ЭП20 «Олимп»
Общие сведения
ЭП20 «Олимп» — российский двухсистемный скоростной шестиосный пассажирский электровоз, спроектированный Трансмашхолдингом с использованием ряда технических решений французской компании Alstom в рамках совместного предприятия «Технологии рельсового транспорта». ЭП20 задуман как головной проект масштабной программы разработки широкого ряда российских электровозов нового поколения с асинхронным тяговым приводом. Электровоз серийно выпускается на Новочеркасском электровозостроительном заводе. По состоянию на июль 2020 года выпущено 77 электровозов, все они поступили в собственность ОАО «РЖД» и работают с пассажирскими поездами.
История создания и выпуска
Проектирование
В 2000-х годах на железных дорогах России возникла потребность в двухсистемных пассажирских электровозах с целью увеличения маршрутных скоростей пассажирских поездов и сокращения времени их простоя на станциях стыкования родов тока. Использование двухсистемных электровозов позволяло не только сократить время простоя, но и снизить эксплуатационные затраты благодаря отсутствию необходимости смены локомотивов. В конце 1990-х годов Новочеркасский электровозостроительный завод совместно с компанией Adtranz создал двухсистемный шестиосный пассажирский электровоз серии ЭП10 с асинхронным приводом, призванный обеспечить потребности РЖД в двухсистемных электровозах и заменить на маршрутах двухсекционные восьмиосные электровозы ЧС7 и ЧС8 и шестиосные ЧС4Т с менее мощными коллекторными двигателями. Изначально планировалось наладить их массовый выпуск, но в связи с низкой надёжностью ряда комплектующих и устареванием ряда применяемых технологий ОАО «Российские железные дороги» отказались от дальнейших закупок данных локомотивов, поэтому в период 2005—2006 годов была выпущена лишь ограниченная партия в 11 машин, (всего — 12 с учётом первого электровоза), поскольку для части из них уже были изготовлены комплектующие и отказ от их закупки грозил уплатой неустойки производителю.
Из-за низкой надёжности электровозов ЭП10 руководство ОАО «РЖД» признало необходимым создание в России нового двухсистемного электровоза, получившего проектное обозначение серии ЭП20. По завершении предпроектных исследований было утверждено техническое задание на ЭП20, который, как и ЭП10, должен был оснащаться асинхронным тяговым приводом и системой рекуперативного торможения для снижения эксплуатационных затрат и иметь схожие технические характеристики, но в то же время соответствовать повышенным требованиям по безопасности и надёжности в соответствии с нормами, принятыми для электровозов, выпускаемых в странах Европы, и обеспечивать комфортные условия работы локомотивной бригады. Также предполагалось, что электровоз будет водить транзитные поезда, следующие в дневное время по скоростной линии Москва — Санкт-Петербург, поэтому среди предъявленных требований к будущему электровозу была возможность создания его варианта для эксплуатации со скоростями до 200 км/ч.
РЖД поручили российскому Трансмашхолдингу создать проект нового электровоза к 2008 году. Для создания нового локомотива Трансмашхолдинг заключил партнёрское соглашение с французской компанией Alstom Transport, производящей высокоскоростные электровозы и электропоезда, которая должна была разработать и поставить наиболее сложные в изготовлении узлы электровоза с учётом климата России, поскольку у российских предприятий отсутствовало оборудование и опыт для производства отдельных узлов и части сложного электрооборудования (в особенности тяговых инверторов и системы управления) и для их создания требовалось значительное время, а закупать зарубежные электровозы было слишком дорого. Проект был реализован совместно с участием Всероссийского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института электровозостроения (ВЭлНИИ) через созданную Трансмашхолдингом и Альстомом совместную компанию ООО «Технологии рельсового транспорта» («ТРТранс»), задачей которого стала разработка принципиально нового для России подвижного состава.
Для нового электровоза были сконструированы принципиально новые детали, которые вскоре начали изготавливаться и тестироваться: кузов, кабина машиниста с крэш-системой, тележки, тяговые электродвигатели, система управления и контроля, тормозное и механическое оборудование. Компания Alstom доработала тяговый инвертор в соответствии с требованиями российских стандартов и условиями эксплуатации. Окончательный проект электровоза был готов в 2010 году, и в мае РЖД подписало контракт на поставку 200 электровозов серии на сумму около 1 миллиарда евро. Производство электровозов было организовано на главном электровозостроительном предприятии России — Новочеркасском заводе.
