Железная дорога - сложный механизм, который связывает воедино огромные территории. И главный труженик на них локомотив. Они могут быть очень маленькими, почти игрушечными, а могут быть огромными, монструозными машинами, которые таскают за собой поезда весом в десять тысяч тонн, а иногда и более! И сегодня я хочу начать серию рассказов об электровозах, которые трудились на железных дорогах Страны Советов и на постсоветском пространстве.
Но давайте сначала разберёмся, как устроен электровоз и что это вообще такое. Итак, электровоз это не автономный локомотив, приводимый в движение установленным на нём тяговым электродвигателем, которые, в свою очередь, получают электроэнергию от внешних источников, реже - от бортовых аккумуляторов.
Электровозы, также как и автомобили, предназначены для перевозки разных видов грузов. Точнее - для вождения разных типов составов. Есть электровозы пассажирские (классика жанра на наших дорогах - отечественные ВЛ60П, чехословацкие ЧС2 и ЧС8), которые конструктивно предназначены для вождения пассажирских поездов. Есть электровозы грузовые, предназначенные для вождения тяжёлых грузовых составов, когда главное - это тяговое усилие, а не скорость. Яркий пример таких локомотивов - новочеркасские машины ВЛ10 и ВЛ80. А есть универсальные грузопассажирские локомотивы. Они очень распространены в Европе, однако на сети железных дорог России и СНГ универсальных машин почти нет. Иногда грузовой локомотив оборудуют электропневматическим тормозом и оборудованием для отопления пассажирского состава - тогда его можно прицепить к пассажирскому поезду. Иногда одна и та же модель имеет две модификации - пассажирскую и грузовую, с пониженным передаточным числом редуктора: так уменьшается максимальная скорость, но увеличивается сила тяги. Ещё бывают электровозы маневровые (например, ВЛ41) - они предназначены для маневровых работ на станциях, и не водят поезда на большие расстояния, и промышленные, предназначенные для работы на электрифицированных путях крупных промышленных предприятий (например, ЕЛ21)
Как я уже говорил выше, электровоз получает питание от внешних источников или бортовых аккумуляторов. Самый распространённый тип электровозов - контактные, получающие питание от контактного провода с помощью токоприёмника. Иногда токосъём осуществляется не с провода, а с контактного рельса, как в метро. На наземных железных дорогах самый распространённый тип токосъёма как раз проводной, а самый распространённый тип токоприёмника - пантограф либо полупантограф. На подземных железных дорогах - метро или шахтах - обычно используется контактный рельс и рельсовый токосъёмник. Есть ещё контактно-аккумуляторные электровозы - эти “зверушки” могут быть запитаны как от внешней контактной сети, так и от бортовых аккумуляторов. Обычно их применяют на манёврах, когда нужно выехать на участок пути, не оборудованный контактной сетью, или в метро в качестве служебных. Их разновидность - чисто аккумуляторные электровозы, такие “электробусы” на рельсах, которые как ваша “Тесла”, для зарядки аккумуляторов втыкаются в розетку. Есть ещё бесконтактные электровозы - это вовсе диковинные звери, которые получают ток примерно также, как ваш гаджет на беспроводной зарядке: через проложенную вдоль путей шину подаётся ток высокой частоты, который формирует магнитное поле. Установленная внутри электровоза индукционная катушка преобразует это поле в тяговый ток для электродвигателей. Это наименее распространённый тип электровозов.
Ещё не запутались? Тогда продолжим. В свою очередь контактные электровозы делятся на две большие группы по типу получаемого тока: постоянного и переменного. На сленге жд-фанов так и именуются: “постоянники” и “переменники”. Классические пример “переменников” - чехословацкий ЧС4, получивший в народе прозвище “аквариум”. Классический пример “постоянников” - чехословацкий ЧС2, также получивший забавное прозвище “чебурашка”. На отечественных железных дорогах стандарты тока такие: постоянный ток - напряжение 3000 вольт; переменный ток - напряжение 25 000 вольт, частота тока 50 Гц.
