ИА ROLLINGSTOCK Agency

Технологические инновации в электровозе 3ЭС8 «Малахит»

   Россия: Первый электровоз нового поколения 3ЭС8 был представлен «Уральскими локомотивами» (входят в «Синара – Транспортные Машины») в марте этого года и сейчас проходит испытания. Машина должна в декабре пройти приемку и быть сертифицирована к серийному выпуску в 2023 году. На предварительных тягово-энергетических испытаниях 3ЭС8 подтвердил тяговые свойства, заявленные в техническом задании. Так как этот локомотив является преемником электровоза 2ЭС10 с немецким тяговым приводом, то 3ЭС8 с отечественным тяговым приводом должен реализовывать схожие технические характеристики, что и было подтверждено, несмотря на то, что 2ЭС10 мощнее 3ЭС8 на 700 кВт. Однако это далеко не единственное преимущество нового локомотива.

Презентация первого электровоза 3ЭС8 на заводе «Уральские локомотивы».
Источник: М

   Разработка платформы электровозов нового поколения была инициирована заводом «Уральские локомотивы» в марте 2020 года. Она производилась на основе утвержденного и согласованного с РЖД технического задания, разработанного с учетом технических требований, применяемых для электровозов Восточного полигона. В основу платформы закладывалась задача обеспечить способность водить грузовые поезда массой 7,1 тыс. т на сложных горных участках Транссибирской магистрали.

   Особенности конструкции кузова

   3ЭС8 – это первый грузовой электровоз с несущим кузовом. Данный кузов способствует облегчению конструкции и позволяет изменять нагрузку на ось от 23 до 25 тн. При проектировании локомотива было учтено требование РЖД по эффективному использованию полезной длины приемоотправочных путей с длиной состава в 71 вагон и унифицированной массой поезда 7,1 тыс. т. Для этого была уменьшена длина секции локомотива на 1 м, сейчас она составляет 16 м.

   Стены кузова локомотива выполнены в виде каркаса из труб и гнутых профилей с обшивкой из крупногабаритных листов. Повышение уровня рамы на 130 мм позволило улучшить доступ и обзор элементов экипажной части. Песочные бункера оборудованы системой контроля уровня песка.

3d-модель кузова секции электровоза 3ЭС8.
Источник: «Уральские локомотивы»

   Отдельно важно отметить, что конструкция кузова позволила создать кабину управления, которая соответствует новым требованиям РЖД к системе защиты локомотивной бригады при аварийных столкновениях локомотива с препятствием. Так, был проведен ряд моделирований сценариев столкновения локомотива с препятствием. Например, моделирование столкновения электровоза с препятствием массой 20 т на высоте более двух метров со скоростью 72 км/ч показало, что деформация кабины составит 562 мм. Таким образом, локомотивная бригада не пострадает, если электровоз столкнется с грузовым автомобилем.

   Особенности конструкции тележки

   Уникальным узлом электровоза является тележка, полностью разработанная конструкторами «Уральских локомотивов». В ее конструкции применена специальная марка стали с повышенной устойчивостью к атмосферной коррозии и нагрузкам при движении на высоких скоростях: такая сталь также применяется для изготовления тележек на электропоездах «Ласточка». В тележку интегрированы колесно-моторные блоки с двухсторонней зубчатой передачей и с асинхронным двигателем опорно-осевого подвешивания. База тележки, как и локомотив, также уменьшена.

   Трехточечный поводок позволяет обеспечить передачу тягового усилия до колесной пары на тележку, дает возможность электровозу вписываться в кривые с уменьшением износа гребней колесных пар. Кроме того, в конструкции применены моторно-осевые подшипники, которые способствуют увеличению ресурса и ремонтопригодности колесных пар. Дополнительно интегрирован температурный контроль буксовых и моторно-осевых подшипников. Большие зубчатые колеса с цементацией позволят электровозу проходить 1,8 млн км пробега до их замены.

Тележка электровоза 3ЭС8.
Источник: «Уральские локомотивы»

   В конструкции тележки электровоза был впервые установлен тормозной блок с гребневой тормозной колодкой, что позволило реализовать требования РЖД по автоматическому стояночному тормозу.

   Тяговый привод локомотива

   Комплект тягового оборудования 3ЭС8 – полностью российская разработка компаний «Тяговые компоненты» и «Горизонт». Реализовано два независимых канала питания тяговых электродвигателей (ТЭД). Благодаря модульной конструкции комплект имеет встроенную систему охлаждения. Уникальность данной конструкции в том, что в цепи каждого ТЭД применен индивидуальный дроссель воздушного охлаждения малогабаритного размера. Это обеспечивает резервирование всей цепи ТЭД для каждой оси отдельно, повышает надежность электровоза и позволяет повысить его живучесть на 25%.

Комплект тягового оборудования и асинхронный двигатель электровоза 3ЭС8.
Источник: «Уральские локомотивы»

   На тележках электровоза установлены асинхронные тяговые двигатели российского производства, разработанные и изготовленные компаниями «Тяговые компоненты» и «Русские электрические двигатели». Двигатель обеспечивает двухстороннюю зубчатую передачу и безкорпусное исполнение. Система охлаждения тягового электродвигателя исключает попадание загрязнений через патрубки для входа и выхода охлаждающего воздуха. Также были внедрены технические решения, исключающие воздействие негативных паразитных токов на подшипники ТЭД.

   Система управления электровозом

   Электровоз оснащен отечественным комплексом электронных систем, основой которого является микропроцессорная система управления и безопасности движения. Функции безопасности и управления соединены в одну систему, что является важным шагом к созданию интеллектуальных систем и исключению человеческого фактора из процесса управления локомотива.

