3ЭС5К (2ЭС5КБ)
Общие сведения
Электровоз имеет в составе две головных и одну промежуточную бустерную секцию без кабин управления со сквозным проходом, которая позволяет увеличить мощность стандартного электровоза 2ЭС5К в полтора раза и использовать для транспортировки тяжёлых грузовых составов или работы на участках пути со значительным уклоном. Бустерная секция технически ничем не отличается от обычной, только вместо кабины управления имеет вторую торцевую стену с межсекционным переходом. Это обеспечивает удобство работы по сравнению с электровозами ВЛ80С и ВЛ80Р, работающими в трёхсекционной составности из трёх головных секций, позволяя локомотивной бригаде переходить между всеми секциями в процессе движения, что позволяет осматривать всё оборудование и выявлять возможные неисправности без необходимости остановки поезда. В промежуточной секции в пространстве, занимаемом кабиной, оборудован просторный санузел. Длина и масса бустерной секции такая же, как и у головной.
Первые две опытные промежуточные секции были выпущены Новочеркасским заводом в 2006 году и на время испытаний были включены в состав электровозов 2ЭС5К-001 и 011 соответственно. Затем в 2007 году одна из них была включена на постоянную основу в новый электровоз 2ЭС5К-045, которому сменили обозначение серии на 2ЭС5КБ (Б — с бустерной секцией) и присвоили номер 001, в результате чего номер 045 прекратил существование среди 2ЭС5К и не был заполнен. После этого был начат серийный выпуск электровозов в трёхсекционном исполнении, и начиная с 2ЭС5КБ-002, в который была включена другая выпущенная ранее бустерная секция, электровозы строились изначально как трёхсекционные. После выпуска первых 13 электровозов серия была переименована в 3ЭС5К, и все выпущенные ранее 2ЭС5КБ также были переименованы в 3ЭС5К. 3ЭС5К стали самой массовой серией выпускаемых электровозов семейства «Ермак», в несколько раз превзойдя 2ЭС5К по количеству — по состоянию на август 2020 года было построено 1074 машин.
В 2013 году по заказу РЖД был построен опытный электровоз 3ЭС5К-434, который имел ряд технических усовершенствований по сравнению с серийными:
- масса каждой секции увеличена с 96 до 98 тонн для увеличения сцепного веса электровоза и более оптимального использования режимов тяги;
установлена более современная микропроцессорная система управления МСУД-015;
- применены новые выпрямительно-инверторные преобразователи с функцией поосного регулирования силы тяги, позволяющей электровозу более плавно трогаться и ускоряться/тормозить, а также обходиться в ряде случаев без подсыпки песка;
- наряду с последовательным, появился режим независимого возбуждения тяговых двигателей для возможности улучшенного выхода электровоза из боксования.
- Электровоз позднее временно испытывался как четырёхсекционный вместе с бустерной секцией от нового электровоза 4ЭС5К-001, который был достроен позднее.
В 2018 году был выпущен электровоз 3ЭС5К-879, оснащённый по сравнению с серийными машинами усовершенствованными тиристорными преобразователями.
В начале 2021 года создан и отправлен на испытания 3ЭС5К-1147, с установленным новым оборудованием – устройством активации трения локомотива (УАТЛ) и устройством смазывания гребней колёсных пар (УСГЛ). Эти усовершенствования позволяют увеличить пробег локомотивов между экипировками песком (УАТЛ даёт повышение сцепных свойств локомотива с эффектом полного исключения или снижения применения песка). Применение УГСЛ позволяет уменьшить износ гребней колёсных пар (повышая ресурс колёсных пар локомотива) и снижает сопротивление движения локомотива на кривых участках, а также даёт возможность уменьшить число экипировочных станций для заправки локомотивов песком.
