Электровоз ЧС2: устройство локомотива постоянного тока

Электровозы постоянного тока ЧС2 создавались по заказу СССР в Чехословакии с 1958-го по 1973-й годы на заводе Шкода. Локомотивы предназначались для пассажирского движения на железных дорогах, электрифицированных на постоянном токе. Замена уже изношенным ЧС2 российских железных дорог пришла только в 2000-х годах — Коломенский тепловозостроительный завод построил электровозы ЭП2К, аналогичные по характеристикам. Данный факт говорит в пользу качества локомотивов Шкода, действительно ЧС были довольно надежны. За свой причудливый вид первые версии ЧС2 получили прозвище Чебурашка.

Предпосылки и история создания

До электрификации железных дорог СССР на основных направлениях пассажирские поезда перевозили паровозы П36, серий СУ и ИС. Данные локомотивы были довольно мощные, причем не только для своего времени, но и в сравнении с более дорогостоящими в эксплуатации тепловозами — их мощность составляла около 2000 кВт (в переводе на электрические единицы), в то время как мощность тепловозов не превышала 1750 кВт. Естественным образом прогресс требовал повышения скоростей, в особенности для пассажирских поездов, что невозможно без увеличения мощности локомотивов. Вместе с электрификацией речь зашла об электровозах, и им предстояло тягаться с паровозами, и превысить их мощность. Однако в те годы у инженеров Советского Союза не было разработок в отношении малогабаритных электродвигателей постоянного тока достаточной мощности 0,8-1 мВт, зато такой опыт был у Чехословакии, Пльзеньском заводе имени Ленина (ныне компания Шкода), где и был заказан новый локомотив.

В 1958-м году было построено четыре первых шестиосных электровоза постоянного тока, два из которых были отправлены в СССР для тяговых испытаний. Мощность тяговых электродвигателей составляла 586 кВт, а редуктор имел передаточное отношение 1:1,951. Локомотивы получили название ЧС-2, где ЧС расшифровывалось как ЧехоСловакия, по стране производства. Испытания новых локомотивов проходили на Московско-Курско-Донбасской железной дороге, и в результате в конструкции были выявлены некоторые недостатки, приведшие к внесению существенных изменений в будущие модели. Кузов изменился в размерах, лобовые стекла, стены, пантографы и рамы тележек были модернизированы, внутри изменилось расположение аппаратов, вспомогательные машины заменили на машины другого типа, был установлен новый контроллер. Но самое главное изменение — это более мощный тяговый двигатель 700 кВт, с передаточным соотношением редуктора 44:77.

В марте 1962-го года начался серийный выпуск обновленных электровозов, получивших аналогичное обозначение — ЧС2, и продолжавших нумерацию с цифры 003, после 001 и 002 за опытными машинами. Однако стоит отметить, что данные локомотивы носили имя ЧС2 только на железных дорогах СССР, в заводском обозначении этот локомотив назывался 34Е (25Е для опытных электровозов 001 и 002), в дальнейшем предстоял большой выпуск длительное время, и в конструкцию постоянно вносили изменения, а именование моделей с изменениями записывали в виде индексов 34Е0, 34Е1, и тд. Выпускались также модели 54Е, имевшие в СССР имя ЧС2, предназначенные для эксплуатации на железных дорогах в приграничных зонах между СССР и странами Европы, с колей 1435 мм, вместо 1524 мм, что принята в СССР и России. Максимальная скорость была понижена до 120 км/ч за счет изменения передаточного отношения редуктора ТЭД, это было сделано в угоду дополнительной силы тяги, для возможности работы на сложном горном профиле пути.

В дальнейшем в рамках «проекта» ЧС2 выпускались электровозы с возможностью рекуперативного торможения, получившие в дальнейшем индекс ЧС2т, а также с измененным передаточным отношением в сторону уменьшения силы тяги и увеличения скорости, для скоростного сообщения, такие машины получили интекс ЧС2м.

Конструкция электровозов

Мы уже сделали отступление, что ЧС2 носили разные внутренние заводские имена, соответствующие каждому обновлению модели. Поскольку выпуск локомотивов продолжался долгое время и в конструкцию постоянно вносились изменения, разговор о моделях электровоза ЧС2 стоит вести конкретно, исходя из заводской модели.

Электровозы ЧС2 (25Е)

Кузов первых двух опытных электровозов представлял собой сварной монолит, включающий нижнюю раму. К кузову, через жестко укрепленные в раме шкворни с шаровыми сочленениями, присоединялись две трехосные тележки. Рамы тележек опирались на буксовые узлы колесных пар посредством резиновых сайлентблоков подбуксовых рессор. Для прохождения кривых было предусмотрено свободное перемещение тележек относительно кузова. Буксы комплектовались сферическими двухрядными подшипниками, в которые зажимались оси колесных пар, а горизонтальные усилия передавались через запрессованные в раму тележки цапфы. Также тележки между собой были соединены пружинным устройством, не препятствующим продольному перемещению тележек при проходе кривых участков пути. Для уменьшения минимального радиуса кривой толщина гребней 2-й и 5-й колесной пары уменьшалась на 10 мм.

Главный выключатель состоял из 39-и контакторных элементов, с кулачковым валом с пневматическим приводом. Позиций переключения было 48, среди которых 40 рабочих и три ходовые. Ослабление возбуждения тяговых электродвигателей (ТЭД) регулировалось с помощью отдельного шестипозиционного переключателя с двадцатью контакторами. ТЭД могли соединяться между собой последовательно, параллельно и комбинированно, максимальное напряжение составляло 1,5 кВ. Работой двигателей вспомогательных машин и калориферов управляли электромагнитные контакторы. На электровоз устанавливались два мотор-вентилятора с двигателями постоянного тока, работающими на напряжении контактной сети 3 кВ. Сжатый воздух нагнетали два мотор-компрессора.

