Электровоз ЧС7 — восьмиосный пассажирский электровоз постоянного тока. Выпускался в 1983–2000 гг. на заводе Шкода в городе Пльзень (Чехия). Заводское обозначение серии — 82E. Существует 9 модификаций: 82E1–82E9. Осевая формула — 2(2O-2O). Всего был построен 321 локомотив. Выпускался электровоз только для СССР и России, в самой ЧССР и Чехии не использовался. Некоторые технические характеристики
* Длина по осям автосцепок — 34040 мм. * Ширина кузова — 3000 мм. * Высота от головки рельс до рабочей поверхности полоза токоприёмника o в опущенном состоянии — 5120 мм. o в рабочем положении 5400÷6900 мм. * Мощность на валах ТЭД — 6160 кВт. * Скорость длительного режима — 87,8 км/ч. * Конструкционная скорость — 160 км/ч. * Максимальная скорость — 200 км/ч. * Диапазон скоростей эффективного применения реостатного тормоза — 40÷160 км/ч.[1]
[править] История
В начале 80-х годов XX века на скоростной магистрали Москва — Ленинград (ныне Санкт-Петербург) несли службу выпущенные незначительной серией (менее 50 ед.) восьмиосные скоростные электровозы ЧС6 (Skoda 50E) и ЧС200 (Skoda 66E), приписанные к локомотивному депо Ленинград-Московский, и с поставленной задачей — тяга поездов средней и малой массы с высокими скоростями — справлялись. На остальной сети, электрифицированной постоянным током, несли тяговую службу шестиосные электровозы ЧС2, опять-таки завода Skoda, серий 34E и 53E. Малые мощность и сила тяги этих локомотивов, архаичная конструкция с главным силовым переключателем, доставляющим массу хлопот, не вписывались в планы Советских железных дорог по увеличению массы и скорости пассажирских поездов. Была произведена глубокая модернизация ЧС2 с заменой кузова и кабины, полной переработкой силовой схемы, в результате чего увидел свет электровоз ЧС2Т, он же Skoda 63E. Но, как быстро выяснилось, с поставленными задачами он не справлялся все равно, в результате чего ЧС2Т было построено немного (около 100 машин), и все они оказались в том же депо Ленинград-Московский.
ЧС6 и ЧС200 тоже проблему решить не могли. Малый сцепной вес при избыточной мощности не позволял развить большую силу тяги, а сжатость сроков проектирования заставила инженеров Skoda просто объединить два четырёхосных локомотива, из-за чего электровозы не получили возможности последовательного (сериесного) соединения всех тяговых двигателей и поэтому не могли ездить с малыми скоростями — экономичная езда на сериес-параллельном соединении возможна на скоростях не менее 80-100 км/ч. Поэтому было решено произвести модернизацию ЧС6, приспособив его для широкого диапазона скоростей.
В результате в 1983 году без создания опытных машин (так как многие технические решения уже успешно работали на ЧС6, ЧС200 и их предшественниках) завод Skoda выпустил 20 электровозов 82E (серия 1, 82E1), а Министерство путей сообщения СССР дало им обозначение ЧС7. Машины поровну поделились между двумя депо — Челябинск Южно-Уральской железной дороги и Москва-Киевская Московской железной дороги. Конечно, после ЧС2 эксплуатация «семёрок» не могла начаться гладко, ибо от «двойки» она отличалась очень сильно, имея совершенно другие тележки, многие новые электроаппараты и электромашины, а также гораздо более сложную электросхему (это — обратная сторона гибкости и надёжности новой схемы без главного переключателя).
Но постепенно машины были освоены, и выпуск стабильно продолжался вплоть до распада СССР. Машины попали в депо Москва-Киевская, Москва-III и Москва-Курская Московской ж.д., Челябинск Южно-Уральской ж.д., Свердловск-Пассажирский Свердловской ж.д., Харьков (депо Октябрь Южной ж.д., Днепропетровск и Мелитополь Приднепровской ж.д. В процессе выпуска электровоз модернизировался. Через несколько лет после распада СССР, Украина для нужд Приднепровской ж.д., ОАО «РЖД» для нужд Свердловской ж.д. закупили последние небольшие партии ЧС7, серии E9. На Приднепровской железной дороге электровозы (номера с 287 по 316) попали в депо Днепропетровск, в России — в Свердловск-Пассажирский, №№ 317—321.
