"ЕРМАК"

  Так, в память о знаменитом, казачьем атамане, снискавшем всенародную славу в борьбе за присоединение Сибири к России, назвали новый магистральный грузовой электровоз переменного тока. Этот локомотив, обозначенный 2ЭС5К (2 - количество секций в локомотиве, Э - электровоз, С - секционный, 5 - порядковый номер проекта, К - тяговые электродвигатели с коллектором и щётками, т.е. - контактные), создали в городе Новочеркасске: спроектировали во Всероссийском научно-исследовательском институте электровозостроения (ВЭлНИИ) а опытный экземпляр построили на Новочеркасском электровозостроительном заводе (НЭВЗ). Разработка конструкции заняла более года, а изготовление, завершённое в декабре 2004 г., - девять месяцев.

  Восемь колесных пар "Ермака" в основной комплектации объединены в четыре тележки. Отсюда и осевая формула, секции - 2₀-2₀, локомотива в целом - 2₀-2₀+2₀-2₀. Тележки между собой не соединяются тягой, что символизирует дефис "-". Знак "+" показывает, что секции сцеплены. Нижний "нолик" указывает на тип подвески тяговых двигателей - опорно-осевая. В ней каждая колёсная пара вращается собственным тяговым электродвигателем. В данном случае - с подшипниками скольжения, сделанными из нового композитного материала бронзографита, вместо применявшегося ранее баббита. Используется и более краткое обозначение осевой формулы такого локомотива: 2(2₀-2₀).
  Рама каждой секции опирается на тележки через пружинно-гидравлические амортизаторы. Подрессоривание колёсных пар тележек осуществляется с помощью аналогичных пружинно-гидравлических амортизаторов. Тележки поворачиваются вокруг вертикальных шкворней.

  На 2ЭС5К впервые применили усовершенствованный тяговый электродвигатель постоянного тока НБ-514Б, вместо НБ-514, ранее используемого на ВЛ-85. В новом моторе улучшена изоляция и конструкция катушек дополнительных полюсов статора.
  Питающее напряжение от контактной сети поступает через несимметричный пантограф новой конструкции, представляющую собой складывающуюся букву "Г". Он лучше применявшегося ранее симметричного тем, что подпружиненная часть легче, поэтому токоприёмник во время движения быстрее перемещается по вертикали вслед за контактным проводом, что уменьшает искрение и связанные с ним потери мощности, а также радиопомехи.

  На электровозе применён специально спроектированный тяговый трансформатор ОНЦЦЭ-4350/2 с меньшим рассеянием электромагнитного поля, приводящим к дополнительным потерям мощности. В то же время используются применяемые ранее на электровозах переменного тока выпрямительно-инверторные преобразователи типа ВИП 4000М. Они обеспечивают преобразование однофазного переменного тока в постоянный и плавное регулирование напряжения, подаваемого на тяговые электродвигатели. С помощью ВИП 4000М при электрическом торможении имеется возможность рекуперации, т.е. возврата вырабатываемой электромоторами тележек электроэнергии в контактную сеть. Поскольку на электровозе 2ЭС5К установлены тяговые электродвигатели постоянного тока, то при электроторможении и включении электродвигателей в режим генераторов они вырабатывают постоянное напряжения, которое с помощью ВИП 4000М и управляющего микропроцессора преобразуется в переменное напряжение частотой 50 Гц. Фазу вырабатываемого переменного напряжения микропроцессор согласует с фазой напряжения на контактном проводе, благодаря чему вырабатываемая в тяговых электродвигателях электроэнергия возвращается в контактную сеть. При этом происходит торможение всего состава только двигателями электровоза, что снижает износ тормозных колодок у всех вагонов состава. Тормозное усилие в локомотиве 2ЭС5К больше, чем в ВЛ80С на 6-12 %, а средняя потребляемая мощность меньше на 15-18 %.

  Все агрегаты нового локомотива соединены таким образом, что управлять "Ермаком" можно из кабины любой секции, причём, как вручную, так и автоматически. При этом обеспечиваются различные режимы ведения поезда, а также диагностика параметров движения и работы всего оборудования электровоза. Система автоматического торможения поезда повышает безопасность движения и облегчает управление локомотивом.
  "Ермак" может работать по системе многих единиц, т.е. в сцепке с другим локомотивом, а также с одной дополнительной секцией. В первом случае он из 8-осной машины 2ЭС5К превращается в 16-осную, а во втором - в 12-осную. Примерно в той же пропорции возрастает и тяговое усилие электровоза, и его провозная способность.

