Юэ-001 (Ээл-2)

Поезда - Тепловозы с электро-механической передачей

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 1-50-1 (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 самовентнляцию, 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 Щэл1, 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, емкостью 60 А-ч при трехчасовом разряде. Тепловоз типа 1-50-1, обозначенный Юэ-001, строился с августа 1923 г. и был готов 5 июня 1924 г. В нюне - 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 Эг-5570. 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 1-50-1 к типу 2-50-1, но тогда пришлось бы переделывать весь проект. Чтобы уменьшить массу тепловоза Юэ-001 (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.

Чтобы тепловоз мог работать без ограничения при любых температурах окружающего воздуха, для него сконструировали специальный тендер-холодильник. В качестве ходовой части и нижней рамы тендер-холодильника были использованы тележки и рама тендера паровоза Эг-5570. 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 118,3 т., а сцепную массу 87,5 т.