ОБЩЕСТВО ПО РАСПРОСТРАНЕНИЮ ПОЛИТИЧЕСКИХ И НАУЧНЫХ ЗНАНИЙ РСФСР
Ленинградское отделение
Кандидаты технических наук
к. н. КОЗЬМИН, В. М. ОЛЕЙНИКОВ
СОВРЕМЕННОЕ ЛОКОМОТИВОСТРОЕНИЕ В СССР И ЗА РУБЕЖОМ
ЛЕНИНГРАД
1960
Наряду с грандиозной программой дальнейшего развития промышленности и сельского хозяйства, науки и техники, роста благосостояния трудящихся, большое внимание уделено развитию железнодорожного транспорта и его коренной технической реконструкции путем замены паровозов современными экономичными локомотивами — электровозами и тепловозами.
Капитальные вложения в развитие железнодорожного транспорта за семь лет составят 110—115 млрд. рублей, или на 85—94% больше, чем за предыдущие семь лет. Контрольные цифры развития народного хозяйства на 1959—1965 гг. предусматривают увеличение грузооборота по железным дорогам до 1800—1850 млрд. тонно- километров, т. е. рост на 39—43%.
Советские железнодорожники, совершенствуя эксплуатационную работу, будут осваивать непрерывно возрастающие перевозки. За семь лет оборот вагона должен быть ускорен не менее чем на 12 часов, дальность перевозок сокращена до 780 км, производительность труда повышена на 34—37% и себестоимость перевозок снижена на 22%.
Коренная техническая реконструкция железнодорожного транспорта сделает его одной из самых высокопроизводительных и рентабельных отраслей народного хозяйства, обеспечит повышение производительности труда и значительное снижение себестоимости перевозок. Железные дороги будут полнее удовлетворять потребности в возрастающих перевозках промышленных и сельскохозяйственных изделий и во взаимодействии с другими видами транспорта обеспечат быструю и бесперебойную перевозку всех народнохозяйственных грузов.
В настоящей работе излагаются основные данные о внедрении современных прогрессивных видов тяги в СССР и за границей по этапам их исторического развития, характеристики различных типов современных локомотивов, их принципиальное устройство и работа, а также перспективы развития и усовершенствования их на базе отечественного и заграничного опыта и научно-технических разработок.
Электрическая тяга на железных дорогах СССР
В 1920 г. VIII съезд Советов утвердил план ГОЭЛРО, составленный по указанию В. И. Ленина. В плане был впервые решен вопрос о комплексном развитии электрической тяги на железных дорогах нашей Родины.
Начиная с 1924 г., разрабатываются проекты по переводу отдельных участков на электрическую тягу, определяются титульные списки будущих электрифицированных линий, устанавливаются сроки ввода в действие участков, готовятся кадры специалистов, организуется и налаживается промышленное производство всех видов оборудования для электрификации железных дорог.
В 1926 г. на электрическую тягу было переведено пригородное движение на участке Баку—Сабунчи—Сураханы. Затем началось движение пригородных электрических поездов на линии Москва—Мытищи (1929 г.).
В 1932 г. введена в эксплуатацию электрическая тяга на первом магистральном участке Хашури—Зестафони Закавказской ж. д. (Сурамский перевал). В 1933 г. открылось движение электровозов на перевальном участке Кизел—Чусовская Свердловской ж. д. В том же году вступила в строй электрифицированная пригородная линия Ленинград—Ораниенбаум (Ломоносов).
В 1940 г. на электрической тяге работали участки Тбилиси—Зестафони, Мурманск—Кандалакша, Запорожье— Долгинцево, Минеральные воды—Кисловодск, Пермь— Чусовская—Усольская, Чусовская—Кушва, Свердловск— Смычка, Белово—Сталинск и ряд участков, обслуживающих пригородное движение, в основном Московского и Ленинградского узлов.
На электрическую тягу в первую очередь переводились участки горного профиля, пригородные участки и участки, расположенные в районах, обеспеченных гидроэнергией.
На электрифицированных дорогах СССР в первый период электрификации применялась система электрической тяги постоянного тока с напряжением в контактном проводе 1500 В. Затем напряжение было увеличено до 3000 В.
Принципиальная схема работы электрических железных дорог по системе постоянного тока показана на рис. 1.
Рис. 1 Система электротяги постоянного тока.
При этой системе на электроподвижном составе устанавливаются тяговые двигатели постоянного тока, которые питаются непосредственно от контактной сети, без преобразования электроэнергии на локомотиве. Система электрической тяги постоянного тока с напряжением 3000 В надежна в работе и дает большой технико-экономический эффект.