  Большое внимание разработчики уделили комфорту работы локомотивной бригады, оснастив электровоз кондиционером, холодильником и сантехническим оборудованием. В кабине с помощью системы микроклимата поддерживается постоянная температура. По стенам и полу кабины разместили нагревательные панели общей мощностью 7 кВт. Кардинально изменили систему отопления кабины. Зимой параметры микроклимата обеспечиваются двумя калориферами, работающими как обогреватели и подающими нагретый воздух в зону двери. Улучшили вентиляцию кабины, при этом вдвое сократили число вентиляторов и существенно снизили затраты энергии на охлаждение тягового оборудования. Электрообогревателями снабдили лобовое и боковые стёкла, а также зеркала заднего вида, причём, последние, снабдили электроприводом поворота. Перед лобовым стеклом расположили два пульта управления для машиниста и помощника. Оба, скорее, напоминают рабочее место оператора ЭВМ.
  Для магистрального электровоза "Ермак" впервые в отечественной практике спроектировали кабину из стеклопластика с несущим металлическим каркасом, своеобразным поясом безопасности для локомотивной бригады. Чтобы снизить лобовое сопротивление, применили обтекатель кабины, придав локомотиву современный вид. Увеличили площадь остекления кабины, улучшая комфорт, установили стеклоочистители пантографного типа с электроприводом, боковые стёкла оборудовали стеклоподъёмниками.

  На НЭВЗе провели контрольно-заводские испытания, поездки в которых выполнял машинист П.М. Сачук. Вот мнение Петра Максимовича о новой машине: "Я испытываю электровозы, начиная с 1960 г. Все типы новых электровозов прошли через мои руки. Новый локомотив "Ермак", построенный на нашем заводе, отвечает всем требованиям и стандартам отечественного электровозостроения. В нём много нового, и в механической части, и в управлении. Всё это позволяет плавно регулировать тягу и торможение в ручном и автоматическом режимах. Очень удобно управлять электровозом. Да и в кабину войти приятно, современный дизайн, прямо как в кабинете".
  "Ермак" нравится всем, кто подолгу службы или личного интереса знакомится с его устройством. Это дало основание для демонстрации этой отечественной новинки на выставке, проводимой ежегодно на подмосковной станции Щербинка, в День железнодорожника, организованной в 2005 г. воскресным днём 7 августа. В преддверии этого события на экспериментальном кольце Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВНИИЖД) открылась специализированная выставка. На ней вместе с другими новинками впервые представили новый отечественный электровоз "Ермак", что не прошло мимо внимания президента России В.В. Путина. В своём поздравлении Владимир Владимирович отметил: "... железнодорожное машиностроение развивается темпами большими, чем машиностроение в целом. Это очень важно для экономики, без всяких сомнений". При посещении выставки, В.В. Путин совместно с президентом ОАО "Российские железные дороги" В, Якуниным совершил ознакомительную поездку по Экспериментальному кольцу в кабине машиниста электровоза "Ермак", после которой президенту страны вручили удостоверение железнодорожника.
  Позже В.В. Путин и руководители железнодорожной отрасли обсудили перспективы отечественного транспортного машиностроения. В ходе совещания глава государства поставил задачи по дальнейшему созданию высокотехнологичных и наукоёмких образцов железнодорожной техники на базе отечественных предприятий.

  Человеку, далёкому от некоторых тонкостей железнодорожного дела, наверняка непонятно, почему обновление локомотивного парка начали с создания электровоза переменного тока, и уж тем более - почему первую машину в числе новых назвали именно "Ермак", а не иначе? Вот наше объяснение.

