Электровоз ЭП2К: устройство локомотива постоянного тока

В данном материале пойдет речь о первом российском пассажирском электровозе постоянного тока ЭП2К, запущенном в серийное производство. Примечателен данный электровоз тем, что он невероятно похож на тепловоз ТЭП70, производства Коломенского тепловозостроительного завода. Это неспроста — устраняя дефицит электровозов, возникший с момента развала СССР, Министерство путей сообщения (ныне АО «РЖД») поручило строительство электровоза именно Коломенскому заводу. Тот, в свою очередь, взял модель успешного тепловоза ТЭП70, а вместо дизель-генераторной установки использовал электроустановки, производства Новочеркасского электровозостроительного завода. Название локомотива расшифровывается как «Электровоз Пассажирский, модель 2, Коллекторный ТЭД».

Выпуск электровозов начался в 2008-м году и производство продолжается по сей день, и к настоящему моменту в ряды РЖД было поставлено 439 локомотивов.

Исторические предпосылки

На дворе шел 2000-й год и на тот момент у РЖД сложилась непростая ситуация с парком пассажирских электровозов постоянного тока (впрочем как и переменного). Основными рабочими лошадками тогда являлись электровозы постоянного тока марки Шкода, сделанные еще в Чехословакии во времена СССР в 1980-х годах: ЧС2 и ЧС2т. Поскольку электрификация на постоянном токе применялась, в том числе, на очень загруженных Московской и Октябрьской железных дорогах, а эксплуатируемые там электровозы ЧС2 и ЧС2т работали уже на пределе своих технических и моральных возможностей и требовали замены.

Самый крупный электровозостроительный завод России — Новочеркасский электровозостроительный завод (НЭВЗ), был загружен производством пассажирских электровоз ЭП1, которые шли на замену изношенных ЧС4 и ЧС4т (в пассажирском движении на дорогах с переменным током, сложилась аналогичная ситуация с локомотивами, только дефицит произошел на 10 лет раньше), плюс данный завод уже выполнял заказы по созданию грузовых электровозов двух моделей. Так что работа по созданию нового пассажирского электровоза в 2003-м году легла на плечи завода тепловозостроительного, известного по легендарным тепловозам ТЭП70 и ТЭП70БС. Собственно базой для будущего электровоза был выбран тепловоз ТЭП70, а производство электрических машин все же легло на плечи НЭВЗа. В 2005-м году закончились все проектные работы и чертежи электровоза поступил в производство.

Конструкция электровоза ЭП2К

Электровоз ЭП2К является пассажирским магистральным односекционным электровозом постоянного тока 3000 Вольт, пришедший на замену электровозам ЧС2 и ЧС2т. Осевая формула аналогична механически идентичному тепловозу ТЭП70 — 3о-3о.

Кузов и тележки

Кузов электровоза ЭП2К полностью идентичен тепловозу ТЭП70 и является несущим, безрамным и все нагрузки воспринимает непосредственно. Как и положено кузов имеет две кабины, особенностью которых является их гарантированная безопасность при прямых столкновениях до 20 км/ч, это сделано для минимизации рисков для локомотивной бригады при столкновениях с автотранспортными средствами на переездах, которыми особенно насыщены Московская и Октябрьская железные дороги.

Электровоз оснащен двумя трехосными тележками, осевая формула 3о-3о. Тележки имеют двухступенчатое рессорное подвешивание, и интересный вариант с подрессориванием тягового электродвигателя и редуктора (опорно-рамный подвес), который был взят у фирмы Alstom (Франция). Кузов присоединяется к тележкам через пружины, которые получают поперечные деформации при перемещении тележки относительно кузова (и наоборот, как известно любое движение относительно), также для возможности прохождения кривых тележки имеют возможность совершать вращательные движения относительно кузова, а ограничивают угол поворота упоры на концевой балке рамы тележек.

Передача тягового усилия от колесных пар к автосцепному устройству осуществляется через жесткую связь между кузовом и тележкой в продольном направлении, при этом вращательные движения обеспечиваются сферическими шарнирами в продольных тягах. Несущий кузов уже жестко связан с автосцепным устройством.

Кабина управления

Электровоз ЭП2К управляется локомотивной бригадой, состоящей из машиниста и его помощника. Размеры кабины и эргономика приборов создают оптимальные условия для управления локомотивом как сидя, так и стоя машинистом ростом до 190 сантиметров (помощник машиниста также имеет удобное расположение некоторых дублирующих кнопок, например тифон или свисток). Стены кабины представляют собой стеклопластиковые панели светлого белого цвета. Потолок кабины представляет собой металлические листы, окрашенные в аналогичный стеновым панелям цвет порошковой краской.

