1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЛОКОМОТИВНОГО ДЕПО ГОРЬКИЙ-СОРТИРОВОЧНЫЙ
Эксплуатационное локомотивное депо Горький-Сортировочный
Основной задачей депо является обеспечение грузовых и пассажирских перевозок, технически исправными электровозами, производство маневровой работы тепловозами, вождение грузовых и пассажирских поездов локомотив-ными бригадами.
В депо Горький-Сортировочный с января 1984 года для грузовых пере-возок используются грузовые электровозы ВЛ-80Т, ВЛ-80С мощностью около 8700 л.с. В последние годы стали применяться новые грузовые электровозы переменного тока 2ЭС5К серии "Ермак". На сегодняшний день грузовые пере-возки осуществляются электровозами переменного тока ВЛ80С и 2ЭС5К серии "Ермак".
В цехе эксплуатации число машинистов и помощников составляет 628. Из них 52 машиниста первого класса, 49 - второго и порядка 150 машинистов третьего класса. В связи с увеличением локомотивных бригад возросло и ко-личество машинистов-инструкторов - их стало 12.
Общая численность персонала, занятого на предприятии, составляет 1347 человек.
За 12 месяцев 2020 г. объем работы в ткм брутто в границах работы ло-комотивных бригад – 53,948 млрд. ткм брутто, увеличение к плану на 1,6% (0,856 млрд. ткм брутто), к соответствующему периоду прошлого года объем увеличился на 5,3% (2,733 млрд. ткм брутто). Роста объема перевозок к плану в грузовом движении в электротяге на 1,8% (0,912 млрд. ткм брутто) и состав-ляет 52,258 млрд. ткм брутто, в теплотяге объем перевозок составляет 0,023 млрд. ткм брутто.
Производительность труда на перевозках выполнена и составила – 44285 тыс. ткм брутто/чел, рост к плану на 7,8 % , рост к прошлому году на 3,5 %.
Показатели эксплуатационного локомотивного депо Нижний Новгород за 2017 - 2020 годы приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Показатели эксплуатационного локомотивного депо Нижний Новгород за 2017 - 2020 годы
Наименование Единица измерения 2017 2018 2019 2020
Объём грузовой работы млрд. т?км бр. 48,631 49,585 51,215 53,948
Средний вес поезда т 4175 4210 4263 4288
Среднесуточный пробег км/сут 498,4 500,5 541,4 663,8
Среднесуточная производительность тыс. т?км/сут 1905,6 1998,3 2156,7 2552,0
Техническая скорость км/ч 40,7 41,0 41,6 44,5
Удельный расход электроэнергии
95,59 94,33 94,9 94,5
Изменения показателей грузовой работы за 2017 - 2020 годы наглядно показаны на гистограммах рис. 1.1 - 1.3.
Рис. 1.1. Изменения объёма грузовой работы за 2017 - 2020 годы
Так как на сегодняшний день грузовые перевозки осуществляются элек-тровозами переменного тока ВЛ80С и 2ЭС5К серии "Ермак". В связи с этим возникает необходимость проведения технико-экономического обоснования применения электровозов серии "Ермак" (2ЭС5К) на полигоне Балезино - Во-логда, для чего необходимо провести тяговые расчёты для обоих вариантов, решить уравнение движения грузового поезда и определить расход электро-энергии.
Рис. 1.2. Изменение среднего веса грузового поезда за 2017 – 2020 годы
Рис. 1.3. Изменение среднесуточного пробега за 2017 - 2020 годы
1.1. Характеристики электровоза ВЛ80С
Электровоз ВЛ80с - двухсекционный, но схема электровоза предусмат-ривает синхронную работу трёх или четырёх секций, а некоторых модернизи-рованных ВЛ80р - в составе трёх секций. Механическая часть секции ВЛ80 - две одинаковые двухосные тележки. Рамы тележек сварные, буксы с ролико-выми подшипниками связаны с рамой тележки поводками с сайлент-блоками (резинометаллическими шарнирами). Тяговые и тормозные усилия передаются от тележек к кузову через шкворни. Тяговые электродвигатели (ТЭД) НБ-418К6 имеют опорно-осевое подвешивание. Зубчатая передача от тягового двигателя к колёсным парам двухсторонняя, косозубая, с жестким венцом зуб-чатого колеса. Диаметр колесных пар при новых бандажах по паспорту - 1250 мм, фактически - 1280 - 1290 мм.
