ВЛ80

Восьмиосные двухсекционные электровозы переменного тока ВЛ80 всех разновидностей, оборудованные коллекторными тяговыми электродвигателями, являются основными грузовыми локомотивами железнодорожных линий, электрифицированных на переменном токе напряжением 25 кВ 50 Гц. Эти электровозы первоначально строились с установками, преобразующими переменный ток высокого напряжения в постоянный пульсирующий ток более низкого напряжения с помощью тягового трансформатора и игнитронных выпрямителей (1962-1964 гг.), а затем начиная с 1964 г. - с кремниевыми выпрямителями (электровозы ВЛ80к). С 1970 г. электровозы серийно выпускались с аппаратами для осуществления электрического реостатного торможения. Первые из них, получившие обозначение ВЛ80т изготавливались до июля 1980 г. Индекс Т указывает на возможность реостатного торможения.
Разновидностью электровозов ВЛ80т являются электровозы ВЛ80с, рассчитанные на управление двумя сцепленными электровозами или тремя секциями одним машинистом. Значительные отличия от электровозов ВЛ80т имеют электровозы ВЛ80р с рекуперативным торможением. Электровозы ВЛ80 всех разновидностей строились Новочеркасским электровозостроительным заводом (НЭВЗ) по проектам Всесоюзного научно-исследовательского, проектно-конструкторского и технологического института электровозостроения (ВЭлНИИ) с использованием некоторого оборудования, изготавливаемого другими заводами.
Электровозы Н8О (ВЛ80в)
Как для линий, электрифицированных на постоянном токе напряжением 3000 в, так и для линий, электрифицируемых на переменном токе, помимо шестносных грузовых электровозов, необходимы были более сильные локомотивы. Еще до окончательного решения вопроса об электрификации линии Марнинск - Красноярск - Зима на переменном токе на Новочеркасском электровозостроительном заводе началась разработка проекта восьмиосного грузового электровоза переменного тока.
В середине 1958 г. конструкторским бюро Новочеркасского электровозостроительного завода был разработан эскизный проект восьмиосного электровоза, развивающего при часовом режиме силу тяги 40000 кГ.
Механическая часть электровоза была запроектирована в виде двух одинаковых четырехосных секций с несочлснснными тележками и размещением сцепных приборов на рамах кузовов секций. Конструкторы предусмотрели выполнение тележек с роликовыми поподковыми буксами бесчелюстного типа, опорио-осевое подвешивание тяговых электродвигателей, двустороннюю жесткую косозубую передачу и двустороннее торможение. На каждой секции электровоза предполагалось установить отдельный трансформатор и по восемь игнитронов. При эскизном проектировании было проработано пять вариантов экипажной части электровоза и сделано сравнение двух вариантов номинального напряжения на зажимах тяговых электродвигателей (750 и 950 в). Завод предложил остановиться на варианте экипажа с упругим шкворнем и на напряжении 950 в, при котором суммарный вес тяговых электродвигателей и аппаратуры получился наименьшим. Одновременно завод высказался за применение на электровозе низковольтной системы регулирования напряжения, мотивируя это тем, что при высоковольтном регулировании снижаются энергетические показатели электровоза.
Научно-технический совет МПС, рассмотрев проект, рекомендовал, в частности, обеспечить реализацию силы тяги часового режима одной колесной пары не менее 5500 кГ, выполнить регулирование напряжения со стороны высокого напряжения трансформатора, у каждой секции локомотива сделать по концам кабины управления.
Технический проект электровоза был готов к концу 1958 г. и по сравнению с эскизным проектом предусматривал увеличение общей мощности локомотива при часовом режиме до 6200 квт и силы тяги при этом режиме до 44000 кГ. По соображениям допустимой нагрузки от колесных пар на рельсы завод отказался от выполнения двухкабинных секций.
В сентябре 1961 г. Новочеркасский электровозостроительный завод выпустил первый восьмиосный электровоз переменного тока, обозначенный первоначально как Н8О-001. К концу года выпущены еще два электровоза Н8О (№002 и 003); в 1963 г. этим электровозам присвоена серия ВЛ80в.
