2012
2011
2010
2009
2008
2007
archives




Локомотивите TAURUS

Инж. Петър НОВКИРИШКИ – БДЖ ЕАД

 

Novkirishki.jpgВ резултат на амбициозна програма за обновяване на тяговия подвижен състав, през 1997 австрийските железници (ÖBB) подписват договор, с който възлагат на немската компания Siemens Krauss-Maffei Lokomotiven GmbH, Мюнхен, производството и доставката на 75 броя мощни електрически локомотиви от ново поколение. Първите 50 локомотива са произведени като едносистемни машини (15 кВ, 16 2/3 Хц) серия 1016, предназначени за вътрешни съобщения и трансграничен трафик с Германия и Швейцария, а останалите 25 (впоследствие са договорени общо 282 броя) като двусистемни локомотиви серия 1116, способни да оперират в участъци с контактната мрежа за 15 кВ, 16 2/3 Хц и 25 кВ, 50 Хц, което позволява да се използват и по транспортните коридори, свързващи Австрия с Унгария, Словакия и Чехия. ÖBB се стремят към по-впечатляващ облик, съответстващ на прогресивния характер на техния проект и техническите характеристики на новите локомотиви, поради което аеродинамиката се превръща във важен фактор при разработване на дизайна, който трябва да повиши и нивото на пасивна безопасност при сблъсък. Благодарение на положителния отклик за новия дизайн и яркочервения си цвят, локомотивите скоро се сдобиват с прякора “Ферари на релси”. Новите машини стават изключително популярни в Европа с брандираното върху рамата лого и търговската марка TAURUS (латинското наименование на бик). На проведеното през 2001 в Париж изложение на жп техника, локомотивът е удостоен с престижната награда “Брунел” за най-добър дизайн. Първите четири прототипа са произведени изцяло в Мюнхен. Впоследствие, ÖBB поемат производството на редица базови компоненти от конструкцията в собствените си заводи. От тези компоненти, в завода в Мюнхен, чрез заваряване, се формират локомотивната рама и коша, които след това се транспортират на вагони до жп завода в Линц, където се сглобява целият локомотив.

Особености на конструкцията

Като представители на фамилията ЕuroSprinter, локомотивите TAURUS имат модулно устройство, т.е. компонентите и подсистемите са обединени, формирайки модули навсякъде, където условията позволяват. Така, цялостният пулт на машиниста или пък охладителната кула с циркулационната помпа и вентилаторът формират отделни завършени модули. Те са произведени и предварително тествани самостоятелно на различни като местоположение производствени позиции. В процеса на окончателното сглобяване на локомотива, индивидуалните модули се присъединяват съвместно, с минимален обем операции. В съответствие с изискванията за постигане на високи нива на предварително конструиране, са намерени технически решения, позволяващи съвместно присъединяване на механични, пневматични и електрически интерфейси между модулите, както и бързо и надеждно взаимно позициониране на тези модули в локомотива. В допълнение към предимствата за техническото производство, модулният дизайн е от полза и за клиентите, заради облекчената поддръжка. Изваждането и заменянето на модули се извършва лесно и намалява времето, когато локомотивът е извън експлоатация. Високата степен на модулния дизайн позволява разменянето на части между отделни возила или цели серии от локомотиви, оказвайки позитивен ефект и върху процеса по снабдяване и съхраняване в запас на резервни части.

TAURUS заимства редица доказани в експлоатация модули без изменение. Някои от тях обаче са подобрени, въз основа на придобития опит с локомотивите серия 152 на DB, които са първият представител на фамилията ЕuroSprinter, конструиран с модулен дизайн. Иновативните промени на предишните конструкции са обединени в цялостната концепция. С цел постигане на крайно тегло от 86 тона, са използвани всички възможни методи за постигане на олекотена конструкция. Много от вградените секции – покривни елементи, врати, пясъчни бункери, а също и снегорини (плугове), са направени от алуминиеви сплави. Взети са необходимите предпазни мерки за снижаване на вибрациите на коша при движение. Чрез прилагане на напречно секционно усилване на конструкцията и нов метод за присъединяване на покрива е постигнато редуциране на вибрациите.