  В Российской Федерации общая длина железнодорожных путей достигает 85,5 тыс. км, 42,3 тыс. км электрифицированы, 22,5 тыс. км - на переменном токе. К настоящему времени полностью электрифицирована самая протяжённая в мире железная дорога - Транссиб, проходящая от Владивостока до Калининграда. Её протяжённость от Москвы до Владивостока 9288 км, причём, восточнее Урала большая часть магистрали электрифицирована на переменном токе. В этой части страны требуется как можно быстрее обновить магистральный электровозный парк, чтобы повысить эффективность работы Транссиба. Вот почему на НЭВЗе сначала решили спроектировать новый электровоз именно переменного тока. Поскольку первые локомотивы этой серии предполагается вводить в эксплуатацию на просторах Сибири, то в память о знаменитом донском казаке, народном герое, легендарном Ермаке его именем назвали новый электровоз переменного тока.
  Любители истории железных дорог частенько дискутируют: почему часть магистралей электрифицировано на постоянном токе напряжением 3 кВ, а другая - на переменном, напряжением 25 кВ? А не пора ли - высказываются сторонники "переменки" - все железные дороги страны перевести на переменный ток? Как говорил знаменитый юморист: "Вопрос, конечно, интересный", но ответить на него не так-то просто.

  Когда в конце XIX в. началась электрификация железных дорог - сначала городских, а затем и магистралей, такой проблемы не существовало. Тогда даже освещение работало на постоянном токе. Вскоре выяснилось, что локомотив с электродвигателями постоянного тока и последовательным возбуждением, когда обмотка статорного электромагнита включатся последовательно с якорем, оказался с тяговой характеристикой, близкой к паровозной (при трогании тяга предельно возрастала, а по мере разгона плавно уменьшалась). Это стало большой удачей электрификации железных дорог, облегчило освоение езды с электровозной тягой и способствовало широкому распространению электровозов.

  Но по мере увеличения мощности электровозов, что необходимо для увеличения провозной способности железных дорог, возникло немало технических трудностей. Если не увеличивать напряжение питающей сети, то требуется наращивать сечение контактного провода. А его изготавливают из чистейшей так называемой "красной" меди. Это очень дорого. В начале 1930-х нашли оптимум, запитали электрифицированные линии напряжением 3 кВ. При этом изоляция ещё не слишком сложная. Но всё же потребовалось сечение контактного провода 16 см². В 1960-х, когда стали водить тяжёлые поезда двойной электровозной тягой, потребовалось либо удваивать сечение контактного провода, либо удваивать напряжение в контактной сети. Первое оказалось гораздо проще. Поэтому там, где требуются мощные грузовые электровозы постоянного тока, приходится подвешивать два контактных провода.

  Когда же в послевоенное время потребовалась электрификация возможно большей части нашей железнодорожной сети (в пределе - повсеместно), решили при электрификации новых участков применить переменный ток напряжением 25 кВ. А ведь ещё в 1921 г. профессор А.В. Вульф предлагал использовать переменный ток напряжением 20 кВ. Это успешно проверили в 1939 г. с помощью опытного электровоза ОР22-01 на экспериментальном кольце в подмосковной Щербинке, которое на время испытаний специально электрифицировали напряжением переменного тока 20 кВ. По сути дела, ОР22-01 был электровозом постоянного тока, снабжённым соответствующей выпрямительной и управляющей аппаратурой. Неудивительно, что он обладал вполне приемлемыми для эксплуатации тяговыми характеристиками.
  После Великой Отечественной войны провели более тщательные расчёты и исследования, экспериментируя с различными напряжениями от 15 до 50 кВ. Оптимальным оказалось напряжение 25 кВ. Его и приняли в качестве стандартного для нашей страны.

Электровозы ОР22-01, серии ВЛ80 и серии ВЛ10

  Впервые в СССР серийные электровозы переменного тока серии Н8 начали изготавливать на том же ВЭЛЗе в 1959 г. Спустя год ввели в эксплуатацию первый участок, электрифицированный на переменном токе, - "Мариинск - Красноярск - Сибирь". В результате на 10-15 % увеличили провозную способность каждого локомотива с аналогичной мощностью двигателей, в восемь раз уменьшили сечение контактного провода, и в два-три раза увеличили расстояние между питающими подстанциями. Всё это дало большой экономический эффект.

  В наши дни опять же на сибирской земле потребуется вводить в строй электровоз переменного тока, но теперь уже нового поколения, которому суждено повысить провозную способность Транссиба.
  Перейти повсеместно на переменный ток требует огромных финансовых затрат, непосильных для бюджета Российской Федерации. Поэтому, ещё долгие годы в нашей стране будет два вида электрифицированных магистралей: на переменном токе напряжением 25 кВ и на постоянном токе напряжением 3 кВ.

