Пассажирский электровоз ЧС2
ЧС2 – пассажирские электровозы с шестью осями, производимые чехословацким предприятием Шкода, которые поступали на железнодорожные линии СССР с 1966 по 1973 годы.
ЧС2 (ЧехоCловацкого производства, тип 2; заводские обозначения типа — 25E0, с 34E0 по 34E4, а также с 53E0 по 53E9) — пассажирский односекционный шестиосный электровоз постоянного тока, строившийся на предприятии Škoda с 1958 по 1973 год для железных дорог Советского Союза. За свой внешний вид получил прозвище «Чебурашка».
История создания и выпуска
В 1958 году завод Škoda, также известный тогда как Пльзеньский завод им. В. И. Ленина, построил четыре шестиосных электровоза постоянного тока с тяговыми двигателями AL-4846zT часовой мощностью 586 кВт, то есть с такими же, как применённые на электровозе ЧС1. Два электровоза, имевшие передаточное отношение тяговой передачи 1 : 1,951 (заводской тип электровоза 25E0), предназначались для СССР. Эти электровозы, обозначенные как ЧС2-001 и ЧС2-002, в декабре 1958 года прибыли в депо Москва-Техническая Московско-Курско-Донбасской железной дороги. Два других опытных электровоза (заводская серия 23E) были оставлены в эксплуатации на железных дорогах Чехословакии с получением индекса E 699.0.
По результатам испытаний опытных электровозов в их конструкции был выявлен ряд недостатков, и в 1961 году завод Škoda, с учётом опыта эксплуатации электровозов ЧС3, спроектировал для железных дорог Советского Союза шестиосный электровоз типа 34Е, являющийся дальнейшим развитием конструкции электровоза типа 25Е0. По сравнению с предшественником в конструкцию этого электровоза были внесены значительные изменения. Кузов этих электровозов претерпел ряд изменений как в размерах, так и в конструкции лобовых и боковых стен, конструкция рам тележек была усовершенствована при сохранении их основных размеров, а передаточное отношение стало равным 44 : 77. Внутри было значительно изменено расположение оборудования, другими стали количество и типы вспомогательных машин, электрические схемы, применены новый контроллер и тяговые электродвигатели AL-4846eT часовой мощностью по 700 кВт, конструктивно основанные на двигателях электровозов ЧС3. Также были внесены изменения в конструкцию пантографов.
Электровозы 34E начали серийно выпускаться с марта 1962 года, и на советских железных дорогах получили такое же обозначение — ЧС2, продолжив нумерацию серии начиная с 003. В процессе выпуска в их конструкцию постоянно вносились изменения, некоторые из которых сопровождались сменой нижнего индекса в обозначении модели с 34E0 по 34E4.
В 1964 году были выпущены электровозы с номерами 225—231, получившие обозначение серии 54E1. От серийных ЧС2 они отличались тем, что предназначались для эксплуатации на железных дорогах европейской колеи 1435 мм в приграничных зонах между СССР и странами Европы и имели тяговые редукторы с передаточным отношением 1:2,27, ввиду чего их максимальная скорость снизилась до 120 км/ч, но увеличилась сила тяги, позволяя эксплуатировать локомотивы на участках со сложным профилем в горной местности. Эти электровозы первоначально поступили на Львовскую железную дорогу. Однако в 1967 году электровозы были возвращены на завод и переоборудованы для работы на колее 1524 мм, а колёсные пары и редукторы были заменены на стандартные, после чего они эксплуатировались на общей сети железных дорог СССР.
В том же 1964 году был выпущен электровоз ЧС2-232, получивший обозначение серии 53E и отличавшийся от 34E применением реостатного торможения. Использование только четырёх колесных пар из шести для торможения и ограничение по тепловой мощности тормозных резисторов (всего 1200—1300 кВт) сделали этот вид торможения малоэффективным. Это подтвердилось при испытании опытного электровоза летом 1964 года на Октябрьской железной дороге. Однако в силу того, что завод Škoda провёл подготовку производства, электровозы с номера 305 (заводской тип 53E1) выпускались с реостатным торможением. Такие же тормозные реостаты были установлены на локомотивы 405—454 типа 53E2. Эти электровозы получили наименование серии ЧС2Т и производились с 1964 по 1965 год (не следует путать с глубоко модернизированным электровозом ЧС2Т серии 63E). Начиная с электровоза 455 все электровозы выпускались без реостатного тормоза, сохранив, однако, обозначение 54E.