Специално внимание е отделено за постигането на висока степен на устойчивост срещу усилия, надхвърлящи стойностите, за които якостно е изчислена конструкцията на локомотива. За целта, немската компания Keystone Bahntechnik GmbH, Халберщат разработва буфер със среден фланец и комбиниран пружинно-хидравличен амортизатор тип COMBIGARD C 105, характеризиращ се с високи стойности на коефициента на пълнота Кп (относителен показател за ефективността на буферите) и коефициента на необратимо енергопоглъщане Кне. Буферът работи в комбинация с деформируем елемент с повишена енергоемкост, с почти удвоена дължина спрямо използвания при серия 152 и предварително дефинирана геометрия на деформирането. Високоефективните crash-елементи са захванати към челната секция с болтови съединения. Така удължените напред буферни греди могат да поемат внушително количество кинетична енергия и да се деформират по един предефиниран начин. В случаи на челни въздействия със скорости до 40 км/ч, повреждащите усилия се държат далеч от чувствителното на удар локомотивно оборудване. Новопатентованите crash-елементи абсорбират енергия над 1 мегаджаул и имат деформационна дължина от 650 мм. Пораженията се ограничават в рамките на самите елементи, които лесно се отстраняват и подменят с други. Снегорините са проектирани по подобен начин. Когато са подложени на свръхнатоварване, те се деформират, предотвратявайки опасността от дерайлиране. Зад плуговете от рамата на коша следват предпазни шини, носени от талиговите рами. Тези шини се регулират по височина спрямо нивото на релсите, разположени са напречно на оста на пътя и отстраняват сняг и други попаднали на линията обекти, предпазвайки от нараняване колелата и осите.

С оглед минимизиране на въздушното съпротивление и разхода на енергия при движение с високи скорости, формата на челната секция на локомотива е с подобрена аеродинамика. Чрез компютърни симулации е постигната оптимална форма на фронталната част на коша, осигуряваща ефективно аеродинамично разпределение на възникващото при движение въздушно налягане.

Кабини за управление

Заоблените повърхнини, в съчетание със солидна противоударна греда и рамките на страничните прозорци, формират самоносеща, здрава конструкция. Характерно за кабините е, че са изградени без странични врати, а достъпът се осъществява през две врати, интегрирани в страниците на коша, централен коридор по протежение на машинното отделение и врати с панингбрави в междинните задни стени от кабините. В зоната под страничните прозорци са оформени аварийни люкове, които се използват за евакуация при екстремни случаи. Покривната секция на кабината е изградена главно от стъклопласт, както и други зони с по-специфична форма като челни ъгли и рамки на надбуферните фарове. Кабините за управление предлагат съвременен ергономичен интериор и функционалност. Снабдени са с климатични системи, допълнителни нагреватели в зоната под краката, нагреватели против изпотяване на стъклата, щори за стъклата, отопляеми външни огледала, които се отварят с бутон от машиниста и се прибират автоматично при ускоряване. За предотвратяване на колебанията на налягането в кабината от преминаване през тунели и разминаване с други влакове, са монтирани вентилатори, създаващи надналягане, които се командват автоматично от реле за налягане. Конструкцията тип “сандвич”, спомага за осигуряване на добра шумо- и топлоизолация. Столовете са с пневматично окачване и регулиране на позицията по височина. Управлението на локомотива се осъществява от пулт, разработен в съответствие с утвърдените европейски стандарти с вграден модулен показващ уред, многофункционален дисплей, ключове и бутони, информационно табло със светлинни индикатори, контролери за управление на тягата и спирането, манометри и пулт за влакова радиостанция.