А ведь есть ещё и системы управления тяговыми электродвигателями! Самая простая и самая старая - это так называемая РКСУ, или реостатно-контакторная система управления. Если не вдаваться в технические подробности, то это наиболее простая и дешёвая система, но среди её недостатков - невозможность питать коллекторные тяговые электродвигатели, невозможность плавного изменения мощности двигателей, неэкономное расходование электроэнергии. Следующая, более продвинутая система - ТИСУ, или тиристорно-импульсная. По сравнению с РКСУ у неё куча преимуществ, в том числе плавное изменение мощности и значительная экономия электроэнергии. Применяется ещё и частотно-регулируемый привод, принцип работы которого схож с ТИСУ. Пока тоже обойдёмся без технических подробностей. Отметим только, что все российские электровозы с такой системой используют импортные компоненты.
Есть ещё одна вполне себе простая и легко визуально определимая классификация - по количеству секций. Электровозы бывают одно-, двух-, трёх- и редко четырёхсекционными. Часто локомотивы могу сцепляться в сплотки и работать по СМЕ - системе многих единиц, что увеличивает мощность, сцепной вес, тяговые усилия такой сцепки.
Кроме этих, есть ещё ряд группировок локомотивов по разным типам, но описанные выше - основные. И согласно им, приведённый на предыдущем фото электровоз - это односекционный пассажирский электровоз постоянного тока ЧС2К. Давайте теперь разбираться с конструкцией электровоза. Поскольку статья рассчитана на широкий круг читателей, а не на студентов-железнодорожников, то рассказывать я буду очень просто. Итак, электровоз - это по сути своей вагон с кабиной (кабинами) управления, кузов которого через специальные опоры опирается на тележки. Тележки могут быть двух-, трёх-, и четырёхосными. Под каждым электровозом либо его секцией может быть две, три либо четыре тележки. В свою очередь тележка состоит из рамы, колёсной пары (два колеса и ось между ними), тяговых двигателей, букс, тормозного оборудования и редукторов. Рама тележки опирается на колёсные пары через систему рессорного подвешивания и буксы. Букса - это такая стальная либо чугунная коробка, внутри которой размещены подшипник скольжения, смазочный материал, устройство для подачи смазки к шейке оси, либо подшипник качения и смазка. Редуктор - это устройство, которое передаёт вращающий момент от двигателя на ось (колёсную пару).
Колёсная пара - один из самых нагруженных элементов конструкции электровозов. Ведь на них приходится вес всего локомотива с локомотивной бригадой в придачу. Однако, этот же вес обеспечивает и хорошее сцепление с рельсами. При вращении колёсных пар благодаря именно этому сцеплению возникает сила тяги, которая передаётся на кузов или раму локомотива, от неё - на сцепное устройство, а от него - на сцепленный с электровозом состав.
Внутри вагона - а точнее, кузова электровоза - установлено электрооборудование. Магистральные электровозы имеют вагонную компоновку. Односекционные локомотивы имеют, как правило, две кабины управления по торцам кузова с расположенным между ними электрооборудованием. Двухсекционные локомотивы в каждой секции имеют с одного торца кабину управления, а с другого торца - переход в другую секцию. У трёх- и четырёхсекионных локомотивов головные секции устроены также, как у двухсекционных, а в промежуточных секциях есть либо только переходы, либо стоят упрощённые посты управления. С вагонами электровоз соединяется с помощью сцепного устройства: автосцепкой или винтовой сцепкой, в зависимости от региона эксплуатации.
Если попробовать схематично представить себе процесс управления электровозом, то выглядеть он будет следующим образом. Ток поступает от внешнего источника через токоприёмник в преобразователь, который модифицирует род тока, частоту и напряжение до требуемых величин. То есть совсем не значит, что если электровоз потребляет переменный ток в 25 кВ, то и двигатели будут питаться им же. Дальше через коммутационное оборудование (те самые системы управления) электрический ток попадает на тяговые электродвигатели. А уже они вращают приводные валы, которые передают усилие на редуктор, а тот - на колёсные пары. Всё, поезд поехал.
