Электровозы 2ЭС5С и 3ЭС5С: асинхронная тяга под флагом России
Одним из главных событий 2019 года стали испытания электровозов 2ЭС5С и 3ЭС5С - флагманских локомотивостроительных проектов АО «Трансмашхолдинг» (ТМХ), призванных обеспечить технический прорыв в железнодорожных перевозках и стимулировать развитие отечественной компонентной базы. Созданные на Новочеркасском электровозостроительном заводе (#НЭВЗ, входит в ТМХ) локомотивы 5-го поколения с первым российским асинхронным приводом на IGBT-транзисторах и широкими цифровыми возможностями открывают новые горизонты технологического развития и наглядно показывают, что отечественной инженерной школе под силу самые сложные задачи.
В интересах страны
В 2015 году на фоне резкого изменения внешнеэкономической конъюнктуры Правительством РФ была поставлена задача снижения зависимости от импортной продукции. Ключевой заказчик в железнодорожной отрасли - ОАО «РЖД», понимая свою стратегическую роль в экономике и промышленности России, еще в конце 2014 года утвердил программу импортозамещения закупаемой продукции для нужд холдинга, в том числе за счет снижения доли импортных комплектующих в подвижном составе. Принципиальная позиция ОАО «РЖД» нашла отражение и в Долгосрочной программе развития компании до 2025 года (ДПР): постепенное доведение к 2023 году степени локализации производства железнодорожной техники до 80%.
Электровоз 2ЭС5С
Основной производитель локомотивов в России и один из крупнейших в мире - ТМХ -всегда стремится к максимальному выполнению требований заказчиков и сам заинтересован в развитии компонентной базы на территории страны, так как этот подход обеспечивает устойчивость бизнеса на десятилетия вперед. За уже почти 20 лет работы машиностроительный холдинг неоднократно доказывал готовность браться за самые сложные и комплексные технические проекты и эффективно их реализовывать. Бесценный опыт, полученный #ТМХ в условиях активной модернизации железнодорожного транспорта в первые два десятилетия XXI века, является одним из ключевых конкурентных преимуществ холдинга.
Именно наработанные компетенции позволили ТМХ поставить перед собой амбициозную задачу по созданию новых высокоэффективных грузовых электровозов 5-го поколения - #2ЭС5С и 3ЭС5С, оборудованных асинхронным тяговым приводом с поосным регулированием силы тяги и собираемых преимущественно из российских комплектующих.
В интересах эксплуатанта
Разработка новой машины заняла всего 2 года, что для сферы локомотивостроения является коротким сроком. В июне 2018 года первый собранный на НЭВЗ электровоз 2ЭС5С был представлен руководству ОАО «РЖД». В 2019 году он завершил все этапы испытаний. Электровоз #3ЭС5С в конце прошлого года также успешно прошел подконтрольную эксплуатацию на Северо-Кавказской железной дороге и сейчас испытывается на важнейшем для экономики страны Восточном полигоне. Таким образом, в ближайшее время оба электровоза пройдут сертификацию и будут допущены до эксплуатации.
Электровоз переменного тока 2ЭС5С состоит из двух 4-осных секций. Мощность на валах асинхронных тяговых двигателей в продолжительном режиме составляет 8 400 кВт, а в часовом режиме - 8 800 кВт.
Ключевой особенностью новых локомотивов стала возможность задействования форсированного режима, который позволяет достичь мощности в 10 400 кВт на валах тяговых двигателей в течение 30 мин. Таким образом, эксплуатация нового тягового подвижного состава может, например, сократить операционные расходы #РЖД при вождении поездов на участках Восточного полигона со сложным профилем пути и значительным руководящим уклоном как за счет отказа от локального использования толкачей, так и за счет замены эксплуатируемого парка.
В электровозе 3ЭС5С применяется дополнительная (бустерная) секция, позволяющая увеличить тяговые свойства машины и обеспечить вождение поездов массой от 7 100 т. Бустерная секция увеличивает тяговые возможности локомотива в полтора раза, делая его одним из самых мощных электровозов в мире. Машина создана в рамках концепции развития тяжеловесного грузового движения ОАО «РЖД» при поддержке Минпромторга России.
Электровоз 3ЭС5С
Асинхронный двигатель является залогом высокой эксплуатационной эффективности локомотивов. Специально для 2ЭС5С и 3ЭС5С в ТМХ был создан тяговый электродвигатель (ТЭД) ДТА-1100, который в конце 2019 года получил сертификат соответствия ЕАЭС, разрешающий его эксплуатацию на железнодорожной сети стран Таможенного союза. В сравнении с прошлым поколением ТЭД, коллекторным, асинхронный привод позволяет существенно повысить надежность, одновременно снизив трудоемкость его обслуживания и ремонта, и, соответственно, повысить техническую готовность локомотива. Дополнительно использование асинхронных ТЭД позволяет добиться улучшенной реализации силы тяги за счет регулирования каждой из осей электровоза, что, в частности, является критически важным в сложных условиях Восточного полигона.
Проведенные испытания электровозов показали, что использование асинхронного привода дает возможность значительно увеличить межремонтные интервалы. Так, в ходе испытаний был изменен подход к периодичности проведения технического обслуживания вида ТО-2, увеличен ресурс роторных (якорных), опорных и моторно-осевых подшипников. В общей сложности реализованные решения в электровозах 2ЭС5С и 3ЭС5С позволяют снизить стоимость жизненного цикла по сравнению с предыдущими поколениями локомотивов на 18%, а затраты электроэнергии на тягу - на 20%.