[править] Механическая часть
[править] Кузов и тележки Часть тележки ЧС7 Часть тележки ЧС7 Крышевые жалюзи ЧС7 Крышевые жалюзи ЧС7
Электровоз ЧС7 состоит из двух одинаковых секций. Основа каждой секции — кузов вагонного (то есть не капотного) типа с несущей рамой. Через шкворни для передачи тягово-тормозных усилий и люлечную пружинную подвеску для передачи веса рама связана с двумя двухосными тележками. С рамы тележки на буксы вес передается через винтовые пружины (винтовые рессоры), опирающиеся на крылья (приливы) букс, а тягово-тормозные усилия через цилиндрические цапфы, проходящие внутри пружин и входящие в отверстия приливов букс. Так как имевшие место на ЧС2 листовые рессоры, одновременно с рессорной функцией выполняющие функцию гашения колебаний, из конструкции ходовой части ЧС7 исключены, то параллельно пружинам и в люлечном, и в буксовом подвешивании установлены гидрогасители. В первые годы эксплуатации это нововведение проявляло себя не с лучшей стороны — в локомотивных депо не было оснастки, персонала и даже технологии ремонта гидрогасителей, но позже проблемы прекратились.
Каждая колёсная пара имеет двухстороннее торможение, силой тормозных цилиндров (по два на тележку) с двух сторон к каждому колесу прижимаются по две тормозные колодки. Также на электровозе имеются пневматические песочницы, подсыпающие под переднюю по ходу движения колёсную пару каждой тележки песок для улучшения сцепления. Управляются они правой педалью машиниста или автоматически при срабатывании реле боксования, а также при экстренном торможении. Для догружения первой и пятой по ходу движения колёсных пар каждой секции установлены противоразгрузочные устройства (ПРУ) — цилиндры, через рычаги и ролики давящие на лист передних балок первой и третьей по ходу тележек и увеличивает нагрузку на первую и пятую колёсные пары.ПРУ включается автоматически при тяговом режиме с помощью специльного электропневматического реле давления.
[править] Тяговый привод
Тяговые электродвигатели (ТЭД), индивидуальные для каждой колёсной пары (то есть — два двигателя на тележку), имеют опорно-рамную подвеску (ОРП) — закреплены на раме тележки жёстко, якорь двигателя параллелен оси колесной пары. Передача крутящего момента от якоря двигателя к ведушей шестерне закрепленного на оси колесной пары возле одного из колёс тягового редуктора системы Skoda, аналогичная передаче ЧС2. На противоположной тяговому редуктору стороне якоря закреплена одна карданная муфта, вал от которой проходит внутри полого якоря двигателя к закреплённой на редукторе второй карданной муфте. Такая система уменьшает угловые отклонения вала и облегчает работу карданных муфт. Редукторы имеют датчики перегрева, подающие сигнал на расположенные в кабине лампы, но впоследствии на многих электровозах эта система была упразднена, и на части машин лампы перегрева редукторов показывают наполнение тормозных цилиндров.
[править] Оборудование секций Кабина ЧС7 серии 1 Кабина ЧС7 серии 1 Кабина ЧС7 серии 9 Кабина ЧС7 серии 9 Продольный проход ЧС7 Продольный проход ЧС7
Между собой секции соединены обычной автосцепкой, что предъявляет требования к мастерству машинистов — плавно вести поезд из-за зазоров в автосцепках и рывках при их изменениях может не каждый. Кабина, расположенная в передней части секции, имеет два лобовых стекла, на первых сериях электровоза имевших внутренний электрообогрев, который на старших сериях (с электровоза ЧС7-241, которым началась серия E8) был заменён обогревом тёплым воздухом. Также имеются два боковых треугольных окна и две расположенные за ними открывающие сдвиганием вниз прямоугольные форточки.
