СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ СИЛЫ ТЯГИ ЭЛЕКТРОВОЗОВ НА ВОСТОЧНОМ ПОЛИГОНЕ

MODERN METHODS FOR INCREASING THE TRACTION FORCE OF ELECTRICAL LOCOMOTIVE IN THE EAST POLYGON

Starovoytov Stepan Alexandrovich

Master of pulpit «Electrotechnical complexes of autonomous objects and electric transport, National Research University Moscow Power Engineering Institute»,

Russia, Moscow

Vasiliev Ivan Pavlovich

Graduate student  «Electrotechnical complexes of autonomous objects and electric transport, National Research University Moscow Power Engineering Institute»,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

В статье описываются факторы, влияющие на реализацию силы тяги электровозов. Приводится сравнительный анализ электровозов с различными типами двигателей. Описываются реальные эксплуатационные испытания, проводимые на Восточном полигоне.

ABSTRACT

The article describes the factors affecting the implementation of the thrust force of electric locomotives. A comparative analysis of electric locomotives with various types of engines is given. Describes the actual operational tests conducted at the Eastern site.

Ключевые слова: Сила тяги, электровоз, тяговый двигатель.

Keywords: Traction force, electric locomotive, traction engine.

Одной из важных и основных задач ОАО «РЖД», предусмотренных «Стратегией развития железнодорожного транспорта в РФ до 2030 года» и «Транспортной стратегией РФ на период до 2030 года», является увеличение объема грузовых перевозок по сети железных дорог России .

В настоящее время на электрической тяге осуществляется 85% общего объема перевозок на железнодорожном транспорте. Ежедневно в тяге на железных дорогах ОАО «РЖД» находится более 8 тыс. грузовых электровозов, из которых около 60% составляют электровозы переменного тока: серии ВЛ60К, ВЛ80 в/и, ВЛ85, Э5К, ЭС5К «ЕРМАК» в 2-х, 3-х и 4-х секционном исполнении (привод постоянного тока) и 2ЭС5 (асинхронный привод) [3]. Основная доля этих локомотивов сосредоточена на Восточном полигоне.

Повышение силы тяги, как одного из способов увеличения объема перевозок на вышеупомянутых электровозах, осуществляется за счет:

- увеличения секционности (осности) локомотива, то есть 4-х секционный электровоз серии ЭС5К «ЕРМАК» (16 осей) имеет силу тяги в продолжительном режиме не менее 846 кН, в то время как ВЛ85 (12 осей) – не менее 660 кН, а 3-х секционный ЭС5К «ЕРМАК» – 634 кН.

- применения асинхронного привода. Например, электровоз 2ЭС5 «СКИФ» имеет силу тяги продолжительного режима не менее 519 кН, в то время как его аналог с приводом постоянного тока 2ЭС5К – 423 кН.

- применения прогрессивных конструкторских решений и алгоритмов управления, в том числе поосного регулирования. Так электровоз серии 3ЭС5К №434 с поосным регулированием силы тяги в сочетании с независимым возбуждением ТЭД с классом изоляции Н, дает возможность снизить эффект боксования и в более широком диапазоне использовать силу тяги.

Несмотря на свою простоту и эффективность, данные методы повышения тяговых свойств локомотивов не дают требуемой тяги на перспективу до 2030 года. С учетом растущих грузоперевозок вопрос повышения тяговых свойств локомотивов для Восточного полигона до сих пор не решен.

Необходимо иметь ввиду, что повышение веса и длины грузовых поездов напрямую зависит от реализуемой максимальной силы тяги современных локомотивов, которая, как правило, ограничивается условиями сцепления колеса с рельсом. В этом случае критическая масса поезда определяется исходя из зависимостей коэффициента сцепления [1].

В целом, на реализацию потенциального фактического коэффициента сцепления колес с рельсами и на расчетную тяговую характеристику электровоза оказывают влияние разброс характеристик тяговых электродвигателей (ТЭД), разница в диаметрах бандажей колесных пар (КП), схема соединения ТЭД, жесткость тяговых характеристик, развеска локомотива, конструкция экипажной части и схемные настройки противобоксовочной защиты колесных пар ТПС.