Кузова секций электровоза сварной конструкции выполнены с широким применением гнутых профилей и рамами, охватывающими тележки; по концам кузовов установлены автосцепки. Рамы тележек имеют боковины коробчатого сечения, сваренные из четырех листов, литой шкворневой брус и трубчатые концевые крепления. Буксы с цилиндрическими роликовыми подшипниками связаны с рамой тележки поводками с шарнирами в виде резино-металлических блоков, т. е. так же, как на электровозах ВЛ60 и Ф. Тяговое и тормозное усилие от тележек к раме кузова передается через шкворни тележек, укрепленные в раме кузова. Шаровые вкладыши, через которые проходят шкворни, помещены в шкворневых балках тележки и позволяют ей перемещаться относительно кузова в поперечном направлении. Усилие возвращающих пружин действует на шаровые вкладыши, стремясь совместить продольные оси кузова и тележек. Вертикальное усилие от кузова на раму тележки передается через две пары пружинных опор. Эти опоры, выполненные в виде цилиндрических пружин и направляющих, укрепленных в шкворневых балках рамы кузова, расположены над концами шкворневой балки тележки и скользят по поверхности этих балок. От рамы тележек на буксы нагрузка передается также через цилиндрические пружины. Статический прогиб надбуксовых рессор - 46 мм; пружин второй ступени - 48 мм. Между рамами тележки и кузовом поставлены гидравлические амортизаторы, между буксами и рамой тележки - фрикционные амортизаторы. Чтобы повысить использование сцепного веса, электровозы оборудованы противоразгрузочными устройствами в виде пневматических домкратов, установленных между рамой кузова и концевыми брусьями тележек со стороны 1, 4, 5 и 8-й колесных пар. Управление разгрузочными устройствами - ручное. Тяговые электродвигатели опираются на шкворневые брусья тележек при помощи подвески с резиновыми шайбами. Передача от тягового электродвигателя к колесным парам двусторонняя жесткая косозубая, передаточное отношение 20:88=1:4, 40. Для уменьшения воздействия электровоза на путь рамы тележек каждой секции связаны между собой сочленением с упругим элементом; через это сочленение передаются только поперечные горизонтальные усилия. На шкворневых брусьях каждой тележки установлено по два тормозных цилиндра, которые при помощи рычажной передачи обеспечивают двустороннее торможение колесных пар.
На электровозе установлены изготовленные Московским трансформаторным заводом два трансформатора ОЦРН-7300/25 мощностью 4940 ква (по одному в каждой секции локомотива). Трансформатор с магнитной системой стержневого типа имеет масляное охлаждение с принудительной циркуляцией.
Как и на электровозах серии Ф и К, трансформатор имеет обмотки автотрансформатора с выводами для регулирования напряжения под нагрузкой в пределах от 0 до 25 000 в и первичные и вторичные тяговые обмотки. На одном стержне с регулировочной обмоткой помещена вспомогательная обмотка, рассчитанная на мощность 310 ква с выводами на напряжение 606, 411 и 238 в. Первичная тяговая обмотка (высшего напряжения присоединена через переключатель ступеней напряжения к выводам регулировочной обмотки, т. е. получает напряжение от 0 до 25000 а. От обмотки низшего напряжения через игнитроны происходит питание электродвигателей выпрямленным током. Каждый тяговый электродвигатель с одной стороны присоединен к нулевой (средней) точке обмотки низшего напряжения, а с другой через два игнитрона к крайним выводам этой обмотки (применена электрическая схема питания тяговых электродвигателей двухполупериодного выпрямления с нулевым выводом). При напряжении на первичной обмотке тягового трансформатора 25000 в напряжение холостого хода на выводах его вторичной обмотки составляет 1255х2 в. Трансформатор с маслом весит 10455 кг. На торцовой стенке трансформатора смонтирован высоковольтный переключатель ступеней, а на крышке- разрядники, вентилятор и переходное сопротивление переключателя. Переключатель ступеней такой же конструкции, как и установленный на электровозе ВЛ62-001, изготовлен ВНИИЭМ. Переключатель имеет 33 ступени, из которых 32 являются ходовыми и допускают длительную работу электровоза.
Выпрямительная установка цепи каждого тягового электродвигателя состоит из двух игнитронов ИВС-500/2 и рассчитана на длительный ток 800 а (400 а на игнитрон), часовой ток 1 000 а, ток 10-минутной перегрузки - 1200 а и максимальное обратное напряжение 4000 е. Игнитроны, охлаждающиеся жидкостью (водой или антифризом), снабжены электромагнитной системой зажигания, подобной системе зажигания электровозов серий ВЛ61, ВЛ60 и Ф.
