«Evolution» совершает революцию

Крайняя изношенность тепловозного парка потребовала от железных дорог Казахстана кардинальных мер по обновлению тягового подвижного состава. И эта проблема, похоже, находит свое решение. На первом этапе было решено провести глубокую модернизацию, чтобы максимально использовать ресурс несущих частей тепловозов. Установка новых дизель-генераторов с более высокими характеристиками позволяет значительно увеличить надёжность локомотивного парка, снизить затраты на техническое обслуживание и ремонт. В течение пяти лет были модернизированы свыше двухсот локомотивов, которые работают в западном регионе нашей страны.

Далее обновление парка предусматривало использование современных тепловозов. Ведь

техника нового поколения – это дальнейшее увеличение секционной мощности, улучшение тяговых и тормозных характеристик, повышение топливной экономичности и надежности, а также снижение затрат на обслуживание и ремонт. Тенденции в области мирового локомотивостроения ещё в конце 20 века были связаны с отказом от коллекторного тягового привода и переходом к приводу переменного тока с асинхронным тяговым двигателем, который позволяет реализовать более высокую осевую мощность, более надёжен и в эксплуатации не требует такого постоянного технического обслуживания как коллекторные двигатели.

Компанией General Electric был предложен выпуск тепловозов Evolution®. В Казахстане была организована сборка этих локомотивов, получивших серийное обозначение ТЭ33А. Условное обозначение типа ТЭ33А, расшифровывается как тепловоз (Т) с электрической передачей (Э), с асинхронными (А) тяговыми электродвигателями (АТД); 33 – мощностью 3356 кВт. Магистральный тепловоз серии ТЭ33А представляет собой грузовой односекционный шестиосный тепловоз нового поколения с дизелем GEVO мощностью 3356 кВт с тяговой передачей переменно-переменного тока (Таблица 1).

Таблица 1 – Технические характеристики тепловоза серии ТЭ33А.

№	Наименование	показатели
1.	Род службы	Грузовой
2.	Осевая формула	3о – 3о
3.	Номинальная мощность по дизелю, кВт (л.с.)	3356 (4564)
4.	Конструкционная скорость, км/ч	120
5.	Служебная масса, т	138 ± 2%
6.	Нагрузка от колесной пары на рельсы, т/ось	23,23 ± 2%
7.	Габарит	1-Т ГОСТ 9238-83
8.	Ширина колеи, мм	1520
9.	Диаметр нового колеса по кругу катания, мм	1050
10.	Касательная сила тяги длительного режима, кН (тс)	427 (43,54)
11.	Скорость длительного режима, м/с (км/ч)	6,67 (24)
12.	Минимальный радиус проходимых кривых, м	125
13.	Длина по осям автосцепок, мм	21894
14.	Ширина (по раме), мм	3120
15.	Высота (по выхлопному патрубку), мм	4803
16.	Межшкворневое расстояние, мм	13701
17.	Колесная база тележки, мм	3700
18.	Расстояние от оси шкворня до оси автосцепки, мм	4096
19.	Высота оси автосцепки над уровнем головки рельса, мм	1100
20.	Запас топлива, л	6500 (9000)
21.	Запас песка, л	1000
22.	Запас воды, л	1306
23.	Объем дизельного масла, л	1280

Высокие тяговые и сцепные свойства тепловоза ТЭ33А обеспечиваются за счёт использования уникальной системы управления тепловоза, позволяют максимально использовать мощность тепловоза, а бортовая система диагностики обеспечивает надёжный контроль и мониторинг работы оборудования в эксплуатации. На тепловозе установлена центральная система.

Тепловоз полностью имеет модульную конструкцию. Основными модулями являются: кабины машиниста, отсек дизеля, отсек вспомогательного оборудования, отсек воздуходувки и радиаторный отсек. Монтаж отсеков и оборудования производится на раму тепловоза. Локомотив оснащён двумя кабинами машиниста. В кабине предусмотрены места для машиниста и помощника машиниста, а также откидное сиденье машиниста- инструктора. Пульт машиниста спроектирован с учётом обеспечения требований эргономики. На пульте расположены дисплеи системы управления тепловоза, блок индикации системы КЛУБ-У, пульт радиостанции типа РВС, контроллер машиниста, электронный кран машиниста, рукоятка бдительности, кнопка тифон/свисток, кнопка

подачи песка, рукоятки управления освещением и отоплением.