Производство
Сборка первого электровоза ЭП20-001 была начата во второй половине 2010 года и завершена в апреле 2011 года. Поскольку электровозы серии планировалось использовать для вождения скорых поездов по маршруту Москва—Адлер без смены локомотива на всём протяжении маршрута для перевозки пассажиров во время Зимних Олимпийских игр 2014 года в Сочи, в честь предстоящей олимпиады серия получила именное название «Олимп». Первый электровоз был окрашен в честь предстоящей Олимпиады в оригинальную оранжево-сине-голубую окраску со стилизованным изображением гор и пламени и имел редукторы стандартного исполнения для вождения поездов с максимальной скоростью 160 км/ч. После наладки на заводе он был отправлен на испытания.
В начале 2012 года был выпущен второй электровоз в скоростном исполнении на 200 км/ч для возможности проведения параллельных испытаний двух машин разного скоростного исполнения. В сентябре того же года была окончательно завершена сертификация машин, что позволило начать их серийное производство. В конце года была выпущена опытно-промышленная партия из 6 машин скоростного исполнения. С 2013 года серия стала выпускаться более массово, однако в 2014 году объём выпуска снова резко снизился по причине валютного кризиса в России и удорожания импортных комплектующих, что сделало электровозы слишком дорогими. Начиная с номера 002, все электровозы получали трёхцветную фирменную окраску РЖД с красным, светло-серым и тёмно-серым цветами (красный — сверху с преобладанием в зоне кабины, светло-серый — в середине с преобладанием по бокам, тёмно-серый — внизу), при этом передняя часть электровоза вверху окрашивалась в оранжевый цвет. В 2018 году в такую же цветовую схему был перекрашен и первый электровоз.
Электровозы ЭП20 выпускались в двух модификациях, отличающихся друг от друга передаточным отношением тягового редуктора — обычной с конструкционной скоростью 160 км/ч и скоростной с конструкционной скоростью 200 км/ч. Электровозы с номерами 002—018, 046—048 и 077 были выпущены в скоростной модификации, а все прочие — в обычной. Начиная с номера 053 (первый электровоз 2016 года постройки), машины получили кабины российского производства, отличающиеся изменённой конструкцией буферных фонарей и окон кабины машиниста. Начиная с номера 067 (первый электровоз 2019 года постройки), боковые панели некоторых электровозов стали выполняться с горизонтальными гофрами.
Общие сведения
Электровоз ЭП20 «Олимп» предназначен для вождения пассажирских поездов на железных дорогах с шириной колеи 1520 мм, электрифицированных как на однофазном переменном токе промышленной частоты 50 Гц с номинальным напряжением 25 кВ, так и на постоянном токе с номинальным напряжением 3 кВ. Электровоз наиболее востребован на маршрутах, где имеются оба вида электрификации, для сокращения времени стоянки на станции смены рода тока и возможности следования без остановки на ней. Электровоз может эксплуатироваться при температурах окружающей среды от −50 °C до +40 °C.
Электровоз является наиболее современной моделью пассажирских электровозов на железных дорогах России и за счёт применения мощных асинхронных тяговых электродвигателей сопоставим по мощности с восьмиосными двухсекционными электровозами с коллекторными двигателями, такими как ЧС7 и ЧС8, и может использоваться для их замены. Он также является первым представителем нового семейства электровозов производства НЭВЗ с асинхронным тяговым приводом, унифицированных по конструкции механической и электрической части. На базе ЭП20 был создан двухсекционный восьмиосный грузовой электровоз переменного тока 2ЭС5, также планируется создание схожего электровоза постоянного тока 2ЭС4 и двухсистемного 2ЭС20, а также односекционных шестиосных пассажирских ЭП2 и ЭП3 для постоянного и переменного тока. Унификация узлов и систем будущих пассажирских электровозов серий ЭП2 и ЭП3 составит до 85 %, а грузовых электровозов 2ЭС4 и 2ЭС5 — до 70-75 %.
Электровоз выпускается в двух исполнениях, отличающихся передаточным отношением тягового редуктора: для движения с максимальной скоростью 160 км/ч и 200 км/ч. Электровоз ЭП20 в исполнении на 160 км/ч при движении со своей максимальной скоростью может вести на прямом участке пассажирский поезд состав из 24 вагонов, а электровоз на 200 км/ч — поезд из 17 вагонов.
Нумерация и маркировка
Электровозы ЭП20 получают с завода трёхзначные номера, присваиваемые по возрастанию в порядке их выпуска, начиная с 001. Обозначение серии и номера наносится в виде объёмных металлических букв на лицевых панелях буферов спереди кабины электровоза, при этом на правом буфере указана его серия (при взгляде на кабину — слева), а на другом — его трёхзначный номер. Номера кабин электровоза указаны на боковых стенах внизу примерно над второй колёсной парой, считая от ближайшей кабины, и нанесены краской белого цвета в виде маленьких цифр 1 или 2.
Конструкция
Электровоз представляет собой спроектированную инженерами Трансмашхолдинга платформу с интегрированными в неё высокотехнологичными разработками российских (тяговые двигатели, микропроцессорная система управления и диагностики, модуль тормозного оборудования, питание цепей управления, ряд вспомогательных машин, кабина управления, автоматическая система пожаротушения), французских (тяговые преобразователи, управление тяговым приводом) и других производителей.
