Тепловоз EMD SD70ACe № 8444 компании Union Pacific с грузовым составом. Фото: Dennis Carr, CC BY 2.0.
Тепловозы США – это отдельная школа локомотивостроения: тяжёлые шестиосные машины с электрической передачей, автосцепкой AAR Type E и капотным кузовом, рассчитанные на поезда массой в десятки тысяч тонн. Американский рынок сформировали две компании – EMD и General Electric, а сам облик локомотива определили не заводские традиции, а общенациональные стандарты и экологические нормы. Ниже – как устроен американский тепловоз, какие серии стали массовыми и чем они отличаются от российских машин.
Короткая история: как дизель вытеснил пар
Перелом произошёл в конце 1930-х. В 1939 году EMD начала выпуск грузового тепловоза FT – двухсекционной машины с кузовом вагонного типа: головная секция A с кабиной и бустерная секция B без кабины, по 1350 л. с. каждая, в сцепе 2700 л. с. По сравнению с паровозом тепловоз не требовал воды: не было остановок на набор и промывку котла, а значит, и потери времени на них. За годы выпуска (1939–1945) построили 555 секций A и 541 секцию B.
После войны процесс пошёл лавинообразно: F7 выпускался с 1949 по 1953 год, всего построили около 3850 секций – головных и бустерных. Дальше развитие шло поколениями: GP7 и GP9 сменились «второй серией» Dash 2 (1972 год), где главным было не увеличение мощности, а надёжность и унификация узлов; в 1990-е начался переход на асинхронный тяговый привод, а с 2000-х – на двигатели, соответствующие ступеням экологических норм EPA.
Тепловозы США: особенности американского тепловозостроения
Главное внешнее отличие – капотная компоновка: дизель и вспомогательное оборудование закрыты отдельными капотами, а кабина занимает лишь часть длины. В первых послевоенных сериях кузов был вагонного типа – с обтекаемой обшивкой и кабиной в головной секции; капотная схема стала стандартом в 1950-е, когда выяснилось, что она дешевле и удобнее в обслуживании. Кабина при этом смещена к одному концу, а обзор назад обеспечивают зеркала и широкие боковые окна.
Второе отличие – единые общенациональные стандарты. Ассоциация американских железных дорог (Association of American Railroads, AAR) задаёт тип автосцепки, тормозные приборы, габариты и правила обмена локомотивами между компаниями. Сама автосцепка называется AAR Type E: это кулачковый замок, который при сцеплении двух локомотивов или вагонов замыкается автоматически. Благодаря единым нормам локомотив одной дороги может вести поезд по чужой сети без переделок, а машины разных производителей и разных лет выпуска, как правило, сцепляются и работают от одной кабины – конкретные схемы управления и тормозов при этом проверяют перед совместной работой.
Третья особенность – работа по системе распределённой тяги. Локомотивы ставят не только в голову поезда, но и в середину или в хвост, а управление идёт по радиоканалу из головной кабины. Первой такую систему начала продвигать компания Harris, позже она вошла в GE Transportation и стала известна как Locotrol. Распределённая тяга снижает продольные усилия в сцепках и позволяет водить поезда такой длины, которую обычная схема «все локомотивы впереди» не выдержала бы по прочности сцепных приборов.
Четвёртая особенность – электрическая передача. Дизель вращает тяговый генератор, тот вырабатывает переменный ток, который выпрямляется, а дальше либо идёт прямо на коллекторные тяговые двигатели постоянного тока, либо через инверторы – на асинхронные. Первая схема проще и дешевле, вторая даёт больше силы тяги при трогании и лучше держит сцепление на скользких рельсах. Асинхронный привод дороже, поэтому часть парка остаётся на постоянном токе: такие машины выгоднее там, где не нужна предельная тяга.
Основные производители: EMD и GE
Electro-Motive Division (EMD) принадлежала General Motors и выпускала локомотивы в Ла-Грейндже (штат Иллинойс). Завод дал американским дорогам локомотивы серии F, GP и SD; в 2005 году подразделение вышло из состава GM, а в 2010 году компанию Electro-Motive Diesel приобрела Progress Rail, входящая в Caterpillar. Второй производитель – General Electric Transportation из Эри (Пенсильвания); в 2019 году её локомотивный бизнес вошёл в Wabtec. Эти две компании десятилетиями делили рынок, а вместе с ними в истории остались Alco, Baldwin и Fairbanks-Morse, ушедшие с рынка к 1970-м.
Обозначения моделей отражают назначение. Буквы GP (General Purpose) означают четырёхосный локомотив общего назначения, SD (Special Duty) – шестиосный с повышенной нагрузкой на ось. Цифры в названии указывают на поколение и мощность: SD40 – примерно 3000 л. с., SD70 – около 4000 л. с. и выше. Суффиксы говорят о деталях: «-2» – вторая серия с унифицированной электроникой, «M» – широкая кабина, «AC» – асинхронная тяга, «e» – улучшенная версия. Соответствие экологическим нормам определяется конкретной модификацией и годом выпуска: базовый SD70ACe – это Tier 2, поздние версии – Tier 3, отдельная SD70ACe-T4 – Tier 4.