4ЭС5К
Электровоз имеет в составе две головных и две промежуточных бустерных секции и служит для вождения сверхтяжёлых длинных грузовых поездов на равнинной местности или тяжёлых поездов в горной местности на участках со сложным профилем, где мощности 3ЭС5К недостаточно, заменяя собой систему из двух двухсекционных электровозов. Использование двух бустерных секций вместо двух головных улучшает условия работы локомотивной бригады благодаря возможности прохода по всем секциям во время движения и уменьшает общую стоимость локомотивов за счёт отсутствия ненужных кабин. За счёт увеличения числа секций до четырёх электровоз получил мощность часового режима 13 120 кВт (при длительной мощности 12 240 кВт) наравне с системой из двух 2ЭС5К. До появления в 2020 году шестисекционного китайского электровоза «Шэнь-24» (Shen-24) имел статус самого большого и самого мощного электровоза в мире . Почти одновременно с 4ЭС5К в России была создана комбинация электровоза 2ЭС10 с дополнительной (третьей) секцией 2ЭС10С (суммарная длительная мощность секций — 12 600 кВт — превосходит 4ЭС5К), однако единым изделием такая сплотка не является. Также по удельной мощности и мощности секций 4ЭС5К значительно уступает многим электровозам с асинхронным тяговым приводом, выигрывая лишь за счёт увеличенного числа секций.
Особенностью электровоза по сравнению с серийными 2ЭС5К и 3ЭС5К является увеличенная до 98 тонн масса секций, применение усовершенствованной микропроцессорной системы управления и выпрямительно-инверторных преобразователей, таких же, как на опытном электровозе 3ЭС5К-434. Кроме того, в то время как в одной из бустерных секций пространство вместо кабины по-прежнему занимает просторный санузел, в другой секции оно отведено под купе с двумя спальными полками для отдыха сменной локомотивной бригады или сопровождающих лиц и имеет боковое окно. У электровозов 4ЭС5К с номера 004 на всех секциях вместо силового кабельного монтажа применен шинный, во второй бустерной секции с купе также отсутствует блок мотор-компрессора и главные резервуары на крыше.
Изначально в июле 2014 года была построена только бустерная секция ЭС5К с купе для отдыха локомотивных бригад в исполнении с увеличенным весом и усовершенствованным оборудованием. Как и в случае с первой секцией 3ЭС5К, первая опытная секция на период испытаний изначально была включена в состав выпущенного ранее электровоза меньшей составности. Им стал построенный в 2013 году опытный электровоз 3ЭС5К-434, который также имел аналогичные преобразователи, независимое возбуждение тяговых двигателей и увеличенную массу секций. После прохождения испытаний секция была выцеплена из состава электровоза, а к ней были достроены ещё две головных и одна бустерная секция с санузлом, после чего сформированный электровоз получил обозначение 4ЭС5К-001. Всего до конца 2014 года было выпущено 3 электровоза серии. В 2017 году выпуск серии был возобновлён, и к концу 2018 года выпущено ещё 15 электровозов.
2ЭС5С «Атаман»
Электровоз 2ЭС5С спроектирован на основе 2ЭС5К и отличается от него применением более мощных асинхронных тяговых двигателей вместо традиционных коллекторных, а также соответствующих им тяговых преобразователей. Первоначально проект 2ЭС5С разрабатывался с 2015 года на основе электровозов 2ЭС5 «Скиф», которые, несмотря на схожесть в обозначении с электровозами ЭС5К, имеют принципиально иную конструкцию кузова, разработанную совместно с французской компанией Alstom. Электровоз 2ЭС5С в первоначальном варианте являлся новым представителем линейки «Скифов» и должен был иметь аналогичную конструкцию механической части, отличаясь от 2ЭС5 только применением отечественного преобразующего и тягового электрооборудования вместо более дорогостоящего импортного при сохранении всех технических характеристик.
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.
По состоянию на начало 2019 года электровоз проходил испытания на экспериментальном кольце АО «ВНИИЖТ» (ЭК ВНИИЖТ, в городском округе Щербинка).
В сентябре 2019 года, одновременно с трёхсекционной версией (3ЭС5С), локомотив завершил цикл испытаний.
Эксплуатационные испытания с грузовыми составами массой 7,1 тыс. тонн проводились на участке Артышта-II — Алтайская Западно-Сибирской железной дороги. При этом проверялся режим энергоэффективного ведения поезда за счёт отключения части ТЭД при избыточной мощности локомотива, исследовались алгоритмы выбора оптимального режима. Эксплуатационные испытания завершились в начале декабря 2019 года. В марте 2020 года выданы сертификаты соответствия требованиям технического регламента Таможенного союза на электровозы 2ЭС5С и 3ЭС5С.