Екипажна част и предавателен механизъм

Концепцията за TAURUS като универсален локомотив, обслужващ както пътнически влакове със скорост до 230 км/ч, така и товарни влакове с маса от 1600 тона, налага създаването на иновативна талига с подобрени ходови качества и опростена поддръжка, подходяща за движение по високоскоростни линии и за планински участъци с много криви. Талигата тип SF 1 се произвежда в заводите Siemens SGP Verkehrstechnik GmbH, Грац, Австрия. Рамата е изградена изцяло като заварена конструкция, затворен тип, състояща се от две вдадени надолу в средната си част надлъжни греди, една напречна секция и две челни греди. В процеса на изграждане са използвани роботи за позициониране и заваряване на отделните елементи. Воденето на колоосите в талигата е едностранно и се осъществява чрез Y-образни буксови водила, които са шарнирно свързани с корпуса на буксата и талиговата рама. В шарнирните връзки са вградени метало-гумени елементи (сайлент блокове) с оптимизирани коравини в хоризонталната равнина. Това конструктивно решение предопределя пасивно радиално установяване на колоосите в крива, което има положителен ефект за намаляване ъгъла на атака между колелото и релсата, а оттам и на ребордната направляваща сила. Процесът на износване протича главно в зоната на повърхността на търкаляне от бандажния профил, а не по външната повърхнина и върха на реборда, така че многократно се увеличава междуремонтният пробег между отделните репрофилирания и се удължава експлоатационният ресурс на колелата. При радиалното установяване, контактната точка на контакта “колело – релса” се намира далеч от върха на реборда, което способства и за повишаване на сигурността срещу дерайлиране. Колоосите са произведени от чешката компания Bonatrans a.s., Бохумин. Формирани са от кухи валове и моноблокови дискови колела.

Високата максимална скорост на локомотива предопределя по-големи ускорения в елементите от предавателния механизъм, поради което усилията са насочени към снижаване дела на необресорените маси, а оттам и на инерционните сили. Всяка колоос се задвижва от трифазен асинхронен двигател, тип 1TB 2824-0GC02, с продължителна мощност 1640 кВт и максимален въртящ момент 10 500 нютон метра. Тяговият двигател е интегриран с едностъпален колоосен редуктор с шевронни зъбни колела. Въртящият момент се предава от редуктора към колооста едностранно с помощта на кух вал, къси карданни щанги и метало-гумени шарнири. На допълнителен вал, задвижван от редуктора, са монтирани спирачните дискове.

Преди да се инсталира в талигата, блокът, формиран от двигателя, предавката, спирачния вал и колооста, се тества в изградена за целта изпитателна станция във Виена. Прилага се разработената от датската компания Brüel&Kjær система за снемане на данни PULSE™ тип 3560 D, специализиран потребителски интерфейс, лазерни сензори за премествания, акселометри и система за съхранение на данни, базирана на Microsoft® Access. Автоматично се извършват много разнообразни тестове, като данните от изпитанията се съхраняват за бъдещо сравнение и оценка. Параметрите, които са обект на изпитване, са дефинирани в специализиран софтуер, например за редуктора, лагеруването, балансировката и отклоненията от взаимното разположение на повърхнините и осите. В случай че потребителският интерфейс показва повреда, информацията за съответния компонент се визуализира и разпечатва заедно със стойностите на параметрите, които са извън предписаните норми. Благодарение на масива от данни се изгражда “историята” на всеки локомотив, което позволява резултатите от един нов тест да се сравняват с данните от предишни изпитания, служещи като база за осъществяване на диагностика, без да се налага разглобяване на целия блок.