Осевую формулу записывают буквами: B-B – две двухосные тележки, C-C – две трёхосные. У шестиосной машины все шесть осей ведущие, если в названии нет индекса C4. Цифры в модели – это мощность: AC4400CW – примерно 4400 л. с. с асинхронным приводом, ES44AC – 4400 л. с. из семейства Evolution.
Массовые серии
Историю американского тепловоза удобно смотреть по четырём поколениям: послевоенная классика, «вторая серия» 1970-х, эпоха асинхронного привода 1990-х и современные машины с нормами Tier 4. Ниже – модели, определившие облик парка.
| Модель | Годы выпуска | Мощность | Осевая формула | Масса | Сила тяги при трогании | Построено |
|---|---|---|---|---|---|---|
| EMD F7 | 1949–1953 | 1500 л. с. | B-B | 112 т | 251 кН | ≈3850 секций |
| EMD GP38-2 | 1972–1986 | 2000 л. с. (1,49 МВт) | B-B | 113 т | 271 кН | 2264 |
| EMD SD40-2 | 1972–1989 | 3000 л. с. (2,2 МВт) | C-C | 167 т | 512 кН | ≈4000 |
| GE AC4400CW | 1993–2004 | 4400 л. с. (3,3 МВт) | C-C | 193 т | 800 кН | 3018 |
| EMD SD70ACe | 2004 – н. в. | 4300 л. с. (4500 у Tier 3) | C-C | 185–194 т* | 850 кН | >2000 |
| GE ES44AC / ET44AC | 2003 – н. в. | 4400 л. с. (3,3 МВт) | C-C | 198 т* | 810 / 890 кН | — |
* Масса шестиосных машин этого класса зависит от исполнения и балластировки. По разным изданиям SD70ACe весит от 185 до 194 т, у ES44ACH по данным GE – 198 т. В таблице дан ориентир, а не паспортное значение конкретной машины.
SD40-2 – самый массовый магистральный тепловоз в истории: около 4000 машин, выпускавшихся с 1972 по 1989 год. Он получил дизель 16-645E3 с турбонаддувом, шестиосную тележку HTC и модульную электронику, одинаковую с другими моделями серии: неисправность ищут по съёмным блокам, а не прозванивают всю схему, поэтому локомотив быстрее возвращается в работу после отказа. Многие дороги эксплуатируют эти локомотивы до сих пор, а часть парка прошла капитальные модернизации с заменой кабины и электроники.
GP38-2 – четырёхосный «рабочий» локомотив мощностью 2000 л. с. с дизелем 16-645E и приводным нагнетателем. Он выпускался с 1972 по 1986 год, построено свыше 2200 машин, и он до сих пор остаётся типовой машиной для маневровой и вывозной работы, а также для коротких местных поездов.
AC4400CW стал самым массовым тепловозом с асинхронным приводом своего поколения: с 1993 по 2004 год поставили 3018 машин в Северную Америку, ещё 577 собрали в Бразилии под индексом AC44i. У него дизель 7FDL-16 мощностью 4400 л. с., отдельный инвертор на каждый двигатель, запас топлива 19 000 л и сила тяги при трогании 800 кН. Именно на этой модели GE начала предлагать самоустанавливающиеся тележки: колёсные пары в них могут слегка поворачиваться в кривой, поэтому уменьшается износ гребней колёс и рельсов.
SD70ACe – развитие асинхронной линии EMD, переработанное под экологические нормы: дизель 16-710G3C-T2 мощностью 4300 л. с. (поздние версии Tier 3 – 4500 л. с. при термическом КПД около 36 %), сила тяги при трогании 850 кН, в длительном режиме 700 кН, тормозное усилие 470 кН. Платформа SD70ACe выпускается с 2004 года и используется не только в США: машины этого семейства работают в Бразилии, Перу, Гвинее, Мавритании и Саудовской Аравии.
Evolution Series – семейство GE с дизелем GEVO: двенадцатицилиндровый четырёхтактный двигатель пришёл на смену шестнадцатицилиндровому 7FDL. ES44AC выдаёт 4400 л. с., развивает 810 кН при трогании и 740 кН в длительном режиме; версия ET44AC соответствует нормам Tier 4 и даёт уже 890 кН за счёт увеличенной массы и настройки. Интересный вариант – ES44C4 с четырьмя тяговыми двигателями на трёх осях в тележке: средняя ось не ведущая.
Пассажирские тепловозы
Грузовыми машинами американское локомотивостроение не ограничивается. На неэлектрифицированных междугородних маршрутах Amtrak работают тепловозы P42DC; их постепенно заменяют Siemens Charger – у этой платформы есть версии и для междугородних поездов, и для пригородных перевозчиков. Для линий с частичной электрификацией выпускают двухрежимные локомотивы: под контактной сетью они идут на электрической тяге, а дальше переходят на дизель.
Пассажирские машины отличаются от грузовых не только окраской: им нужен генератор для питания вагонов, тормоза, настроенные под пассажирский поезд, и более мягкий разгон. Поэтому парк пассажирских тепловозов в США невелик и закупается небольшими партиями под конкретные маршруты.