В 1965 году с целью изучения возможности применения электровозов ЧС2 для скоростного движения было выпущено два электровоза 53E3 № 565 и 566 с передаточным числом 48 : 73 = 1 : 1,52, у которых были увеличена максимальная скорость и снижена сила тяги. Электровозы получили обозначение ЧС2М.
Всего до 1973 года завод Škoda произвёл и поставил в СССР 942 электровоза серии ЧС2, с учетом прототипов и машин «М» и «Т», а с учётом глубоко модернизированного ЧС2Т серии 63E — 1062 единицы. Два электровоза ЧС2 стали для фирмы Škoda юбилейными: ЧС2-718 стал тысячным электровозом ЧС, а электровоз ЧС2-888 стал трёхтысячным электровозом завода Škoda.
Конструкция
Кузов электровоза сварной конструкции представляет собой одну пространственную ферму, включающую в себя пространственную и нижнюю главную раму. Тележки электровоза трёхосные. Тормозное и тяговое усилие от тележек к кузову передаётся через шкворни, жёстко укреплённые в раме кузова, взаимодействующие с шаровыми сочленениями, помещёнными в балках тележек. Предусмотрено свободное поперечное перемещение тележек относительно кузова на 60 мм. Вес кузова передаётся на тележки через четыре боковые опоры. От рамы тележки на колёсные пары вес передаётся через резиновые сайлентблоки, установленные по концам листовых подбуксовых рессор. Буксы электровоза имеют по одному сферическому двухрядному подшипнику, в отверстия букс входят стержни (цапфы), запрессованные в раму тележки — через них передаются горизонтальные усилия. Рессоры второй и третьей колёсных пар первой тележки были соединены между собой продольными балансирами; на второй тележке соединены балансирами четвёртая, пятая и шестая колёсные пары. Между собой тележки соединяются сочленением с пружинным возвращающим устройством, не препятствующим продольному перемещению тележек. Для лучшего вписывания в кривые толщина гребней 2-й и 5-й колёсных пар была уменьшена на 10 мм.
Тяговые электродвигатели электровоза могут соединяться последовательно, последовательно-параллельно, и параллельно. На ходовых позициях каждого соединения было предусмотрено 5 ступеней ослабления возбуждения: 80 %, 65 %, 50 %, 40 %, 35 %. Переход с одного соединения ТЭД на другое осуществляется методом шунтирования электродвигателей резисторами. Максимальное напряжение на двигателях составляет 1 500 В.
Главный переключатель электровоза имеет 39 контакторных элементов, расположенных в два ряда, по обе стороны от кулачковых валов. Привод главного переключателя — пневмодвигателем системы Škoda. Переключатель имеет нулевую, подготовительную (X), 40 рабочих и 6 переходных позиций. Ходовые позиции (то есть позиции, на которых допускается длительная езда) — 22, 33, 40. Ослабление возбуждения осуществляется с помощью отдельного шестипозиционного переключателя с 20 контакторными элементами, похожего по конструкции на главный переключатель, но имеющим лишь один ряд контакторных элементов.
Высоковольтные цепи от токов короткого замыкания и перегрузок защищают быстродействующий выключатель, дифференциальные реле (№ 015 в силовой цепи и № 201 во вспомогательной), реле перегрузки ТЭД и тепловые реле вспомогательных двигателей. Включение двигателей вспомогательных машин и калориферов отопления кабин осуществляется электромагнитными контакторами.
Для охлаждения тяговых электродвигателей и пуско-тормозных резисторов на электровозе установлены два центробежных мотор-вентилятора с электродвигателями постоянного тока, рассчитанными на номинальное напряжение 3 000 В. Мотор-вентиляторы имеют два режима работы: малая скорость (зимний режим) и высокая скорость (летний режим). Для создания запаса сжатого (0.75-0.9 МПа) воздуха на электровозе установлены два мотор-компрессора с электродвигателями постоянного тока, рассчитанными на номинальное напряжение 3 000 В. Мотор-компрессоры имеют два режима работы: автоматический и ручной.
