Локомотивы и локомотивное хозяйство
Движение поездов на железнодорожном транспорте осуществляется с помощью тягового подвижного состава. К нему относятся локомотивы, моторвагонный и специальный самоходный подвижной состав.
Локомотив представляет собой тяговое средство, предназначенное для приведения в движение поездов. В настоящее время в качестве локомотивов применяют тепловозы, электровозы и в небольшом количестве паровозы, мотовозы и газотурбовозы. По роду работы локомотивы подразделяют на магистральные (грузовые и пассажирские), маневровые и промышленные.
Функции локомотивов выполняют также моторные вагоны электропоездов, дизель-поездов и автомотрисы. Один или несколько моторных вагонов, соединенные с прицепленными вагонами, составляют секцию. Несколько сцепленных секций с кабинами управления в голове и хвосте поезда составляют электропоезд или дизель-поезд, предназначенный для перевозки пассажиров в пригородах крупных городов, а иногда в пределах одной-двух областей. Автомотриса представляет собой самоходный пассажирский вагон, используемый для перевозки пассажиров на малоинтенсивных линиях, рабочих и инструмента к месту производства работ и т.п. Разновидностью автомотрис являются рельсовые автобусы.
В зависимости от источника энергии и машин для превращения ее в механическую работу тяговый подвижной состав подразделяют на автономный и неавтономный.
К автономному тяговому подвижному составу относятся тепловозы, мотовозы, газотурбовозы, паровозы, а также дизель-поезда и единицы специального самоходного подвижного состава (ССПС), имеющие на своем борту первичный двигатель, вырабатывающий механическую энергию из жидкого, твердого или газообразного топлива.
Тепловозы, дизель-поезда, автомотрисы и бóльшая часть ССПС используют в качестве первичного источника энергии жидкое дизельное топливо и оборудованы двигателем внутреннего сгорания – дизелем, который преобразует тепловую энергию сгорающего топлива в механическую энергию, приводящую подвижную единицу в движение. Локомотивы и ССПС с карбюраторными (бензиновыми) двигателями внутреннего сгорания малой мощности называют мотовозами, а локомотивы с газотурбинными установками – газотурбовозами. Паровозы в качестве источника энергии используют паровую машину, но в связи с низким к.п.д. были выведены из эксплуатации.
Неавтономный тяговый подвижной состав не имеет собственного источника энергии, а получают ее через контактную сеть от стационарных источников – тяговых подстанций. Электрическая энергия преобразуется в механическую с помощью тяговых электродвигателей.
К неавтономному тяговому подвижному составу (электроподвижному составу, ЭПС) относятся электровозы и моторные вагоны электропоездов. Электровозом называют локомотив с электрическими тяговыми двигателями, получающими питание от энергосистемы через тяговые подстанции и контактную сеть. Э лектропоезда также получают питание от энергосистемы через контактную сеть.
Основными характеристиками локомотивов и МВПС являются: назначение, род используемого тока (для электровозов), вид передачи (для тепловозов), осевая формула, длина (по осям автоцепок), сцепная (полная) масса, максимальная мощность и конструкционная скорость.
При электрической неавтономной тяге мощность локомотива не ограничена мощностью первичного двигателя, поэтому электровозы могут развивать значительно бóльшую мощность по сравнению с автономными локомотивами. Эксплуатационные затраты на техническое обслуживание и текущий ремонт электровозов и электропозедов ниже, чем у тепловозов и дизель-поездов. По провозной способности электрифицированные линии превосходят неэлектрифицированные, а применение рекуперативного торможения позволяет значительно экономить энергоносители. Вместе с тем введение электрической тяги требует существенных капиталовложений в устройство линий электропередачи, тяговых подстанций и контактной сети. Однако такие затраты на железных дорогах с высокой интенсивностью движения быстро окупаются. Поэтому электрическая тяга нашла широкое применение на грузонапряженных линиях, на линиях со скоростным движением и в пригородном пассажирском движении.
На железных дорогах применяются электровозы и электропоезда постоянного, переменного тока, а также двухсистемные. ЭПС переменного тока имеет более сложную конструкцию (наличие тягового понижающего трансформатора и выпрямительной установки), однако управление таким ЭПС позволяет реализовать более эффективные и экономичные режимы ведения поездов. Двухсистемные электровозы и электропоезда совмещают в себе конструкции и особенности ЭПС обеих систем тока и используются на железнодорожных линиях, где строительство станций стыкования является экономически неоправданным. Применение двухсистемных электровозов и электропоездов в пассажирском движении позволяет сократить время нахождения поездов в пути следования, а также повысить производительность труда за счет удлинения плеч обслуживания локомотивных бриг и локомотивов.
На локомотивах с автономной тягой для передачи механической энергии от двигателя к колесным парам используется индивидуальный и групповой привод.
При групповом приводе с использованием гидромеханической передачи движущие колесные пары, размещенные в одной жесткой раме, приводятся во вращение одним двигателем с использованием промежуточной гидродинамической и механической трансмиссии.
Индивидуальный привод реализуется электрической передачей, при которой каждая движущая колесная пара соединена со своим электродвигателем, получающим электроэнергию, выработанную дизель-генераторной установкой. Индивидуальный электрический привод является наиболее эффективным и прогрессивным, так как позволяет распределить крутящий момент между большим количеством движущих колесных пар с наименьшими потерями энергии.
