Электровоз ЧС4 (заводское обозначение — 52Е) — пассажирский магистральный электровоз переменного тока.

История и эксплуатация

В 1962 году, по заказу совнархоза СССР, народное предприятие Škoda им. В. И. Ленина в городе Пльзень (Чехословакия) приступило к разработке и проектированию шестиосного электровоза переменного тока для железных дорог СССР. В 1963 году был построен первый опытный электровоз S699 001 (32E) ставший основой строительства электровозов переменного тока ЧС4 (52Е). В конце 1965 года в Советский Союз для испытаний в депо Кавказская прибыл первый шестиосный пассажирский электровоз серии ЧС4-001, с заводским обозначением индекса (52Eo). Так же электровозы этой серии поступили в депо Киров, Ростов-Гл., Брянск-2, Россошь, Киев-пасс., позднее были переданы в депо Саратов, Балашов. В депо Киев-Пассажирский, за панорамное остекление, электровоз получил прозвище «Аквариум», а на Приволжской дороге, за стеклопластиковый кузов, прозвище «Мыльница».

В 1971 году на дороги вышла глубокая модернизация ЧС4 — электровоз ЧС4т, заводское обозначение (62Е). Впоследствии число выпущенных ЧС4т превысило число ЧС4 и составило более пятисот машин, ЧС4т-161 и ЧС4т-232-740 — 509 электровозов.

В 1968 году на основе конструкции ЧС4 завод Шкода начал выпуск четырёхосных электровозов переменного тока серии 499.0.

Основные характеристики

Пассажирский магистральный электровоз серии ЧС4 рассчитан на напряжение контактной сети 25 кВ, имеет мощность 5100 кВт, скорость часового режима — 101,5 км/ч, сила тяги электровоза составляет 17900 кгс. Конструкционная скорость электровоза — 160 км/ч. Собственный вес электровоза с 2/3 запаса песка — 123 тонны.

Конструкция

Пульт управления электровозом ЧС4

Вспомогательные машины электровоза ЧС4

Электровоз имел значительные отличия в конструкции от выпускавшихся в то время электровозов постоянного тока серии ЧС2 и был совершенно не похож по конструктивным решениям на электровозы, выпускавшиеся в СССР.

Механическая часть

Рама электровоза ферменно-раскосной конструкции. Обшивка кузова и кабины машиниста выполнена из стеклопластика. Значительные размеры лобовых стекол, характерные очертания стекол прожектора и буферных фонарей, округлые обводы стеклопластиковой обшивки создавали неповторимый облик электровоза. Автор дизайна — чешский дизайнер Отакар Диблик (чеш. Otakar Diblík).

Кузов опирется на две трёхосные тележки имевшие сварные рамы. Диаметр колес при новых бандажах равен 1250 мм, тяговый редуктор односторонний с передаточным отношением 1:2,187, тяговый привод системы Шкода с карданными муфтами и проходящим через полый якорь двигателя валом (это сделано для уменьшения углового отклонения вала при перемещении его конца), как и на электровозах серии ЧС2. Для сцепления с вагонами поезда и другим подвижным составом по концам кузова установлена автосцепка СА-3.

Электрическая часть

Переключатель ступеней электровоза ЧС4Т

Кабина управления электровоза ЧС4Т

Для обеспечения токосъёма с контактной сети использованы два токоприёмника типа пантограф, расположенные по концам секции.

Силовая схема электровоза выполнена с регулировкой напряжения по высокой стороне, то есть с переключениями в цепи первичной обмотки трансформатора, а не вторичной, как на электровозах серии ВЛ. Переключение выполняются с помощью переключателя ступеней (ПС) TPPL, имеющего 32 позиции. Благодаря данному конструктивному решению достигались значительно меньшие токи на контактах, выполняющих коммутацию, это позволило значительно облегчить конструкцию ПС и использовать в качестве материала контактов не серебро, а медь, но изоляцию всех элементов переключателя ступеней приходилось выполнять на полное напряжение контактной сети. Управление пневмодвигателем ПС производится стандартным контроллером 21KR. Трансформатор также имеет обмотку отопления поезда на 3000 в, мощность обмотки отопления позволяла подключать на электроотопление 17 пассажирских вагонов. Цепи управления питаются напряжением 50 В от стабилизатора ASL2, находящегося за второй кабиной под пневматической панелью: переменный ток регулируется магнитным усилителем, понижается трансформатором и выпрямляется диодным выпрямителем.

