Тепловоз системы Ю.В. Ломоносова серии Э^эл2

Постановлением Совета Труда и Обороны от 10 марта 1922 г. разрешалась постройка трех тепловозов на заграничных заводах без указания их системы, но с требованием, чтобы они удовлетворяли условиям конкурса. Это означало, что тепловозы должны были быть эквивалентны по тяговой характеристике паровозу типа 1-4-0 серии Щ и иметь конструкционную скорость 75 км/ч. НКПС же остановился при массовом заказе паровозов за границей на локомотивах типа 0-5-0 серии Э (Э^ш, Э^г). Еще 30 января 1922 г. совещание в НКПС под председательством Ф. Э. Дзержинского постановило считать целесообразным и практичным немедленно приступить к сооружению взамен трех паровозов серии Э^ш трех тепловозов: первого — с газовой передачей по проекту А. Н. Шелеста, второго — с электрической передачей и третьего — автомобильного типа с механической передачей. Большим сторонником тепловоза автомобильного типа был начальник отдела тяги Центрального управления железными дорогами НКПС инженер П. И. Красовский.

Проекты тепловозов системы профессора А. Н. Шелеста и с электрической передачей предусматривали, что тепловозы должны иметь максимальную скорость 50 км/ч и быть по силе тяги и мощности эквивалентными паровозам серии Э. Поэтому Тепловозная комиссия при Госплане 23 мая 1922 г. разъяснила, что три тепловоза, строящиеся Российской железнодорожной миссией за границей, не будут представлены на международный конкурс. 1 марта 1923 г. был подписан договор со шведской фирмой Нидквист и Гольм, строившей для Советского Союза паровозы серии Э^ш, о выпуске трех тепловозов: Ю^э — с электрической передачей, Ю^м — с механической и Ю^ш — системы профессора А. Н. Шелеста. Однако в связи с уменьшением заказа на паровозы серии Э^ш заказ на тепловозы был аннулирован. Взамен этого договора было заключено соглашение с германской фирмой Гогенцоллерн в Дюссельдорфе о строительстве двух тепловозов с электрической и механической передачами. Затем вследствие занятия Дюссельдорфа французами в начале 1923 г. заказ на тепловоз с электрической передачей был передан заводу Эсслинген (бывш. Кесслер), расположенному около Штутгарта.

Тепловоз с механической передачей был построен фирмой Гогенцоллерн, а тепловоз Ю^ш не увидел свет. Был изготовлен только экспериментальный агрегат, который в дальнейшем установили в лаборатории Московского высшего технического училища.

Проектирование тепловоза с электрической передачей велось под руководством профессора Ю. В. Ломоносова при непосредственном участии советских инженеров Н. А. Добровольского, В. Б. Меделя и др. При работе над проектом тепловоза советские специалисты стремились не изобретать основное его оборудование, а выбирать из уже имевшихся и проверенных элементов. Раму, ходовые части, тяговые электродвигатели было решено проектировать с использованием уже богатого к тому времени опыта создания электровозов, а двигатель подобрать среди последних моделей дизелей, применявшихся на подводных лодках, поскольку там от них требуются надежность и легкость — качества, необходимые и тепловозному двигателю. Наиболее сложной частью проекта был холодильник, для которого требовалось создание принудительной циркуляции воздуха.

Так как взятый в проекте за отправную точку паровоз серии Э при скорости 16 км/ч реализовывал силу тяги на ободе колес 15 000 кгс (т. е. имел мощность 890 л. с), а потери в тяговых электродвигателях и генераторе тепловоза по расчетам должны были составлять 20 — 30 %, для последнего нужен был дизель мощностью около 1200 л. с. Профессор Ю. В. Ломоносов обратился к четырем фирмам — Зульцер, Крупп, MAN и Атлас — Дизель, имевшим опыт создания дизелей, и получил предложения от каждой из них. Наиболее легкий (25 000 кг) и дешевый дизель, развивавший при частоте вращения вала 450 об/мин мощность 1200 л. с. и уже нашедший применение на германских подводных лодках, предложила фирма MAN в Аугсбурге. Дизель был четырехтактный, шестицилиндровый с диаметром цилиндров 450 мм и ходом поршней 420 мм; он имел компрессор для получения сжатого воздуха давлением 80 кгс/см², необходимого для пуска дизеля и распыления топлива в цилиндрах. Охлаждение двигателя было водяным. Этот двигатель, как отмечалось выше, был легче двигателей фирм Крупп и Зульцер и почти в два раза дешевле их, но все же оказался слишком тяжелым для тепловоза. Такой дизель, как считал Ю. В. Ломоносов, не являлся еще органической частью тепловоза.

