Электровозы
Испытания электровозов HXD2F в Китае На углевозной линии Ватан — Жичжао продолжаются эксплуатационные испытания двух электровозов HXD2F, построенных на заводе корпорации CRRC в г. Датун. Это первые локомотивы с осевой нагрузкой 30 т, собранные в Китае. В конце декабря 2014 г. в Китае была начата коммерческая эксплуатация третьей в стране специализированной железнодорожной линии, предназначенной для движения тяжеловесных углевозных поездов, которые идут из центральных и южных районов провинции Шаньси к восточному побережью. Линия Shanxi South Central протяженностью 1216 км (рис. 1) соединяет город Ватан, расположенный в центральной части провинции Шаньси, с портом Жичжао в провинции Шаньдун. Линия, электрифицированная на переменном токе напряжением 25 кВ, частотой 50 Гц, построена с учетом современных достижений в области тяжеловесного движения, включая использование электронной системы управления пневматическим торможением и повышение осевой нагрузки до 30 т. Ранее в Китае максимальная осевая нагрузка на линиях, предназначенных для движения тяжеловесных поездов, составляла 25 т. К 2005 г. бо́льшая часть линий страны, рассчитанных на движение углевозных поездов, была модернизирована, чтобы соответствовать этому стандарту, но в том же году на конференции Международной ассоциации тяжеловесного движения (IHHA) в Бразилии в качестве нового стандарта было принято значение осевой нагрузки, равное 27 т. В настоящее время на железных
дорогах ряда стран (США, Австралии, Швеции, Бразилии) допускается осевая нагрузка 30 т и больше, что позволяет значительно увеличить провозную способность линий и сократить эксплуатационные расходы. Ограничение осевой нагрузки до 25 т сдерживало дальнейшее развитие тяжеловесного движения в Китае, поэтому было решено, что новые линии следует строить с расчетом на осевую нагрузку, равную 30 т. Это в свою очередь потребовало создания локомотивов, способных вести поезда с большей осевой
нагрузкой. При этом тяговое усилие у них должно быть увеличено на 20 %.
Основные характеристики Электровоз HXD2F построен в г. Датун на заводе китайской государственной корпорации China Railway Rolling Stock (CRRC), образованной 1 июня 2015 г. путем слияния корпораций CNR и CSR. Приступая к разработке локомотива с повышенной осевой нагрузкой, специалисты предприятия изучили международные и национальные стандарты для железнодорожных линий с допустимой осевой нагрузкой 30 т и провели углубленные исследования с целью определения основных параметров локомотивов для тяжеловесного движения. При повышении расчетной силы тяги требуется увеличение коэффициента сцепления, а также применение усиленных тележек, более прочного кузова и усовершенствованных сцепных устройств, способных выдерживать повышенные продольные нагрузки на растяжение и сжатие. Локомотивы,
Рис. 1. Углевозный поезд на линии Ватан — Жичжао
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2015, № 10 59
Электровозы
Рис. 2. Первые построенные электровозы HXD2F
предназначенные для вождения тяжеловесных поездов, должны также быть рассчитаны на движение с постоянной относительно невысокой скоростью в течение достаточно продолжительных интервалов времени и обладать соответствующими тяговыми характеристиками.
Это требует применения обеспечивающих значительный крутящий момент асинхронных тяговых двигателей, эффективного регулирования тягового усилия, а также совершенствования тормозной системы. Перечисленные аспекты учитывались при разработке локомотива
Технические характеристики электровоза HXD2F
Показатели Осевая формула Максимальная скорость в эксплуатации, км/ч Максимальная осевая нагрузка, т Диаметр колеса, мм Напряжение питания переменного тока, кВ
Значения B0 B0+B0 B0 100 30 или 27 1250 25
Длительная мощность, кВт
9600
Тяговое усилие при пуске, кН: при осевой нагрузке, равной 30 т при осевой нагрузке, равной 27 т
910 820
Длительное тяговое усилие, кН: при осевой нагрузке, равной 30 т при осевой нагрузке, равной 27 т
691 628
Максимальное тормозное усилие при рекуперативном торможении, кН Коэффициент мощности КПД, %
510 ≥0,98 ≥85
HXD2F (рис. 2). Два электровоза этой серии в настоящее время проходят испытания на линии Ватан — Жичжао. Локомотив создан на основе существующей технологической платформы, разработанной для осевой нагрузки 25 т, с использованием модульного принципа и с учетом обеспечения удобства технического обслуживания. Для сокращения затрат на обслуживание и ремонт значительные усилия были направлены на упрощение оборудования. Максимально используются взаимозаменяемые компоненты и подсистемы. На основе конструктивной платформы Prima, разработанной Alstom, компания CNR на предприятии в Датуне создала двухсекционные электровозы HXD2. Такие локомотивы были построены для железных дорог Беларуси, где они получили обозначение БКГ1. В дальнейшем были разработаны односекционные шестиосные электровозы HXD2C и HXD2D с двумя трехосными тележками. В 2012 г. конструкторы компании вернулись к восьмиосной конфигурации, применив ее для локомотива HXD2–1000, на базе которого, в свою очередь, был создан электровоз HXD2F. Кузов нового электровоза аналогичен примененному на локомотиве HXD2-1000, но отличается увеличенным с 2500 до 3000 кН предельным значением усилия на растяжение. Кроме того, электровоз оснащен мощным сцепным устройством типа 102 по стандарту Американской ассоциации железных дорог (AAR), рассчитанным на бо́льшие значения передаваемых усилий по сравнению с применяемым на менее тяжелых локомотивах сцепным устройством типа 101. Электровоз снабжен съемными балластными элементами, которые могут быть удалены при необходимости эксплуатации электровоза на
60 ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2015, № 10
Электровозы
линиях, где допустимая осевая нагрузка не превышает 27 т. Технические данные электровоза представлены в таблице.
