Электровоз ВЛ11 — советский и российский грузовой магистральный электровоз постоянного тока, развитие электровоза ВЛ10, отличающееся способностью секций работать по системе многих единиц (СМЕ) — в составе двух-, трёх- и четырёхсекционных электровозов. Выпускался Тбилисским электровозостроительным заводом (ТЭВЗ) с 1975 по 2015 годы; массовое серийное производство продолжалось до 2006 года, отдельные модернизированные модификации строились малыми сериями вплоть до 2015-го. Всего построено 1346 электровозов серии.
История создания: развитие ВЛ10
В начале 1970-х годов по заказу МПС СССР велась разработка нового грузового электровоза на базе ВЛ10, но большей мощности, способного работать несколькими секциями. Первоначально пытались приспособить двухсекционный ВЛ10 под работу тремя секциями, были построены также два опытных двухсекционных электровоза ВЛ12 с новыми тяговыми электродвигателями. В итоге на Тбилисском электровозостроительном заводе им. В. И. Ленина по проекту Специального проектно-конструкторского бюро производственного объединения «Электровозостроитель» был создан электровоз ВЛ11, секции которого способны работать по системе многих единиц.
Первый электровоз ВЛ11 был выпущен в 1975 году; серийное производство развернулось с 1977—1978 годов. Завод выпускал электровозы в двухсекционном исполнении, при этом они могли быть сформированы в трёхсекционные электровозы, а также работать по СМЕ парами двухсекционных машин. Начиная с электровоза № 022 в конструкцию последующих машин были внесены значительные изменения в электрическую схему — введена новая система маркировки проводов и элементов схемы, из-за чего совместная работа электровозов до № 021 включительно и после № 022 по системе многих единиц не допускается.
Всего с 1975 по 2015 годы построено 1346 электровозов серии ВЛ11 в нескольких модификациях: базовые ВЛ11 (574 единицы), ВЛ11.8 и ВЛ11У8 с изменённой электрической схемой (259 единиц на двоих), модернизированные ВЛ11М (467 единиц), а также малыми сериями — ВЛ11М5 (13 единиц) и ВЛ11М6 (32 единицы). Подробное описание каждой модификации приведено ниже, в разделе «Другие модификации».
Назначение: грузовые перевозки на постоянном токе
Электровоз ВЛ11 предназначен для эксплуатации на электрифицированных участках железных дорог колеи 1520 мм с напряжением в контактной сети 3000 В постоянного тока (с допустимым повышением до 4000 В и понижением до 2200 В). Расчётная температура окружающей среды вне кузова — от −50 до +40 °C, относительная влажность воздуха — до 90 % при +27 °C. Основная сфера применения — тяжёлые грузовые поезда; на ряде дорог, в том числе в Грузии, электровозы ВЛ11 водят и пассажирские составы.
Технические характеристики
Значения даны для 2-секционного электровоза (базовая заводская комплектация) с указанием, как показатель масштабируется при формировании 3- и 4-секционных электровозов.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Род тока и напряжение в контактной сети | постоянный, 3000 В (2200—4000 В) |
| Ширина колеи | 1520 мм |
| Осевая формула | 2(2о-2о) / 3(2о-2о) / 4(2о-2о) — для 2/3/4 секций |
| Тип тяговых электродвигателей | ТЛ-2К1, опорно-осевое подвешивание |
| Часовая мощность ТЭД | 4 × 670 кВт на секцию (5360 кВт на 2-секционный электровоз) |
| Длительная (продолжительная) мощность ТЭД | 4 × 575 кВт на секцию (4600 кВт на 2-секционный электровоз) |
| Сила тяги часового режима | 387 кН (2 секции) / 581 кН (3) / 774 кН (4) |
| Сила тяги продолжительного режима | 314 кН (2 секции) / 471 кН (3) / 628 кН (4) |
| Сила тяги при 100 км/ч и наибольшем ослаблении возбуждения | 137 кН (2 секции) / 206 кН (3) / 274 кН (4) |
| Скорость часового режима | 48,7 км/ч |
| Скорость продолжительного режима | 51,2 км/ч |
| Конструкционная скорость | 100 км/ч (ВЛ11, ВЛ11М); 120 км/ч (ВЛ11М5, ВЛ11М6) |
| КПД продолжительного режима | не менее 0,88 (без учёта вспомогательных машин — не менее 0,9) |
| Передаточное отношение зубчатой передачи | 88/23 |
| Ослабление возбуждения на ходовых позициях | 75 / 55 / 43 / 36 % |
| Электрическое торможение | рекуперативное, по схеме циклической стабилизации с противовозбуждением, на всех трёх соединениях ТЭД |
| Масса электровоза (с 2/3 запаса песка) | 184 т (2 секции) / 276 т (3 секции) |