В этой связи приоритетное значение для перевозочного процесса имеет максимальное использование тяговых свойств локомотивов, позволяющее повысить уровень ограничения по сцеплению и реализовать максимальную силу тяги, в том числе при неблагоприятных климатических условиях.

Среди всего разнообразия грузовых электровозов переменного тока локомотивного парка ОАО «РЖД» особого внимания заслуживает модернизированный электровоз серии 3ЭС5К №434, введенный в эксплуатацию в 2015 году (совместная разработка специалистов ООО «ПК «НЭВЗ», ОАО «ВЭлНИИ» и ОАО «РЖД») и эксплуатирующийся на Восточно-Сибирском полигоне. Главной особенностью данного локомотива являются технические решения, направленные на повышение тяговых свойств локомотива, а именно поосное регулирование силы тяги, независимое возбуждение ТЭД с классом изоляции Н, увеличение нагрузки на ось до 24,5 т., применение микропроцессорной системы управления локомотивом МСУД-015 с расширенными функциями.

Как показывают результаты тяговых расчетов, вождение поездов массой 7100 тонн с учетом критичных климатических условий возможно осуществить электровозами 3ЭС5К с поосным регулированием силы тяги и независимым возбуждением ТЭД с использованием для преодоления расчетных подъемов свыше 8 ‰ отдельных участков Восточного полигона перегрузочных режимов (кратковременные, до 1 часа):

-  при Fсц и 1,1∙Fсц (III зона регулирования);

- при 1,1∙Fсц (0,5*IV зоны регулирования).

При данных режимах работы сохраняется существующая технология подталкивания на перегоне Мариинск-Находка.

Результаты проведенных тяговых расчетов подтверждаются рядом тягово-энергетических испытаний электровозов 3ЭС5К с поосным регулированием силы тяги на участках Восточного полигона, проведенным в период 2016-2019 годов.

Проведенные эксплуатационные и тягово-энергетические испытания электровозов серий 2ЭС5К с потележечным регулированием силы тяги, 3ЭС5К с поосным регулированием силы тяги и 2ЭС5 с асинхронным приводом [2] показали:

- по силе тяги 2-х секционный электровоз с асинхронным приводом на сегодняшний день превосходит тяговые возможности 2-х секционного электровоза с приводом постоянного тока;

- 3-х секционные электровозы переменного тока с поосным регулированием силы тяги дешевле, чем 2-х секционный локомотив с асинхронным приводом, и реализуют силу тяги ничем не уступающую асинхронному приводу.

- по энергетическим показателям данные локомотивы равноценны.

Однако сегодня стоимость всех электровозов переменного тока с асинхронным приводом в разы превосходит стоимость электровозов переменного тока с приводом постоянного тока (в первую очередь из-за дорогого зарубежного оборудования), что, в соответствии со стратегией импортозамещения и технической политики Локомотивного хозяйства, ориентированной на отечественное машиностроение и снижение закупочной стоимости тягового подвижного состава, делает применение зарубежного оборудования менее желаемым на железных дорогах ОАО «РЖД».

По итогам испытаний в 2019 году на участке Тайшет-Иркутск, анализируя расшифровку файла регистрации данных МСУД-015 было зафиксировано:

1. Несоответствие температуры сглаживающего реактора, рассчитываемого программным обеспечением МСУД-015 и фактически полученными прямыми замерами термопарой

2. Снижение силы тяги, обусловленное особенностью электрической схемы (3ТС.001.012-06Э3) электровозов 3ЭС5К с поосным регулированием силы тяги и независимым возбуждением ТЭД в части наличия одного ВУВ, участвующего в посекционном независимом возбуждении ТЭД (при переходе с последовательного на независимое возбуждение ТЭД).

Список литературы:

1. Правила тяговых расчетов. Утв. распоряжением ОАО «РЖД» от 12. 05. 2016. № 867р. – 514 стр.
2. Результаты тягово-энергетических испытаний по оценке тяговых свойств электровоза серии 2ЭС5 с асинхронным тяговым приводом на участке Тайшет – Таксимо и установления критической нормы массы поезда для серии 2ЭС5. – 348 стр. М: 2014.
3. Справочный материал. Основные технические параметры и характеристики локомотивов. [Электронный ресурс] // Url: http://10.200.1.93:8090/loco/. (дата публикации 30.09.2016).