Однако система электротяги на постоянном токе требует наличия тяговых подстанций постоянного тока, которые представляют собой довольно сложные и дорогие установки.
Сооружение большого числа подстанций и необходимость применения проводов контактной сети большого сечения значительно удорожает и усложняет энергоснабжение электрических железных дорог постоянного тока.
Подвижной состав системы электротяги постоянного тока обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с другими системами, потому что оборудован простыми и надежными двигателями постоянного тока последовательного возбуждения, отличающимися хорошей тягой и надежной конструкцией. Эти двигатели питаются непосредственно от контактной сети постоянного тока без промежуточных звеньев. Подвижной состав постоянного тока проверен долголетним опытом и является совершенным и надежным в эксплуатации.
Таким образом, главным преимуществом системы постоянного тока является применение простых надежных и коммутационностойких тяговых двигателей.
Для системы электротяги постоянного тока в предвоенные годы строился и электроподвижной состав.
Первый отечественный электровоз серии ВЛ19 типа 0—30+30—0 был построен в 1932 г. на заводе «Динамо» в кооперации с Коломенским заводом и имел тяговые электродвигатели постоянного тока часовой мощностью по 340 кВт. Затем был создан пассажирский электровоз постоянного тока серии ПБ типа 2—30—2 со сдвоенными тяговыми двигателями, общей мощностью 2760 л. с. и конструктивной скоростью 130 км/час. В дальнейшем выпускались электровозы ВЛ22 типа 0—30+30—0 с нагрузкой на ось 22 т.
В годы послевоенных пятилеток были переведены на электротягу участки с тяжелым горным профилем: Челябинск—Кропачево, Богословск—Кушва—Смычка, ряд участков Закавказской ж. д., широко развернулись работы по электрификации наиболее загруженной в стране линии Новосибирск—Челябинск и пригородного движения в Московском, Ленинградском, Киевском, Рижском и других железнодорожных узлах.
В соответствии с контрольными цифрами развития народного хозяйства в 1959—1965 гг. будут электрифицированы важнейшие магистрали: Москва—Куйбышев—Иркутск—Дальний Восток, Москва—Горький—Свердловск, Москва—Казань—Свердловск, Караганда—Магнитогорск—Уфа, Москва—Харьков—Ростов—Минеральные Воды и другие, в результате чего сеть электрифицированных дорог увеличится примерно в три раза и достигнет 30 тыс. км. При этом 11 тыс. км ж. д. намечается электрифицировать по системе электротяги переменного тока.
В послевоенные годы (с 1946 г.) начали строить электровозы ВЛ22м с шестью тяговыми двигателями по 400 кВт каждый и общей мощностью 3260 л. с. Эти электровозы до последнего времени были основной серией локомотива электрифицированных железных дорог СССР.
Для обеспечения нормальной работы электрифицированных железных дорог в течение семилетия будет построено более 5000 магистральных электровозов.
В 1953 г. Новочеркасским заводом выпущен первый восьмиосный электровоз постоянного тока Н8 с колесной формулой 0—20+20+20+20—0, нагрузкой на ось 23 т и тяговым двигателем мощностью около 525 кВт. Общая мощность тяговых двигателей этого локомотива достигает 5560 л. с.
В 1957 г. на дороги сети поступили электровозы постоянного тока ВЛ23 с колесной формулой 0—30+30—0, нагрузкой на ось 23 т и тяговыми электродвигателями мощностью 525 кВт каждый.
Моторовагонные секции постоянного тока, начиная с 1922 г., выпускались заводом «Динамо» в кооперации с Мытищинским и другими заводами. Вначале строились трехвагонные секции серии Св с тяговыми электродвигателями мощностью 150 кВт, а затем Сд с тяговыми двигателями 165 кВт.
В 1947 г. моторвагонный подвижной состав выпускается рижскими вагоностроительным и электромеханическим заводами. Эти заводы создали несколько новых образцов моторвагонных секций постоянного тока (серии Ср, ЭР-1) с тяговыми двигателями повышенной мощности (200 кВт), рассчитанными на скорость до 130 км/час и ускорением 0,72 м/сек2 против 0,45 м/сек2 у секций старых типов.
При современном состоянии техники можно считать, что напряжение постоянного тока в контактной сети для магистральной тяги нецелесообразно принимать более 3000 В. Дальнейшее повышение напряжения, например до 4500 В, при питании двигателей от сети, привело бы к повышению их веса на единицу мощности и, следовательно, к ухудшению тяговых показателей электроподвижного состава.