Для охлаждения электрооборудования на электровозе установлены восемь осевых (аксиальных) мотор-вентиляторов, приводимых, как и мотор-компрессоры, коллекторными двигателями, питающимися постоянным током напряжением 210 В. Выпрямительные установки питания вспомогательных машин размещены в общем шкафу с тяговыми выпрямительными установками. Четыре мотор-вентилятора с диаметром рабочих колёс 425 мм охлаждают выпрямительные установки, два мотор-вентилятора с диаметром рабочих колёс 710 мм — тяговые двигатели, ещё два с диаметром колёс 650 мм продувают блоки охлаждения, включающие в себя маслоохладители тягового трансформатора, сопротивления ослабления поля тяговых двигателей (шунты) и сглаживающие реакторы тяговых и вспомогательных двигателей. На первой позиции ПС включаются мотор-вентиляторы выпрямительных установок и блоков охлаждения, на второй — тяговых двигателей. При работе мотор-вентиляторы издают довольно громкий многоголосый свист, похожий на звук работающих реактивных двигателей.

Сжатый воздух нагнетаемый в главные резервуары компрессором используется для обеспечения работы тормозов на локомотиве и в поезде, обеспечения работы пневмоконтакторов, пневмодвигателя переключателя ступеней, привода реверсоров, подачи звуковых сигналов свистком (тихий) и тифоном (громкий), работы пневмопривода стеклоочистителей, а также для отстрела электрической дуги при разъединении главного выключателя (ГВ), расположенного на крыше электровоза.

История создания и выпуска электровоза ЧС4

S699 001

Создание электровоза

S699 001

Сборка электровоза S699 на заводе Škoda

Первым электровозом этой серии стал экспериментальный шестиосный электровоз S699 001 (32Eo) зав.№ 4804, с шириной колеи 1435 мм, построенный на заводе Škoda 28 декабря 1963 года.

Это был концептуально новый проект в разработке и постройке электровозов переменного тока не только для СССР, но и для других социалистических стран. Главным отличием его от своих предшественников стал блочный лёгкий стеклопластиковый кузов, созданный чехословацким дизайнером Отакаром Дибликом, который значительно мог снизить вес электровоза, а значит и нагрузку на ось, что позволяло строить новые, более мощные односекционные электровозы, не ужимая вес оборудования. Экономическая выгода была от этого колоссальной, отпала необходимость строить мощные электровозы в двухсекционном исполнении, а тормозные испытания показали прекрасные результаты.

После завершения тяговых испытаний, с применением электродинамического тормоза на экспериментальном кольце Velim, (пригород города Velim), электровоз обкатывался с пригородными поездами на линии Plzeň-Horažďovice(ČSD). В сентябре 1965 года электровоз S699 001 участвовал в международной ярмарке-выставке в Брно, где получил приз за лучший дизайн и внедрение новых технологий.

Аналог электровоза был заказан экспериментальной партией для железных дорог Болгарии в четырехосном исполнении, в количестве восьми штук, с индексом Е42, на линию Рус-Горно-Orjachovica (БДЖ). Позднее для Болгарии было построено ещё тридцать электровозов этой серии, а 699 001 поступил для дальнейших испытаний и эксплуатации в депо Brno-Maloměřice (ČSD). К 12 декабря 1965 года общий испытательный пробег электровоза, включая обкатку на э/кольце ŽZO Cerhenicích составил 57 822 км, из расчетных 300 000.

Но если тяговые характеристики удовлетворяли стандарты эксплуатации, то расчётная скорость 132км/ч. была недостаточна, что потребовало внесения некоторых изменений и доработок в конструкцию электровоза.