| Разница нажатий на рельсы между колёсами одной оси | не более 4,9 кН |
| Высота оси автосцепки от головки рельса (новые бандажи) | 1040—1080 мм |
| Диаметр колеса по кругу катания (новые бандажи) | 1250 мм |
| Наименьший радиус проходимых кривых (при 10 км/ч) | 125 м |
| Высота полоза токоприёмника от головки рельса | 5120 мм (опущен) / 5500—7000 мм (рабочее положение) |
| Длина электровоза по осям автосцепки | 32 880 мм (2 секции) / 49 260 мм (3) / 65 760 мм (4) |
| Жёсткая база тележки | 3000 мм |
| Ширина кузова | 3160 мм |
| Габарит | 1-Т (ГОСТ 9238—73) |
Конструкция: отличия от ВЛ10
По механической части электровоз ВЛ11 максимально унифицирован с электровозом ВЛ80Т; отличия сводятся к передаточному числу тяговой зубчатой передачи (из-за иного типа электродвигателей), отдельным конструктивным элементам под установку оборудования в кузове и ряду установочных размеров. По сравнению с базовым ВЛ10 на ВЛ11 сохранены тележки, тяговые электродвигатели, вспомогательные машины, токоприёмники и контакторы; тяговые параметры, масса и конструкционная скорость двухсекционного ВЛ11 в целом аналогичны ВЛ10. Кузов подвергся точечным изменениям: по бокам передней автосцепки каждой секции появились клеммные ящики для межсекционных соединений, а компоновка электроаппаратуры в высоковольтной камере изменена.
Механическая часть состоит из двух секций кузова, сочленённых автосцепкой СА-3; каждая секция опирается на две двухосные несочленённые тележки с бесчелюстными буксами на роликовых подшипниках и люлечным подвешиванием, заметно улучшающим горизонтальную динамику электровоза. Секции обозначаются буквами А и Б и конструктивно почти идентичны — отличаются расположением санузла (в секции А) и монтажом межсекционных соединений; каждая секция несёт полный комплект оборудования для автономной работы.
Наиболее существенно по сравнению с ВЛ10 изменены силовые цепи и цепи управления. Для упрощения силовой схемы ВЛ11 рассчитан на трогание не на последовательном (сериесном) соединении всех тяговых электродвигателей, а на последовательно-параллельном (СП) — по четыре ТЭД каждой секции в отдельной цепи; из-за этого пусковой ток на секцию заметно выше, чем был бы при полностью последовательном соединении, что создаёт риск пережога контактного провода. Для манёвров на малой скорости предусмотрено полностью последовательное («сериесное моторное», положение реверсивной рукоятки СМ) соединение всех восьми либо двенадцати ТЭД электровоза — но переход обратно на СП и параллельное соединение требует сброса контроллера на ноль: реверсивная и главная рукоятки контроллера машиниста механически сблокированы. К конструктивным недостаткам всех исполнений ВЛ11 специалисты относят слабую шумоизоляцию кабины машиниста и повышенную склонность электровоза к боксованию, а неавтоматизированная реостатно-контакторная система управления, унаследованная от ранних советских электровозов постоянного тока, к началу выпуска серии уже заметно устарела.
В средней части каждой секции расположена высоковольтная камера, отгороженная раздвижными сетчатыми щитами и дверями; двери и щиты имеют блокировки, допускающие открытие только при опущенном токоприёмнике. Электрооборудование, подверженное интенсивному нагреву в работе, охлаждается принудительно — воздух подаётся по воздухопроводу от центробежного вентилятора. Кабины управления, расположенные по концам кузова, выполнены увеличенного объёма, с тепло- и звукоизолирующей обшивкой из полимерных материалов; внутри установлены пульты управления, устройства отопления, вентиляторы, радиостанция и локомотивная сигнализация. Стёкла кабины толщиной 15 мм, широкие, снабжены пневматическими стеклоочистителями и обдуваются тёплым воздухом зимой для сохранения видимости пути и контактной сети.
Питание цепей управления постоянным током напряжением 50±2 В обеспечивают генератор управления (НБ-110 или, на электровозах первых партий, ДК-405К) и аккумуляторная батарея с элементами КН-125, установленные на каждой секции; напряжение на зажимах генератора стабилизирует бесконтактный электронный регулятор. Для питания обмоток возбуждения тяговых электродвигателей в режиме рекуперативного торможения на каждой секции установлен преобразователь (возбудитель) НБ-436В.