Кузов и дизайн у этих электровозов по сравнению с 25E был значительно изменён и несколько увеличился по длине и уменьшился по высоте, хотя в целом и сохранил форму. Спереди у электровоза была изменена конструкция лобовых стёкол и на уровне буферных фонарей появилась выступающая вперёд горизонтальная панель. По обоим бокам напротив машинного отделения стали располагаться по 6 окон, значительная часть вентиляционных решёток на боковых стенах была ликвидирована.
Рамы тележек были выполнены из сваренных по горизонтальной плоскости корытообразных профилей, что позволило избежать образования трещин. Для определения влияния на тяговые качества pp разных систем рессорного подвешивания у электровоза ЧС2-004 продольные балансиры расположили между второй и третьей колёсными парами, а у ЧС2-003 между первой и второй. На электровоз был применён тяговый привод по типу применённого на электровозе ЧС3 (привод системы Шкода), но с передаточным числом 1 : 1,75. Тяговые двигатели были заменены на AL-4846eT с часовой мощностью 700 кВт.
На электровозах изменилось расположение оборудования, изменены применяемые типы вспомогательных машин. Вместо четырёх мотор-вентиляторов были установлены два, двигатели этих вентиляторов были рассчитаны на полное напряжение контактной сети — 3 000 В. От этих вентиляторов через клиноременную передачу приводились также и генераторы цепей управления. Мотор-компрессоры состояли из электродвигателя постоянного тока мощностью 17 кВт и компрессора К2 (трехцилиндровый двухступенчатый) производительностью 2,5 — 2,7 м3/мин при частоте вращения вала электродвигателя 1350 об/мин. Чугунные пусковые резисторы были заменены на более лёгкие фехралевые.
Изменения коснулись и силовой схемы электровоза. Для уменьшения числа контактов была изменена схема включения ТЭД (якорь и обмотка возбуждения соседних ТЭД включались последовательно). Изменились ходовые позиции главного переключателя, ими стали 20, 33, 42-я. На электровозе был применён новый контроллер машиниста. Была изменена конструкция токоприёмников.
Для удобства ремонта отдельных электроаппаратов, к которым подводилось много проводов цепей управления, соединение жгутов проводов стало выполняться с помощью малогабаритных штепсельных разъемов по типу применяемых в самолетостроении. Для подъёма токоприемника был установлен небольшой мотор-компрессор с электродвигателем, работающим от аккумуляторной батареи.
С 1962 года начались поставки электровозов заводского типа 34E1; в конструкцию этих электровозов внесены следующие изменения: перенесена из кузова в подкузовные ящики аккумуляторная батарея, изменено расположение сигнальных ламп на пульте, заменён кран вспомогательного тормоза (применён кран условный номер 254), заменён воздухораспределитель (применена модель 292 — типовой воздухораспределитель для железных дорог СССР). Система рессорного подвешивания осталась такой, как на электровозе ЧС2-004.
С 1963 года начались поставки электровозов заводского типа 34E2. На этих электровозах при неизменном диаметре бандажа (1250 мм) изменена с 75 до 90 мм толщина бандажа (за счет уменьшения диаметра центра колесной пары). С 205 электровоза начато производство типа 34E3, с 244 — 34E4. Позже появилась новая серия машин — 53E.
Электровозы ЧС2 и ЧС2Т серии 53E
Электровоз ЧС2-232 (тип 53E0) начал уже другую заводскую серию, обозначенную 53E. На этом электровозе был смонтирован реостатный тормоз. Схема реостатного тормоза предусматривала при торможении работу на реостаты двух групп попарно соединенных двигателей с подпиткой их обмоток возбуждения от аккумуляторной батареи. Кроме того, на электровозе были заменены некоторые электроаппараты и контроллер машиниста. У опытного электровоза 232 в реостатном торможении были задействованы двигатели 1, 2, 5 и 6. Позже электровозы с номерами с 305 по 454 оснащались реостатным тормозом, при этом в их конструкцию был внесён ряд улучшений, а для реостатного торможения стали применяться двигатели 2, 3, 4 и 5. Позже все новые ЧС2, а также переоборудованные старые, были без реостатного тормоза.
