Контроллер машиниста КМЭ-8 имеет три рукоятки: главную, тормозную и реверсивно-селективную. Главная рукоятка, кроме нулевой, имеет 37 позиций, из которых 16-я, 27-я и 37-я ходовые, а остальные - пусковые.
У тормозной рукоятки всего 21 позиция: нулевая, 16 тормозных (в одну сторону от нулевой) и четыре ослабления возбуждения (в другую сторону). Реверсивно-селекторная рукоятка, кроме нулевой, имеет четыре позиции вперед и четыре назад; в число четырех входят позиции "М" (тяговый режим), "П", "СП" и "С" (рекуперативное торможение). На электровозе установлены два мотор-вентилятора, два мотор-компрессора и вращающийся преобразователь. Каждый мотор-вентилятор состоит из электродвигателя ТЛ-110 и центробежного вентилятора Ц13-50 №8, подающего воздух для охлаждения тяговых электродвигателей и пусковых резисторов. На валу мотор-вентилятора посажен также якорь генератора цепей управления ДК-405К. Мотор-компрессор состоит из электродвигателя НБ-431А и компрессора КТ-6Эл.
Преобразователь НБ-436А служит для питания обмоток тяговых электродвигателей при рекуперативном торможении; он состоит из электродвигателя и генератора, имеющих общий вал. Основные данные вспомогательных машин приведены в таблице:
| Параметры | ТЛ-110 | НБ-436А | ДК-405К | ||
| электродвигатель | генератор | ||||
| Мощность, кВт | 53,1 | 40,7 | 30,4 | 4,5 | |
| Напряжение, В | 3000 | 3300 | 38 | 50 | |
| Ток якоря, А | 20,6 | 15 | 809 | 90 | |
| Частота вращения, об/мин | 990 | 1200 | 990 | ||
| К. п. д % | 86,4 | 82,4 | 72,8 | 81,5 | |
| Вес, кгс | 1590 | 1900 | 274 | ||
Для питания обмоток возбуждения тяговых электродвигателей на нескольких электровозах ВЛ10 (на электровозе №239 выпуска 1970 г. и после получения опыта его эксплуатации на электровозах №1528, 1529 выпуска 1973 г.) Тбилисский завод в виде опыта установил статические преобразователи постоянного тока 3000 В в постоянный ток низкого напряжения до 38 В.
Цепи управления и освещения питаются постоянным током с номинальным напряжением 50 В. При неработающих генераторах тока управления эти цепи питаются от щелочной аккумуляторной батареи 33 НК-125.
Основные тяговые параметры электровоза при часовом и продолжительном режиме - сила тяги 39200 и 32000 кгс; скорость 47,3 и 50,0 км/ч. Конструкционная скорость электровоза 100 км/ч (ограничивается тяговыми электродвигателями, по ходовой части 110 км/ч, как и у электровоза ВЛ80к). Электровоз ВЛ10-021 в 1968 г. был подвергнут тягово-энергетическим испытаниям, которые проводились ЦНИИ МПС.
В процессе выпуска электровозов ВЛ10 в их конструкцию вводились отдельные изменения. С середины 1974 г. электровозы ВЛ10 стали выпускать с люлечным подвешиванием кузова (с электровоза №1297 Новочеркасского и с №1707 Тбилисского заводов). Статический прогиб рессорного подвешивания у этих электровозов составил 121,5 мм, из которых 67 мм приходится на люлечное подвешивание.
С 1983 г. началось оборудование электровозов ВЛ10 устройствами СМЕТ (Система Многих Единиц Телемеханическая), позволяющими управлять двумя сцепленными электровозами одним машинистом.
Принцип работы
От внешней электрической сети (электростанции), которая вырабатывает переменный трехфазный ток промышленной частоты (50 ГЦ), ток поступает на повышающие трансформаторы, которые повышают напряжение от 200 тыс. до более 1 млн. В. Далее этот переменный трехфазный ток по линиям электропередач поступает на тяговые подстанции, расположенные вдоль железнодорожного пути на расстоянии 50 – 100 км.
В тяговых подстанциях это высокое напряжение поступает на тяговый понижающий трансформатор, который понижает напряжение до 3000 В и подает его на выпрямительное устройство, где по двухполупериодной схеме переменный трехфазный ток преобразуется в постоянный ток напряжением 3000 В. Этот ток по двухпроводной схеме подводится одной полярностью к рельсам, а другой – к контактному проводу, расположенному выше электровоза посередине рельсов вдоль всего железнодорожного пути.
При поднятом пантографе постоянное высокое напряжение поступает в высоковольтные камеры, где расположены контакторы и пусковые реостаты. Машинист с помощью контроллера, расположенного в кабине машиниста, подключает пусковые реостаты к тяговым электродвигателям постоянного тока, расположенным на осях тележек. От тяговых электродвигателей через заземляющие шины электрический ток поступает на колесные пары, а от них – в рельсы, а по рельсам – возвращается на тяговую подстанцию. Электрическая цепь оказывается замкнутой и по тяговым электродвигателям начинает протекать постоянный ток. Якоря электродвигателей начинают вращаться, преобразуя электроэнергию постоянного тока в механическую работу вращения якорей. На валу якоря закреплена ведущая шестерня, которая находится в постоянном зацеплении с ведомой шестерней, закрепленной на оси колесной пары. Ведомая шестерня вращается и вращает ось колесной пары и колеса электровоза начинают вращаться. Передаточное отношение зубчатых колес 23:88=1:3,826.
