ВЛ19 (до 1938 года — ВЛ — «Владимир Ленин», 19 — нагрузка от движущих осей на рельсы в тс) — советский магистральный грузопассажирский электровоз постоянного тока, выпускавшийся с 1932 по 1938 год. Является первым, а среди серийных (до марта 1953 года) единственным электровозом, конструкция которого была создана в Советском Союзе.
История
Проектирование
15 марта 1932 года, по заданию ОГПУ, на Московском электромашиностроительном заводе «Динамо» и в Центральном локомотивопроектном бюро (ЦЛПБ), помимо подготовки технической документации к электровозам серии СС, началось рабочее проектирование нового товарно-пассажирского электровоза с шестью движущими осями. И уже на первых стадиях проектирования конструкторы столкнулись с выбором осевой формулы для нового электровоза. Дело в том, что в апреле — мае того же года на страницах газет «Техника» и «Гудок» развернулась большая дискуссия по этому поводу. В ней электровозу типа 0-3О-0+0-3О-0 с нагрузкой от движущих колёсных пар на рельсы 19—20 тс противопоставлялся электровоз типа 1-3О-0+0-3О-1 с нагрузкой на рельсы 23 тс и силой тяги 27 000 кгс (его эскизный проект был выполнен студентами-выпускниками Московского электромеханического института инженеров транспорта). Во втором варианте, для уменьшения воздействия на путь, предусматривались бегунковые колёсные пары с нагрузкой на рельсы 15 тс. За электровоз типа 0-3О-0+0-3О-0 выступали инженеры завода «Динамо», а за электровоз типа 1-3О-0+0-3О-1 специалисты Объединения электрификации железных дорог НКПС. Решающим в выборе стало то, что для первого варианта электровоза предусматривалось применение уже строящихся тяговых электродвигателей ДПЭ-340 (применялись на электровозах СС), а проектирование тяговых электродвигателей для второго варианта ещё не было начато. В результате промышленность остановилась на электровозе типа 0-3О-0+0-3О-0 с нагрузкой на рельсы 19 тс.
Экипажная часть проектируемого электровоза во многом отличалась от экипажной части электровозов серий С и СС. Так, у проектируемого электровоза сократили длину тележек (как для лучшего вписывания в кривые, так и для снижения массы), исключили продольные балки под опоры кузова, а у межтележечного сочленения установили возвращающее устройство со спиральными пружинами. Рессорное подвешивание тележек было выполнено статически неопределимым (четырехточечное), а листовые рессоры имели меньшую жёсткость, по сравнению с рессорным подвешиванием электровозов СС. Для соединения всех частей кузова предусматривалась сварка (вместо заклёпок).
Так как на новом электровозе было решено применить тяговые двигатели, как на электровозах серий С и СС, то было изменено передаточное число тяговых редукторов, что позволило снизить силу тяги часового режима с 24 000 до 20 000 кгс, при одновременном повышении скорости при этом режиме. Как и на «сурамских» электровозах, на новом локомотиве было решено применить рекуперативное торможение. Вспомогательные машины и большинство электроаппаратуры были такими же, как на электровозах серии СС. Общее техническое руководство проектированием нового электровоза осуществляли инженеры Е. С. Аватков и Х. Я. Быстрицкий.
Отдельно стоит отметить, что по мнению многих специалистов, в том числе и В. А. Ракова (инженера-железнодорожника, автора многих книг по электровозам), был более простой путь создания электровоза с нагрузкой от колёсных пар на рельсы в пределах 19—20 тс. Они предлагали несколько перепроектировать электровоз серии СС: не устанавливать электрооборудование для рекуперативного торможения (около 5 т), убрать балласт (7—9 т), а также изменить передаточное число тяговых редукторов. Эти специалисты считали, что несмотря на уменьшение объёма работы, она бы всё равно стала не менее творческой. Но целый ряд проектных организаций был против этого. В качестве контраргументов приводилось то, что получилась бы лишь разновидность сурамских электровозов, без новой экипажной части и некоторых электрических машин. Немаловажную роль здесь сыграл и идеологический фактор: электровозы серии СС являлись лицензионной копией электровозов С американского производства, поэтому создание электровоза собственной конструкции было делом престижа Советского Союза.