Под кабиной расположен кондиционер, жалюзи конденсаторов которого можно видеть на боках электровоза под кабиной, если кондиционер не снят — в этом случае жалюзи закрываются металлическим листом. На крыше каждой секции установлены токоприемник и высоковольтные шины на изоляторах, главные воздушные резервуары. В середине крыши установлен блок пуско-тормозных резисторов (ПТР), закрываемый с двух сторон жалюзи с пневмоприводом. Спереди и сзади от блока ПТР установлены лабиринтные жалюзи для забора воздуха для вентиляторов охлаждения тяговых двигателей. По левой стороне крыши за жалюзи вентиляторов двигателей над пятым окном располагаются небольшие жалюзи забора воздуха для мотор-компрессора.
Внутри кузова оборудование расположено следующим образом. За кабиной находится тамбур, имеющий пять дверей — одну в кабину, две на улицу и две в машинное отделение. Также в тамбуре установлены различные электронные приборы безопасности и шкаф с автоматическими защитными выключателями, блоком 750 обнаружения проскальзывания колёс и аварийными сигнализаторами и переключателями. За тамбуром находится мотор-вентилятор тяговых двигателей передней тележки, за ним ПБК 330, следом — высоковольтная камера, ограждённая металлическими сетками. За высоковольтной камерой — шкаф 100 (возбудитель), мотор-вентилятор задней тележки, пневматическая панель и мотор-компрессор.
[править] Электрическая часть
[править] Главные высоковольтные цепи Быстродействующий выключатель Быстродействующий выключатель
При подаче воздуха в цилиндр токоприёмника он поднимается и ток с контактной сети, пройдя дроссель подавления радиопомех, разъединитель (отключатель неисправного токоприёмника, имеет пневматический привод) и проходной керамический изолятор, поступает в кузов электровоза. Отсюда — две параллельные цепи, через добавочный резистор к установленному на пульте машиниста вольтметру сети (на пульте обычно имеется надпись об опасности открытия пульта при поднятом токоприёмнике), и к быстродействующему выключателю 021 — главному защитному аппарату. После быстродействущего выключателя — три параллельных цепи. Первая — тяговая цепь, то есть цепь тяговых двигателей, вторая — цепь вспомогательных машин и отопления кабин. Эти две цепи имеют общий электросчетчик. Третья — цепь отопления поезда, очень простая, реле перегрузки, контактор включения отопления, электросчетчик отопления и высоковольтный штекер, расположенный на буферном брусе.
Для обеспечения безопасности работ в высоковольтной камере в высоковольтной цепи установлены заземлители — по конструкции аналогичные разъединителям. После отключения разъединителя они заземляют участок между разъединителем и проходным изолятором на корпус электровоза. Управление разъединителем, заземлителем и токоприемником производится одним переключателем на пульте машиниста, отдельным для каждой секции.
Цепи тяговых двигателей и вспомогательных машин весьма сложны. Все двигатели — коллекторные постоянного тока.
[править] Тяговые цепи Нижняя часть ПБК 330 Нижняя часть ПБК 330
Всего на электровозе имеются восемь тяговых электродвигателей, питающихся от контактной сети номинальным напряжением 3000 В. Двигатели рассчитаны на номинальное напряжение 1500 В и постоянно соединены последовательно в четыре пары. Для получения различных скоростей есть три варианта соединения двигателей — все четыре пары последовательно (сериесное соединение, сокращённо с), две пары каждой секции последовательно, между собой секции параллельно (сериес-параллельное соединение, СП) либо все четыре пары параллельно (параллельное соединение — П). Для переключения соединений используются линейные контакторы (ЛК).