Благодаря наличию сил трения, между колесами и рельсами возникает касательная сила тяги:
Fк = Nд * Fkg = Nд (3,6 * С * Ф * Ig – ΔF), Н
где:
Fkg – касательная сила тяги одного тягового электродвигателя, Н
Nд – число движущихся осей или тяговых электродвигателей локомотива
С – постоянная электроподвижного состава, которая зависит от передаточного отношения зубчатой передачи, диаметра движущих колес локомотива, конструктивной постоянной тягового электродвигателя, включающая в себя число пар полюсов, число параллельных ветвей и активных проводников обмотки якоря
Ф – магнитный поток тягового электродвигателя, Вб
Ig – переменный ток тягового электродвигателя, А
ΔF – сила, возникающая из-за механических и магнитных потерь в тяговом электродвигателе и потерь в зубчатой передаче.
Благодаря наличию касательной силы тяги электровоз движется вперед. Скорость движения электровоза регулируется машинистом с помощью контроллера, который расположен в кабине машиниста. Контроллер при изменении машинистом положения его ручки изменяет величину сопротивления пусковых реостатов. Чем меньше их сопротивление, тем больше величина тока Ig, протекающего по тяговым электродвигателям, тем больше частота вращения якорей тягового электродвигателя и тем больше скорость электровоза.
Направление движения машинист изменяет с помощью специального переключателя, который изменяет полярность тока одновременно у всех электродвигателей одной из двух обмоток на обратное и якоря начинают вращаться в обратную сторону и электровоз движется назад.
Модернизация электровоза ВЛ-10
Выполняя решение октябрьской 2000 года коллегии МПС, работники Челябинского электровозоремонтного завода совместно со специалистами ВНИИЖТа приступили к модернизации серийного электровоза ВЛ10, состоящего из двух секций, для Южно-Уральской железной дороги. Причём решили вести обновление локомотивов одновременно в двух направлениях. Во-первых, создать надёжную и отвечающую современным требованиям машину для вождения пассажирских составов, а во-вторых - для грузового движения, с более высокими технико-экономическими характеристиками для вождения по системе многих единиц.
Эта двуединая задача решена экспериментально довольно быстро. В ноябре 2000 года локомотивы, которым предстояло пройти обновление, ещё стояли на заводском дворе, а 6 февраля 2001 года после обкатки на полигоне предприятия однокузовной четырехосный пассажирский электровоз с "паспортом" ВЛЮМ-001 был передан для эксплуатационных испытаний Златоустовскому отделению Южно-Уральской железной дороги. Тогда же и другой электровоз той же серии - впервые на сети дорог - прошёл капитальный ремонт с продлением срока службы на 15 лет в грузовом движении. Особого внимания заслуживает то, что в обоих случаях проводился не только капитальный ремонт, но и обновление с учётом перспективы. Для "реанимации" взяли электровоз, выпущенный Новочеркасским заводом в 1969 году, то есть свой срок эксплуатации он уже выработал. А суть модернизации заключалась в оборудовании второй кабины управления, в перекомпоновке машинного отделения, подкузовного оборудования, дополнительной установке второго токоприёмника и резервного компрессора.
Локомотив оснащён современной системой радиосвязи и комплексным локомотивным устройством безопасности (КЛУБ), которому пока нет равных на зарубежных магистралях.
Таким образом, из серийных, отслуживших нормативные сроки ВЛ10 создаются, по сути, новые электровозы с маркой ЧЭРЗ, в которых нашли воплощение разработки научно-производственного комплекса ВНИИЖТа под руководством кандидата технических наук Александра Пырова. Они получили всестороннюю поддержку коллектива завода, и это позволило ускорить сроки освоения нового вида ремонта.
По словам директора завода Григория Задорожного, это один из способов наиболее экономного решения проблемы в целом для сети; сегодня более двух тысяч электровозов ВЛ10 выработали свой ресурс и нуждаются в оздоровлении.
На заводе смогли создать, по сути, новый электровоз, который полностью отвечает сегодняшним требованиям. Более глубокая его модернизация позволяет изменить систему планово-предупредительных ремонтов, формировать тягу в зависимости от массы поезда из 2 - 3 или 4 секций-модулей при значительной экономии электроэнергии и повышении производительности.
По расчётам специалистов, годовой экономический эффект от замены восьмиосного электровоза ВЛ10 модернизированным в Челябинске превышает 2,5 миллиона рублей. Уже в следующем году здесь оздоровят 200 локомотивов. Челябинский завод поможет выйти из критической ситуации с имеющимся парком магистральных электровозов, пока промышленность не начнёт выпускать локомотивы нового поколения. [1]