Первые опыты с электродвигателями проводились ещё в середине XIX века одновременно во Франции, Америке и Германии. В 1838 году под электротягой была совершена поездка на двухосной тележке массой 5 тонн на участке Глазго - Эдинбург. В 1845 году проводились эксперименты на железной дороге Вашингтон - Бладенсбург длиной 7,5 км. В 1875 году инженер Пироцкий на железной дороге под Сестрорецком впервые запустил железнодорожные вагоны на электротяге. А в 1879 году на Германской промышленной выставке почтенный бюргер Вернер фон Сименс (фамилия вам ни о чём не говорит?) представил электровоз мощностью в целых 3 лошадиных силы, который мог развивать скорость 6,5 км/ч. Это был контактный электровоз постоянного тока с питанием от третьего рельса напряжением 160 В. А уже через два года компания “Сименс” представила публике свой первый трамвай, который прошёл по железной дороге от Берлина до Лихтерфельда.
Несмотря на то, что первые электровозы и моновагоны были громоздкими, тяжёлыми и медлительными, электропривод развивался, и к 1900 году во многих странах Европы уже были участки электрифицированных железных дорог, на которых работали электровозы и пассажирские поезда - прототипы современных “электричек”. И если в 1879 году локомотив Сименса развивал смешные 6,5 км/ч, то в 1903 году моторвагонный состав этой же компании развил 210 км/ч. В 1895 году была третьим контактным рельсом с постоянным током напряжением 650 В была электрифицирована железная дорога Балтимор - Огайо. В 1902 году в Италии появилась первая полноценная электрифицированная железнодорожная линия длиной в 102 км. В 20-х годах ХХ века появляются электрифицированные дороги во Франции и в Англии. В России в 1913 году, ещё до революции и Первой мировой войны, у станции Стрельна заложили первую электрифицированную дорогу - знаменитую Оранэлу. Уже после революции под пригородное движение электрифицировали участок Баку-Сабунчи, а в 1929 году первая электричка из Москвы пошла в Мытищи.
Но по-настоящему эра электрической тяги на отечественных железных дорогах наступила с электрификацией Сурамского перевала - отрезка пути между станциями Хашури и Зестафони - крайне сложного участка пути, на котором на километр длины при постройке приходилось 46, а после смягчения - 29 метров подъёма. Советским Союзом было заказано 8 электровозов у компании “General Electric” и 7 электровозов у компании “Tecnomasio Italiano-Brown-Boweri”. Причём на 6 из 8 американских электровозов двигатели были установлены отечественные, произведённые в Москве на заводе “Динамо”. Прибывшие в депо Хашури американские электровозы получили обозначение серии С10, и после обкатки, 16 августа 1932 года электровоз С10-03 торжественно открыл движение на этом участке, проведя там пассажирский поезд. Постепенно производство электровозов разворачивалось и на заводе “Динамо” в кооперации с Коломенским заводом. Корпус собирался в Коломне, а электрооборудование - в Москве. Первый собранный локомотив получил обозначение серии Сс - Сурамский советский. Правда, вопреки обозначению, обкатка электровоза проводилась на Северной железной дороге. Перспективность электровозной тяги была очевидна, и после войны, в 1946 году, в Новочеркасске, вместо разрушенного паровозостроительного завода, отстроили электровозостроительный. Первый выпущенный в Новочеркасске локомотив носил обозначении серии ВЛ22, но разработан он, как и его предшественник, ВЛ19, был ещё до войны, на заводе “Динамо”. Первый новочеркасский электровоз Н8 (новочеркасский восьмиосный) был выпущен в 1953 году, правда позднее обозначение серии сменили на ВЛ8, об этом я расскажу отдельно. А позже в Новочеркасске развернули производство первого массового отечественного локомотива переменного тока - электровоза ВЛ60, имевшего множество модификаций. ХХ съезд КПСС известен не только развенчанием культа личности Сталина. На нём был объявлен курс на массовую замену паровозов электровозами и тепловозами.