Для ограничения тока двигателей, более плавного трогания и разгона в их цепь могут вводиться пуско-тормозные резисторы (ПТР). Переключаются резисторы реостатными контакторами. Для охлаждения ПТР блок каждой секции имеет два установленных в нем вентилятора, подключённых к отпайке самих резисторов. Скорость вращения вентиляторов зависит от падения напряжения на резисторах, то есть от тока через них. Благодаря наличию вентиляторов нет опасности пережога резисторов даже при длительном движении с введёнными ПТР. Для повышения скорости на выбранном соединении используется ослабление возбуждения тяговых двигателей — параллельно обмоткам возбуждения подключаются медные резисторы малого сопротивления (шунты), в результате падают магнитный поток двигателя, а с ним и противоЭДС, в результате возрастает ток. Изменение направления движения электровоза производится изменением полярности включения обмоток возбуждения с помощью реверсоров — ножевых переключателей с пневматическим приводом. При неисправности одного из тяговых двигателей (пробой изоляции, обрыв тягового привода) пару двигателей можно вывести из работы ручным ножевым отключателем.
Все переключения соединений, ПТР и шунтов тяговых двигателей ведутся электропневматическими контакторами, управляемыми контроллером машиниста. Он состоит из двух частей — одна, стандартный контроллер машиниста 21KR, установлена в кабине, её реверсивный вал 303 и вал ослабления возбуждения 306 управляют напрямую соответственно реверсорами и контакторами ослабления возбуждения, а главный вал 305 управляет четырехцилиндровым пневмодвигателем промежуточного барабана контроллера (ПБК) 330, установленного в машинном отделении.
ПБК 330 — низковольтный групповой переключатель, имеющий 54 контакторных элемента — по числу управляемых ПБК контакторов. ПБК имеется в каждой секции (в отличие от ЧС6 и ЧС200, где ПБК один на обе секции) и управляет контакторами обеих секций сразу. При выходе из строя ПБК передней по ходу секции можно перейти на управление от ПБК задней секции. При сгорании какого-либо контактора можно переключением кабелей собрать аварийную схему. Этим обеспечивается высокая надежность электровоза.
ПБК имеет 57 фиксированных позиций — нулевую, на которой все контакторы выключены, и 56 рабочих. На первой позиции открываются жалюзи блока ПТР и собирается цепь сериесного соединения с полностью введёнными ПТР. При перемещении ПБК 330 до 20-й позиции поочерёдно выводятся ступени резисторов, и на 20-й ПТР выводятся полностью — это безреостатная позиция С соединения. Далее следует переходная позиция 21, на которой в цепь вновь вводятся ПТР и переключается соединение двигателей (по так называемой схеме моста, исключающей провал силы тяги), и первая реостатная позиция СП соединения — 22. Безреостатная позиция СП соединения — 38, далее следует 39-я переходная (также с мостовым переходом) и первая реостатная параллельного соединения, 40. На режим безреостатного параллельного соединения электровоз выходит на 56-й позиции ПБК.
Управление пневмодвигателем ПБК 330 с помощью контроллера машиниста 21KR вполне обычное, ослабление возбуждения возможно на любой позиции ПБК. Есть одна дополнительная кнопка «СП-С», установленная слева от контроллера машиниста. С любой позиции П соединения она сбрасывает ПБК на позицию 38, с любой позиции сериес-параллельного соединения на 20-ю, с любой позиции сериесного соединения — на нулевую. Этой кнопкой весьма удобно пользоваться для более плавного ведения поезда, при переходе с высшего соединения на низшее с ослабленным возбуждением (например, с П без шунтов на СП со всеми шунтами; разгон на «голой параллели» обычно применяют для набора скорости 110—140 км/ч, после чего хватает режима «СП5» — СП и все шунты). Нажимается кнопка «СП-С», и пока ПБК 330 движется до безреостатной позиции — плавно поочерёдно включаются ступени шунтов. Переход получается плавнее, чем он был бы при сбросе позиций ПБК и последующем включении шунтов только штурвалом, без сильного провала силы тяги.