Выбрав осевую характеристику тепловоза 1-5ₒ-1 (две одноосные поддерживающие тележки и пять движущих осей), проектировщики решили применить индивидуальные тяговые электродвигатели с "трамвайным" (опорно-осевым) подвешиванием, которые к тому времени на электровозах начали вытеснять электродвигатели, установленные на рамах и требовавшие шатунной передачи. Среди уже готовых образцов тяговых электродвигателей наиболее удачно подошли для тепловоза четырехполюсные двигатели постоянного тока GDTM-82 швейцарской фирмы Броун-Бовери, применявшиеся в то время на электровозах. Они имели мощность длительного режима 142 кВт (150 А, 100 В, 835 об/мин) и массу 3000 кг. Тяговые электродвигатели были рассчитаны на самовентиляцию, что значительно ограничивало их мощность на малых скоростях, когда количество прогонявшегося через них воздуха сильно уменьшалось. Для тепловоза пришлось увеличить передаточное число тяговых редукторов с 5,6 до 6,14 и выбрать диаметр движущих колес 1220 мм.

В качестве тепловозного генератора был использован генератор этой же фирмы JN-1500/2 длительной мощностью 800 кВт (800 А, 1000 В), обмотки возбуждения которого питались постоянным током от возбудителя. На тепловозе системы Ю.В.Ломоносова, как и на тепловозе Щ^эл1, была применена схема Вард-Леонарда. Ток в обмотках возбуждения возбудителя регулировал машинист, изменяя при помощи контроллера сопротивление в цепи обмотки возбуждения вспомогательного генератора. Все пять тяговых электродвигателей, соединенных параллельно, были постоянно подключены к главному генератору.

Для пуска дизеля и питания цепей управления и освещения при неработающем дизеле служила кислотная аккумуляторная батарея, состоявшая из 54 свинцовых элементов емкостью 60 А-ч при трехчасовом разряде.

Тепловоз типа 1-5ₒ-1, обозначенный Ю^э001, строился с августа 1923г. и был готов 5 июня 1924г. В июне — ноябре того же года тепловоз прошел первые испытания на специально построенной катковой станции завода Эсслинген. Одновременно на этой же станции для сравнения был испытан паровоз типа 0-5-0 Э^г5570. Испытания показали, что тепловоз в зависимости от условий работы имел коэффициент полезного действия в 2 — 3,5 раза больший, чем паровоз. Коэффициент полезного действия тепловоза, отнесенный к ободу колес, в зависимости от скорости и подачи топлива в цилиндры двигателя достигал 24 — 26 %. Испытания выявили недостаточность поверхности холодильника и неудобство его расположения по обоим концам тепловоза. Недостаточной поверхность холодильника получилась в результате того, что масса других частей тепловоза превысила проектное значение, и для частичной компенсации этого превышения было решено уменьшить массу холодильника. В противном случае нагрузка от движущих колесных пар на рельсы получилась бы более 20 тс (проект 1923 г. предусматривал 18,5 тс). Можно было бы решить проблему за счет перехода от типа 1-5ₒ-1 к типу 2-5ₒ-1, но тогда пришлось бы переделывать весь проект. Чтобы уменьшить массу тепловоза Ю^э001 (при взвешивании 5 июня 1924 г. полная его масса оказалась равной 124,8 т, из которых 98,2 т приходилось на движущие колесные пары), его подвергли переделке: с тепловоза со стороны тягового генератора сняли холодильник, а на его месте разместили вспомогательные электрические машины (рис. 9.9 и 9.10).