Если число колесных пар не превышает шести, локомотив обычно выполняют в одном кузове. Такой локомотив называется односекционным. При большем числе колесных пар кузов локомотива оказывается чрезмерно длинным, что усложняет его конструкцию и затрудняет прохождение кривых участков пути. Поэтому многоосные локомотивы выполняют не с одним, а с несколькими самостоятельными кузовами – секциями, соединенными друг с другом специальными шарнирными соединениями или автосцепками.
Важным параметром локомотива является его осевая формула, которая используется для обозначения числа колес у локомотивов и вида привода. Осевая формула состоит из цифр, соединенных знаками + или –. К цифрам могут добавляться индексы.
Цифра обозначает число колесных пар в тележке. Если колесные пары имеют индивидуальный привод, к цифре добавляется индекс 0. Знак «+» означает механическое сочленение тележек (наличие между ними шарнирного соединения для передачи тяговых усилий), а знак «–» указывает на отсутствие сочленения тележек.
Так, осевую формулу 3 + 3 имеетлокомотив с двумя трехосными сочлененными тележками с групповым приводом. Локомотив с четырьмя двухосными несочлененными тележками с индивидуальным приводом имеет осевую формулу 20 – 20 –20 – 20. Если локомотив многосекционный и каждая секция может использоваться самостоятельно, осевая формула имеет запись: 2(30 – 30), что означает двухсекционный локомотив, в котором каждая секция автономна и имеет 2 несочлененные 3-осные тележки с индивидуальным приводом.
В локомотивостроении ведутся работы по унификации локомотивов: унифицируется экипажная часть и другие узлы тепловозов и электровозов.
Современные электровозы и тепловозы могут совершать пробег между экипировками в зависимости от массы поездов и профиля пути до 1500 км, а между техническими обслуживаниями – от 1200 до 2000 км. Они приспособлены к работе в составе двух, трех, четырех секций (локомотивов) с возможностью управления из кабины любой головной секции одной локомотивной бригадой (система многих тяговых единиц – СМЕТ). Это позволяет гибко использовать мощность локомотивов в зависимости от массы поезда и водить поезда массой до 10 тыс. т и более.
Схожие по конструкции локомотивы и моторвагонные поезда принято объединять в серии и присваивать им обозначения в виде комбинаций букв и цифр (серии присваивает завод-изготовитель по согласованию с заказчиком).
В обозначении серий грузовых электровозов постройки СССР использовались буквы ВЛ (Владимир Ленин), за которыми следовали цифры, обозначающие заводской номер конструкции. К серии могли добавляться буквы, обозначающие конструктивные особенности. После обозначения серии через дефис записывался заводской порядковый номер, например: ВЛ10у-145, ВЛ80м-1032. Пассажирские электровозы производства Чехословакии в обозначении серии имели буквы ЧС, например: ЧС7-233, ЧС4т-452. Современные отечественные электровозы в обозначении серии имеют букву Э (электровоз). Если электровоз пассажирский, то добавляется буква П, если имеет несколько секций – то С, например: ЭП2к-010, 2ЭС5к-120. Многосекционные локомотивы имеют в начале обозначения цифру, обозначающую количество секций: 2ЭС6-011.
В обозначении серий тепловозов применяются следующие принципы: первая буква Т – тепловоз; вторая буква – тип передачи: Э – электрическая, Г – гидродинамическая; третья буква – назначение тепловоза: П – пассажирский, М – маневровый, без буквы – грузовой; число – завод-разработчик. Перед буквами может стоять число, указывающее количество секций. После обозначения серии через дефис указывается порядковый номер локомотива: 2ТЭ10-1432 – двухсекционный грузовой тепловоз с электрической передачей проекта Харьковского завода; ТЭП70-324 – пассажирский тепловоз с электрической передачей проекта Коломенского завода; ТГМ-23 – маневровый тепловоз с гидродинамической передачей. Маневровые тепловозы производства Чехословакии имеют обозначение: ЧМЭ3-4320. Тепловоз М62, широко распространенный на железных дорогах России, разрабатывался Советским Союзом для железных дорог Венгрии и имеет обозначение серии, выполненное в соответствии с требованиями заказчика – Венгерских железных дорог. В настоящее время существуют его модификации 2М62 и 2М62у.
Электропоезда также имеют буквенно-цифровое обозначение серий, например ЭР2т-1243 – электропоезд рижского завода, тип 2 с реостатным торможением; ЭД4м-238 – электропоезд демиховского завода, тип 4, модернизированный.
Буквенно-цифровое обозначение серий также применяется для дизель-поездов и автомотрис: ДР1-023 – дизель-поезд постройки рижского завода, тип 1; АЧ2-059 – автомотриса производства Чехословакии, тип 2. Дизель-поезда производства Венгрии имели серии Д1 и Д2.
С 1984 г. на подвижном составе наряду с буквенно-цифровыми обозначениями стали применять 8-значные идентификационные номера локомотивов и вагонов. Первый знак такого номера обозначает тип подвижной единицы. У локомотивов первый знак – 1. Второй знак у локомотивов означает тип локомотива и число секций: 0 – паровоз, 1 – односекционный электровоз, 2 – двухсекционный электровоз, 3 – электропоезд, 4 – вагон метро, 5 – односекционный тепловоз, 6 – многосекционный тепловоз, 7 – дизель-поезд или автомотриса, 8 – ССПС; знаки с 3 по 7 – порядковый номер подвижной единицы. Последний знак – контрольный. Он вычисляется по специальному алгоритму и позволяет контролировать правильность считывания номера автоматизированными системами идентификации ПС (САИ ПС «Пальма»).