Производство электровозов росло ударными темпами, но всё равно их на дорогах не хватало. Даже не смотря на то, что ещё один электровозостроительный завод - ТЭВЗ - появился в Тбилиси. И вот на мощностях завода Шкода в братской Чехословакии начинают производить локомотивы для советских железных дорог. Для дорог, электрифицированных на постоянном токе, завод в городе Пльзень производил локомотивы ЧС1, ЧС2 и ЧС2Т, ЧС3, ЧС200, ЧС6 и ЧС7, среди которых одна из самых красивых машин на наших дорогах - скоростной электровоз ЧС200. Для дорог, электрифицированных на переменном токе, Шкода строила локомотивы ЧС4, ЧС4Т, ЧС8. Кроме них на советских железных дорогах эксплуатировались “капиталистические” электровозы из Франции - серии Ф, и Германии - серии К. В настоящее время все локомотивы, если не считать моторвагонного подвижного состава, с электроприводом для нужд железных дорог нашей страны производятся в России.
Среди главных преимуществ электровозов - экологическая чистота, даже с учётом выбросов в атмосферу активно “коптящих” электростанций, производящих для них электроэнергию. При одинаковых габаритах, массе и сцепном весе электровоз обладает гораздо большей мощностью и коэффициентом полезного действия, чем тепловоз или тем более паровоз. Для сравнения: электровоз ВЛ85 имеет мощность 10 020 кВт, тепловоз 2ТЭ116 - 4500 кВт. Даже если прикинуть потери при сжигании топлива на электростанциях, КПД системы “электростанция - поставщик - электровоз” оказывается выше, чем КПД системы “дизель-генератор - тяговый электродвигатель - колёса”, применяемой на тепловозе. Конструкция электровоза - особенно современного, с цифровым управлением - гораздо проще конструкции тепловоза, в том числе и в механической части, в том числе и простотой налаживания управления по системе многих единиц и внедрения “автопилота” на поездах. Да и готов к поездке экипированный электровоз в любое время года сразу после подъёма токоприёмника. На тепловозе нужно проводить долгую и сложную процедуру запуска дизеля, его прогрева, а подготовка холодного паровоза вообще занимает 8 часов.
Но есть, конечно, и минусы. Первый, и самый главный - неавтономность, если, конечно, в электровозе нет аккумуляторов. Если вам выключат свет, то поезд дальше не пойдёт. И даже при наличии аккумуляторов электровоз с прицепленными к нему 50 гружёнными вагонами далеко не уедет, если вообще тронется с места. Второй - это сложность инфраструктуры. Нужны специфические депо, персонал, и - главное - сложная система контактной сети. Есть опасность и для машинистов, связанная с магнитными полями от токов высокого напряжения, да и риск поражения электрическим током присутствует - это вам не батарейка на 9 вольт. Один электровоз типа ВЛ80 потребляет столько же электроэнергии, сколько её потребляют 1500 квартир. Поэтому при “посадке” тяговых подстанций, питающих железную дорогу, на одну с городом линию электропередачи для последнего создаётся дефицит мощности и колебания напряжения в сети. Учитывая все вышеперечисленные минусы имеет смысл электрифицировать только магистральные направления с высокой интенсивностью движения. Но зато там электровозы незаменимы.
И даже учитывая все вышеприведённые минусы - плюсов в электровозной тяге гораздо больше, а электрификация ранее малодеятельных участков иногда порождает новый рост движения на них, так как с увеличением этого движения уменьшается себестоимость перевозок. Самих электровозов, работавших и работающих на железных дорогах Российской Империи, Советского Союза, России и стран СНГ - огромное множество, и в следующих статьях я обязательно расскажу вам о них.
Ставьте лайки, пишите комментарии, подписывайтесь на канал и следите за обновлениями!
Читайте канал и подписывайтесь на мои соцсети:
Фейсбук | Вконтакте | Инстаграм | Ютуб о танго | Ютуб о путешествиях |