В новых электровозах используются двухосные тележки с двухступенчатым рессорным подвешиванием. Тяговые двигатели имеют опорно-осевую подвеску с моторно-осевыми подшипниками качения и объединены с редуктором в единый блок мотор-редуктора, что положительно отражается на долговечности зубчатой передачи и подшипников вала шестерни редуктора. Осуществление передачи силы тяги от тележки на кузов происходит посредством наклонной тяги, которая закреплена на средней балке рамы тележки, что позволяет уменьшить разгрузку колесных пар в тяговом режиме.
Конструкционные решения, примененные в электровозах 2ЭС5С и 3ЭС5С, позволяют подходить к управлению гораздо гибче, чем это было возможно на предыдущих поколениях локомотивов. Тормозная система тележки выполнена с двухсторонним нажатием гребневых тормозных колодок на колесо, реализована функция замещения пневматического тормоза электрическим при управлении автотормозами, что дает возможность одновременно осуществлять как пневматическое, так и электрическое торможение, возвращая электроэнергию в контактную сеть за счет рекуперации. Кроме того, 2ЭС5С обладает регулируемой системой вспомогательного привода, бесконтактным котроллером машиниста, односторонней тяговой передачей с тяговым редуктором, противоюзной защитой при пневматическом торможении, а также реализованным энергоэффективным режимом работы, позволяющим автоматически отключать части двигателей при отсутствии необходимости в их задействовании.
Для обеспечения высокого уровня качества конечного продукта ТМХ традиционно предъявляет к комплектаторам строгие требования по выполнению заданного технического уровня компонентов, исполнению обязательств по ритмичности поставок и обоснованию ценовых параметров
Электровозы также соответствуют целям и задачам реализуемого ОАО «РЖД» проекта «Цифровая железная дорога», ориентированы на гибкость, автоматизированность и прозрачность эксплуатации машины для заказчика. Они оснащены российской микропроцессорной системой верхнего уровня собственной разработки, отвечающей за всю автоматику локомотива. Также в 2ЭС5C интегрирована интеллектуальная система вождения поездов повышенной массы с распределенными по длине состава локомотивами «ИСАВП-РТ» (разработка ООО «АВП-Технология», входит в ГК #Ctrl2Go). Она позволяет обеспечивать вождение тяжеловесных поездов в автоматизированном режиме при соблюдении установленных скоростей, плавности хода и графика движения, одновременно с этим минимизируя расходы электроэнергии на тягу поезда за счет рационального выбора режимов движения.
Пульт управления в новых электровозах
Система диагностики в новых электровозах существенно расширяет возможности эксплуатанта. Она обеспечивает своевременный контроль режимов работы оборудования, а также возможность учета динамики эксплуатационных параметров в энергонезависимой памяти. Локомотив всегда находится на связи: в режиме реального времени собираемые данные могут передаваться с электровозов на серверы ОАО «РЖД». Все это дает возможность полноценно реализовывать предиктивный подход к обслуживанию и тем самым обеспечивает высокий уровень технической готовности тягового подвижного состава.
В интересах производителей оборудования
Современный электровоз является ультрасложной техникой, включающей тысячи элементов и традиционно имеющей один из самых высоких мультипликативных эффектов для промышленности. Сегодня машины 2ЭС5С и 3ЭС5С на 85% состоят из отечественных узлов и агрегатов, в том числе ключевых - электродвигателя, тягового преобразователя и др. При этом предприятиями, входящими в периметр ТМХ, обеспечивается только 45% комплектующих, а общее количество поставщиков превышает 200.
Применение технологии компьютерного зрения при эталонной проверке качества собранного узла на НЭВЗ
ТМХ заинтересован в долгосрочных отношениях и привлечении отечественных поставщиков, готов оказывать им посильную технологическую и финансовую поддержку
География комплектаторов охватывает практически всю Россию: тяговые преобразователи поставляются из Екатеринбурга, кабины - из Обнинска, кондиционеры -из Москвы, катушки статора двигателя - из Санкт-Петербурга, заготовка осей осуществляется в Перми, а контроллеры машиниста доставляются из Ростова-на-Дону.
Реализация таких прорывных проектов, как 2ЭС5С и 3ЭС5С, также подталкивает к совершенствованию и цифровизации процессов производства. Для эффективного выпуска новых поколений электровозов на НЭВЗ сегодня реализуется проект «Цифровой завод» (подробнее - в статье «ТМХ: реальность цифровой трансформации», журнал «Техника железных дорог», № 2 (46) май 2019 года), а за 2017-2019 годы в развитие производства на предприятии было инвестировано более 5 млрд руб. В данном направлении также уделяется внимание внедрению производственных и интеллектуальных решений от российских разработчиков.
Обеспечивая развитие
Ввод в эксплуатацию электровозов 2ЭС5С и 3ЭС5С станет событием общенационального масштаба. Реализованные ТМХ проекты новых локомотивов пятого поколения позволили освоить выпуск в России асинхронных тяговых электродвигателей и преобразователей на IGBT-транзисторах. Внедрение на сети таких машин вместе с передовыми цифровыми решениями будет способствовать повышению производительности и эффективности железных дорог, тем самым давая дополнительные возможности для роста российской экономики.
Мультипликативные эффекты от производства новых электровозов шире, чем просто импортозамещение комплектующих. Такие масштабные и амбициозные задачи помогают воспитывать новые поколения высококвалифицированных инженерных и производственных кадров и тем самым повышать научно-технический потенциал России. Опыт, полученный ТМХ ранее при создании инновационных проектов поезда метро «Москва» и пассажирских вагонов локомотивной тяги для АО «Федеральная пассажирская компания», показывает, что наличие большого долгосрочного заказа позволяет развивать национальную компонентную базу и создавать передовой подвижной состав как для эксплуатации внутри страны, так и для поставок на экспорт.
Опубликовано в журнале «Техника железных дорог», № 1 (49) февраль 2020 года)