На каждой секции установлено следующее основное оборудование:
? пантограф для токосъёма с контактной сети, расположенный над кабиной машиниста, и главный выключатель (ГВ) ВОВ-25М;
? тяговый трансформатор с масляным мотор-насосом (МН), две выпрями-тельные установки ВУК той или иной модификации и главный контроллер ЭКГ-8Ж (на электровозе ВЛ80р ВУК и ЭКГ-8Ж заменены двумя преобра-зователями ВИП-2200);
? фазорасщепитель (ФР) НБ-455А, вырабатывающий третью фазу (первой и второй фазами становятся выводы обмотки собственных нужд) для питания асинхронных двигателей остальных вспомогательных машин;
? 4 мотор-вентилятора (МВ) для охлаждения оборудования и наддува кузо-ва, среди которых обязательно имеются два МВ для охлаждения ТЭД, по одному на тележку;
? мотор-компрессор (МК) КТ-6Эл для обеспечения воздухом тормозов на локомотиве и в поезде, силовых электроаппаратов, блокировок высоко-вольтной камеры, подачи звуковых сигналов свистком (тихий) и тифоном (громкий), работы пневмопривода стеклоочистителей.
Трансформатор имеет тяговую обмотку и обмотку собственных нужд (ОСН) с напряжением холостого хода 399 В (напряжение под номинальной нагрузкой около 380 В), служащую для питания вспомогательных машин и це-пей управления. Для стабилизации напряжения на вспомогательных двигателях при значительных колебаниях напряжения в контактной сети (ниже 19 кВ и выше 29 кВ) предусмотрены две отпайки ОСН с напряжением 210 и 630 В, пе-реключаются они вручную на трансформаторе. Напряжение на тяговых двига-телях регулируется оперативно в процессе управления электровозом.
Цепи управления питаются напряжением 50 В от ТРПШ - трансформато-ра, регулируемого подмагничиванием шунтов, через диодный выпрямитель. Для сглаживания пульсаций после выпрямителя установлены два дросселя Д1 и Д3, но в настоящее время на некоторых электровозах медные обмотки дрос-селей сняты работниками депо в корыстных целях и в блоке силовых аппаратов № 1 (где стоит ТРПШ) видны одни только распушённые сердечники.
Скорость движения электровоза регулируется изменением напряжения, подводимого к тяговым двигателям (ТЭД). На всех разновидностях ВЛ80, кроме ВЛ80Р, напряжение на ТЭД регулируется переключением под нагрузкой отпаек тягового трансформатора при помощи электроконтроллера главного ЭКГ-8Ж. Это установленный на тяговом трансформаторе большой групповой переключатель, имеющий 30 контакторных элементов без дугогашения и 4 с дугогашением, обеспечивающих переключение первых тридцати без нагрузки. Чтобы не допустить броска тока в момент переключения позиции, между трансформатором и главным контроллером устанавливается переходной реак-тор, который, за счет своей высокой индуктивности гасит коммутационные пе-регрузки. Контакты элементов вынуждены пропускать большие токи, поэтому изготовлены из угольно-серебряной композиции; всего один ЭКГ-8Ж содержит 12 кг серебра. Привод ЭКГ - двигатель постоянного тока на напряжение 50 В, мощностью 500 Вт. При работе этого электродвигателя на электровозе падает напряжение в цепях управления и тускнеет свет.
Тяговая обмотка трансформатора состоит из двух нерегулируемых ча-стей и двух регулируемых; последние разделены на четыре секции каждая. Вначале нерегулируемые части включены встречно с регулируемыми, а так как напряжение нерегулируемых несколько больше, то напряжение регулируемых частей вычитается из напряжения нерегулируемых и на тяговые двигатели по-ступает напряжение 42 В. Затем секции регулируемых частей поочерёдно вы-водятся, напряжение на ТЭД растёт. На 17-й позиции ЭКГ регулируемые части полностью выключены. При переходе на 18-ю позицию регулируемые части включаются согласно с нерегулируемыми и далее происходит включение их секций, на 33-й позиции ЭКГ все секции регулируемых частей включены со-гласно с нерегулируемыми, напряжение на ТЭД максимально.