Усовершенствование

Электровоз на железнодорожной выставке в Брно

В 1966 году электровоз S699 001 был реконструирован на заводе Škoda, а именно была изменена принципиальная схема, ходовая часть, и передаточное число (теперь оно стало 1:2.18), что позволило достичь скорости 160км/ч. Кроме этого была увеличена общая мощность электровоза, теперь она стала составлять 4800 кВт. Такой электровоз заинтересовал МПС СССР, которое уже имело опыт в эксплуатации и обслуживании чехословацких электровозов серий ЧС1(24E), ЧС3(29E) и ЧС2(34E), тем более опытный образец второго электровоза (переменного тока, построенный для железных дорог СССР — 52Eo) был готов и обкатан на э/кольце.

Для проведения прочностных, скоростных и тормозных испытаний электровоз S699 001 был отправлен на новый полигон в Моравию, где установил новый рекорд скорости 203км/ч. К сожалению этот результат нельзя было назвать удачным. При такой скорости была нарушена кристаллическая текстура стеклопластика кабины электровоза, а также потоком воздуха были выдавлены огромные лобовые стёкла. Этот факт заставил прервать испытания электровоза для реконструкции кузова на заводе изготовителе.

Учёными Пражского института полимерных сплавов была разработана новая кристаллическая текстура пластика на нейлоновой основе специально для скоростных испытаний, а толщина лобовых стёкол электровоза была увеличена до трёх сантиметров. Так же на э/кольце был усилен крепёж стёкол и установлены предохранительные решётки для защиты от посторонних предметов и птиц.

После четырёхмесячной доработки испытания были продолжены, но только со скоростью не превышающей 180км/ч.

Следующим этапом, стали испытания электровоза на динамику торможения и воздействия на контактную сеть при высоких скоростях.

Электровоз S699 001 переделывался и перестраивался множество количество раз. Все рекламации, нововведения и изменения в проектах и чертежах электровозов других серий отрабатывались и обкатывались именно на нём.

Окраска электровоза тоже была изменена, ввиду внедренных новшеств. Вместо рыже-бело-чёрного, он стал красно-жёлто-серым. После ремонта электровоз был обкатан на э/кольце в Велиме и вернулся в свое родное депо Brno-Maloměřісе, а позднее и на участок Plzeň-Horažďovice (ČSD).

В 1973—1974 году вместе с электровозом S699 1001 (ЧС4-001), бустером электровоза E479 102 и вагоном-лабораторией обкатывал новый электровоз переменного тока ES499 0001 на скорость 200км/ч.

Пожар и дорога в музей

Трагическое событие в истории электровоза произошло в депо Брно 21 января 1981 года.

После очередного планового ремонта произошло возгорание в высоковольтной камере, после чего электровоз был отставлен из поездной работы и долгое время простоял в депо Brno-Maloměřісе. Частично с него было демонтировано оборудование и снято два тяговых двигателя.

По странному стечению обстоятельств, в марте 1991 года, электровоз S699 001 оказался за территорией родного депо, где стал жертвой сборщиков цветного металла и вандалов. Ремонт и восстановление электровоза сочли не целесообразным, ввиду того, что испытания его были завершены, свою функцию как прототипа он выполнил полностью, а внедрённая на нём модернизация уже давно была обкатана на электровозах других типов.

Электровоз S699 001 в ожидании восстановления в цехе завода Škodа (2009 г.)

Лишь изредка его забирали на испытательное кольцо Velim, где использовали в виде балласта и «ударной мишени» для прочностных испытаний новых прототипов электровозов.

В конце мая 1998 года электровоз S699 001 в последний раз выехал за ворота родного депо, ведомый своим «младшим братом», четырёхоснным электровозом S489 на завод Škoda в родной Пльзень, для порезки в металлолом и утилизации. На одной из проезжаемых им станций, S699 001 был замечен энтузиастами, которые позднее разыскали его на тупиковых путях завода Škoda, подготовленного к демонтажу. После долгих переговоров с руководством завода энтузиастам и работникам завода удалось отстоять электровоз. Также удалось договориться на средства завода полностью восстановить (до рабочего состояния) и сохранить в музее завода, учитывая все его «заслуги» и дизайн.

ЧС4-001

Электровоз ЧС4-001 также был опытным и испытывался на э/кольце ŽZO Cerhenicích(Velim). В 1965—1966 годах, вместе с электровозами ВЛ60^П, он поступил в депо Северокавказской ж.д. для испытаний и обкатки с пассажирскими поездами на территории СССР.

