экспериментальной конструкции для работы с тяжеловесными поездами на участках с уклонами свыше 10 тысячных, протяженностью более 24 миль.
***
Пенсильванская ж.д. спроектировала и построила экспериментальный электровоз для работы в основном с тяжеловесными грузовыми поездами на уклонах, к западу от Алтуны (Altoona), Пенсильвания. Этот участок включает «Изгиб лошадиной подковы» (Horseshoe Curve) и состоит из 20-тысячного подъема протяженностью 12 миль между Алтуной и Галицином (наибольший подъем на восточном участке) и 10-тысячного подъема протяженностью 24 мили от Галицина до Джонстауна, на западном участке. Этот локомотив был построен в целях создания прототипа (в оригинале – стандартного) электровоза перед запуском своей продукции в серию. В целом электровоз довольно схож с теми, что эксплуатировались на «Склоне Элкхорн», электрифицированном участке ж.д. Норфолк и Вестерн, где так же использовались трехфазные асинхронные электродвигатели переменного тока, получавшие питание от однофазной контактной сети 11 кВ через фазорасщепители. Так же использовался принцип передачи вращающего момента от ТЭД через стандартный кулисный механизм – дышлами, соединенными с отбойным валом редуктора.
Многие важные конструктивные особенности нового локомотива, однако, имеют отличия от существующих разработок. Наиболее значимым является наличие двух кабин управления, тогда как локомотивы компании Норфолк и Вестерн и Сент-Поль имеют только одну кабину, размещенную на сочлененных шестиосных тележках (была 1 бегунковая ось, отбойный вал, 2 ведущие оси, сочленение, 2 ведущие оси, отбойный вал, 1 бегунковая ось).
Локомотив будет передан для испытаний на участок Филадельфия – Паоли Пенсильванской ж.д., электрифицированный на переменном токе 11 кВ.
Электровоз сконструирован для работы от контактной сети 11 кВ 25Гц однофазного переменного тока. Питание поступает на трансформатор, замыкаясь через рельсовую цепь. От трансформатора питается фазорасщепитель – вращающийся преобразователь. Он преобразует однофазный ток в трехфазный, который питает тяговые электродвигатели. 4 ТЭД, каждый по 1200 л.с., имеют общую мощность 4800 л.с.
Трехфазный ток от фазорасщепителя через контакторные переключатели запитывает обмотки статоров ТЭД, затем наводится ток в обмотках роторов. Он регулируется машинистом посредством жидкостных реостатов, т.о. реализуется возможность небольшого регулирования тягового усилия, развиваемого локомотивом при разгоне (ошибка – решили, что с помощью реостатов, т.е. амплитуды U АТЭД можно эффективно регулировать их частоту вращения).
2 ТЭД, смонтированные на раме каждой тележки, связаны с отбойным валом, который приводит в движение ведущие оси через дышла. Пружины на отбойных валах (т.е. упругая передача) установлены для передачи на ведущие оси тягового усилия, приблизительно равного 25% сцепного веса. Таким образом при стандартных условиях достигается номинальное тяговое усилие на ведущих осях.
Локомотив рассчитан на 2 скорости с возможностью работы на любой промежуточной скорости от 0 до максимальной, путем переключения реостатов. Наименьшая из этих скоростей, 10,3 миль/ч, достигается последовательным соединением ТЭД каждой тележки и параллельным включением тележек. Данное соединение планируется использовать в маневровом движении в парках станций. Вторая скорость, 20,6 миль/ч, достигается параллельным включением ТЭД на тележках. С этой скоростью локомотив будет использоваться в поездной работе на линии, тяговое усилие при этом составит 87200 фунтов (39589 кгс).
В кузове размещено электрооборудование. Размеры кузова – 72 фута 6 дюймов в длину и 10 футов в ширину по обшивке. Он состоит из двух центральных z-образных балок, 26 дюймов в ширину, составленных из полос и уголков. Они покрыты листами 6 футов 1 1/8 дюйма в ширину, которые формируют основание для монтажа электрооборудования. Боковые стенки кузова выполнены по типу пассажирских вагонов Пенсильванской ж.д. и состоят из U-образных стоек, изогнутых в верхней части для поддержания нижнего настила крыши и покрытых металлическими листами шириной 1/8 дюйма. Верхняя обшивка крыши имеется только в средней части кузова на протяжении 36 футов 9 дюймов. Над каждой кабиной оставлено свободное место для размещения пантографов.
Для возможности выемки электрических машин средняя часть крыши выполнена съемной, а оконечности крыши над кабинами снабжены широкими люками. Внутренней обшивки кузова не предусмотрено, однако в кабинах, разделенных с машинным отделением перегородками, имеется внутренняя обшивка, они изолированы и имеют прорезиненное напольное покрытие. Для защиты машиниста концы кабин управления укреплены мощными вертикальными балками, по типу применяемых на пассажирских и почтовых вагонах Пенсильванской ж.д. По обе стороны верхней части крыши расположены вентиляционные жалюзи.