Электровоз оснащен микропроцессорной системой управления, дисплей которой расположен не пульте управления машиниста. На дисплее отображается состояния всех систем локомотива. Левее на пульте расположено устройство безопасности КЛУБ-У, еще левее расположились два стрелочных манометра, показывающих давление в тормозной магистрали, тормозных цилиндрах и главном резервуаре. Два тормозных крана расположены не на пульте, а на стене, рядом с правой рукой машиниста.

Кресла машиниста и помощника аналогичны, оснащены подлокотниками и регулируемой спинкой. Также на задней стенке кабины предусмотрено складное место для машиниста-инструктора (по аналогии с электровозами ВЛ65, ЭП1).

Рукоятка ручного тормоза расположена за креслом помощника машиниста.

Электрооборудование

На электровозе ЭП2К установлен пневматический токоприемник типа полупантограф, при чем изначально применялись аппараты иностранного производства, но в последствии они не выдержали проверку нашими суровыми зимами, и российским заводам пришлось осваивать подобную иностранную невидаль. При чем если наши токоприемники прижимались к контактному проводу с помощью пружин, то полупантограф прижимался с помощью сжатого воздуха определенного давления, через специальный редуктор.

На электровоз устанавливается шесть отечественных тяговых электродвигателей производства либо завода «Электротяжмаш» либо Смелянского электромеханического завода. По параметрам двигатели идентичны и при максимальной мощности 800 кВт выдают частоту вращения 945 об/мин. Обе модели двигателя имеют последовательное возбуждение и шесть полюсов статора.

Охлаждение двигателей осуществляется двумя вентиляторами, посредством центральных воздуховодов, ведущих к каждой тележке. Такой принцип охлаждения называется централизованным воздухоснабжением. Все вспомогательные машины, к которым относятся вентиляторы и компрессоры электровоза, запитываются по трехфазной схеме. Электродвигатели этих машин являются асинхронными, а трехфазный ток производится специальным инвертором (устройства, инвертирующее постоянный ток в переменный и обратно).

Единственными электродвигателями, которые работают от постоянного тока, на электровозе (разумеется кроме тяговых электродвигателей) являются двигатели вентиляторов охлаждения пуско-тормозных реостатов. Эти коллекторные электродвигатели включены в цепь с резисторами реостата, и включаются при наличии в них тока.

Цепи управления

Цепи управления работают от постоянного тока, напряжением 110 Вольт.

Коммутация силовых цепей на ходовых позициях контроллера машиниста:

• 21-я позиция: последовательное соединение шести двигателей, 500—700 Вольт на двигатель;
• 38-я: последовательно-параллельное соединение (две параллельных ветви с тремя последовательно соединенными двигателями в каждой), 1000—1300 В на двигатель;
• 51-я: параллельное соединение (три параллельных ветви с двумя последовательно соединёнными двигателями в каждой), 1,5-2 кВ на двигатель.

Также ходовые позиции дают возможность применять пять ступеней ослабления возбуждения от 80% до 40%.

Эксплуатация

Первый электровоз выпущен в 2006-м году, после выпуска он был отправлен на эксплуатационные испытания, которые завершились в 2007-м году. С 2008-го года начался серийный выпуск, и на декабрь 2020-го года было построено 439 локомотивов.

Основная часть электровозов ЭП2К была отправлена на эксплуатацию в депо Барабинск, Западно-Сибирской железной дороги — это на сегодняшний день 232 штуки. В депо Ожерелье отправилось 100 локомотивов, это Московская железная дорога. Далее 81-н электровоз поехал на службу в Санкт-Петербург, Октябрьской железной дороги. Оставшиеся 26 локомотивов сейчас эксплуатируются в депо Самары, Куйбышевской железной дороги.

На сегодняшний день производство электровозов продолжается.

Технические характеристики электровоза ЭП2К

Полный служебный вес	135 т
Осевая нагрузка	221 кН (22,54 тс)
Длина локомотива	21 800 мм
Ширина	3288 мм
Максимальная высота	5100 мм (опущенный токоприёмник)
Наименьший радиус кривых	125 м
Система регулирования	реостатно-контакторная
Передаточное отношение редуктора	93 : 38 = 2,45
Сила тяги при трогании с места	302 кН (30,8 тс)
Часовая мощность ТЭД	6 × 800 = 4800 кВт
Сила тяги часового режима	192,8 кН (19,7 тс)
Скорость часового режима	87,8 км/ч
Длительная мощность ТЭД	6 × 720 = 4320 кВт
Сила тяги длительного режима	167,4 кН (17,06 тс])
Скорость длительного режима	91 км/ч
Сила тяги при максимальной скорости	91,4 кН (9,3 тс)
Конструкционная скорость	160 км/ч
Электрическое торможение	реостатное
Мощность тормозных реостатов	4000 кВт
Тормозное усилие	210 кН (21,41 тс)
КПД	0,88

Источники информации

• Сайт Коломенского тепловозостроительного завода, ЭП2К
• Е.Р. Абрамов. Пассажирские электровозы ЭП2К
• Wikipedia, Электровоз ЭП2К