Электровозы ЧС2 (34Е)

В сравнении с 25Е кузов электровоза был изменен: он стал больше по длине и ниже по высоте. На уровне буферных фонарей расположилась выступающая горизонтальная панель, на боковых стенах появилось шесть окон, а вентиляционные решетки были ликвидированы. Для избежания образования трещин в рамах тележек их стали производить из сварных профилей. Тяговые электродвигатели заменили на более мощные, с тягой 700 кВт в часовом режиме. Передаточное числе тягового привода по системе Шкода составляло 1 : 1,75. Силовая схема также была модернизированы, схема включения ТЭД изменилась на последовательное соединение обмоток возбуждения с якорями соседних двигателей. Изменился контроллер машиниста, а также токоприемник.

Изменилось внутреннее пространство электровоза, расположение вспомогательных машин и аппаратов. Четыре мотор-вентилятора заменили двумя, также с двигателями постоянного тока, рассчитанного на напряжение контактной сети 3 кВ. Пусковые резисторы заменены с чугунных на фехралевые. Для эргономики обслуживания отдельные электроустановки, к которым подводилось много проводов, соединялись с помощью малогабаритных штепселей для удобства подключения-отключения. Подъем токоприемника осуществлялся пневматическим способом, посредством отдельно стоящего небольшого компрессора с электродвигателем и аккумуляторной батареей.

Электровозы ЧС2 на базе серии 53Е (ЧС2т)

Начиная с 232-го по счету электровоза ЧС2 завод переключился на следующий апгрейд серии до 53Е. Основным новым качеством стало наличие реостатного тормоза, предусматривающего работу от двух попарно соединенных ТЭД с питанием обмоток возбуждения от аккумуляторной батареи. Конкретно данная 232-я машина использовала четыре ТЭД 1-2-5-6 для реостатного торможения. Так или иначе впоследствии завод Шкода откажется от идеи выпускать данные электровозы с реостатным тормозом.

Также обновленный локомотив имел отличия в электрических схемах и расположении оборудования. Обновлены мотор-вентиляторы, зигзагообразные проходы в машинном отделении заменили на два прямых. Также силовая схема включила в себя мостовой переход от последовательного соединения ТЭД к последовательно-параллельному: это сделано для устранения провала силы тяги при переключении, что благоприятно влияло на ресурс муфт и редукторов, так как нивелировало ударные нагрузки.

Дальнейшие изменения электровоза 53Е, а их было еще девять, не носили существенного характера.

Электровозы ЧС2к

Данные локомотивы являются продуктом масштабной модернизации чехословацкого 53Е на Ярославском электровозоремонтном заводе. В результате данной процедуры электровозам присваивалась серия ЧС2к, и кузов окрашивался в три цвета — белый верх, голубая середина и нижняя часть синего цвета, а также впоследствии некоторые локомотивы были перекрашены в корпоративные цвета РЖД — серый и красный.

В результате модернизации полностью поменялись кузова на новые с гофрированными конструкциями боковых стенок, кабины управления приобрели угловатые формы, а спереди локомотив стал напоминать ЧС7. Двери и поручни по стороне машиниста (правые по ходу) были ликвидированы. Электроаппараты были полностью заменены на те, что устанавливались в электровозах ВЛ10 и ВЛ11, а также локомотивы оснащались современными системами автоматического управления тормозами, системой регистрации параметров движения, телемеханической системой контроля бодрствования машиниста. Помимо этого была интегрирована система микропроцессорного управления локомотивом, взаимодействующая с аппаратами электровоза через блок управления контакторами.

Сейчас уже большинство всех электровозов ЧС2к было списано, а официально эксплуатируется лишь 16, и 29 находятся на консервации.

Технические характеристики ЧС2 (53Е)

Осевая формула	30−30
Размеры
Длина по осям автосцепок, мм	18 920
Длина кузова, мм	17 700
Ширина кузова, мм	3 130
Высота кузова, мм	3960
Высота опущенного токоприёмника, мм	4 800
Рабочая высота токоприёмника, мм	5 400 — 6 900
Высота оси автосцепок, мм	1 055
Шкворневая база, мм	9 000
Полная колёсная база, мм	13 000
Колёсная база тележек, мм	4 600
Диаметр новых колёс, мм	1 250
Ширина колеи, мм	1 520
Масса
Рабочая масса, т	126
Нагрузка на ось, тс	21
Тяговые характеристики
Напряжение и род тока	3 кВ, постоянный ток
Тип электродвигателей	AL-4846eT
Передаточное число редуктора	44 : 77 (1 : 1,75)
Скорость часового режима, км/ч	91,5
Скорость длительного режима, км/ч	96,9
Конструкционная скорость, км/ч	160
Сила тяги при трогании с места, тс	32
Сила тяги часового режима, тс	16,5
Сила тяги длительного режима, тс	13,7
Сила тяги при максимальной скорости, тс	9,3
Мощность в часовом режиме, кВт	4 200 (6 x 700)
Мощность в длительном режиме, кВт	3 708 (6 x 618)

При подготовке материала использовались источники:

• Е.Р. Абрамов. Электровозы серий ЧС2 и ЧС2т
• Электровоз ЧС2, http://trainphoto.org.ua/model/45/
• ЧС2 — Википедия