УНИФИЦИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ ЧСД (ЧЕХОСЛОВАЦКИХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ)

Прежде электровозы ШКОДА поставлялись для китайской и корейской железных дорог, а в последнее время поставляются для теплоэлектроцентрали Никола Тесла в Обреноваци в Югославии.
В настоящее время начинается производство электровозов II поколения и ведется разработка III поколения электровозов, включая применение безколлекторных тяговых двигателей, автоматизации управления и бездемонтажной диагностики. Ассортимент изготовляемых электровозов очень широк, от локомотивов промышленного назначения для применения в карьерах, маневровых, грузовых и универсальных по магистральные электровозы до мощности 8000 кВт и скорости 200 км/час.

Рис. 2 ПЕРЕЧЕНЬ УНИФИЦИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ СССР

А) ЭЛЕКТРОВОЗЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Рис. 3 ПЕРЕЧЕНЬ УНИФИЦИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОВОЗОВ ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ НРБ

В настоящее время концерн ШКОДА переходит полностью на производство электровозов II поколения, которое отличается нижеследующими характеристическими конструкционными частями: — новая компоновка ходовой части, в которой в двух ступенях применяются стальные витые пружины с параллельно устанавливаемыми гидравлическими амортизаторами для обеспечения качественного и безопасного движения со скоростью до 200 км/час;

1. новая компоновка кузова электровоза с экономным решением главной рамы;
2. унифицированный пост управления, по своим свойствам и форме отличающийся у электровозов грузовых, универсальных и магистральных. Внедрение элементов пассивной безопасности машиниста;
3. управляемые вспомогательные приводы, включая использование статического устройства для зарядки аккумулятора;
4. у типов электровозов II поколения высокой мощности использование тяговой мощности на одну ось — 1000 кВт;
5. использование электродинамического тормоза высокой мощности, кратковременно 1250 кВт на одну колесную пару;
6. применение новых способов регулирования с использованием сильноточной и слаботочной электроники при сохранении тяговых коллекторных двигателей;
7. применение автоматического регулирования скорости и диагностического устройства;
8. применение кондиционирования воздуха в кабине машиниста; включая дальнейшее повышение комфорта машиниста;
9. применение высокочувствительной электронной защиты от пробуксовки и юза;
10. обеспечение максимальной экономии электрической энергии при эксплуатации электровозов как в тяговых, так и вспомогательных цепях;
    
11. обеспечение постоянного снижения расходов на уход при эксплуатации.

Рис. 4б
Унифицированный пост машиниста универсальных электровозов и шкаф регулирования

Электровозы II поколения составляют в настоящее время главную производственную программу концерна предприятия ШКОДА, Пльзень, причем предполагается, что некоторые из них, учитывая их технический уровень, будут изготовляться и в будущем десятилетии.
В компоновке конструкции всех этих электровозов в максимальной мере используется сильноточная
и слаботочная электроника, что соответствует современным мировым тенденциям развития.
В соответствии с вышеприведенными положениями были разработаны и электровозы ШКОДА II поколения, в первую очередь унифицированный ряд трех типов универсальных электровозов ряда ES 499.1, двухконтурного исполнения 25 кВ/50 Гц и 3 кВ пост, тока; далее ряд 499.2, питаемый напряжением переменного тока 25 кВ/50 Гц и электровозы ряда Е 499.3, питаемые напряжением постоянного тока 3 кВ. Электровозы предназначены для универсальной путевой службы, а именно для транспортировки грузовых и пассажирских составов на чехословацких железных дорогах.
В соответствии с подобными принципами компоновки были разработаны и производятся электровозы ШКОДА II поколения для советских, болгарских и других железных дорог с учетом специфических требований отдельных заказчиков.
В соответствии с мировым развитием электровозов в заводе концерна ШКОДА, Пльзень началась разработка электровозов III поколения с применением асинхронного тягового двигателя. Почти все передовые фирмы занимаются развитием электровоза, у которого классические коллекторные двигатели заменяются бесколлекторными.

Разработке электровозов ШКОДА III поколения предшествовал тщательный анализ. Работа была направлена на:

1. разработку совершенно нового асинхронного тягового двигателя в двух вариантах — быстроходном и тихоходном;
2. разработку нового типа электронного тягового оборудования; как сильноточного, так и слаботочного;
3. снижение массы механической части на 10 тонн по сравнению с решением в настоящее время;
4. снижение требований по отношению к уходу за ходовой частью с увеличением пробега на минимально 500000 км, причем кузов электровоза, включая электронное устройство, должен пройти минимально 1 миллион километров без ухода;
5. повышение требований по отношению к надежности, как механической, так и электрической частей;
6. установка палубной диагностики акустической или оптической, включая системы памяти для упрощения обслуживания и ухода;
7. облегчение работы обслуживающего персонала, введением программатора движения и достижение с точки зрения эргономии и гигиены целесообразного решения кабины машиниста, включая повышение его пассивной безопасности в случае столкновения с препятствием;
8. достижение максимальной унификации электровозов для обеих питающих систем 3 кВ и 25 кВ/50 Гц, для осуществления единой компоновки конструкции;
9. приобретение новых мощных и тяговых свойств электровоза;
10. соблюдение требования по отношению к индивидуальному приводу колесной пары.

Теоретические и практические исследования и лабораторные испытания тягового двигателя 1600 кВт доказали целесообразность решения, вследствие чего началась разработка проекта электровоза с асинхронными тяговыми двигателями с индивидуальным приводом колесных пар, питаемыми постоянным током 3 кВ пост. ток.