Конструкция кабины машиниста обеспечивает эффективную шумоизоляцию. В кабине – холодильник для хранения продуктов питания, плитка для подогрева пищи и места для размещения двух термосов. Лобовые стёкла оснащены системой электрообогрева. Для обеспечения микроклимата установлены обогреватели и система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, которая установлена в подкабинном пространстве локомотива. Предусмотрены крючки для верхней легкой одежды. В главной кабине машиниста расположен санитарный узел.

На тепловозе установлен 12 цилиндровый, V- образный, 4-х тактный дизель GEVO V12 с газотурбинным наддувом. Современные технические решения, примененные в дизеле, в максимальной степени отвечают требованиям к автономному тяговому подвижному составу, что позволяет в эксплуатации значительно сократить расходы топлива на тягу поездов. Преимуществом нового дизеля типа EVO является также то, что в нем снижен на 40 % уровень выделения выхлопных газов.

В конструкции этого дизеля применены поршни большего размера, в чем и заключается

одно из основных его отличий от дизеля FDL16. Однако самые радикальные изменения были внесены в систему управления и контроля дизеля (ССА) за счет увеличения ее вычислительной мощности, объема памяти и быстродействия. Это можно сравнить с тем, что было достигнуто в совершенствовании процессоров персональных компьютеров при переходе от платформы 286 к платформе Pentium 486. В результате удалось обеспечить правильный баланс между уменьшенным выделением выхлопных газов и эффективным сгоранием топлива. Усовершенствованная система ССА контролирует и выполняет мониторинг таких факторов, как время срабатывания клапанов и рабочая температура. При способности системы быстрее обрабатывать данные она может оперативно реагировать на изменения условий работы и немедленно осуществлять соответствующие регулировки. Уменьшение на четыре числа цилиндров и, соответственно, числа деталей

также улучшило надежность и ремонтопригодность двигателя. Кроме того, оптимизирована конструкция некоторых деталей шатунно-поршневой группы.

Еще одним существенным отличием дизеля EVO от FDL16 является использование одного турбонагнетателя вместо двух c гибридной двухвентиляторной системой охлаждения, которая снижает температуру поступающего в дизель воздуха до близкой к температуре окружающей среды. Она выполнена со снабженным модулем теплообменника дополнительным охлаждающим контуром воздух/воздух для выхлопных газов, направляемых в турбонагнетатель.

В отсеке воздуходувки установлен тяговый агрегат, состоящий из генератора и вспомогательного генератора, вентилятора охлаждения генератора и тяговых преобразователей. В отсек вспомогательного оборудования установлены основные компоненты тяговой системы – силовые выпрямители, тяговый инвертор. Также расположены две компьютерные панели, а также источник электропитания компьютера. Для подачи вспомогательного питания имеются три панели переменно/постоянного и одна панель переменно/переменного тока. В отсеке установлен один из двух вентиляторов системы охлаждения, датчики, контакторы, реле и система обеспечения безопасности для индикации и устранения поражения током высокого напряжения в локомотиве. Блок резисторов реостатного торможения, установленные над шкафами преобразователей, обеспечивает электродинамическое торможение локомотива. Шесть IGBT-преобразователей выполнены как конструктивно идентичные модули, на каждую колесную пару приходится один инвертор.

На тепловозе применены тяговые преобразователи на основе транзисторов IGBT для питания асинхронных тяговых двигателей с короткозамкнутым ротором. Каждая тяговая обмотка тягового генератора питает четырёхквадрантный импульсный выпрямитель, обеспечивающий постоянную величину напряжения по постоянному току. Цепи постоянного тока питают шесть высоковольтных инверторов, на каждый из которых включен один тяговый двигатель, чем осуществляется поосное регулирование тяги.

Для выработки сжатого воздуха на тепловозе имеется два винтовых компрессора, производительностью 5,6 м3/мин, производства компании Garden Denver с приводом от двигателя переменного тока, которые установлены в радиаторном отсеке. Вентилятор, имеющий регулируемый (в зависимости от температуры воды и масла дизеля) привод от двигателя переменного тока, осуществляет охлаждение секций радиаторов.