Силовая схема всех ВЛ80 предусматривает также три ступени ослабле-ния возбуждения ТЭД. Электровозы ВЛ80Т, ВЛ80С имеют реостатное тормо-жение. Продолжительная мощность тормозных резисторов 5480 кВт, реализу-емое тормозное усилие при 50 км/ч - 25 тс. ВЛ80Р имеют рекуперативное тор-можение, при котором электроэнергия возвращается в сеть.
В качестве привода вентиляторов и компрессоров используются элек-тродвигатели АЭ92-4 (в некоторых модификациях используются электродви-гатели АС82-4, АП82-4, ВЭ-6) .
Оборудование электровоза рассчитано на работу при напряжении в кон-тактной сети от 19 до 29 кВ, изменении температуры окружающего воздуха вне электровоза от -50 до +40 °С, влажности воздуха до 90 % при температуре +20 °С и высоте над уровнем моря не более 1200 м. Технические данные элек-тровоза приведены в табл. 1.2.
Таблица 1.2
Технические данные электровоза ВЛ80С
Показатели Величина
1 2
Номинальное напряжение, кВ 25
Частота питающего напряжения, Гц, 50
Формула ходовой части 2(20 - 20)
Передаточное отношение зубчатой передачи 88/21
Конструкционная скорость, км/ч 110
Масса с 0,67 запаса песка, т 192±4
Наибольшая допустимая нагрузка от оси колесной пары на рельсы, кН (тс) 235±5(24,0±0,5)
Разница нажатий на рельсы между колесами од-
ной оси не более, кН (тс) 5 (0,5)
Высота оси автосцепки от уровня головки рельса при но-вых бандажах, мм 1040-1080
Высота от уровня головки рельса до рабочей поверхности полоза токоприемника, мм: при опущенном положении токоприемника 5100
при рабочем положении токоприемника 5500-7000
Окончание табл. 1.2
1 2
Диаметр колеса по кругу катания при новых бандажах, мм. 1250
Наименьший радиус кривых, проходимых при скорости 10 км/ч, м 125
Торможение пневматическое и электрическое реостатное
Часовой режим: Мощность на валах тяговых двигателей, кВт 6520
Сила тяги, кН (кгс) 442 (45 100)
Скорость, км/ч 51,6
Продолжительный режим: Мощность на валах тяговых двигателей, кВт 6160
Сила тяги, кН (кгс) 400 (40 900)
Скорость, км/ч 53,6
К. п. д. не менее 0,84
Коэффициент мощности на 33-й позиции регули-
рования напряжения, не менее 0,866
Торможение: Продолжительный режим
Мощность рассеяния тормозных резисторов, кВт,
не менее 5480
Тормозное усилие, кН (тс), при скорости, км/ч, не менее
50 343 (35)
80 215(22)
90 196 (20)
1.2. Характеристики электровоза 2ЭС5К
Электровоз 2ЭС5К (2?- количество секций, Э?- грузовой электровоз, С?- секционный, К?- коллекторный тяговый привод) предназначен для вождения грузовых поездов на железных дорогах, электрифицированных на однофазном переменном токе промышленной частоты 50 Гц с номинальным напряжением 25000 В. Заменяемая серия?- электровозы грузовые ВЛ80 всех типов.
Особенности конструкции:
1. Электровоз состоит из двух секций. Каждая секция электровоза имеет головную кабину управления и комплект оборудования, обеспечивающий ра-боту одного электровоза, а также работу по системе многих единиц в составе двух электровозов (2?2ЭС5К), или в составе трех секций.
2. Ходовая часть выполнена с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей с моторно-осевыми подшипниками скольжения.
Рис. 1.4. Грузовой электровоз 2ЭС5К
3. В кузовной ступени подвешивания применена модернизированная конструкция люлечного подвешивания.
4. Электрическая схема обеспечивает плавное четырехзонное регулиро-вание напряжения тяговых электродвигателей и работу электровоза в режиме тяги и электрического (рекуперативного) торможения с управлением из любой кабины управления головной или хвостовой секции.
5. Усовершенствованные тяговые электродвигатели НБ-514Б.
6. Новый тяговый трансформатор ОНДЦЭ-4350/25 с уменьшенными по-терями мощности.
7. Микропроцессорная система управления, обеспечивающая:
а). ручное и автоматическое управление движением;
б). режимы автоведения поезда;
в). диагностику параметров движения и работы оборудования электрово-за.
8. Современные системы безопасности движения (КЛУБ-У, САУТ-ЦМ/485, ТСКБМ).