Первый Аппарат
15 августа на «Динамо» и Коломенском заводах была начата постройка нового электровоза, которая была закончена 5 ноября, то есть заняла менее 3 месяцев, причём из них всего 14 дней ушло на монтаж электрооборудования. В XV годовщину Октябрьской революции — 6 ноября 1932 года за ворота завода «Динамо» вышел первый электровоз (тип Коломенского завода 2Э, к типу 1Э принадлежали электровозы серии СС), конструкция которого была разработана в СССР. Коллективом рабочих завода было принято решение о присвоении новой серии электровозов имени Владимира Ленина, в результате чего серия получила наименование ВЛ. Первоначальное обозначение первого электровоза было ВЛ114-1 (114 — сцепная масса электровоза в т), но через несколько дней его переменили на ВЛ19-01 (по аналогии с обозначением серий паровозов — ИС20, ФД21, СО17).[4]
Летом 1933 года электровоз был направлен на Сурамский перевал (Закавказская железная дорога), где летом 1933 года были проведены его эксплуатационные испытания, в ходе которых его также сравнивали с электровозами СС11-01 и серии С. В ходе испытаний выяснилось, что из-за того что все детали кузова были соединены только при помощи сварки, происходило коробление листов боковых стенок. За исключением того, что новый электровоз реализовывал более высокий коэффициент сцепления, особых преимуществ по сравнению с электровозом серии СС выявлено не было. Тем не менее, новое руководство Центрального управления электрификации НКПС приняло решение о начале выпуска электровозов серии ВЛ, вместо электровозов СС (построили лишь 21 локомотив этой серии). В 1938 году, в связи с переименованием серии электровозов См в ВЛ22, наименование серии ВЛ было изменено на ВЛ19. В 1939 году ВЛ19-01 был переоборудован: с него сняли оборудование для рекуперативного торможения и произвели монтаж аппаратуры по более простой схеме, применявшейся на серийных электровозах.
Серийные электровозы для напряжения 3000 В
В марте 1934 года заводы «Динамо» и Коломенский совместно выпустили электровоз ВЛ19-02, который имел несколько конструктивных отличий от первого электровоза. Так, у ВЛ19-02 части кузова соединялись частично сваркой и частично на заклёпках, тормозные цилиндры на тележках располагались горизонтально и имели диаметр 14″ (на ВЛ19-01 цилиндры диаметром 15″ располагались вертикально). Тормозной вал, который на первом электровозе соединял правую и левую тормозные рычажные передачи тележки, отсутствовал. Также на ВЛ19-02 длина каждой из тележек была увеличена на 100 мм, а общая длина кузова на 200 мм (длина электровоза по буферам стала равняться 16 218 мм). Из-за того, что новый электровоз планировали эксплуатировать на равнинных участках, то вместо рекуперативного электрического торможения на нём было применено реостатное. Электрические схемы разрабатывались под руководством инженера Г. В. Птицына, который ранее проектировал схемы для пассажирского скоростного электровоза ПБ21. Общее техническое руководство проектированием серийного электровоза осуществляли те же инженеры, что и при проектировании опытного — Аватков и Быстрицкий.
Электровозы серии ВЛ19 (тип Коломенского завода 4Э; к типу 3Э относился электровоз ПБ21) на напряжение 3000 В выпускались с 1934 по 1938 годы заводами Коломенский (механическая часть) и «Динамо» (электрооборудование). Всего было выпущено 124 таких электровоза .
Электровозы № 03—07 имели схему электрических цепей, как на № 02. По ней при электрическом торможении отключение тяговых электродвигателей производилось быстродействующим выключателем, что приводило к неоправданному износу некоторых его деталей. Поэтому в схему внесли изменения, по которым двигатели отключались двумя электропневматическими контакторами. С такой схемой были выпущены электровозы № 08—55. Электровозы № 02—55 завод Динамо считал электровозами первого выпуска. На электровозах с № 08 начали устанавливать компрессоры нового типа , вместо регуляторов напряжения системы Пинч, ранее применявшихся на сурамских электровозах, были установлены дисковые, как на электросекциях серии СД; была изменена конструкция контроллера машиниста.[4]
Электровозы второго выпуска (№ 56—85 и 88) имели некоторые изменения в схемах электрических цепей, направленные на повышение их надёжности. В частности были заменены пусковые резисторы и реверсор; вместо группового переключателя ПКГ-305 (использовался ещё на электровозах серии СС) с 18-ю контакторными элементами был применён групповой переключатель ПКГ-308Б с 15-ю контакторными элементами. На электровозах третьего выпуска (№ 86, 87, 89—122, 124—126) была изменена конструкция распределительного щита, контроллера машиниста, стал применяться вибрационный регулятор напряжения, а электромагнитные контакторы имели конструкцию, как у контакторов DB-654A (применялись на электровозах серии С). На электровозах четвёртого выпуска (№ 123, 129—145) вместо динамотора и сдвоенных вентиляторов стали устанавливать два мотор-вентилятора, каждый из которых приводил в действие генератор тока управления. Количество тормозных позиций увеличилось с 15 до 20.