Через три месяца после испытаний электровоз ЧС4-001 с бригадой чехословацких испытателей был направлен на ремонт и доработку на Новочеркасский Электровозостроительный завод. После чего испытания были продолжены в скоростном и тяговом режимах на испытательном полигоне Белореченская-Майкоп.

Доработка

ЧС4-226, Пензенская область, ЮВЖД

После доработки на заводе Škoda ходовой части, электродинамического тормоза и увеличения мощности электровоза до 5100 кВт., электровоз так и остался на экспериментальном кольце Velim как испытательная единица, сменив ширину колеи с 1524 мм на 1435 мм. Как и S699 001, ЧС4-001 долгое время «обкатывал» новые технологии и разработки для электровозов переменного тока на экспериментальном кольце ŽZO Cerhenicích(Velim) в Чехословакии. Он стал основой в разработке и строительстве двух опытных электровозов переменно-постоянного тока серии ЧС5. В отличие от S699 001, никогда не эксплуатировался на железных дорогах Чехословакии (ČSD) ввиду его негабаритности.

В 1972 году был переделан в испытательную лабораторию и эксплуатировался по системе многих единиц с бустером электровоза E479 102 на экспериментальном кольце, получив новое название S699 1001. В 1990 г. был списан.

Работа электровозов

ЧС4-179 ст. Киев-Пассажирский

Электровозы ЧС4 с номерами с 002(Е1) по 011, изготовленные в 1965 году с учётом внесения необходимых изменений в конструкцию по результатам эксплуатации опытного электровоза, поступили на работу в депо Кавказская. На данных электровозах было предусмотрено электрическое реостатное торможение, рассчитанное на максимальную мощность 3000 кВт. На электровозе ЧС4-002 в 1966 году были проведены прочностные испытания, на ЧС4-003 — тягово-энергетические испытания, на ЧС4-004 — испытания по воздействию на путь.

Электровозы с номерами с 012(Е2) изготавливались уже без оказавшегося неэффективным реостатного тормоза. Кроме того, на электровозах была изменена планировка, система вентиляции, конструкция шкворневых узлов и отдельных деталей механической части.

Электровозы серии ЧС4(52Е) изготавливались в Чехословакии на заводе Шкода, в период с 1965 по 1972 год. Всего был выпущен 230 электровозов этой серии (№ 001—160, 162—231).

Электровоз ЧС4т

Электровоз ЧС4 имеет некоторые недостатки, в частности, пластиковый кузов, который пропускает электромагнитное излучение от контактного провода, неблагоприятно влияющее на локомотивную бригаду. С целью их устранения в 1971 году была выпущена модернизированная версия, получившая советское обозначение ЧС4т и чешское 62Е. Первым прототипом электровоза этой серии стал ЧС4т-161. Помимо смены кузова на стальной, были добавлены люки в боковых стенках для выемки мотор-компрессоров, изменены опоры кузова, а также произведено множество изменений в электрической части.

На электровозе широко применены тиристоры. Стабилизатор получил тиристорный выпрямитель, позволивший обойтись без магнитного усилителя. Выпрямители питания вспомогательных машин также стали тиристорными — это дало возможность сделать запуск машин плавным и поддерживать напряжение питания неизменным при колебаниях напряжения в контактной сети. Шкафы выпрямительных установок лишились мотор-вентиляторов, воздух для их охлаждения подают мотор-вентиляторы тяговых двигателей, для увеличения производительности которых пришлось повысить напряжение их питания с 210 В до 250 В. Маслоохладители тягового трансформатора переместились из блоков охлаждения на бак трансформатора, для их обдува установлены два вентилятора, аналогичных вентиляторам выпрямительных установок электровоза ЧС4, но имеющих только одно колесо (ступень) против двух.