Рис. 10                                                     А
Групповой привод колесной пары асинхронным тяговым двигателем
а) ТЯГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Рис. 9
Тип электровоза с шириной колеи 1 064 мм с расположением осей В’ В’ В’, мощность 3 000 кВт, максимальная скорость 115 км/ /час, электродинамический тормоз, питание 23кВ/50 Гц

Одновременно принимались во внимание и варианты ходовой части электровоза с групповым приводом колесных пар, при котором можно без проблем реализовать передаточное отношение и для самого высокого числа оборотов асинхронного тягового двигателя 4000 об/мин и не ограничиваются размеры тягового двигателя. Следующим учитываемым вариантом был так называемый центральный привод, при котором асинхронный двигатель с высоким числом оборотов можно перевести на мощность 3200 кВт.
Вариант решения индивидуального привода, которому отдает предпочтение большинство железнодорожных управлений, имеет разделение мощности на несколько ведущих устройств.
Рис. 12 а)


Рис. 12                                                     
Индивидуальный привод колесной пары асинхронным тяговым двигателем тихоходным
Схема расчетного модуля асинхронного двигателя для математического выражения электромеханических свойств

Рис. 11                           
Индивидуальный привод колесной пары асинхронным тяговым двигателем быстроходным

Рис. 13
Основная схема соединения электровоза для постоянного тока с асинхронными тяговыми двигателями
1. конденсатор фильтра, 2. тиристорный импульсный преобразователь, 3. тиристорный преобразователь фазы и частоты, 4. тяговый двигатель, 5. двигатель компрессора, 6. двигатель вентилятора

Определенное затруднение представляет ограничение дорожного просвета профиля подрессоренных касс над верхом головки рельса а, таким образом, и ограничение максимально возможной величины передачи, что в свою очередь препятствует использованию высокого числа оборотов асинхронного тягового двигателя. Это решение, однако, можно реализовать, применяя полый вал, обнимающий ось, или полый карданный вал, обнимающий ось и переносящий мощность только на одно колесо.
Следующим возможным, хотя и очень сложным вариантом, является решение индивидуального привода с двигателем без передачи.
Все вышеприведенные варианты компоновок конструкции было необходимо идейно разработать, учесть все преимущества и недостатки, сравнить весовые и остальные параметры и сделать вывод, какое решение комплектной ходовой части электровоза III поколения является наиболее целесообразным, так как на ходовую часть однозначно оказывает влияние способ передачи момента на ведущую колесную пару.
Самостоятельной статьей решения было также решение, касающееся исполнения тиристорного питающего преобразователя и его регулирующей части. Основное решение схемы соединения электровоза для постоянного тока 3 кВ пост, тока с асинхронными тяговыми двигателями приводится на рисунке.
Что касается теоретического исследования, определенный интерес представляет привод колесной пары асинхронным тяговым двигателем, получающим питание от трансформатора тока. В результате высших гармонических питающего тока возникают гармонические составляющие момента, частота которых является величиной переменной, зависящей от скорости движения. Исходя из этой действительности, отмечаем общую опасность резонанса электромеханической системы, состоящей из двигателя и присоединенного привода к колесной паре.
Электровоз III поколения типа 85 Е с применением асинхронных тяговых двигателей в представленной компоновке конструкции будет изготовлен в качестве прототипа, а после тщательной проверки в условиях эксплуатации начато серийное производство.

Согласно состоянию сегодняшнего уровня техники в отрасли электровозов эта концепция будет представлять вершину досягаемой техники в период следующего двадцатилетия.
Кроме возможности модернизации электровозов, применяемых в настоящее время, и изготовляемых в настоящее время и в ближайшем будущем электровозов II поколения для советских железных дорог, т.е. дальнейшей ступени автоматизации, тиристоризации управляемых вспомогательных приводов и т.д., были начаты теоретические исследования для разработки совершенно нового типа электровоза, в котором будут реализованы все требования и опыт, приобретенный при эксплуатации электровозов, применяемых в настоящее время. Компоновка этого нового типа будет соответствовать самому высокому техническому прогрессу и в будущем.
Теоретически разрабатывается восьмиосный электровоз для постоянного тока с одним локомотивным кузовом, с двумя вариантами электрооборудования, с применением тяговых двигателей и с применением классических коллекторных тяговых двигателей.
Из вышеприведенного вытекает, что необходимо разработать совершенно новые механическую и электрическую части.
Что касается механической части, дело касается в первую очередь проблемы выноса кузова локомотива на кривой железнодорожного пути при длине кузова приблизительно 25 м, решения взаимных поперечных движений частей ходовой части и влияния сцепок кузова на величину управляющих усилий. Кроме того необходимо решить проблему весовых соотношений, включая привод колесной пары от тягового двигателя, главным образом в случае применения альтернативы использования асинхронного тягового двигателя без коробки передач.
Кроме вышеприведенных точек зрения ведутся работы, касающиеся компоновки электровоза, снабженного рекуперационным тормозом, управляемыми вспомогательными приводами, жидкостным и газовым охлаждением тиристоров, палубными диагностическими системами и цифровой или акустической сигнализацией и, наконец, оснащенного программатором управления без вмешательства обслуживающего персонала с оптимизацией экономного режима движения.

Серийным производством электровозов II поколения и развитием электровозов III поколения концерновое предприятие ШКОДА, Пльзень предполагает удержать высокий стандарт и технический уровень своих изделий и может предложить широкий ассортимент производимых электровозов, который удовлетворит и самых требовательных заказчиков.

Магистральный электровоз типа 82 Е и ЧС-7

Магистральный электровоз типа 81Е ЧС-8

Электровоз 85 Е

Маневровый электровоз 78Е ряда Е 458.1

Электровоз экспрессных поездов 66Е-С 200 повышенной мощности

Универсальный электровоз 70Е S 499.2

Универсальный электровоз 71Е Е499.3

Универсальный двухконтурный электровоз 69Е Е499.1