В 1939 году инженером З. М. Дубровским была разработана и реализована на электровозе ВЛ19-28 схема с так называемым перемежающимся включением обмоток возбуждения тяговых электродвигателей. Согласно этой схеме якорные обмотки 1-го и 2-го тяговых электродвигателей были постоянно последовательно включены, последовательно с ними включались их последовательно соединённые обмотки возбуждения. То же самое было с 5-м и 6-м тяговыми электродвигателями. За якорной обмоткой 3-го электродвигателя включалась его обмотка возбуждения, аналогично соединялись якорь и обмотка 4-го электродвигателя. Пусковые резисторы переключались на разные соединения ветвей с помощью группового переключателя, который использовался для переключения тяговых электродвигателей. Реостатное торможение на электровозе отсутствовало. В результате переделки значительно уменьшилось, по сравнению с серийными электровозами, число блокировочных пальцев (со 130 до 18, то есть на 86 %), электропневматических вентилей (с 39 до 28, то есть на 28 %) и индивидуальных пневматических контакторов (с 52 до 40, то есть на 23 %).[4] ВЛ19-28 прошёл тщательные испытания на Ярославской железной дороге, а после поступил для эксплуатации на железную дорогу имени Л. М. Кагановича. В процессе эксплуатации было отмечено, что надёжность электровоза значительно повысилась, одновременно с этим уменьшался объём его ремонта. Поэтому с 1940 года на многих дорогах, а также на заводах (при капитальных ремонтах) началось переоборудование по этой схеме других электровозов этой серии. К 1958 году на эту схему, помимо ВЛ19-28, были переоборудованы ещё 86 локомотивов, работавших при напряжении 3000 В. Также указанная схема использовалась при модернизации сурамских электровозов, а также серий СК и ВЛ22.
В 1950 году на электровозе ВЛ19-23 была применена упрощённая схема для перехода на реостатное торможение. В 1951 году для защиты тяговых электродвигателей от коротких замыканий в силовой цепи на электровозе установили дифференциальное реле (сравнивает величину токов в начале и конце силовой цепи. Также была применена буферная защита, которая при перегрузке тяговых электродвигателей автоматически вводила в силовую цепь пусковые резисторы. Подобная схема защиты после использовалась на электровозе серии Н8.
Конструкция
Механическая часть
Механическая часть электровоза состоит из двух 3-осных тележек, соединённых сочленением, на которых сверху установлен кузов. На тележках располагаются ударно-тяговые приборы (буферы, винтовая упряжь, либо автосцепка СА-3), а также тяговые электродвигатели, имевших опорно-осевое подвешивание (двигатель опирается непосредственно на движущую ось). В кузове располагается вся электроаппаратура и вспомогательные машины. Как и на электровозах серии СИ, на ВЛ19 имеется лишь один боковой коридор, вспомогательные машины помещены в общей высоковольтной камере.
Кузов
Кузов электровоза имеет нижнюю несущую раму, на которую передаётся вес аппаратуры и вспомогательных машин. Нижняя рама кузова состоит из швеллерных балок, угольников и листов; все элементы рамы соединены на заклёпках (на ВЛ19-01 — с помощью сварки). Каркас кузова состоит из вертикальных стоек и крышевых дуг, которые покрывает стальная обшивка, толщиной 3—4 мм. На электровозе ВЛ19-01 часть крыши, которая располагалась над высоковольтной камерой, была выполнена съёмной, на серийных электровозах её заменили на 3 крышевых люка. Два из этих люков расположены над пусковыми реостатами (находятся по концам высоковольтной камеры) и на них крепятся токоприёмники. Также для удобства монтажа аппаратуры в кузове находятся две двустворчатые двери, выходящие непосредственно в высоковольтную камеру. Средняя стенка имеет съёмные щиты. По наружной стенке вдоль служебного коридора расположены жалюзи, через которые внутрь попадает холодный воздух (для охлаждения электрооборудования). Вход внутрь электровоза осуществляется через торцевые двери, которые выходят на переходные площадки.