Над секциями радиаторов установлены регулируемые жалюзи. Вентилятор охлаждения тяговых двигателей производит забор воздуха через фильтры. Рессорное подвешивание на локомотиве двухступенчатое. В первой ступени рессорного подвешивания применяются пружины и гидравлический демпфер.

Во второй ступени подвешивания должны применяться резинометаллические элементы и наклонные гидравлические демпферы. Конструкция рессорного подвешивания предусматривает возможность регулировки поколесной развески. Рама локомотива сварная, несущего типа, состоит из двух концевых секций и топливного бака. С обеих сторон рамы установлены автосцепки типа СА3. По торцевым сторонам топливного бака установлены аккумуляторный ящик (с необслуживаемыми свинцово-кислотными батареями) и главные воздушные резервуары, общим объёмом 1000 литров.

На тепловозе применена трёхосная челюстная тележка. Технические решения конструкции тележки обеспечивают минимальное техническое обслуживание, в том числе элементов челюстных букс. Кузов опирается на тележку посредством трёх резинометаллических опор, что обеспечивает в эксплуатации более устойчивую связь кузова и тележки. Передача силы тяги обеспечивается посредство низкоопущенного шкворня. Конструкция тягового привода имеет опорно-осевое подвешивание тяговых электродвигателей с подшипниками качения. Вращающий момент передаётся через одностороннюю зубчатую передачу.

Увеличение осевой мощности на тепловозе до 500 кВт потребовало отказаться от бандажных колёсных пар, с целью повышения надёжности и ресурса колёсных пар. Конструкция тележки обеспечивает возможность одиночной выкатки колёсных пар вниз без подъёмки кузова и расточки колёсных пар в условиях локомотиворемонтного депо. Производство локомотивов по технологии компании General Electric осуществляется на локомотивосборочном заводе в г.Астане. В 2010 году с конвейера завода выпущено 30 тепловозов для нужд АО «Локомотив». В период с 2011 по 2013 годы будет поставлено 211 тепловозов серии ТЭ33А. В настоящее время локомотивы находятся в эксплуатации на участке железной дороги Алматы – Актогай и Актогай – Достык.

Результаты опытной эксплуатации показали высокую эффективность внедрения тепловоза

серии ТЭ33А. Высокие тяговые и сцепные свойства тепловозов позволили без перелома весов заменять двухсекционные электровозы 2ТЭ10М односекционным тепловозом серии ТЭ33А. Благодаря вводу в эксплуатацию тепловозов серии Evolution удалось снизить на 17% расход топлива по сравнению с тепловозами 2ТЭ10М и на 3% по сравнению с модернизированными тепловозами. Значительно снизились затраты на техническое обслуживание и ремонт за счёт перехода на 92-дневный цикл технического обслуживания и исключения таких плановых видов ремонта, как ТО2 и ТО3. Прямой годовой экономический эффект от внедрения тепловозов серии ТЭ33А составил порядка 200 000 долларов США в год, не включая косвенный экономический эффект от повышения технической готовности локомотива.

Таблица 2 – Технические характеристики дизеля GEVO V12

	Наименование параметров
1.	Условное обозначение дизеля	GEVO V12
2.	Тип дизеля	12 цилиндровый V образный, с развалом цилиндров 45 градусов; 4 тактный с турбонаддувом
3.	Номинальная мощность дизеля, кВт	3356
4.	Диаметр цилиндра, мм	250
5.	Ход поршня, мм	320
6.	Рабочий объм цилиндра, л	15,7
7.	Степень сжатия	17:1
8.	Порядок работы цилиндров	1R-1L-5R-5L-3R-3L-6R-6L-2R-2L-4R-4L
9.	Номинальная частота вращения, об/мин	1050
10.	Минимально-устойчивая частота вращения на холостом ходу, об/мин	335
11.	Масса, кг	19 238

Бахытжан Куанышев, директор департамента подвижного состава АО «НК «КТЖ»,

Талгат Канатбаев, главный инженер АО «Локомотив»,

Андрей Синицин, начальник отдела технического развития АО «Локомотив».