Электровоз 2ЭС10 «Гранит» — магистральный грузовой электровоз постоянного тока с асинхронным тяговым приводом, выпускаемый заводом «Уральские локомотивы» в Верхней Пышме. Разработан совместно с компанией Siemens и на момент выпуска в 2010 году не имел аналогов на сети железных дорог России и других стран с шириной колеи 1520 мм — это был первый российский серийный грузовой электровоз с асинхронными тяговыми двигателями.
История создания
Электровоз 2ЭС10 разработан предприятием «Уральские локомотивы» совместно с Siemens и выпущен в 2010 году на базе Уральского завода железнодорожного машиностроения в Верхней Пышме. В конструкцию заложены многолетние наработки Siemens в области электротехники и машиностроения; при комплектации локомотива модулями и оборудованием было задействовано порядка ста отечественных предприятий.
В 2011 году в ходе экспериментальных поездок на локомотиве трёхсекционного исполнения был проведён поезд полной массой 9000 тонн — испытания подтвердили эффективность систем локомотива на участке со сложным перевальным профилем пути. Серийный выпуск электровозов 2ЭС10 начат в октябре 2012 года.
На начальном этапе эксплуатации был выявлен ряд конструктивных недостатков: при сильных морозах нестабильно работали компрессоры полтавского производства (впоследствии заменены на челябинские компрессоры ЧКЗ), резинометаллический шарнир наклонной тяги терял эластичность в особо холодную погоду, что приводило к боксованию, а боковые зеркала заднего вида самопроизвольно складывались на ходу. В общей сложности было внедрено около 60 усовершенствований узлов и деталей. В январе 2013 года на электровозе № 2ЭС10-022 обнаружена трещина бандажа колёсной пары — весь парк из 44 локомотивов был временно поставлен в отстой, дефект устранили расточкой колёсных пар к апрелю того же года.
В 2013 году выпущена экспортная модификация 2ЭС10 «Святогор» для поставки на Украину (планировалось около 50 машин), однако из-за политической обстановки поставки были прекращены, а уже отправленные локомотивы возвращены на завод. Весной 2014 года для повышения тяговых характеристик отдельной единицы электровоза сконструирована бустерная секция, включаемая в сцепку с секциями локомотива.
Назначение
2ЭС10 предназначен для тяжёлых грузовых перевозок на участках постоянного тока напряжением 3 кВ, шириной колеи 1520 мм. Повышенные тяговые характеристики по сравнению с электровозами предыдущего поколения открывают возможность вождения поездов повышенной массы одним локомотивом без применения нескольких единиц тяги.
Технические характеристики
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Завод-изготовитель | «Уральские локомотивы» (совместно с Siemens) |
| Род тока и номинальное напряжение на токоприёмнике | Постоянный, 3000 В (максимальное длительное — 3850 В, кратковременное до 5 минут — 4000 В) |
| Ширина колеи | 1520 мм |
| Осевая формула | 2(2о–2о) — двухсекционное исполнение; 3(2о–2о) — трёхсекционное (с бустерной секцией) |
| Тяговый привод | Асинхронный, тяговый электродвигатель 1ТВ2822 |
| Тип подвески тягового электродвигателя | Опорно-осевой |
| Служебная масса | 200 ± 2 т (двухсекционное исполнение) / 300 ± 2 т (трёхсекционное) |
| Статическая нагрузка от оси колёсной пары на рельс, не более | 245,5 ± 2,3 кН (≈25 тс) |
| Передаточное отношение зубчатой передачи | 6,294 |
| Диаметр бандажа колёсной пары по кругу катания | 1250 мм (новый) / 1160 мм (предельно изношенный) |
| Конструкционная скорость | 120 км/ч |
| Длина электровоза по осям автосцепок, не более | 34 000 мм (двухсекционное) / 51 000 мм (трёхсекционное) |
| Ширина корпуса | 3540 мм |
| Высота оси автосцепки от головки рельса | 980–1080 мм |
| Высота от головки рельса до рабочей поверхности полоза токоприёмника | 5100 мм (опущен) / 5500–7000 мм (рабочее положение) |
| Количество токоприёмников | 4 (по 2 на секцию) |
| Ток часового режима на один токоприёмник, не более | 2400 А |
| Мощность продолжительного режима тяговых двигателей, не менее | 8400 кВт (двухсекционное) / 12 600 кВт (трёхсекционное) |
| Максимальная мощность на валах двигателей | 8800 кВт (двухсекционное) / 13 200 кВт (трёхсекционное) |
| Максимальная сила тяги при трогании (в течение 15 минут), не менее | 784 кН (двухсекционное) / 1176 кН (трёхсекционное) |