Каждая тележка – моторная. Тяговые усилия передаются от двух ТЭД через подпружиненные зубчатые колеса на каждой стороне, закрепленные на промежуточных отбойных валах. Каждое зубчатое колесо соединено с ведущими колесами дышлами, т.е. применена аналогичная паровозной передача. Подпружиненные колеса имеют три точки опоры, одна точка выше бегунковой оси (ось отбойного вала, на который надето зубчатое колесо) и две точки – над рамой (точки зацепления двух шестерен на валах роторов ТЭД с зубчатым колесом). Они состоят из эллиптических уравниваюших пружин между цапфами и спиральных пружин с наружной стороны 1 и 3 цапф (имеются в виду упругие связи между зубчатыми колесами и отбойными валами).
Тормозные колодки размещены с одной стороны каждого ведущего колеса. Тормозное оборудование аналогично используемому на паровозах, с двумя тормозными цилиндрами диаметром 16 дюймов на каждой тележке, между 2 и 3 колесными парами. Тормоза локомотива и поезда могут работать независимо. На рамах тележек, над первой колесной парой, размещены песочные бункера с трубами, подающими песок под первые колесные пары при движении тележки вперед, и под третьи – при движении назад, через песочные форсунки «Лич ЕЕ». На колесных центрах ведущих колес – пальцы для дышел. Буксовые подшипники выполнены полностью из бронзы и устанавливаются в круглые отверстия в литых рамах.
Шкворневой брус (в оригинале – центральная плита) расположен между 1 и 2 осями, выше рам. Между 2 и 3 осями размещены вспомогательные рессоры для выравнивания осевых нагрузок, которые распределены неравномерно из-за расположения ТЭД между первой ведущей осью и отбойным валом (2-й ТЭД – между отбойным валом и бегунковой колесной парой). Контакт между кузовными опорами над этими рессорами и кузовом – скользящий. Каждая тележка снабжена бегунковой поддерживающей колесной парой типа PRR, закрепленной на Т-образной опоре с эллиптической рессорой на каждой стороне оси (подробного чертежа нет, пояснить не могу. Тележки, по сути, паровозные рамы, ответ надо искать в конструкции ходовой части паровозов). Так как обычные Т- опоры недостаточно хорошо передают боковые нагрузки, были добавлены эллиптические рессоры. Сочетание Т- опор с балансирами позволяют тележкам проходить кривые радиусом до 275 футов.
Межтележечные сочленения по конструкции аналогичны опорам, связанным с опорными балками кузова. Нижние концы опор связаны поперечными стяжками (то же самое - чертежа нет, о чем идет речь, неясно). Это позволяет каждой тележке свободно вращаться вокруг сочленения. Все трущиеся поверхности сочленения - из марганцовистой стали (в оригинале - покрыты марганцовистой сталью). Тяговые и тормозные усилия (в оригинале – растягивающие и сжимающие нагрузки) на автосцепках передаются через тележки и сочленения на высоте 34 ½ дюйма над уровнем головок рельсов. Таким образом, кузов полностью освобожден от действия данных нагрузок.
Эксплуатационные характеристики (некоторые добавлены из других источников)
Обозначение модели – FF1
Колея – 1435 мм
Длина – 76 фт. 6 1/4 дюйма. (23320 мм)
Полная колесная база – 63 фт. 11 дюймов.
База ведущих осей - 38 фт. 8 дюйма
База тележки - 13 фт. 4 дюйма
Высота при опущенном токоприемнике - 15 фт. 6 дюймов
Высота от УГР до верха кузова - 14 фт. 8 дюймов (4470 мм)
Ширина по кузову – 10 фт. (3048 мм)
Диаметр ведущих колес – 72 дюйма (1829 мм).
Диаметр поддерживающих колес – 36 дюймов (914 мм)
Сцепной вес – 198 т.
Полный вес – 240 т. (234,1 т)
Ведущих осей- 6.
Осевая формула: (1-3)+(3-1), амер. 2-6-6-2 (считается число колес, а не осей), европ. 1-С+С-1
Напряжение в КС – 11кВ 25Гц переменного тока.
Часовая сила тяги – 87200 фунтов (39553 кгс).
Максимальная скорость – 20,6 миль/ч. (33,2 км/ч)
Часовая мощность – 4800 л.с.
Тип ТЭД – Вестингауз модель 451, трехфазные асинхронные, 1910 л.с (1420 кВт)
Токосъем – воздушная контактная сеть, 2 пантографных токоприемника.