Чтобы тепловоз мог работать без ограничения при любых температурах окружающего воздуха, для него сконструировали специальный тендер-холодильник (рис. 9.11). В качестве ходовой части и нижней рамы тендер-холодильника были использованы тележки и рама тендера паровоза Э^г5570. На раме установили секции холодильника, охлаждаемые воздухом, прогонявшимся двумя группами вентиляторов. Вентиляторы приводились во вращение шестицилиндровым дизелем фирмы Бенц мощностью 100 л. с. При этом сухая масса тепловоза увеличилась на 40 %, а общая длина тепловоза и тендера по буферам получилась равной 23 553 мм, что требовало длинных стойл в депо и делало невозможным установку локомотива на всех поворотных кругах без расцепки. После переделки сам тепловоз (без тендера) имел полную массу 118,3т, а сцепную массу 87,5 т.

6 ноября 1924 г. тепловоз Ю^э001 сделал свой первый пробег по рельсовой колее 1524 мм, специально уложенной на территории завода Эсслинген. В этот день был торжественно подписан протокол испытания нового тепловоза советской конструкции. Вместе с советскими инженерами протокол подписали представители германской науки, железных дорог Голландии, английской технической прессы и многие другие.

4 декабря 1924 г. тепловоз Ю^э001 на транспортных скатах отправили в Двинск (ныне Даугавпилс). Там он был переставлен на собственные колесные пары и совершил несколько обкаточных поездок по Латвийской железной дороге. 20 января 1925 г. тепловоз сделал первый рейс по территории Советского Союза, проведя поезд массой 980 т от Себежа до Великих Лук, а 23 января прибыл в Москву. Далее в течение всего года тепловоз совершал опытные поездки по Октябрьской, Московско-Казанской, Московско-Курской железным дорогам, а также сделал рейс на Кавказ, в ходе которого побывал в Тбилиси, Ереване, Махачкале. Тепловоз работал надежно, с к. п. д. 23 — 26 %; при скорости 16 — 17 км/ч он реализовывал усилие тяги около 15 000 кгс.

В феврале 1926 г. локомотив направили на опытную тепловозную базу около станции Люблино.

В течение 1926 — 1930 гг. тепловоз Ю^э001, получивший на базе обозначение сначала Э-ЭЛ-2, а затем Э^эл2, успешно работал с грузовыми поездами на участке Люблино — Курск. В 1931 г. он был отправлен в депо Ашхабад. Из инвентаря тепловоз был исключен в 1954 г.

За время нахождения тепловоза на опытной базе он подвергся ряду переделок. В 1928 г. на нем был установлен новый холодильник с достаточно развитой поверхностью, что дало возможность избавиться от тендера; ребристые элементы для холодильника изготовил Коломенский машиностроительный завод. Второй существенной переделкой явилось подключение параллельно обмоткам возбуждения тяговых электродвигателей резисторов, т. е. применение ослабления возбуждения. Это позволило удлинить гиперболическую часть тяговой характеристики тепловоза, благодаря чему последний мог работать с постоянной мощностью при более высоких скоростях (выше 35 км/ч); в результате при конструкционной скорости 50 км/ч и движении по площадке максимально возможная масса поезда возросла с 525 до 850 т, т. е. на 62 %.

После переделки тепловоз (рис. 9.12) имел общую массу 125 т, сцепную массу 92 т и длину по буферам 14 221 мм.

В процессе испытаний тепловоза было установлено, что недопустимые для работы дизеля частоты вращения коленчатого вала находятся в диапазоне 360 — 390 об/мин, поэтому максимальная частота вращения вала была снижена с 450 до 350 об/мин, а мощность с 1200 до 1000 л. с.

Несмотря на ряд конструктивных недостатков— ненадежный привод вентилятора, часто вызывавший простой тепловоза из-за поломки малой шестерни передачи; несовершенство конструкции водяного охлаждения поршней дизеля; не оправдавшая себя система самовентиляции тяговых электродвигателей и т. д. — тепловоз Э^эл2 все же являлся экономичным и эксплуатационно надежным локомотивом. Создание и эксплуатация этого тепловоза стали хорошей школой для многих тяговиков и конструкторов локомотивов.

Только спустя несколько лет после постройки тепловозов Э^эл2 и Щ^эл1, когда уже был накоплен опыт их работы, за границей, в частности в Америке, решились приступить к постройке мощных поездных тепловозов с электрической передачей.

"Локомотивы отечественных железных дорог"