Осенью 2020 года на НЭВЗ проведено голосование, в ходе которого выбиралось имя для его локомотивов с асинхронным приводом. В голосовании участвовали 123 работника НЭВЗ, выбиравшие из 184 предложенных вариантов. По итогам голосования электровоз 2ЭС5С и его трёхсекционная версия 3ЭС5С (см. ниже) получили государственное свидетельство на товарный знак «Атаман».
3ЭС5С «Атаман»
Трёхсекционная модификация электровоза 2ЭС5С (добавлена средняя бустерная секция, предназначенная для обеспечения вождения поездов установленной массы 7,1 тыс. тонн и более). Также, как и двухсекционная версия, имеет товарный знак «Атаман». Максимальная скорость движения 120 км/ч. В мае 2019 года опытный образец 3ЭС5С передан на ЭК ВНИИЖТ в Щербинку, для проведения пробега около 5000 км и прохождения сертификационных испытаний. В ходе испытаний планировалось проверить тягово-энергетические показатели, микроклимат и электромагнитную совместимость. В июне того же года этот пробег был завершён с положительными результатами. Пробег проводился на скоростях от 0 до 120 км/ч под нагрузкой с составом массой 5,4 тыс. тонн. Через два месяца (в августе) начались очередные испытания на скоростном полигоне депо Белореченская Северо-Кавказской железной дороги. Эти динамико-прочностные испытания проводятся для определения нагрузок, передающихся на железнодорожные пути от локомотива, а также допустимых скоростей при прохождении кривых различного радиуса.
Как было сказано выше, в сентябре 2019 года, одновременно с двухсекционной версией, 3ЭС5С завершил цикл испытаний, а марте 2020 года выданы сертификаты соответствия требованиям технического регламента Таможенного союза на электровозы 2ЭС5С и 3ЭС5С.
Примерно за два месяца до получения данного сертификата успешно завершена подконтрольная эксплуатация 3ЭС5С. Проверке подлежал режим энергоэффективного ведения состава; в этом режиме экономия достигается за счёт отключения части тяговых двигателей при избыточной мощности. Для испытаний выбраны линии с достаточно сложными профилями (участки Лихая — Новороссийск — Лихая и Крымская — Грушевая). Совершено девять опытных поездок с целью определения технологии пропуска грузовых поездов массой 7,1 тыс. тонн.
Общие сведения
Электровозы семейства Э5К/ЭС5К «Ермак» предназначены для вождения грузовых, пассажирских и вывозных поездов на железных дорогах колеи 1520 мм, электрифицированных на однофазном переменном токе номинального напряжения 25 кВ и частоты 50 Гц. Электровоз рассчитан на работу при напряжении в контактной сети от 19 до 29 кВ и температуре наружного воздуха от −50°С до +50°С (предельное рабочее значение) и высоте над уровнем моря до 1200 м. Электрооборудование, устанавливаемое в кузове электровоза, рассчитано на работу при температуре от −50°С до +60°С.
По сути электровозы семейства Э5К/ЭС5К являются следующей эволюционной ступенью развития электровозов семейства ВЛ80 с осевой формулой секции 20—20 и позиционируются как их основная замена. ЭС5К во многом схожи с ВЛ80 по конструкции, размерам и расположению оборудования, но отличаются более современным электрооборудованием, во многом унаследованном от электровозов ВЛ85, новой обтекаемой формой лобовой части, современной кабиной машиниста и микропроцессорной системой управления. Также если все электровозы ВЛ80 выпускались только в качестве однокабинных секций, некоторые из которых затем модернизировались в бустерные секции или двухкабинные одиночные локомотивы, то у ЭС5К изначально с завода создавались и одиночные локомотивы Э5К, и бустерные секции.