Для электровозов серии ВЛ80в Новочеркасским электровозостроительным заводом были спроектированы и изготовлены тяговые электродвигатели НБ-413, рассчитанные на номинальное напряжение 900 в. Такое напряжение позволило выполнить электродвигатель более легким по сравнению с электродвигателем НБ-412М. Вес нового электродвигателя составляет 4250 кг. Тяговый электродвигатель НБ-413 шестиполюсный, последовательного возбуждения с независимой вентиляцией. Изоляция катушек полюсов и секций обмотки якоря кремнийорганическая. Провода секций уложены в пазах якоря плашмя и укреплены клиньями. Уравнительные соединения расположены со стороны коллектора. Катушки главных и дополнительных полюсов намотаны на ребро. Для лучшего использования объема катушки главных полюсов выполнены гнутыми по радиусу остова двигателя. Щетки разрезные, щеткодержатели укреплены на поворотной траверсе.

Максимальная скорость вращения якоря - 1930 об/мин. На электровозах установлены главные воздушные выключатели ВОВ-25. В цепь тягового электродвигателя включен отдельный сглаживающий реактор РЭДР-1600, рассчитанный на длительный ток 815 а. На каждой секции электровоза кроме фазораспределителя НБ-453, установлены: по одному компрессору КЭ-З с электродвигателем АС-81-6 мощностью 40 кет; два вентилятора Ц-13-50 №6 для охлаждения тяговых электродвигателей с электродвигателями АП-81-4, три вентилятора СВМ-6М для охлаждения реакторов с электродвигателями АО-63-2; мотор-вентилятор для охлаждения шунтирующих сопротивлений, водяной мотор-насос, вспомогательный мотор-насос и мотор-насос масляной системы трансформатора. Цепи управления питаются постоянным током напряжением 50 в от аккумуляторной батареи НКН-100, которая заряжается от генераторов ДК-405, установленных на фазорасщепителях.
Контроллеры машиниста имеют по две рукоятки: главную с позициями О, автоматическое выключение, ручное выключение, фиксация выключения, фиксация пуска, ручной пуск, автоматический пуск и реверсивную рукоятку с позициями назад-, полное поле, 0, вперед полное поле и три позиции ослабленного поля для движения вперед.
При диаметре колес 1250 мм электровоз ВЛ80в при часовом режиме развивает силу тяги 44100 кГ и скорость 50, 3 км/ч, при длительном режиме - 38300кГ и скорость 51, 9 км/ч. Возбуждения тяговых электродвигателей на «полном» поле - 88%, на трех ступенях «ослабленного» поля - 71, 58 и 50%. Конструктивная скорость электровоза - 110 км/ч.
Расчетный пес электровозов - 184 т; фактический весе элсктровоза ВЛ80в-001 - 190, 6 т. Этот локомотив в ноябре-декабре 1961 г. совместно с электровозом ЧС3-37 испытывался ЦНИИ МПС на участке Хашури - Ахалдаба Закавказской дороги. Результаты испытаний показали, что при рельсах типа Р50 (1840 шпал на километр и щебеночном балласте) электровоз серии ВЛ80в может обращаться со скоростью до 95 км/ч. Причиной этого явилось недостаточное демпфирование электровоза, приводящее к вилянию при движении со скоростью выше 70 км/ч. Осенью 1961 г. Всесоюзный научно-исследовательский тепловозный институт (ВНИТИ) произвел испытания по воздействию на путь электровоза ВЛ80в-003 на участке Голутвин - Карасево Московской дорога, которые подтвердили установленную для электровоза максимальную скорость 95 км/ч. При испытаниях были проверены 53(!) варианта различных изменений ходовой части локомотива и сделаны следующие выводы: необходимо установить на каждую тележку по два фрикционных демпфера, связывающие в поперечном направлении концевые балки тележек с рамой кузова; заменить фрикционные амортизаторы первой ступени рессорного подвешивания на гидравлические; снять ввиду незначительной эффективности сочленение тележек; заменить у скользящих опор стальные накладки, имеющие задиры, накладками из другого материала; перейти на систему опоры кузова на тележку в четырех точках.