На каждой секции электровоза ЧС7 установлены три высоковольтные вспомогательные машины (не считая входящих в тяговую цепь вентиляторов ПТР) — два мотор-вентилятора (МВ) тяговых двигателей и один мотор-компрессор (МК). Каждый из мотор-вентиляторов установлен вертикально и состоит из высоковольтного двигателя, двух вентиляторных колес (одно закреплено на верхнем конце вала двигателя, другое на нижнем) и расположенного сбоку на корпусе вентилятора коллекторного генератора управления. Генератор управления приводится от двигателя вентилятора через ременную передачу и вырабатывает постоянный ток напряжением 50 В для питания цепей управления и освещения электровоза.
Двигатели вентиляторов рассчитаны на напряжение 1500 В и поэтому вентиляторы каждой секции электровоза постоянно соединены последовательно. Между собой вентиляторы секций могут соединяться последовательно (режим низкой скорости) и параллельно (режим высокой скорости) с помощью расположенных в каждой из секций переключателей вентиляторов с пневматическим приводом. В цепи вентиляторов имеются добавочные резисторы. При включении в цепь введён резистор сопротивлением 160 Ом, это обеспечивает плавный разгон двигателей. Через 3 секунды срабатывает реле времени и значительная часть сопротивления выводится, в цепи остаётся лишь 25 Ом. Включается та или иная скорость переключателем на пульте машиниста.
Мотор-компрессор предназначенный для нагнетания запаса воздуха в главных резервуарах, используемого для работы тормозов, звуковых сигналов, песочниц, стеклоочистителей, электроаппаратов с пневматическим приводом. Он расположен горизонтально, состоит из высоковольтного двигателя и трехцилиндрового компрессора K2-Lok1. Забор воздуха для компрессора — из-за борта. Пуск компрессора может быть как автоматический, по сигналу реле давления, срабатывающего при определённом давлении в главных резервуарах, так и ручной — это выбирается переключателем на пульте машиниста. Также в картере компрессора установлен электронагреватель для обогрева масла после длительной стоянки зимой, от включается тем же переключателем в кабине. Запуск компрессора, как и вентиляторов, реостатный. При включении в цепь введён добавочный резистор сопротивлением 69 Ом, и по прошествии 2 секунд, если давление в главных резервуарах более 3 атмосфер (при меньшем давлении нагрузка на компрессор мала и частота вращения может повыситься сверх предела) почти весь резистор закорачивается.
Для отопления в каждой кабине установлено два калорифера. Сами калориферы питаются высоким напряжением, а двигатели их вентиляторов — напряжением 50 В.
[править] Низковольтные цепи Шкаф за кабиной ЧС7 Шкаф за кабиной ЧС7 Средний пульт ЧС7 Средний пульт ЧС7
Напряжение в низковольтных цепях — 50 В. Оно вырабатывается генераторами управления (по два в секции), а при их остановке — аккумуляторной батареей, одной на каждую секцию. Делятся низковольтные цепи на две основные группы — цепи управления и освещения. Цепи управления очень обширны и включают различные реле, контроллеры, катушки вентилей и контакторов. Цепи освещения проще, по сути, они состоят из осветительных приборов и их выключателей. На лобовой части каждой кабины находится один прожектор и два двухцветных буферных фонаря (каждый прибор управляется своим переключателем на пульте машиниста), над тележками — светильники освещения ходовых частей (также включаются отдельным переключателем в кабине), в машинном отделении — светильники освещения машинного отделения (переключатели — в тамбуре).
В кабине имеются обычные и зелёные светильники, а также лампы освещения приборов (под козырьком приборов) — все они управляются одним пятипозиционным переключателем с положениями «Выключено», «Белый яркий», «Белый тусклый и приборы», «Приборы», «Зелёный и приборы». Яркость свечения освещения приборов регулируется плавно отдельным резистором.
От сети 50 В питаются различные преобразователи — питания приборов безопасности, электропневматического тормоза. Также в каждой секции есть вспомогательный компрессор, используемый для подъема токоприемника и включения быстродействующего выключателя и отсутствии воздуха в главных резервуарах. Он имеет, как и на ЧС2, ручной привод, но дополнительно установлен и электропривод.