Конструкция тележки Масса двухосной тележки электровоза равна 22,5 т, что на 3,8 т больше по сравнению с тележкой электровоза HXD2. Увеличение массы вызвано усилением рамы, в результате чего понижен центр тяжести тележки и увеличена ее устойчивость. Колеса, рассчитанные на значительную осевую нагрузку, изготовлены из стали марки R9T, которая отличается повышенной устойчивостью к износу от трения колодок при торможении. Оси колесных пар выполнены из сплава EA4T, соответствующего европейским стандартам. Этот материал используется для осей как высокоскоростного подвижного состава, так и грузовых локомотивов, предназначенных для вождения тяжеловесных поездов. Каждая ось приводится во вращение отдельным тяговым электродвигателем мощностью 1200 кВт в длительном режиме. Для обеспечения надежной работы достаточно мощного двигателя, создающего повышенное тяговое усилие, его вал опирается на три подшипника. Вал соединен с редуктором через упругую муфту. Резинометаллические пружины вторичного подвешивания обеспечивают требуемую вертикальную жесткость. Достаточно равномерное распределение нагрузки между осями способствует повышению эффективности использования сцепления.
Тяговое и тормозное оборудование Тяговый преобразователь выполнен на транзисторах IGBT, рассчитанных на напряжение 3,3 кВ и силу тока 1,5 кА. Для совершенствования тяговых характеристик
доработано программное обеспечение системы управления работой инвертора. Минимальный пусковой момент асинхронных тяговых двигателей равен 12 763 Н∙м. Значительная его величина вызывает повышенный нагрев обмоток, поэтому используется независимая вентиляция каждого двигателя. При полной нагрузке температура обмоток статора довольно высока, однако ее значение не выходит за установленные пределы. Чтобы минимизировать риск электрических разрядов из‑за загрязнения воздуха, размещенное на крыше высоковольтное оборудование закрыто защитными кожухами, на которые нанесена изолирующая краска. Высоковольтные шкафы в машинном отделении снабжены дополнительной изоляцией. Система управления тяговым оборудованием и его диагностирования выполнена с использованием поездной шины, соответствующей требованиям международного стандарта IEC61375–1. При ее создании разработчики руководствовались критериями максимально возможного упрощения работы системы, обеспечения автоматической реконфигурации и поддержания постоянной скорости. Дисплей машиниста выполнен с использованием упрощенного графического интерфейса с функциональной клавиатурой и сенсорным экраном. Система управления тяговым усилием позволяет машинисту выбрать режим поддержания постоянного значения скорости либо крутящего момента, используя дисплей. Двухшинная система передачи данных резервируется бортовой сетью Ethernet, которая поддерживает обмен значительными объемами информации. Ранее существенные затруднения вызывала низкая скорость передачи информации, поэтому было решено обеспечить приоритет для данных, относящихся к работе определенных
устройств. Прочие данные разделяются по времени передачи, что позволяет оптимально использовать имеющийся диапазон полосы пропускания. Для обеспечения безопасного движения длинносоставных углевозных поездов и сокращения затрат на техническое обслуживание локомотивов применяется электронная система управления пневматическим торможением. Это позволяет синхронно осуществлять торможение, отпуск тормозов и их повторное применение по всей длине поезда. При разработке системы управления торможением основное внимание было уделено обеспечению требуемой длины тормозного пути при экстренном торможении и необходимости подтормаживания на затяжных спусках. В соответствии с принятыми в 2012 г. временными стандартами при скорости начала торможения, равной 100 км/ч, длина тормозного пути в случае экстренного торможения не должна превышать 1400 м. Согласно расчетам, тормозной путь груженого поезда с электровозом HXD2F равен 1277 м, т. е. требования стандарта соблюдены. На линии Ватан — Жичжао имеется непрерывный спуск длиной 70 км с максимальным уклоном 1,3 %. При проектировании нового локомотива рассчитывали тепловую нагрузку для двух циклов экстренного торможения, выполняемых последовательно на данном участке с начальной скорости 100 км/ч. Испытания опытных образцов электровозов HXD2F должны быть завершены до конца 2015 г. Предполагается, что для работы на линии Ватан — Жичжао потребуется до 500 таких локомотивов. L. Huaxiang. Railway Gazette International, 2015, № 8, p. 62 – 63; материалы портала www.en.chinacnr.com.
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2015, № 10 61