Электровозы ВЛ80в-001- ВЛ80в-003 поступили для эксплуатации в депо Батайск Северо-Кавказской дороги. Из-за некоторых неполадок переключателей ступеней, в частности нечеткой их параллельной работы на двух секциях локомотива, и повреждений компрессоров КЭ-3 пробег электровозов в первые годы был незначителен. Это обстоятельство вместе с мнением специалистов Новочеркасского электровозостроительного завода о неперспектнвности высоковольтного регулирования послужили причиной перехода при постройке новых восьмиосных электровозов к низковольтному регулированию.
Электровозы Н81 (ВЛ80)
Со второй половины 1962 г. Новочеркасский электровозостроительный завод выпустил два восьмиосных электровоза, первоначально обозначенных как Н81-001 и Н81-002, а затем как ВЛ80-004 и ВЛ80-005.
В конструкцию кузовов этих электровозов внесены изменения, улучшающие внешний вид локомотивов, кабина машиниста сделана однотипной с электровозом ВЛ60, и переход между секциями закрыт суфле. На тележках вместо фрикционных амортизаторов между буксами и рамои поставлены гидравлические. В связи с тем, что трансформаторы ОЦР-5000/25 расположены ниже, переконструировано межтележечное сочленение между тележками секций. Изменено передаточное отношение редуктора, которое теперь равно 17:88=1:5, 176.
Трансформатор ОЦР-5000/25 мощностью 4630 ква имеет стержневой магнитопровод. При холостом ходе и напряжении на первичнои обмотке 25 кв напряжение на выводах вторичной (тяговой) обмотки 2х1230 а; на выводах вспомогательных обмоток-625, 479, 396 и 229 в. По конструкции трансформатор ОЦР-5000/25 похож на трансформатор ОЦР-5600/25 электровозов ВЛ60; вторичная тяговая обмотка его состоит из двух регулируемых и двух нерегулируемых частей. Вес трансформатора с маслом 11100 кг.
Для регулирования напряжения на зажимах тяговых электродвигателей в каждой секции впервые установлено по групповому переключателю ЭКГ-8. Конструктивно этот переключатель значительно отличается от переключателя ЭКГ-60/20 электровозов ВЛ60; контакторные элементы моноблочной конструкции, облегчающей их смену; дугогашенне имеют только четыре контакторных элемента (применено магнитное и воздушное дутье); приводной механизм обеспечивает большие запасы по углам развертки; контакторные элементы, осуществляющие переключение обмоток от «встречного» к «согласованному» и обратно, приводятся вторым кулачковым валом, но от общего моторного привода, что значительно сократило число блокировочных контактов; конструкция рамы переключателя выполнена более жесткой. Переключатель имеет нулевую, подготовительную н 33 пусковые позиции, из которых 9 ходовые. Количество коитакторных элементов 34, из ннх 12 для переключения обмоток. Длительный ток контакторных элементов - 1500 а. Количество и тип игнитронов такие же, как на электровозах ВЛ80в, по игнитроны включены параллельно и через группу в четыре игнитрона питаются два параллельно включенных тяговых электродвигатсля. Выпрямительные установки изготовлены Таллинским заводом ртутных выпрямителей им. М. И. Калинина.
На электровозах установлены более мощные шестиполюсные тяговые электродвигатели НБ-414А, у которых статор (включая полюса) выполнен шихтованным из электротехнической стали, запрессованной в литой цилиндрический остов. Катушки полюсов намотаны из прямоугольной меди на ребро; проводники якоря помещены в пазы плашмя; изоляция обмоток полюсов класса Н, обмотки якоря класса В.
При напряжении на коллекторе 950 в электродвигатель имеет следующие данные:
Режим Мощность, квт Ток, а Скорость вращения якоря, Об/мин
Часовой 800 900 1050
Длительный 720 800 1100


Максимальная скорость вращения якоря - 2520 об/ман. Вес электродвигателя - 3700 кг.
На электровозах ВЛ80-004 и ВЛ80-005 сопротивления «ослабления» поля выполнены нз фехраля и имеют естественное охлаждение, установлен регулятор давления, обеспечивающий автоматическое изменение давления воздуха в противоразгрузочных домкратах в зависимости от величины тягового тока; вместо компрессора КЭ-3 установлены компрессоры ПК-35, и связи с чем поставлен другой приводной электродвигатель АС-82-4 мощностью 55 квт; генераторы тока управления заменены статическими зарядными агрегатами ТРПШ.