Электровозы ЭС5К имеют конструктивный аналог для линий постоянного тока напряжения 3 кВ — электровоз ЭС4К «Дончак», унифицированный по узлам механической части, кабине управления, пневматическому и тормозному оборудованию и выпускаемый в составе двух (2ЭС4К) и трёх (3ЭС4К) секций. Одиночный двухкабинный электровоз Э4К не выпускается из-за невостребованности на участках постоянного тока, хотя конструктивно возможно его создание. По мощности секция ЭС4К несколько уступает секции ЭС5К (3200 против 3280 кВт в часовом режиме соответственно), однако по конструкции механической части полностью идентична ей, за исключением передаточного отношения редуктора. В отличие от ЭС5К, ЭС4К имеет возможность не только рекуперативного, но и реостатного торможения. Хотя на электровозе ЭС4К отсутствует тяжёлое электрооборудование для понижения напряжения преобразования переменного тока в постоянный как на ЭС5К, вместо него на нём установлены пуско-тормозные резисторы, благодаря чему масса секции ЭС4К такая же, как и у ЭС5К — 96 т.
Составность
Электровозы Э5К являются одиночными двухкабинными локомотивами, в то время как ЭС5К формируются из нескольких секций: 2ЭС5К — из двух головных, 3ЭС5К — из двух головных и одной промежуточной бустерной между ними, а 4ЭС5К — из двух головных и двух промежуточных бустерных между ними. Головные секции ЭС5К имеют одну кабину управления с одной стороны и межсекционный переход с другой, а бустерные — два межсекционных перехода по обоим концам. Поскольку секции ЭС5К содержат полный комплект оборудования, они могут эксплуатироваться и как одиночные локомотивы, однако в отличие от двухкабинных электровозов Э5К их эксплуатация в таком режиме ограничена из-за неудобства обзора для машиниста при маневрировании задним ходом и необходимости разворота на конечных пунктах следования.
Два двухсекционных электровоза 2ЭС5К могут сцепляться друг с другом по системе многих единиц, управляясь из одной кабины; также возможно сцепление одной головной секции задом к двухсекционному электровозу в систему из трёх секций. В то же время в случае вцепления бустерных секций между головными (в случае 3ЭС5К и 4ЭС5К) эксплуатация по системе многих единиц с управлением из одной кабины не предусматривается, тем не менее два электровоза могут работать совместно. Однако секции электровозов 3ЭС5К и 4ЭС5К унифицированы с 2ЭС5К и имеют розетки на лобовой части, что позволяет им в случае выцепления бустерной секции эксплуатироваться по СМЕ.
Таким образом, возможны следующие варианты составности:
- одиночный локомотив Э5К;
- одиночная секция ЭС5К;
- двухсекционный электровоз 2ЭС5К (две головные секции, сцепленные хвостовыми частями друг к другу);
- два двухсекционных электровоза 2ЭС5К+2ЭС5К (электровозы сцеплены головными частями);
- три головных секции ЭС5К+2ЭС5К (третья головная секция сцеплена хвостовой частью к головной части 2ЭС5К);
- трёхсекционный электровоз 3ЭС5К (две головные секции ЭС5К и одна бустерная между ними);
- четырёхсекционный электровоз 4ЭС5К (две головные секции ЭС5К и две бустерные между ними).
Нумерация и маркировка
Электровозы семейства Э5К/ЭС5К всех серий получали трёхзначные номера по возрастанию по очереди в порядке выпуска, начиная с 001. Каждая серия электровозов имеет свою собственную отдельную нумерацию.
Маркировка с обозначением серии и номера электровоза нанесена на лобовой части в виде объёмных металлических букв. У электровозов раннего выпуска с горизонтальными буферными фонарями маркировка нанесена аналогично электровозам ВЛ85: серия размещена по центру над автосцепкой, а трёхзначный номер — над правым буферным фонарём под лобовым стеклом. У подавляющего большинства электровозов с наклонными буферными фонарями обозначение номера размещено по центру над обозначением серии на уровне между нижними буферными фонарями. У некоторых электровозов с наклонными фонарями, например 3ЭС5К-340 и ближних к нему номеров обозначение серии указывалось непосредственно под лобовым стеклом над логотипом по центру, а обозначение номера — над правым буферным фонарём. По центру кабины на уровне немного ниже лобового стекла на многих электровозах раннего выпуска размещался логотип Новочеркасского завода в виде наклонной буквы «Н» в овале, а на электровозах поздних выпусков — логотип оператора (в случае РЖД логотип надпись имеет начертание в виде «p/d»).