Электровоз ЧС4Т-700, Батайск, СКЖД

Также ЧС4т в отличие от ЧС4 (с № 012 по № 231) оборудован реостатным тормозом, разновидности схем и эффективность торможения которого были обкатаны на электровозах S699 001 (32Ео), ЧС4-001 (52Ео), ЧС2т (53Е1), и прототипе ЧС4т-161 (62Eo). В режиме реостатного торможения обмотки возбуждения питаются от тиристорного выпрямителя, а якоря подключаются к тормозным резисторам, находящимся в отсеках над тамбурами. Обдуваются они специальными вентиляторами, питающимися от самих резисторов. Для переключения между режимами тяги и торможения установлены тормозные переключатели, аналогичные по конструкции реверсорам, а также линейные контакторы, разрывающие тяговую цепь без возврата переключателя ступеней на нулевую позицию — для быстрого включения реостатного тормоза. Управляется реостатный тормоз двумя способами. Первый — обычное торможение краном машиниста, воздух вместо тормозных цилиндров поступает в задатчик силы торможения. Второй — воздух в задатчик подаётся с помощью специального переключателя, без срабатывания тормозов состава.

В 1973 году завод Škoda выпустил первый серийный электровоз ЧС4т-232(62Е1), а в 1986 году был выпущен последний ЧС4т № 740. Всего, с учетом прототипа ЧС4т-161(62Eo), заводом Škoda было изготовлено 509 электровозов этой серии.

На 2010 год значительное число электровозов ЧС4Т приписки депо Россошь Юго-Восточной и Кавказская Северо-кавказской железной дороге заменено на российские ЭП1. Высвободившиеся электровозы постепенно передаются для дальнейшей эксплуатации в депо Брянск и Киров (в последнем они заменяют исключаемые из парка ОАО "РЖД" ЧС4Т первых номеров).

Работа, перемещения и ремонт электровозов

Электровоз ЧС4Т-664, Аксай, СКЖД

Электровозы ЧС4 первоначально поступали для работы в локомотивные депо Кавказская и Брянск-2, затем в депо Киев-Пассажирский, Киров, Балашов, Россошь. После электрификации участка Саратов-Ртищево в 1989 году — в депо Саратов.

В локомотивных депо электровозы проходили модернизации, в частности устанавливались приборы безопасности: скоростемеры КПД-3 (производства ОАО «Электромеханика») и системы САУТ.

Капитальный ремонт электровозов ЧС4 в объеме КР-1 и КР-2 выполнялся на Запорожском ЭРЗ. В период с 1999 по 2007 год на заводе был выполнен капитальный ремонт с продлением срока службы (КРП) 48 электровозам этой серии, принадлежащим железным дорогам Украины. При этом ремонте менялся внешний вид электровозов: кабина машиниста и кузов изготавливались новые, по образцу электровоза ЧС7, стеклопластиковая обшивка кузова менялась на металлическую, взамен изношенных узлов ставились новые, подкатывались новые колёсные пары и рамы тележек. В число переоборудованных ЧС4 входят: 017, 018, 019, 026, 037, 039, 040, 041, 047, 048, 049, 054, 059, 060, 064, 065, 067, 076, 080, 083, 085, 095, 097, 099, 105, 107, 108, 110, 111, 113, 119, 125, 130, 136, 138, 141, 142, 149, 153, 158, 159, 174, 179, 183, 185, 189, 191, 195, 198, 200, 207, 209. В сентябре 2007 года на завод был отправлен электровоз ЧС4-042.

В 2004 году из депо Саратов три электровоза ЧС4 были переданы в музеи железнодорожного транспорта: ЧС4-012 в Санкт-Петербург, ЧС4-025 в Москву, на Рижский вокзал, и ЧС4-029 в Ростов-на-Дону.

В настоящее время электровозы ЧС4 эксплуатируются в депо: Киев-Пассажирский,Балашов. В депо Киров они заменены на ЧС4т, а в Саратове на ЭП1(М).

За все годы эксплуатации в результате крушений, пожаров а также в связи с полным износом списаны по меньшей мере 16 электровозов ЧС4: 001, 002, 003, 005, 007, 010, 015, 024, 030, 032, 051, 057, 062, 071, 087, 093, 120, 151. Электровозы ЧС4-005 и ЧС4-071 повреждены и списаны в результате крушения на станции Користовка в 1986 году.На Белорусской железной дороге эксплуатируются 15 локомотивов ЧС4т: 542, 544, 545, 546, 555, 559, 592, 594, 595, 598, 599, 600, 601, 602, 603. Все приписки ТЧ-1 Минск-сортировочный.

ЧС4-023 в Новосибирском музее

Модернизированный ЧС4-052, ст. Знамен