   Благодаря использованию современных технологий и инструментов в рамках комплекса проекта «Цифровая железная дорога» реализована такая функция как «Электронный помощник машиниста». Она позволяет проводить предрейсовую подготовку локомотива в автономном режиме с передачей данных диагностики в диспетчерский центр о состоянии локомотива и его готовности к эксплуатации. Также был внедрен электронный журнал ТУ-152Э, благодаря которому с помощью приложения локомотивная бригада и ремонтный персонал могут удаленно посмотреть информацию о техническом состоянии локомотива, его готовности к поездке, местонахождении и рабочем состоянии.

   Электровоз оснащен системой видеонаблюдения. Применены камеры кругового обзора для осмотра подвижного состава и контактной сети. Для осмотра зоны впереди локомотива установлена фронтальная камера, что позволяет локомотивной бригаде анализировать начало и продолжение движения. Кроме того, система управления включает возможности онлайн-анализа стоимости жизненного цикла. Он проходит в постоянном режиме, данные об эксплуатационной работе локомотива отправляются на сервер, где проводится расчет стоимости жизненного цикла в онлайн-режиме.

   Внедрен горячий переход без выключения силовой системы электровоза. Также внедрена система мягкой рекуперации – электровоз может работать на выбеге с использованием энергии тяговых двигателей для питания собственных нужд и систем жизнеобеспечения локомотивной бригады.

   Важным достижением системы управления является возможность работы соединенным поездом с одного поста САУ-ОП. Локомотивная бригада, находясь на ведущем локомотиве, может управлять электровозом, который находится в середине или в хвосте состава без локомотивной бригады. Благодаря вышеперечисленным мероприятиям электровоз готов к управлению одним машинистом без помощника. В рамках проекта «Умный локомотив» электровоз станет потребителем и источником информации для разных подразделений РЖД, сервисных компаний, клиентов и самого производителя.

   Одним из компонентов системы управления является новый блок управления проскальзыванием, который полностью разработан инженерами «Уральских локомотивов». В российском локомотивостроении это первый опыт интеллектуального управления силой тяги электровоза. Блок имеет функцию самообучения, он предвидит проскальзывание осей колесных пар и перераспределяет момент на другие оси, где это проскальзывание менее значимо. Инновационным преимуществом блока тягового привода системы управления является достижение уменьшения удельного расхода электроэнергии на 8-10%.

   Кабина машиниста

   В новой платформе локомотивов улучшены условия труда локомотивной бригады. Облицовка кабины, сама кабина и ее интерьер выполнены с учетом опыта, примененного на электропоездах «Ласточка». Улучшены условия труда, повышена эстетическая удовлетворенность, а значит уменьшена утомляемость локомотивной бригады, что положительно влияет на обеспечение безопасности движения поездов.

   Конструкция пульта управления также создана с учетом опыта разработки поездов «Ласточка» и задачи по эксплуатации локомотива в «одно лицо». Она отвечает требованиям безопасности локомотивной бригады. Так, в контроллерах тяги и торможения реализована тактильно-ощутимая отдача. При аварийном столкновении конструкция пульта является жертвенной зоной и не задевает жизненного пространства локомотивной бригады. Для комфорта в локомотиве установлены микроволновая печь, холодильник и полноценный санитарный модуль. Модуль оборудован умывальником и туалетом с вакуумной системой замкнутого типа, он экологически безопасен, его закрытая система исключает попадание стоков в окружающую среду.

   Перспективы внедрения

   Стратегия РЖД направлена на распределение перспективных локомотивов по сети исходя из весовых норм и с учетом технологических возможностей развития инфраструктуры. Например, на северо-западном полигоне регионов юго-западного направления предполагается унифицировать состав электровозами 2ЭС8 и 3ЭС8. На участках октябрьской дороги, полигон Бабаево – Лужская, предполагается эксплуатировать электровозы в двухсекционном исполнении для вождения поездов 9 тыс. т. Данный электровоз в стратегии РЖД также предполагается эксплуатировать на участках Московского полигона – Орехово – Вековка, Вековка – Бекасово и на участках Большого московского окружного кольца.

Семейство локомотивов на базе платформы ЭС8.
Источник: «Уральские локомотивы»

   Развитие платформы предполагает выпуск еще двух машин – двухсистемного электровоза 2ЭС12 и локомотива переменного тока 2ЭС11. Первый будет призван обеспечить безостановочные перевозки транзитных грузов по сети РЖД и снижение непроизводительных потерь при смене локомотивов на станциях стыкования. Помимо полигонов СНГ данный электровоз предполагается эксплуатировать частными операторами на железнодорожных путях, электрифицированных постоянным током 3 кВ и переменным током 25 кВ. Применение двухсистемного электровоза на участке Алтайская – Лужская (3,9 тыс. км) позволит исключить размен локомотивов по станциям стыкования со сменой рода тока (Иртышская, Балезино, Лужская), что обеспечит полных оборот локомотива за 9,5 суток.

Испытания электровоза 3ЭС8 «Малахит» на экспериментальном кольце ВНИИЖТ, июль 2022 года.
Источник: Антон Батонов, railgallery.ru

   В свою очередь электровоз переменного тока 2ЭС11 предполагается для вождения поездов до 7,1 тыс. т или до 9 тыс. т при наличии бустерной секции. Машина может быть востребована на таких участках как Дружинино – Вековка, Балезино – Бабаево, Свирь – Мурманск, а также на Восточном полигоне от Мариинска, Междуреченска до Смоляниново и тихоокеанских портов России.

Автор: Валерий Ямалтдинов, руководитель проекта двухсистемного электровоза 2ЭС12
На основе выступления на выставке ИННОПРОМ, 6 июля 2022 года