| Сила тяги продолжительного режима при 55 км/ч, не менее | 538 кН (двухсекционное) / 807 кН (трёхсекционное) |
| Сила тяги продолжительного режима при 80 км/ч, не менее | 370 кН (двухсекционное) / 555 кН (трёхсекционное) |
| Максимальная сила тяги при скорости 120 км/ч, не менее | 236 кН (двухсекционное) / 354 кН (трёхсекционное) |
| Мощность электрического рекуперативного тормоза на валах ТЭД, не менее | 8400 кВт (двухсекционное) / 12 600 кВт (трёхсекционное) |
| Мощность электрического реостатного тормоза на валах ТЭД, не менее | 5600 кВт (двухсекционное) / 8400 кВт (трёхсекционное) |
| Максимальная тормозная сила на ободах колёс при рекуперативном торможении, не более | 500 кН |
| КПД в продолжительном режиме при скорости 80 км/ч, не менее | 0,875 |
| Назначенный срок службы | Не менее 40 лет или 8 000 000 км пробега — в зависимости от того, что наступит раньше |
Конструкция: асинхронный тяговый привод
Ключевое конструктивное отличие 2ЭС10 от предшествующих серий электровозов постоянного тока (ВЛ10, ВЛ11, а также параллельно выпускаемого 2ЭС6 «Синара») — асинхронный тяговый привод. Вместо коллекторных двигателей постоянного тока с опорно-осевым подвешиванием применены трёхфазные асинхронные тяговые электродвигатели, получающие питание через статические преобразователи (инверторы), которые формируют из постоянного тока контактной сети трёхфазное напряжение регулируемой частоты. Асинхронные двигатели проще и надёжнее в обслуживании за счёт отсутствия коллекторно-щёточного узла, а система управления приводом обеспечивает эффективную реализацию силы тяги и торможения.
Тяговый электродвигатель 1ТВ2822 — асинхронный, с короткозамкнутым ротором и принудительной вентиляцией. Номинальная мощность на валу — 1050 кВт, расчётный вращающий момент — 6810 Н·м, номинальное напряжение статора — 2240 В при номинальном фазном токе статора 335 А и частоте тока 50 Гц. Пусковой момент — 9930 Н·м, максимальная сила тяги на колесе при пуске — 98 кН, максимальная частота вращения — 3425 об/мин. По четыре таких двигателя установлено на каждой секции электровоза (М1…М4).
По сравнению с электровозом ВЛ11 конструкторам удалось увеличить силовые и тяговые моменты примерно на 40–50%, а по сравнению с электровозом 2ЭС6 (коллекторный привод постоянного тока, тот же завод-изготовитель) — примерно на 30%.
Управление тяговым и вспомогательным оборудованием, а также диагностику электровоза выполняет микропроцессорная система управления и диагностики (МПСУиД). При отсутствии напряжения в контактной сети система резервирования обеспечивает питание от аккумуляторной батареи оборудования, необходимого для безопасности и жизнедеятельности локомотивной бригады (внутреннее освещение, звуковые сигналы, поездная радиостанция, туалет, стояночный тормоз, система пожаротушения), в течение не менее 1 часа.
Колёсная пара и тележки 2ЭС10
Тележки 2ЭС10 рассчитаны на повышенную осевую нагрузку (25 тс) для реализации увеличенной силы тяги асинхронного привода. На начальном этапе эксплуатации был отмечен случай трещины бандажа колёсной пары (электровоз № 2ЭС10-022, январь 2013 года), потребовавший временной постановки всего парка в отстой и последующей расточки колёсных пар — этот эпизод учтён в дальнейшем совершенствовании конструкции ходовой части.
Сравнение с 2ЭС6 «Синара»
2ЭС6 и 2ЭС10 выпускаются одним и тем же заводом («Уральские локомотивы») и внешне похожи, но различаются ключевой технологией тягового привода. 2ЭС6 использует коллекторные тяговые электродвигатели постоянного тока — более простое и хорошо освоенное депо решение. 2ЭС10 применяет асинхронный тяговый привод с частотным регулированием — более сложную, но эффективную технологию, обеспечивающую прирост тяговых характеристик примерно на 30% по сравнению с 2ЭС6 и открывающую возможность вождения более тяжёлых поездов.
Эксплуатация
Массовый выпуск 2ЭС10 для ОАО «РЖД» велся до 2021 года; в 2022 и 2023 годах завод построил ещё по одному электровозу под заказ горно-обогатительного предприятия «Апатит». По данным на 2023 год всего выпущено 179 электровозов «Гранит» — 117 в двухсекционном исполнении и 62 в трёхсекционном (с бустерной секцией). Все парк ОАО «РЖД» приписан к эксплуатационному локомотивному депо Свердловск-Сортировочный на Свердловской железной дороге.