Система многих единиц у ВЛ11
Фото: Artyom Svetlov (CC BY-SA 4.0)
Ключевое отличие ВЛ11 от ВЛ10 — способность секций работать по системе многих единиц. Завод выпускал электровозы в базовом двухсекционном исполнении, но конструкция позволяет формировать из них трёхсекционные электровозы (присоединением к двухсекционному электровозу секции А или Б, при этом третья секция обязательно соединяется своей торцовой стороной с одноимённой секцией) и составы из двух двухсекционных электровозов, управляемых по СМЕ и соединяемых только лобовыми сторонами разноимённых секций. Необходимые для формирования детали — штепсельные вставки, соединительные провода, токоведущий угольник, деревянные клицы — входят в комплект запасных частей, поставляемых с электровозом.
Модификация ВЛ11М довела возможности СМЕ до более совершенного вида: если на базовом ВЛ11 переключение между сериесным (маневровым) и рабочими СП/П соединениями требует сброса контроллера на ноль, то на ВЛ11М реализованы безразрывные переходы между всеми тремя соединениями тяговых электродвигателей независимо от числа секций — ходовые позиции 18, 33 и 48; включение тяги при этом ощутимо более плавное, так как убрано глубокое ослабление возбуждения на первых позициях, необходимое на базовом ВЛ11 для плавного трогания на СП-соединении.
Другие модификации
Помимо базового ВЛ11, серия включает несколько заводских модификаций и отдельных модернизаций.
ВЛ11.8 и ВЛ11У8 (259 единиц на двоих) — электровозы с изменённой электрической схемой: убрано глубокое ослабление поля на первой позиции, для компенсации увеличено сопротивление пускового реостата; по этой причине не могут работать совместно с базовыми ВЛ11 по СМЕ. У ВЛ11У8 дополнительно увеличен сцепной вес — со 184 до 200 т за счёт балласта, по аналогии с утяжелением ВЛ10У относительно ВЛ10.
ВЛ11М (467 единиц, выпускались с 1986 по 2006 год) — модернизированная версия с безразрывными переходами между всеми тремя соединениями ТЭД (см. раздел выше о системе многих единиц); в ходе выпуска в конструкцию вносились и другие изменения — замена электродвигателей компрессора, установка оборудования САУРТ (система автоматического управления рекуперативным торможением) и т. д.
ВЛ11М5 (13 единиц, 2007—2008 годы) — кузов по габаритам как у ВЛ11М, но с передней маской кабины от электровоза ВЛ15; система многих единиц убрана; конструкционная скорость повышена до 120 км/ч. Эксплуатируется в Азербайджане и на Украине.
ВЛ11М6 (32 единицы, 2008—2015 годы) — новый кузов с кабиной по типу электровозов 2ЭЛ5, новый пульт управления, статический вспомогательный преобразователь и другое обновлённое оборудование; конструкционная скорость также 120 км/ч. Строился по заказу украинских железных дорог: 28 машин работают на Приднепровской железной дороге, 4 — на Железной дороге Азербайджана.
ВЛ11К и ВЛ11КН — модернизация с заменой маски кабины машиниста, пульта управления и части электрооборудования на существующих электровозах ВЛ11.
Отдельно от серийных модификаций проводились точечные проекты модернизации единичных машин: в депо Беюк-Шор Азербайджанской железной дороги четыре электровоза ВЛ11М были переделаны в односекционные четырёхосные пассажирские электровозы местного обозначения E4S (№ 277, 333, 340, 345), внешне похожие на электровозы серии 4Е10; электровоз ВЛ11-003 депо Ярославль-Главный в опытном порядке оборудован автоматической рекуперативно-реостатной системой торможения СТАРР-014; а электровоз ВЛ11М-178 в 2012 году переоборудован в самоходную путеизмерительную лабораторию с лазерной системой «Сокол-2» и видеосистемой «СВОД-2» — при этом осевая нагрузка секции 23 тс была сохранена намеренно, чтобы измерения проводились при воздействии на путь, сопоставимом с рядовым локомотивом.
Эксплуатация
Электровозы ВЛ11 массово эксплуатируются на железных дорогах бывшего СССР. На Украине они работают на Донецкой, Львовской, Приднепровской и Южной железных дорогах; на перевальном участке Лавочное — Бескидский тоннель — Воловец в Карпатах (уклоны до 29 тысячных) используется кратная тяга — до трёх двухсекционных электровозов ВЛ11 в голове состава плюс ещё один в качестве локомотива-толкача. На железных дорогах Грузии электровозы этой серии, помимо грузовой работы, водят и пассажирские поезда. В России электровозы ВЛ11 всех модификаций продолжают работать на сети ОАО «РЖД» наряду с электровозами ВЛ10 и ВЛ10У, составляя парк грузовых электровозов постоянного тока на ряде дорог.