Електрическа система

Локомотивите TAURUS са съоръжени с електрическо оборудване с висока мощност и икономическа ефективност, съчетаващо доказани в експлоатация компоненти и нови технически решения. Тяговият трансформатор и тракционната система са доразвити, в сравнение с изпробваните при серия 152. Важните компоненти са подложени на детайлни лабораторни тестове за постигане на по-висока надеждност. Благодарение на модулната конструкция, локомотивите от серия 1016, които са произведени като едносистемни машини, лесно могат да се преоборудват в двусистемни локомотиви. Покривното оборудване се състои от два токоснемателя тип 8 WLO 128-6Y84 с широчина на плъзгача 1950 мм, напреженов трансформатор, вакуумен прекъсвач тип BVAC N99, заземяващ разединител и разрядник срещу пренапрежения. Първите 25 локомотива от серия 1116 са били съоръжени и с трети токоснемател с широчина на плъзгача 2060 мм, който е използван при експлоатация на територията на Унгария. В периода 2004-2005 са извършени корекции на геометричните параметри на унгарската контактна мрежа и третият токоснемател е демонтиран от локомотивите. Тяговият трансформатор е конструиран като еднофазен трансформатор с маслено охлаждане и подкошов монтаж, между двете талиги. Състои се от първична намотка, шест вторични намотки 1260 В, намотка 1000 В за централно токозахранване на влаковия състав, намотка 344 В за захранване на спомагателните инвертори и намотка 200 В за захранване на системата консуматори от бордовата мрежа. В казана на трансформатора са поместени и два серийни реактора на резонансните токове. Всички вторични и реакторни изводи са разположени върху капака на казана по такъв начин, че директно се присъединяват към позиционираните над тях тягови преобразуватели. Като изолационна и охладителна среда се използва минерално масло. То циркулира в два охладителни кръга чрез две двигател-помпи, вградени към външната страна на казана. На тръбопровода, свързващ казана с разширителния съд, е монтирано бугхолцово реле за контрол и газова защита на трансформатора. За разлика от серия 1016, тяговият трансформатор на серия 1116 е конструиран за 25 кВ и две честоти. Когато локомотивът се експлоатира под контактна мрежа, захранвана с 25 кВ, 50 Хц, на шината за централно токозахранване на състава се подава напрежение 1000 В или 1500 В.

Тяговите преобразуватели са изградени на базата на бързодействащи двуоперационни GTO-тиристори с водно охлаждане. Три, захранвани от тяговите намотки и работещи с електрически изместена стъпка, входни преобразувателя, конструирани като четириквадрантни изправители, преобразуват вторичното напрежение в постоянно напрежение за междинния токов кръг. С тази схема се минимизират появяващите се паразитни токове. Собствен филтър за паразитните токове не е необходим. Зареждането на междинния токов кръг се осъществява през зарядна защита и зарядно съпротивление. След постигане на необходимото напрежение съпротивлението се шунтира с главната защита. Изглаждането на напрежението на междинния токов кръг се осъществява чрез помощни кондензатори и поглъщащия контур. Два инвертора с широчинно-импулсна модулация преобразуват DC напрежението на междинния токов кръг в променливо трифазно напрежение с регулируема честота и амплитуда и захранват по един тягов двигател. Така всички тягови двигатели се регулират индивидуално, като трифазният инвертор осигурява идеална синусоидална форма на изходния ток, което води до снижаване на:

-     акустичния и електрическия шум, генерирани от двигателите;

-     високочестотните хармоници на тока, с което се намаляват електромагнитните смущения;

-     пулсациите на въртящия момент на тяговите двигатели, благодарение на което са подобрени характеристиките на локомотива по сцепление.

При двусистемните локомотиви серия 1116, от страната на вторичните намотки са включени допълнителни селективни контактори, които, в зависимост от системата на токозахранване на контактната мрежа, превключват секциите, а оттам и входното напрежение, захранващо четириквадрантните изправители. Тези контактори са неразделна част от тяговия преобразувател, така че конструктивно той е идентичен при едно- и двусистемния локомотив. Параметрите на силовото оборудване и системата за управление позволяват лимитиран (в рамките на 5 минути) режим на натоварване “Booster” за ускоряване в диапазона от 85 до 200 км/ч, при който локомотивът реализира максимална мощност от 7000 кВт.