На многих электровозах обозначение номера в серии или сетевого номера также нанесено на головных секциях сбоку белой краской под правым боковым окном кабины машиниста. У электровозов ранних выпусков, как правило, указывался только сетевой номер по середине между низом окна и низом кузова, а у электровозов поздних выпусков непосредственно под окном указан номер в серии, а снизу — сетевой номер. В пространстве между окном кабины машиниста и входной дверью по правому борту на некоторых электровозах указано депо приписки.
Конструкция
Механическая часть
Электровоз имеет стальной кузов вагонного типа с главной рамой, на которую устанавливаются пластиковая блок-кабина управления и комплект оборудования. Ходовая часть исполнена с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей с моторно-осевыми подшипниками скольжения. Применены тележки ВЛ65, от тележки ВЛ80 и ВЛ85 эта тележка отличается отсутствием листовых рессор, а от тележки ВЛ80, кроме того — отсутствием шкворней, передача усилия идёт через наклонную тягу.
Электрическая часть
Обзор электрооборудования в машинном отделении 3ЭС5К. В электровозе применены усовершенствованные тяговые электродвигатели НБ-514Д, электрическое рекуперативное торможение, а также микропроцессорная система управления, обеспечивающая ручное и автоматическое управление движением, диагностику параметров движения и работы всего оборудования электровоза.
По расположению оборудования и электрической схеме электровозы Э5К похожи на электровоз ВЛ85, на базе которого и были созданы. От ВЛ85 они отличаются применением технических решений, уже опробованных на электровозах семейства ЭП1 — более экономичной системой вентиляции, конденсаторным запуском вспомогательных двигателей с возможностью их работы в режиме низкой скорости (НЧ), применением микропроцессорной системы управления и диагностики. На НЧ машины работают за счёт питания от преобразователя частоты и числа фаз ПЧФ-136, понижающего сетевую частоту втрое — до 16,7 Гц, а напряжение до 40 В (так называемая «вентиляторная» параболическая вольт-амперная характеристика). Однако конденсаторный запуск вспомогательных машин, на электровозах ВЛ используемый как резервный, а на ЭП1 и Э5К как основной, впоследствии был дополнен системой с использованием пускового двигателя ПД (то же самое, что фазорасщепитель на ВЛ60, ВЛ80 и ВЛ85), с последующей модернизацией ранее выпущенных локомотивов. В отличие от электровозов ВЛ, на ЭС5К в качестве фазорасщепителя применена не специальная машина, а двигатель такого же типа, как для привода вентиляторов — НВА-55. Для установки ПД с электровоза снимается ПЧФ и пропадает режим работы машин на НЧ.
Интерьер
В электровозе установлены следующие системы безопасности движения: КЛУБ-У, САУТ-ЦМ/485 и ТСКБМ. Усовершенствованы конструкция кабины управления, установлены термоэлектрические кондиционеры и панельные нагреватели, в целом улучшены условия работы локомотивной бригады (электровоз оборудован холодильником и сантехническим оборудованием).
Эксплуатация
Первый электровоз 2ЭС5К-001 в начале 2005 вскоре после выпуска прошёл первичную обкатку на тестовом кольце в Новочеркасске и весной того же года прибыл в подмосковную Щербинку на кольцо ВНИИЖТ для проведения испытаний. 4 августа того же года электровоз был продемонстрирован Президенту России Владимиру Путину, который прокатился по кольцу в кабине электровоза и часть пути управлял им. В конце года в Щербинку для испытаний также прибыл второй электровоз для проведения испытаний тормозных систем, а первый был направлен на динамико-прочностные испытания на участок Белореченская — Майкоп.