[править] Реостатное торможение
Как и электровозы постоянного тока ЧС2Т, ЧС6 и ЧС200 и переменного тока ЧС4Т, ЧС8, электровоз ЧС7 тоже оснащён реостатным тормозом, он же электродинамический, ЭДТ, или реостатный, так как ток гасится на резисторах — реостате. В этом режиме тяговые двигатели переводятся в режим генераторов и вырабатываемый ими ток «сжигается» на пуско-тормозных резисторах.
При переводе электровоза в режим реостатного торможения при помощи тормозных переключателей (два в каждой секции), по конструкции аналогичных реверсорам, якорь каждого тягового двигателя подключается к своей секции ПТР, а обмотки возбуждения двигателей каждой секции соединяются последовательно и подключаются к тиристорному возбудителю 100. Возбудитель 100 питается первоначально от аккумуляторной батареи секции. После подачи напряжения на обмотки возбуждения в якорях наводится ток, протекающий через ПТР. Возбудитель переходит на питание от одной из секций ПТР.
Для работы ЭДТ должны быть включены его выключатели на пультах в обеих кабинах. Управляется ЭДТ задатчиком тормозной силы, задается тормозная сила давлением воздуха. При давлении воздуха в задатчике около 0,08 атмосферы происходит разбор схемы тяги (на любой позиции контроллера машиниста) и собирается схема реостатного торможения и при дальнейшем повышении давления нарастает тормозная сила. Давление в задатчике можно создать вручную — небольшим специальным рычагом в правой части пульта машиниста, с положениями «Отпуск» (сброс давления), «Перекрыша» (удержание) и нефиксированным положением «Торможение» (повышение давления).
Также воздух в задатчик подаётся при обычном пневматическом торможении поезда краном машиниста, при этом воздух подаётся только в задатчик, а от тормозных цилиндров отсекается — происходит комбинированное торможение, пневматическое в составе и реостатное на электровозе. Но на практике ЭДТ применяется редко, так как оно сжимает состав, что не благоприятствует комфорту пассажиров, а также есть риск неисправности схемы реостатного тормоза. Исправность ЭДТ является обязательной по Правилам технической эксплуатации, но фактически этот пункт не соблюдается, и случается всё — и выход из строя шкафа 100, и неразбор тормозной схемы, и невключение ЛК.
По прошествии четверти века эксплуатации электровозы девяти серий — от 82E1 до 82E9, — объединённые общим именем ЧС7, продолжают работать на дорогах России и Украины (эпизодически заезжая даже в Казахстан, а именно — в Северо-Казахстанскую область, проходя по линии Курган — Петропавловск — Омск). Машины с номерами от № 001 до № 009 по-прежнему находятся в ТЧ Челябинск, сейчас все они эксплуатируются.
Развитие железных дорог, запуск различных скоростных поездов (например Москва — Киев, Киев — Днепропетровск, Киев — Харьков) повлекли за собой различные изменения в устройстве, графике работы и даже внешнем виде электровозов. Все российские ЧС7 оснащены системой КЛУБ-У. Часть электровозов депо Москва-Киевская, Днепропетровск и Харьков-Октябрь подготовлены для эксплуатации в скоростном графике со скоростями до 140 км/ч (хоть ЧС7 и предназначен для скорости 160 км/ч, но реальные скорости в эксплуатации обычно не превышают 120 км/ч).
В различных локомотивных депо разработали собственные схемы окраски машин. В депо Ильича (Москва-Белорусская и Москва-Киевская) применяется окраска в сине-бело-голубую схему. Москва-Курская применяет сложную зелёно-жёлтую схему (за сложность которой начальник депо получил выговоры). Челябинск покрасил несколько электровозов в красный цвет для вождения фирменного поезда Челябинск — Москва «Южный Урал». В депо Днепропетровск имеются электровозы самых разных окрасок, среди которых стоит выделить покрашенные в бело-розовую схему машины, предназначенные для скоростного поезда Днепропетровск — Киев. В депо Харьков-Октябрь преобладают машины синего цвета с белыми полосами — это цвета экспресса Харьков — Киев.