9. Новая кабина управления с улучшенными условиями труда локомо-тивной бригады. Экологически безопасные термоэлектрические кондиционеры холодопроизводительностью 4кВт. Вместо печного отопления?— панельные нагреватели, размещенные по всей поверхности стен и пола кабины.
10. Усовершенствованная система вентиляции позволила в два раза со-кратить количество вентиляторов и затраты мощности на охлаждение тягового оборудования. Применена система регулирования производительности венти-ляторов в зависимости от нагрузки оборудования и окружающей температуры.
11. Новое блочное пневматическое оборудование с уменьшенными за-тратами на его обслуживание и ремонт.
12. Электровоз оборудован холодильником и сантехническим оборудо-ванием (умывальник, туалет).
Технические данные электровоза приведены в табл. 1.3.
Таблица 1.3
Технические данные электровоза 2ЭС5К
Показатели Величина
1 2
Номинальное напряжение, кВ 25
Частота питающего напряжения, Гц, 50
Формула ходовой части 2(20 - 20)
Передаточное отношение зубчатой передачи 88/21
Конструкционная скорость, км/ч 110
Масса с 0,67 запаса песка, т 192±4
Наибольшая допустимая нагрузка от оси колесной пары на рельсы, кН (тс) 235±5(24,0±0,5)
Разница нажатий на рельсы между колесами од-
ной оси не более, кН (тс) 4,9 (0,5)
Высота оси автосцепки от уровня головки рельса при новых бандажах, мм 1060±20
Высота от уровня головки рельса до рабочей поверхно-сти полоза токоприемника, мм: при опущенном поло-жении токоприемника 5100
при рабочем положении токоприемника 5500-7000
Диаметр колеса по кругу катания при новых бандажах, мм. 1250
Наименьший радиус кривых, проходимых при скорости 10 км/ч, м 125
Окончание табл. 1.3
1 2
Часовой режим: Мощность на валах тяговых двигате-лей, кВт 6560
Сила тяги, кН (кгс) 464 (47300)
Скорость, км/ч 49,9
Продолжительный режим: Мощность на валах тяговых двигателей, кВт 6120
Сила тяги, кН (кгс) 423 (43100)
Скорость, км/ч 51,0
КПД в продолжительном режиме, не менее 0,85
Коэффициент мощности в продолжительном режиме, не менее 0,9/0,84
Максимальные тормозные усилия, кН (тс), при скоро-сти, км/ч, не менее
50 450 (45,9)
80 300 (30,6)
90 250 (25,5)
Восемь колесных пар «Ермака» в основной комплектации объединены в четыре тележки. Отсюда и осевая формула: секции?- 2о-2о, локомотива в це-лом?- 2о-2о+2о-2о. Тележки между собой не соединяются тягой, что символи-зирует дефис «-». Знак «+» показывает, что секции сцеплены. Нижний «нолик» указывает на тип подвески тяговых двигателей?— «опорно-осевая». В ней каж-дая колесная пара вращается собственным тяговым электродвигателем. В дан-ном случае?- с подшипниками скольжения, сделанными из нового композитно-го материала бронзографита, вместо применявшегося ранее баббита. Исполь-зуется и более краткое обозначение осевой формулы такого локомотива: 2(2о-2о).
Рама каждой секции опирается на тележки через пружинно-гидравлические амортизаторы. Подрессоривание колесных пар тележек осу-ществляется с помощью аналогичных пружинно-гидравлических амортизато-ров. Тележки поворачиваются вокруг вертикальных шкворней.
На 2ЭС5К впервые применили усовершенствованный тяговый электро-двигатель постоянного тока НБ-514Б, вместо НБ-514, ранее используемого на ВЛ-85. В новом моторе улучшена изоляция и конструкция катушек дополни-тельных полюсов статора.
Питающее напряжение от контактной сети поступает через несимметрич-ный пантограф новой конструкции, представляющий собой складывающуюся букву «Г». Он лучше применявшегося ранее симметричного тем, что подпру-жиненная часть легче, поэтому токоприемник во время движения быстрее пе-ремещается по вертикали вслед за контактным проводом, что уменьшает ис-крение и связанные с ним потери мощности, а также радиопомехи.