Экипажная часть электровоза, рассчитанная на максимальную скорость 200 км/ч
Асинхронный тяговый электропривод на БТИЗ с индивидуальными инверторами напряжения (поосное регулирование)
Модульная кабина управления с климат-контролем, соответствующая всем современным санитарным, эргономическим нормам и нормам безопасности (проект и производство с № 001 по № 052 — ООО «МДС — Международное деловое сотрудничество», Украина, Днепропетровск)
- Тяговая передача 3-го класса
- Безбандажные колёсные пары с ресурсом ободов колёс более 1 млн км.
- Микропроцессорная система управления, диагностики и безопасности движения, включая устройство автоведения
- Астатический регулятор скорости в режиме тяги и электрического торможения
- Преобразователь собственных нужд с регулированием производительности и плавным пуском вентиляторов и компрессоров
- Модульный монтаж пневматических и электрических систем
- Безмасляные компрессоры с устройствами осушки воздуха
- Индивидуальные тормозные блоки с автоматическим стояночным тормозом
- Система вентиляции — индивидуальная с регулированием производительности
- Аварийные поглотители энергии, обеспечивающие безопасность локомотивной бригады в случае лобового столкновения (разработка и производство с № 001 по № 052 — ООО «МДС — Международное деловое сотрудничество», Украина, Днепропетровск)
- Цифровая система связи, «поездная шина», обеспечивающая возможность соединения локомотива и вагонов, оборудованных этой системой (например, современные модели вагонов ТВЗ), в общий комплекс диагностики
Эксплуатация
Испытания
Первый электровоз ЭП20-001 проходил экспериментальные поездки на испытательном кольце ВЭлНИИ в Новочеркасске и затем на кольце ВНИИЖТ в московской Щербинке, где проходил эксплуатационный пробег в 5000 км и также участвовал в параде поездов в сентябре на выставке Экспо 1520. С октября 2011 года по январь 2012 года он проходил испытательный пробег и санитарно-гигиенические испытания на работу климатической системы кабины машиниста в условиях зимнего времени.
С февраля 2012 года начались сертификационные испытания электровоза, включавшие тесты электрооборудования вспомогательных цепей, проверку функций комплексной системы управления и контроля в режиме тяги, тепловые испытания в режимах рекуперативного и реостатного торможения, проверку системы диагностики ответственного оборудования, испытания на экологическую безопасность, оценку пожарной и взрывобезопасности. Электровоз прошёл тягово-энергетические испытания на полигоне в Щербинке и радиальных направлениях МЖД со скоростями до 120 км/ч, а затем отправился на участок Белореченская — Майкоп с двухсистемной электрификацией для прохождения испытаний со скоростями до 160 км/ч в обоих режимах питания. Однако в конце мая электровоз попал в аварию, сойдя с рельс, и испытания были остановлены, а электровоз отправлен на ремонт, после которого вернулся в июле 2012 года на кольцо ВЭлНИИ для завершения испытаний.
Второй опытный электровоз ЭП20-002 скоростного исполнения в марте 2012 года также был отправлен в Щербинку для прохождения 5000-километрового пробега, а летом также был отправлен на участок Белореченская—Майкоп, где проходил ходовые испытания при движении со скоростью 140—160 км/ч; одновременно с ними проводились комплексные динамические испытания по воздействию локомотива на путь. После этого электровоз был направлен на Октябрьскую железную дорогу на линию Москва — Санкт-Петербург для ходовых и тягово-энергетических испытаний в скоростном режиме на скоростях порядка 200—220 км/ч, в ходе которых он развил максимальную скорость 230 км/ч. В начале июля электровоз вернулся на скоростной участок в Белореченске для проведения скоростных испытаний на переменном токе, а в конце июля — в Новочеркасск, где вместе с первым электровозом прошёл завершающий этап испытаний.
Осенью 2012 года первый электровоз вернулся для продолжения испытаний на кольцо в Щербинке, где также принял участие в очередном параде поездов, посвящённом 175-летию железных дорог России. Некоторое время на кольце обкатывался и второй электровоз, периодически возвращаемый в Новочеркасск, который вскоре затем начал работу с пассажирскими поездами. Первый электровоз же продолжал испытания на кольце, а также совершил испытательный пробег с вагоном-лабораторией из Москвы в Минск и по Белорусской железной дороге.
В дальнейшем электровозы ЭП20 разных номеров участвовали в испытаниях пассажирских составов на кольце ВНИИЖТ и на радиальных направлениях МЖД, а также в парадах поездов на выставке Экспо 1520 в 2013, 2015 и 2017 годах.