В 2006 году электровоз 001 был возвращён на завод, где в его состав временно включили бустерную секцию, после чего он стал испытываться на кольце НЭВЗа как 3ЭС5К. Затем все электровозы, включая первый в трёхсекционной составности и остальные в двухсекционной поступили в депо Улан-Удэ для опытной эксплуатации с грузовыми поездами на Восточно-Сибирской и Забайкальской железных дорогах. Электровоз 2ЭС5К-001 в качестве 3ЭС5К прошёл эксплуатационный пробег в 5000 км на от станции Мариинск Красноярской железной дороги, проследовав по Восточно-Сибирской и Забайкальской дороге до станции Карымская. В ходе первичной эксплуатации электровозы успешно подтвердили ожидаемые показатели и провели большегрузные составы через перевал. После этого все электровозы кроме 001 продолжили регулярную эксплуатацию, а 001 летом 2006 года был возвращён на завод и до весны 2007 года вновь проходил испытания в Щербинке. Затем из его состава была исключена бустерная секция и электровоз был передан для регулярной эксплуатации в депо Вихоревка.
Электровозы 2ЭС5К первых выпусков после непродолжительной работы в депо Улан-Удэ были переданы в депо Вихоревка и Смоляниново, куда поступали все новые электровозы серии. Многие электровозы 2ЭС5К в этих депо были объединены по системе многих единиц в четырёхсекционном исполнении. При этом на участке Смоляниново — Находка Дальневосточной железной дороги со сложным горным профилем с целью вождения поездов массой 6300 тонн стало использоваться четыре двухсекционных электровоза по две пары — два в голове поезда и два в хвосте в качестве толкачей.
Партия из 15 электровозов 2ЭС5К была продана Украинским железным дорогам в депо Подольск, где они стали эксплуатироваться совместно с 18-ю электровозами 2ЭЛ5.
Позднее электровозы стали поступать и в другие депо восточных регионов России, в основном Хабаровск II, Чита и Белогорск. Ряд электровозов также поступил на Октябрьскую железную дорогу в европейской части России в депо Кандалакша. В отличие от двух первых депо, электровозы в них эксплуатируются поодиночке.
Отдельные электровозы 2ЭС5К после завершения основных испытаний периодически участвовали в различных испытаниях, выставках парадах поездов, проводимых на кольце ВНИИЖТ в подмосковной Щербинке. Например, электровозы Э5К-001 и 3ЭС5К-014 участвовали в выставке Экспо 1520 в 2007 году, а электровоз 2ЭС5К-137 — на параде поездов в ходе выставки Экспо 1520 в 2013 году.
3ЭС5К
Электровозы 3ЭС5К поставлялись в те же депо Российских железных дорог, что и основная масса 2ЭС5К, изначально они поставлялись в Хабаровск II и Вихоревку, но с 2011 года подавляющее большинство поставлялось в депо Чита. В отличие от 2ЭС5К они не объединялись по системе многих единиц, но известны случаи совместной их эксплуатации в составе одного поезда при вождении тяжёлых составов.
В 2013 году был выпущен электровоз 3ЭС5К-434 увеличенного веса с поосным регулированием силы тяги. В течение двух лет он проходил обкатку на Новочеркасском кольце и участках Северо-Кавказской железной дороги в депо Батайск. В течение непродолжительного времени он испытывался в четырёхсекционном виде совместно с новой бустерной секцией от 4ЭС5К-001, а с осени 2015 года был снова в трёхсекционном виде передан для прохождения 5000-километрового пробега и опытной эксплуатации в депо Чита. Во время испытаний электровоз водил составы в сопровождении другого электровоза, сцепленного с ним сзади. В апреле 2016 года он был передан в депо Вихоревка, где прошёл испытания на участке Тайшет — Таксимо со сложным профилем, подтвердив большую эффективность в сравнении с серийными электровозами, после чего поступил в регулярную эксплуатацию.
Электровоз 3ЭС5К-879 с усовершенствованными преобразователями также с завода был отправлен на обкаточное кольцо для прохождения испытаний.
22 ноября 2018 года 2 электровоза 3ЭС5К с поосным регулирование силы тяги были переданы Узбекистанской железной дороге по договору, подписанному в середине 2018 года.