Возбуждение тяговых электродвигателей на «полном» поле 95%, минимальное возбуждение на третьей ступени «ослабления» 50%. Конструктивная скорость (110 км/ч) и расчетный вес электровоза (184 т) остались без изменения.
Одна из секций электровоза ВЛ80-005 в декабре 1962 г. была испытана на экспериментальном кольце ЦНИИ МПС. Тягово-энергетические испытания выявили неудовлетворительную коммутацию тяговых электродвигателей НБ-414А. Вторая секция испытывалась на кольце Новочеркасского электровозостроительного завода. Затем электровоз ВЛ80-005 в 1963 г. прошел прочностные испытания (ЦНИИ МПС), которые обнаружили недостаточную прочность отдельных узлов тележек. Этот же институт провел весной 1963 г. испытания по воздействию на путь электровоза ВЛ80-004. В результате этих испытании максимальная скорость для локомотива установлена 90 км/ч.
Тяговый электродвигатель НБ-414А для улучшения коммутации был несколько изменен. У него уменьшен диаметр коллектора с 500 до 480 мм (т. е. сделан таким же, как и у опытных электродвигателей НБ-414, построенных в количестве двух для стендовых испытаний в 1959-1960 гг.), уменьшено сечение проводников обмотки якоря до размеров электродвигателя НБ-414, изменена форма башмака главного полюса, добавлен верхний коллекторный люк в остове, увинчена толщина щеток с 25 до 32 мм, увеличена централь с 583 до 594 мм и применен симметричный кожух зубчатой передачи.

Максимальная скорость вращения якоря - 2 250 об/мин. Вес электродвигателя увеличился до 3900 кг. Вместе с изменением централи изменено и передаточное отношение с 17:88 на 19:88=1:4, 632. Тяговые электродвигатели НБ-414Б устанавливались на электровозах ВЛ80, начиная с №006 выпуска 1962 г. Эти электровозы при диаметре колес 1250 мм имеют при часовом режиме силу тяги 43800 кГ и скорость 52, 9 км/ч; при длительном режиме -силу тяги 37800 кГ и скорость 56, 0 км/ч.
Возбуждение тяговых электродвигателей на «полном» поле- 93 %, на трех ступенях «ослабленного» поля -72, 59 и 49%.
На электровозах с №006 улучшена система синхронизации работы главных переключателей ЭКГ-8 обеих секций, поставлены новые главные воздушные выключатели ВОВ-25-4, как у электровозов ВЛ60. на контроллерах машиниста перед нулевой позицией главной рукоятки добавлена позиция «быстрое выключение». Вместо компрессоров ПК-35 установлены компрессоры КТ6ЭЛ, приводимые электродвигателями АС-82-4 через редуктор.
Электровоз ВЛ80-006 в августе-сентябре 1963 г. был подвергнут тягово-энергетическим испытаниям в эксплуатационных условиях, в результате которых ЦНИИ МПС предложил изменить передаточное отношение редукторов с 19:88 на 17:88, чтобы увеличить силу тяги часового режима с 43800 до 49000 кГ, при этом конструктивная скорость снижалась с 110 до 100 км/ч. Однако эта рекомендация не была выполнена, так как уменьшение количества зубьев шестерни до 17 не обеспечивало ее прочности.
На электровозе ВЛ80-007 с целью проведения испытании и выбора лучшей конструкции на тележке 1-й секции установлены листовые подбуксовые рессоры с расположенными по концам резиновыми амортизаторами. Статический прогиб этих рессор составляет 68 мм. Вторая ступень рессорного подвешивания осталась без изменения. На второй секции первая ступень сохранена с цилиндрическими рессорами, а у второй ступени в два раза увеличен статический прогиб цилиндрических рессор (до 96 мм). У всех тележек увеличена жесткость связи букс с рамами в горизонтальной плоскости, поставлены дополнительные амортизаторы между кузовом и тележками, действующие в горизонтальной плоскости (против виляния). После проведения испытаний электровоза ЦНИИ МПС рекомендовал сохранить для экипажной части с цилиндрическими пружинами в первой ступени скорость в прямых участках 90 км/ч, а для экипажных частей с листовыми рессорами - 100 км/ч, а также ставить у электровозов выпуска 1964 г. листовые подбуксовые рессоры. Такие рессоры начали ставить начиная с электровоза №023. На электровозе №037 в виде опыта первая ступень выполнена с листовыми рессорами; вторая - с люлечным подвешиванием.