Внешне отличить 53E от старых электровозов серии 34E можно, главным образом, по крышевому оборудованию. Внутри же имеются значительные отличия в расположении оборудования и в электрических схемах. Заменены мотор-вентиляторы, зигзагообразный проход машинного отделения заменён двумя прямыми проходами. В силовой схеме электровоза применён мостовой переход с последовательного соединения двигателей на последовательно-параллельное, что позволило избежать провала силы тяги при переходе, сопровождающегося ударными нагрузками на карданные муфты и редукторы. Также на пультах машиниста установлены амперметры для отдельного контроля тока каждой ветви тяговой цепи и лампа сигнализации боксования.
По мере дальнейшего выпуска ЧС2 продолжали появляться новые варианты исполнения серии 53E (до типа 53E9 включительно). В конструкцию электровозов продолжали вносить изменения, но они не носили революционного характера.
Высокоскоростные электровозы ЧС2М
Электровозы ЧС2м-566 и 565 (сзади) на скоростных испытаниях с пассажирским вагоном С целью проведения опытных поездок с высокими скоростями на двух последних электровозах заводского типа 53E3 (№ 565 и 566), выпущенных в 1965 году, был установлен привод с передаточным числом 1:1,52, что позволило поднять максимальную скорость со 160 до 180 км/ч. На этих электровозах большие зубчатые колеса были посажены на ось колёсной пары, а не на ступицу центра, как на серийных электровозах. Опытным электровозам было присвоено обозначение ЧС2М.
Оба электровоза поступили для испытаний на Октябрьскую железную дорогу, где в марте 1966 года одним из них была достигнута скорость 205 км/ч, а в феврале 1971 — 220 км/ч.
Электромотрисы А-ЧС2
На базе электровозов ЧС2-540 и ЧС2-549 на Запорожском электровозоремонтном заводе, по заказу ОАО «РЖД», были изготовлены электромотрисы А-ЧС2-540 и А-ЧС2-549 для перевозки железнодорожного инженерного и начальствующего состава разного ранга при инспекционных поездках.
А-ЧС2 выполнены как самоходное транспортное средство с оборудованным вместо одного машинного отделения пассажирским салоном. Кабины машинистов заменены на новые, по типу кабин электровоза ЧС2КВР.
По состоянию на 2004 год данные электромотрисы базировались в депо Москва-Курская. Также известна электромотриса А-ЧС2-552, приписанная к ТЧ-6 Москва-Сортировочная Московской ЖД.
Электромотриса ЧС2-101
В 2008 году электровоз ЧС2-101 Западно-Сибирской железной дороги был переоборудован в электромотрису по индивидуальному проекту. Электровоз получил новые прямые кабины машиниста оригинальной формы с наклоном в районе лобового стекла, по форме напоминающие кабины ЧС7, но с прямым низом почти без обратного наклона, прямоугольными буферными фонарями, единым лобовым стеклом и четырьмя маленькими прожекторами над ним. Часть машинного отделения электровоза возле кабин машиниста была переделана в пассажирский салон, и рядом с каждой кабиной с каждой стороны было сделано по два широких боковых окна, а правая входная дверь и окна в середине стен ликвидированы. Пуско-тормозные резисторы были вынесены на крышу электровоза. Изначально новая электромотриса имела тёмно-серую окраску со светло-серой широкой центральной полосой по середине высоты и узкой голубой полосой под ней, а также узкой красной спереди ещё чуть ниже. Позже она несколько раз перекрашивалась в светло-серую и тёмно-серую схему с красными полосами спереди и по бокам. Электровоз приписан к депо Омск, но преимущественно базируется в Новосибирске.
Конструкция
Кузов ЧС2 опирается на две объединенные 3-осные тележки, имеющие возвращающие пружины. На основной раме закреплены 4 боковые опоры, с помощью них кузов стоит на тележках. Детали кузова выполнены из высококачественной листовой стали. Тележечные рамы представлены двумя балками продольного типа с коробчатым сечением, которые соединяются 4-мя поперечными брусьями, один из которых шкворневого типа.
Колеса обладают диаметром 1250 мм, размер осевых шеек 180 мм. Буксы имеют один 2-рядный роликовый подшипник. Они могут легко двигаться в вертикальном направлении по цапфам, закрепленным в тележечной раме.
Снизу на буксе установлена листовая рессора, на которую оказывают давление пружины в виде цилиндров. Дополнительной опорой для тележек является межтележечное соединение. Локомотив опирается на каждую тележку двумя боковыми опорами, снизу они закреплены на рессорном хомуте.