  Успешное проектирование и презентация опытного электровоза "Ермак" вдохновили специалистов ВЭлНИИ на разработку аналогичного электровоза постоянного тока. Его обозначили 2ЭС4К. Прототипом ему стал 2ЭС5К. Опытный образец "постоянки" делают одновременно с проектированием, как говорится, по "горячим чертежам", когда в них оперативно вносят изменения по результатам изготовления и испытаний деталей и узлов. Создаваемый 2ЭС4К во многом унифицирован с 2ЭС5К, разумеется, и другой железнодорожной техникой. На "четвёрке" не будет высоковольтного оборудования на 25 кВ, понижающего трансформатора ОНЦДЭ-4350/25 и немало прочего. Освобождаемое место займут другие системы, в том числе - реостатное электрическое торможение, которое позволит этому локомотиву снижать износ тормозов вагонов поезда в более широком диапазоне скоростей движения, а точнее - при большем замедлении, когда рекуперация неэффективна. И если 2ЭС4К создают для обновления парка магистральных тяговых электровозов постоянного тока, таких как ВЛ-10 и ВЛ-11, то 2ЭС5К - для замены электровозов переменного тока: ВЛ-80, ВЛ-85 и др. Таким образом, ЗАО "Трансмашхолдинг" создаёт семейство новых, перспективных магистральных электровозов для всей электрифицированной части железнодорожной сети Российской Федерации.
  Железнодорожники России всё это понимают. Их, конечно же, порадовали локомотивные новинки, представленные на выставке в Щербинке, и особенно вдохновили тёплые слова нашего президента. Но им свойственно практическое мышление. Их больше интересуют не общие, пусть даже самые добрые, слова, а конкретные перспективы развития отечественного локомотивного парка. Они с волнением следят за формированием госзаказа на выпуск электровоза "Ермак". Сейчас предполагается, что закажут 704 секции 2ЭС5К, или в пересчёте на двухсекционные машины - 352 электровоза. Поскольку каждый "Ермак" сможет перевозить на 7 % больше широко распространённых ВЛ-80С, то нетрудно подсчитать, что это будет эквивалентно, примерно, 380 "восьмидесятых". Когда это произойдёт, новые машины будут больше перевозить и почти на 18 % меньше расходовать электроэнергии.

  2ЭС5К и 2ЭС4К - это не абсолютно новое слово в локомотивостроении, а скорее, совершенствование уже работающих машин, повышение их тяговых характеристик, надёжности, экономичности, комфорта в эксплуатации, словом, результат глубокой модернизации, но не только. Это попытка преодолеть застой в обновлении локомотивного парка магистральных грузовых электровозов, связанный с известными замедляющими прогресс промышленности негативными явлениями: перестройкой, приватизацией, реструктуризацией.

  И всё же прогресс на железнодорожном транспорте очевиден, пусть даже незначительный, но он всё равно вдохновляет. В Новочеркасске уверенны в большом будущем своего нового, как надеются многие, серийного электровоза 2ЭС5К. Выражением уверенности и надежды на процветание знаменитых на всю страну предприятий ВЭлНИИ и НЭВЗ стало освоение на этом заводе серийного выпуска масштабной модели электровоза "Ермак" в типоразмере НО (масштаб 1:87). Моделистам уже предлагают три варианта модели стоимостью от 8000 до 22000 руб. Они пользуются популярностью горячих поклонников истории отечественной техники, и, прежде всего, железных дорог.
  Масштабная модель электровоза "Ермак" по количеству сделанных образцов уже опередила подлинник, сработанный пока в единственном числе. Как бы не получилось так, что она распространится по стране и за рубежом, а её прообраз, опытный электровоз "Ермак", так и останется опытным, единственным в своём роде, эксклюзивным локомотивом. Ведь подобное уже случалось: уникальные машины разделывали на металлолом... А эта, хочется верить, после длительной эксплуатации, в далёких 2030-х гг. займёт почётное место в одном из музеев железнодорожного транспорта, как памятник науки и техники России нашего времени.

  От редакции. Если электровозы 2ЭС4К и 2ЭС5К "Ермак" действительно начнут строить серийно и поставлять на железнодорожные магистрали, то редакция "Техники -молодежи" непременно расскажет об этом своим читателям. Поэтому, как говорят дикторы некоторых телевизионных каналов: "Оставайтесь с нами"!

  Источник: Олег КУРИХИН "Ермак", журнал "Техника-Молодежи", 1-2006.