Американские тепловозы в России
Американские машины работают и в России. В середине 2021 года «Железные дороги Якутии» получили два тепловоза SD70ACe: на дороге их обозначили 2ТЭ3250 и эксплуатируют как двухсекционный локомотив. Машины выполнены под колею 1520 мм, а условия работы в Якутии – одни из самых суровых в стране.
В ноябре 2021 года компания объявила тендер ещё на шесть односекционных тепловозов, но в феврале 2022 года Progress Rail не смогла предложить их по требуемой цене, и заказ не состоялся. Пока это единичный опыт, а не серийные поставки.
Отличия от российских тепловозов
Первое и самое заметное – размеры и компоновка. Американский локомотив длиннее одной российской секции: 22,3 м у AC4400CW и 22,71 м у ET44AC против 20 м у секции 2ТЭ25КМ. По высоте картина обратная: AC4400CW – 4,72 м, 2ТЭ25КМ – около 5,0 м, потому что габарит 1-Т допускает более высокий кузов. Капотная схема при этом остаётся американским стандартом, а в России магистральные тепловозы делают с цельнонесущим кузовом и широкой кабиной.
Второе отличие – сцепные приборы. В США стандартом стала автосцепка AAR Type E с кулачковым замком, а в России – СА-3; переходников при обмене локомотивами нет, поэтому техника двух стран не сцепляется напрямую.
Третье – подход к тяге. Американская школа делает ставку на одну секцию максимальной мощности и тяжелые тележки, российская – на секционность: типовой магистральный грузовой тепловоз это две секции по 3600 л. с. и двенадцать тяговых двигателей. Американский локомотив обычно шестиосный с 4300–4400 л. с., российский двухсекционный – двенадцатиосный с суммарными 5296 кВт и силой тяги 838 кН при трогании.
Четвёртое – организация работы бригады. В кабине американского грузового тепловоза едут двое: машинист и кондуктор. Кондуктор не заменяет помощника машиниста – он отвечает за документы, формирование состава и маневровую работу, а поезд ведёт машинист. Раньше кондуктор ехал в отдельном хвостовом вагоне-конторе, но такие вагоны убрали в 1980-е годы, и второе рабочее место перенесли в локомотив. Приборы безопасности по назначению похожи на наши: система PTC контролирует скорость и право на занятие участка, как КЛУБ-У и САУТ.
Пятое – электрификация. Грузовая сеть США почти полностью работает на дизельной тяге: электрифицированы отдельные участки, прежде всего Северо-Восточный коридор, где ходят пассажирские поезда и часть пригородных. В России значительная часть магистралей электрифицирована, поэтому тепловоз там чаще решает задачи маневровой и вывозной работы, а также водит поезда по неэлектрифицированным линиям. Отсюда и разница в парках: в США тепловоз остаётся основной тяговой единицей на грузовых направлениях.
Сравнительная таблица характеристик
Сравнивать американский и российский магистральные тепловозы напрямую сложно: они спроектированы под разные габариты, сцепки и поездные веса. Но базовые параметры показывают разницу подходов.
| Параметр | SD70ACe (США) | 2ТЭ25КМ (Россия) |
|---|---|---|
| Назначение | Магистральный грузовой | Магистральный грузовой |
| Число секций | 1 | 2 |
| Осевая формула | 3о–3о | 2×(3о–3о) |
| Мощность по дизелю | 4300 л. с. (3200 кВт) | 2×3600 л. с. (2×2648 кВт) |
| Сила тяги при трогании | 850 кН | 2×419 кН |
| Сила тяги длительного режима | 700 кН | 2×323,5 кН |
| Конструкционная скорость | 110 км/ч | 100 км/ч |
| Тяговая передача | Асинхронный привод: генератор – выпрямитель – инвертор – ТЭД | Переменно-постоянного тока, коллекторные ТЭД |
| Длина | 22,3 м | 2×20 м |
| Автосцепка | AAR | СА-3 |
Интересные факты
– Локомотивы разных производителей и разных лет в США, как правило, работают по системе многих единиц: для этого служит единый 27-контактный кабель, а машины сцепляются и управляются из одной кабины.
– AC4400CW весит 193 т, то есть на ось приходится около 32 т: у американских локомотивов нагрузка на ось выше, чем у типовых российских машин.
– Версия ES44C4 имеет четыре тяговых двигателя вместо шести: средняя ось в каждой тележке не ведущая, поэтому машина дешевле шестимоторной.
– Параллельно с асинхронными машинами EMD выпускала SD70M-2, а GE – ES44DC с коллекторными двигателями: они дешевле, и такие локомотивы до сих пор работают в парках.
– Для норм Tier 4 EMD отказалась от двухтактного 710-го и поставила на SD70ACe-T4 новый четырёхтактный дизель 1010J, а GE доработала двигатель GEVO.
📖 Инструкции, распоряжения, краткие изложения и справочные материалы для локомотивных бригад – в ТехДоке.
📢 Новые инструкции, памятки и технические разборы – в сообществе «ТехДок» во ВКонтакте. Подписывайтесь, чтобы не пропускать новые материалы: ТехДок ВКонтакте.