Использование мягкой связи кузова и тележек в поперечном направлении позволяет уменьшить давление локомотива на рельсы при движении на кривых участках. При прохождении кривой сначала на наружный рельс воздействует лишь сила от веса тележки, а затем постепенно нарастает сила от веса электровоза. Когда локомотив едет по прямому участку и его тележки отклоняются от продольной оси кузова появляется горизонтальная сила, которая стремится вернуть все элементы в то состояние, при котором их оси совпадут.
Оснащение электровоза
ЧС2 оснащен 6-ю электродвигателями тяги 2AL-4846eT с последовательным возбуждением. ТЭД зафиксирован с одной стороны на поперечных балках тележечной рамы и на специальные балки, имеющие закрепленные концы на продольных балках.
Корпус тягового электродвигателя имеет цилиндрическую форму. Якорь имеет петлевую обмотку и уравнительное соединение. Якорный вал обращается на двух роликовых подшипниках. Обмотки имеют изоляцию класса В. Мощность ТЭД при работе в продолжительном режиме при частоте вращения 720 об/мин составляет 618 кВт, КПД = 95%. Предельная скорость вращения составляет 1228 об/мин.
ТЭД-ы локомотива характеризуются 3-мя соединениями:
- последовательным;
- последовательно-параллельным;
- параллельным.
Переключение ТЭД на разные типы соединения и реостатный пуск выполняется основным групповым переключателем 18КН3. Он также обладает 48-ю позициями: «0», пятью промежуточными, тремя ходовыми, 39-ю пусковыми.
Электровоз оснащен: 2-мя мотор-компрессорами, 2-мя мотор-вентиляторами, вспомогательным мотор-компрессором, 2-мя генераторами тока.
Компрессоры К2 тормозной системы являются 3-цилиндровыми и имеют две ступени. Вентиляторы и компрессоры работают от электродвигателей постоянного тока 3000 В. Генераторы 4А-1731/4 прикреплены к электрическим двигателям вентиляторов и включаются в работу при помощи клиноременной передачи. При скорости вращения генератора 2580 об/мин, напряжении 60 В и токе 82,5 А, он вырабатывает производительность 5 кВт.
Защиту электроцепей ТЭД, вспомогательного оборудования и отопительных систем обеспечивает быстродействующий выключатель 12 НС. Он настроен на ток 1700 А и установлен на автоматическое отключение при 2450 А. Выключатель также прекращает работу силовых цепей при появлении перегрузок ТЭД, увеличении или уменьшении напряжения в сети, коротких замыканиях, сильной пробуксовке колесной пары, перегрузках в отопительной системе.
Контроллер машиниста 20KR оснащен реверсивным рычагом, рычагом снижения возбуждения и штурвалом. Реверсивный рычаг включает 5 позиций: «0», «вперед» «вперед с выключенными ТЭД», «назад», «назад с выключенными ТЭД». Рычаг снижения возбуждения включает 6 позиций: «0» и 5 уровней уменьшения возбуждения. Штурвал подключен к барабану управления и имеет 44 положения: «О», «Х» и 1-42. Барабан управления связан с командным аналогом, который в нужной последовательности осуществляет включение и выключение электропневматических вентилей основного переключателя. Блокировка не позволяет командному барабану находится в позиции, которая отличается от положения главного переключателя более чем на одну позицию.
Основные характеристики ЧС2:
- вес локомотива – 126-127 тс;
- конструкционная скорость – 175 км/ч;
- максимальная скорость – 160 км/ч.
В течение всего периода выпуска пассажирских электровозов ЧС2 их конструкция совершенствовалась. С локомотива 567 было улучшено крепление крыши, на токоприемники установлены пневматические замки и внесены другие мелкие изменения. После модели 677 менялись элементы крепления основных резервуаров, поставлены новые устройства для работы ТЭД в аварийном режиме, использован другой порядок включения калориферов в кабине. С 827-ой модели были изменены электрические цепи, также стали оснащать электровозы другим типом счетчика электроэнергии, новым временным реле.
В процессе использования и при ремонте локомотивов проводились изменения в электрических цепях. На некоторых электровозах были сняты агрегаты, обеспечивающие переход на реостатное торможение. Отдельные агрегаты заменялись на аналогичные отечественного производства.