В течение последних 25 лет в СССР и за границей проводились работы по изучению системы электрической тяги переменного тока, которая требует меньших затрат на сооружение устройств энергоснабжения и позволяет построить электровозы, превосходящие по своим тяговым качествам электровозы постоянного тока.
Исследования, проведенные Академией наук СССР и Всесоюзным научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта в 1950—1957 гг., показали, что при питании электрической тяги от общих энергетических систем наиболее прогрессивной для грузонапряженных железных дорог будет система однофазного переменного тока промышленной частоты с преобразователями электроэнергии, установленными на электровозах. Число тяговых подстанций при этой системе можно сократить в 3—4 раза, резко упростить их оборудование, довести напряжение в контактном проводе до 20—25 кВ и, следовательно, в несколько раз уменьшить сечение контактного провода, облегчить опоры, снизить потери электроэнергии.
Применение последних достижений науки и техники в конструировании выпрямителей позволяет создавать локомотивы переменного тока устойчивыми в работе и по своим характеристикам превосходящие локомотивы системы постоянного тока.
При электрической тяге однофазного переменного тока промышленной частоты (рис. 2) значительно упрощаются и удешевляются устройства энергоснабжения. Напряжение в тяговой сети может быть повышено до 20—25 кВ. При этих условиях расстояние между тяговыми подстанциями увеличится до 60 км, а сечение проводов контактной сети уменьшится. Расходы на сооружение контактной сети снижаются в 1,3—1,7 раза, расход цветных металлов уменьшается в 2—2,5 раза, черных металлов — на 7— 16%, цемента — на 22—32 %.
При электрической тяге однофазного тока промышленной частоты значительно упрощаются тяговые подстанции, на которых устанавливаются в качестве преобразовательных агрегатов только трансформаторы. Таким образом, система электрической тяги однофазного тока промышленной частоты, имея существенные экономические и технические преимущества по сравнению с другими видами тяги, получит широкое развитие.
Рис. 2. Система электротяги однофазного тока нормальной частоты (50 Гц).
В Советском Союзе в настоящее время по этой системе электрифицирован опытный эксплуатационный участок Ожерелье—Павелец. Введен в эксплуатацию участок Красноярской ж. д. Чернореченская—Клюквенная — 275 км. Построены и испытаны первые электровозы однофазно-постоянного тока серии НО1 с ионными преобразователями отечественного производства. Питание электровозов осуществляется от контактной сети с напряжением 22 кВ. Конструктивная скорость 75 км/час. Мощность двигателей 3450 л. с.
В 1958 г. Новочеркасский завод выпустил магистральный шестиосный электровоз переменного тока Н60 с игнитронным выпрямителем, мощностью 5400 л. с. Питание осуществляется от контактной сети с напряжением 25 кВ; конструктивная скорость 110 км/час.
В настоящее время намечается построить магистральный грузовой восьмиосный электровоз переменного тока Н80 с игнитронными выпрямителями, мощностью до 7200 л. с. и конструктивной скоростью 100—110 км/час.
В 1958 г. Рижский электромашиностроительный завод (РЭЗ) и Рижский вагоностроительный завод (РВЗ) разработали технический проект электропоезда переменного тока ЭР-7. Новый проект выполнен не на 20 кВ, а на 25 кВ. Игнитроны типа ИС-150 заменены игнитронами типа ИС-200. Маневровая позиция осуществлена с ослаблением поля до 60%, имеется и ряд других изменений.
Электропоезд ЭР-7 состоит из 10 вагонов (по типу вагонов ЭР-1): головного, моторного, прицепного, моторного, моторного, прицепного, моторного, прицепного, моторного, головного. Допускается другое формирование поезда в пределах от 4 до 10 вагонов. В головном и моторном вагонах по 88 мест для сидения, в прицепном 110. Всего в 10 вагонах 946 мест.
Применение электропоездов на переменном токе дает возможность повысить скорость в пригородном движении на 30% по сравнению с электропоездами, состоящими из электросекций C. В этих поездах создаются лучшие условия для пассажиров: удобные сиденья, калориферное отопление, приточная вентиляция, раздвижные двери с электропневматическим централизованным управлением. На вагоностроительных заводах разрабатывается проект восьмивагонных электропоездов с длиной вагона 24 метра.
Кроме проектируемых электропоездов переменного тока с игнитронными выпрямителями, проводятся работы по созданию электросекций с полупроводниковыми выпрямителями и автоматическим управлением движения (автомашинистом).