Тележки
Тележки электровоза ВЛ19 выполнены 3-осными. Они соединены сочленением, так как через них передаются тяговые усилия поезду. Поначалу у межтележечного соединения было поставлено возвращающее устройство, но из-за повышенного виляния тележек оно было отключено (см. ниже). Кузов опирается на каждую тележку через специальные опоры, которые расположены на второй поперечной балке. Колёсные пары выполнены бандажными, с диаметром поверхности катания у нового бандажа 1220 мм; бандажи применены такие же, как на распространённых ещё в то время паровозах серии Ов. Зубчатая передача упругая прямозубая с передаточным соотношением 3,74 (86:23), большое зубчатое колесо имеет упругие элементы (пластинчатые пружины). Буксовые узлы выполнены с подшипниками скольжения. Рессорное подвешивание — 4-точечное, статически неопределимое. Листовые рессоры имеют жёсткость 144 кгс/мм (у сурамских электровозов — 155 кгс/мм).
Электрооборудование
На электровозе установлено 6 тяговых электродвигателей (ТЭД), регулирование напряжения на которых осуществляется с помощью реостатов (потому эти реостаты и называют пусковыми) изготовленных из серого чугуна, а также способами включения ТЭД. Электровоз имеет 36 ходовых позиций, из которых 1—16 позиции соответствуют последовательному соединению ТЭД (все 6 двигателей соединены последовательно в одну ветвь), 17—27 — последовательно-параллельному (двигатели соединены по 3 последовательно в 2 параллельные ветви), 28—36 — параллельному (двигатели соединены по 2 последовательно в 3 параллельные ветви). На электровозах на два напряжения в режиме 1500 В эти позиции соответствуют соответственно последовательно-параллельному, параллельному и полному параллельному (все 6 двигателей соединены параллельно) соединениям тяговых электродвигателей. Позиции 16, 27 и 36 являются ходовыми — на них пусковые реостаты выведены из цепи тяговых электродвигателей. Также на каждом из ходовых соединений можно было получить две степени ослабления возбуждения — 67 и 50 %, благодаря чему число экономических скоростей было увеличено до 9. Электрооборудование предусматривало возможность работы по системе многих единиц (несколько соединённых электровозов могут управляться из передней кабины ведущего локомотива
Тяговые электродвигатели
На электровозах ВЛ19 на напряжение 3000 В и на два напряжения применялись тяговые электродвигатели ДПЭ-340А, которые отличаются от двигателей ДПЭ-340 (применялись на электровозах серии СС) лишь переносом отверстий для охлаждающего воздуха с боковой на верхнюю грань. Тяговый электродвигатель ДПЭ-340А (Д — завода «Динамо», П — постоянного тока, Э — электровозный, 340 — мощность часового режима, кВт, А — версия исполнения) являлся четырёхполюсным электродвигателем постоянного тока с последовательным возбуждением (обмотка якоря соединена последовательно с обмотками полюсов) и волновой обмоткой якоря. Рабочее напряжение электродвигателя составляет 1500 В, изоляция обмоток рассчитана на максимальное напряжение контактной сети (4000 В). В подшипниковых щитах были установлены подшипники скольжения, сам двигатель рассчитан на опорно-осевое подвешивание.
На электровозе ВЛ19-41 были установлены тяговые электродвигатели ДК-1А, рабочее напряжение которых составляло 750 В. ДК-1А отличался от ДПЭ-340А лишь параметрами обмоток полюсов и якоря (число витков, сечение проводников), а также меньшим числом пластин на коллекторе. На модернизированных электровозах серии ВЛ19м устанавливали тяговые электродвигатели ДПЭ-400Б, которые имели параметры, как у электродвигателей ДПЭ-400А (применялись на электровозах серии ВЛ22м).
Вспомогательные машины
Для охлаждения тяговых электродвигателей на электровозе установлены вентиляторы. На первых ВЛ19 были установлены сдвоенные вентиляторы, приводом которых являлись электродвигатели типа МАТ-77 (ранее применялись на электровозах СС). Так как рабочее напряжение этих двигателей составляло 1500 В, то на электровозе были установлены динамоторы (тип ДДИ-66), которые подключались напрямую к контактной сети (3000 В) и выдавали на выходе половину напряжения контактной сети (3000/2=1500 В). Также эти динамоторы приводили генераторы тока (тип ДУ-3), а те в свою очередь являлись основным источником питания низковольтных электрических цепей электровоза (напряжение 50 В). На электровозах четвёртого выпуска (см. выше) вместо сдвоенных стали устанавливать два мотор-вентилятора, приводом которых служили электродвигатели ДВ-18/3000 с рабочим напряжением 3000 В (на электровозах на два напряжения, а также на № 41 — ДВ-18/1500 на 1500 В), что позволило убрать динамоторы, генераторы тока при этом были перенесены на мотор-вентиляторы, которые служили для генераторов приводом. Для получения сжатого воздуха (например, для питания тормозной магистрали) на электровозе были установлены 2 мотор-компрессора. На первых ВЛ19 применялись мотор-компрессоры типа GZB-6 (как на электровозах СИ), которые приводились электродвигателями GFM-300/4 с рабочим напряжением 3000 В, позже их сменили ТВ-130 с электродвигателями ЭК-12/3000 (на № 41 и электровозах на два напряжения — ЭК-12/1500).