Локомотивите TAURUS са съоръжени с четири спомагателни инвертора, всеки с мощност 80 кВА, генериращи трифазен ток за задвижване на асинхронните двигатели на спомагателните машини. Два от инверторите осигуряват напрежение с константна стойност 440 В и фиксирана честота 60 Хц за захранване на двигател-помпите, двигател-компресора и климатичните уредби на кабините. Другите два инвертора работят с изменящи се параметри на изходното напрежение, като единият захранва двигател-вентилаторите, охлаждащи тяговите мотори, а вторият – двигател-вентилаторите от двете оладителни кули. В зависимост от натоварването на локомотива, оборотите на двигател-вентилаторите се регулират чрез изменение на амплитудата (до 440 В), и честотата (20-60 Хц) на изходното напрежение на инверторите, като така се пести енергия и се снижават нивата на генерирания шум при работа на машините. В случай че някой от спомагателните инвертори дефектира, консуматорите му се превключват към другите инвертори и локомотивът продължава да се експлоатира без ограничения. Входните четириквадрантни изправители на инверторите се захранват от намотката за собствени нужди на тяговия трансформатор.

Пневмооборудване и спирачна система

Снабдяването със сгъстен въздух се осъществява от винтов компресор тип SC-20-5-51, производство на Knorr-Bremse AG, задвижван от асинхронен трифазен двигател с мощност 21 кВт. Производителността на компресора е 2400 л/мин, като работното налягане на системата на главния въздушен резервоар се регулира от датчик за налягане между 8,5 и 10 бара. Сгъстеният въздух преминава през двукамерна уредба за изсушаване с интегрирани водоотделители и постъпва в главен въздушен резервоар с обем 800 литра. Локомотивът е оборудван с кран-машинист от типа “HSM”, като, в зависимост от положението му, микропроцесор управлява програмируема с памет спирачна система тип KE GPR EmZ (D) (ep), с която се регулира налягането в главния въздухопровод и се управлява по електропневматичен път спирачката на влака.

Спирачната система обединява следните спирачни устройства:

●    електродинамична рекуперативна спирачка;

●    многостепенна, действаща индиректно, автоматична пневматична спирачка (автоматична влакова спирачка);

●    електрически управляема директна спирачка (допълнителна спирачка);

●    спирачка с пружинен акумулатор (паркинг-спирачка).

Управление на локомотива

Основни компоненти на системата за управление SIBAS® 32 се явяват централният блок за управление и системата за управление на тягата и спирането. Те са изградени на базата на 32-битови управляващи микропроцесори. Процесите на ускоряване и спиране, както и функционирането на главните и всички второстепенни системи, се контролират непрекъснато от две дублиращи се централни системи за управление (ЦСУ) и два идентични спирачни компютъра (СК), които непрекъснато обменят информация помежду си. Едната двойка (ЦСУ и СК) работи, а другата е в режим “готовност”, като при възникване на повреда автоматично се превключват, с което се гарантира 100 % резервиране и надеждност на локомотива.

Във всяка ЦСУ са интегрирани следните задачи:

●    обработка на всички команди, подавани от машиниста;

●    даване на команди и зададени стойности за тягово и спирачно управление;

●    управление на спомагателните системи;

●    диагностика на локомотива;

●    централно събиране и обработване на информация за пътя и скоростта.

В допълнение, диагностичните съобщения на подсистемите постъпват в централния блок за управление, обработват се и се изобразяват на цветен дисплей в кабината, така че машинистът получава информация за измерените стойности на контролираните параметри, работните състояния на локомотива, диагностика, повреди и специални функции. При поява на съобщение за повреда, съответното поле от дисплея започва да свети и, едновременно с това, се излъчва гласовото съобщение “Повреда”, повтарящо се на всеки 25 секунди, докато се натисне клавиш, с който се показва списъкът, съдържащ описанието на повредата и нейното диагностициране или пък изображение, показващо начина на отстраняването й. Това е пример за постигнато удивително ниво на комуникация между човека и машината, което прави управлението и обслужването на локомотивите лесно и приятно.

TAURUS са първите локомотиви, съоръжени с двете системи от бусове, дефинирани в IEC9/413/CDV. Чрез мултифункционален бус за предаване на данни/“Multifunction Vehicle Bus” (MVB) се осъществява обмен на данни между включените към буса уреди в рамките на локомотива, а чрез влаков бус за предаване на данни/“Wire Train Bus” (WTB) се извършва обмен на данни между включените към буса возила от композицията, в съответствие с концепцията за дистанционно управление, чрез 18-полюсен UIC-кабел и работа по “система много единици”.