Рис. 1.5. Пусковые характеристики электровоза 2ЭС5К "Ермак"
На электровозе применен специально спроектированный тяговый транс-форматор ОНЦДЭ-4350/2 с меньшим рассеянием электромагнитного поля, приводящим к дополнительным потерям мощности. В то же время использу-ются уже применяемые ранее на электровозах переменного тока выпрямитель-но-инверторные преобразователи типа ВИП-4000М. Они обеспечивают преоб-разование однофазного переменного тока в постоянный и плавное регулирова-ние напряжения, подаваемого на тяговые электродвигатели. С помощью ВИП-4000М при электрическом торможении имеется возможность рекуперации, т.е. возврата вырабатываемой электромоторами тележек электроэнергии в кон-тактную сеть. Поскольку на электровозе 2ЭС5К установлены тяговые электро-двигатели постоянного тока, то при электроторможении и включении электро-двигателей в режим генераторов они вырабатывают постоянное напряжение, которое с помощью ВИП-4000М и управляющего микропроцессора преобра-зуется в переменное напряжение частотой 50 Гц. Фазу вырабатываемого пере-менного напряжения микропроцессор согласует с фазой напряжения на кон-тактном проводе, благодаря чему вырабатываемая в тяговых электродвигате-лях электроэнергия возвращается в контактную сеть. При этом происходит торможение всего состава только двигателями электровоза, что снижает износ тормозных колодок у всех вагонов состава. Тормозное усилие в локомотиве 2ЭС5К больше, чем в ВЛ80С на 6…12%, а средняя потребляемая мощность меньше на 15…18%.
Рис. 1.6. Тормозные характеристики электровоза 2ЭС5К "Ермак"
В Российской Федерации общая длина железнодорожных путей достига-ет 85,5 тыс. км, из которых 42,3 тыс. км?- электрифицированы. Из них?- 22,5 тыс. км работают на переменном токе, включая и Северную железную дорогу. В этой части страны требуется как можно быстрее обновить магистральный электровозный парк, чтобы повысить эффективность работы. Вот почему на НЭВЗе решили спроектировать новый электровоз именно переменного тока.
Электровоз 2ЭС5К был представлен для демонстрации на выставке, проводимой ежегодно на подмосковной станции Щербинка, в День железнодо-рожника, организованной 7 августа 2005 г. В преддверии этого события на экс-периментальном кольце Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВНИИЖД) открылась специализированная вы-ставка. На ней, вместе с другими новинками, впервые представили и электро-воз 2ЭС5К серии "Ермак".
Все агрегаты нового локомотива соединены таким образом, что управ-лять электровозом можно из кабины любой секции, причем как вручную, так и автоматически. При этом обеспечиваются различные режимы ведения поезда, а также диагностика параметров движения и работы всего оборудования элек-тровоза. Система автоматического торможения поезда повышает безопасность движения и облегчает управление локомотивом.
Рис. 1.7. Пульт управления электровоза 2ЭС5К
Электровоз 2ЭС5К может работать по системе многих единиц, т.е. в сцепке с другим локомотивом, а также с одной дополнительной секцией. В первом случае он из 8-осной машины 2ЭС5К превращается в 16-осную, а во втором?- в 12-осную. Примерно в той же пропорции возрастает и тяговое уси-лие электровоза, и его провозная способность.
Большое внимание разработчики уделили комфорту работы локомотив-ной бригады, оснастив электровоз кондиционером, холодильником и сантех-ническим оборудованием.
Рис. 1.8. Расположение оборудования в кабине электровоза 2ЭС5К
В кабине с помощью системы микроклимата поддерживается постоянная температура. По стенам и полу кабины разместили нагревательные панели об-щей мощностью 7 кВт. Кардинально изменили систему отопления кабины. Зи-мой параметры микроклимата обеспечиваются двумя калориферами, работа-ющими как обогреватели и подающими нагретый воздух в зону двери. Улуч-шили вентиляцию кабины, при этом вдвое сократили число вентиляторов и существенно снизили затраты энергии на охлаждение тягового оборудования. Электрообогревателями снабдили лобовое и боковые стекла, а также зеркала заднего вида, причем последние снабдили еще и электроприводом поворота. Перед лобовым стеклом расположили два пульта управления: для машиниста и помощника. Оба, скорее, напоминают рабочее место оператора ЭВМ. Распо-ложение оборудования в кабине электровоза 2ЭС5К показано на рис. 1.8, пере-чень приведен в табл. 1.4.