Эксплуатация
Электровоз ВЛ19-01 после окончания испытаний некоторое время обслуживал поезда на участке Хашури — Зестафони Закавказской железной дороги. В 1940 году его перевели на маневровую работу; также он водил относительно лёгкие пассажирские поезда на участке Хашури — Боржоми. В 1972 году электровоз был исключён из локомотивного парка.
Серийные электровозы первоначально поступили на участок Запорожье — Долгинцево Екатерининской (с 1936 года — Сталинской) железной дороги, на котором они заменили паровозы серий Э и С. В середине 1941 года, в связи с военной обстановкой, электровозы эвакуировали на Томскую и имени Л. М. Кагановича (бывшую Пермскую) железные дороги. В 1935 году электровозы ВЛ19 стали обслуживать грузовые и пассажирские поезда на участке Тбилиси — Хашури (заменили паровозы серий Э и Су), а с мая 1936 года — на участке Зестафони — Самтредиа (заменили паровозы серий Щ и Б) Закавказской железной дороги. С 15 декабря 1935 года ВЛ19 начали эксплуатировать на Пермской железной дороге, где они обслуживали грузовые поезда на участке Свердловск — Гороблагодатская, при этом масса составов возросла с 950 до 1200 т, а среднетехническая скорость с 28 до 40 км/ч.[4]
29 ноября 1935 года электровоз ВЛ19-40 провёл первые грузовой и пассажирский поезда по электрифицированному участку Кандалакша — Апатиты — Кировск Кировской железной дороги. С 16 декабря электровозы стали работать на участке по графику, заменив паровозы серии Эм и повысив среднетехническую скорость на участке с 32 до 43 км/ч. В 1937 году электровозы ВЛ19 стали работать на участках Белово — Новокузнецк Томской и Апатиты — Имандра Кировской железных дорог, заменив паровозы серий Э и Эу.[4] Стоит отметить, что электроэнергия для электрифицированных участков Кировской железной дороги поступала от Нивской и Туломской гидроэлектростанций, оригинальные инженерные решения которых, сделали их практически неуязвимыми во время Великой Отечественной войны. Благодаря этому в 1941—1945 годах электрическая тяга на участке Мурманск — Кандалакша была сохранена, и доставка грузов из Мурманска (поставлялись арктическими конвоями из США и Англии по ленд-лизу) смогла осуществляться быстрее, чем при паровозной тяге.[12][13]
В эксплуатации выяснилось, что применявшееся на электровозах серии ВЛ19 возвращающее устройство (располагалось возле сочленения тележек) было эффективно лишь на горных линиях с малыми радиусами кривых (например, Хашури — Зестафони Закавказской железной дороги), но на этих участках эксплуатировались сурамские электровозы, которые не были оборудованы этим устройством. Электровозы ВЛ19 не могли эксплуатироваться на таких участках (из-за малого сцепного веса и отсутствия рекуперативного торможения), поэтому их направляли на относительно равнинные участки с кривыми больших радиусов. На этих участках применение возвращающего устройства приводило к «вилянию» локомотива, что снижало его ходовые качества. Поэтому в период 1938—1940 гг. на всех электровозах ВЛ19 возвращающие устройства были заклинены.
6 ноября 1945 года был введён в эксплуатацию электрифицированный участок Златоуст — Челябинск, на котором ВЛ19 были первыми электровозами. С середины 1950-х гг., в связи с ростом массы поездов, многие электровозы серии ВЛ19 стали переводиться с дорог Урала и Сибири на лёгкие по профилю и небольшие по длине участки. Начиная с 1960-х ВЛ19 постепенно отстраняться от поездной работы и исключаться из локомотивного парка; наиболее интенсивное исключение происходило в 1971—1976 гг., причём только в 1975 году было исключено около 50 локомотивов. Дольше всего электровозы серии ВЛ19 проработали на участке Мурманск — Кандалакша Октябрьской железной дороги.