Новый взгляд на маневры
Что находится внутри у инновационного маневрового локомотива ЭМКА2
Железная дорога признана одним из наиболее экологически эффективных видов транспорта в мире. На электрической тяге в России перевозят более 80% пассажиров и 85% грузов. Для того чтобы сделать железнодорожный транспорт еще более современным и экологичным, «Трансмашхолдинг» (ТМХ) разработал уникальный маневровый контактно-аккумуляторный локомотив ЭМКА2. Такие электровозы станут первыми серийными машинами в нашей стране.
Уникальный маневровый контактно-аккумуляторный локомотив ЭМКА2
Фото: Предоставлено АО «ТМХ»
Уникальный маневровый контактно-аккумуляторный локомотив ЭМКА2
Фото: Предоставлено АО «ТМХ»
Преимущества железной дороги перед другими видами транспорта обеспечиваются в первую очередь за счет широкого использования электрической тяги, которая исключает загрязнение воздуха. В современной индустрии транспортного машиностроения появилась необходимость в создании еще более эффективных и экологически чистых транспортных средств. Эти аспекты нашли свое отражение в Стратегии экологической безопасности Российской Федерации до 2025 года.
Для решения этих задач с 2019 года компания ТМХ совместно с «Российскими железными дорогами» (РЖД) и «Роснано» приступила к созданию инновационного маневрового контактно-аккумуляторного локомотива, оснащенного гибридным приводом на отечественных литий-ионных аккумуляторах энергии. Он получил название ЭМКА2.
Как испытывали тягу
ЭМКА2 — первый в современной России и один из первых в мире маневровых локомотивов, использующих как контактную сеть, так и аккумуляторы. До появления в современной истории российского машиностроения этого электровоза технические регламенты не содержали такого понятия, как «маневровый электровоз». Оно введено именно вместе с созданием ЭМКА2. В СССР серийно выпускались только два локомотива такого класса — ВЛ41 (в 1963–1964 годах) и ВЛ26 (в 1966–1967 годах).
Новый локомотив ТМХ предназначен для работы в депо и на пассажирских вокзалах. Это особенно важно на крупных железнодорожных узлах, где работа дизельных двигателей может негативно сказываться на окружающей среде. Локомотив может также эксплуатироваться в условиях промышленных предприятий. Электровоз способен работать от контактной сети или от бортового накопителя энергии. Специальная зарядная инфраструктура для локомотива не требуется.
По словам заместителя генерального директора по техническому развитию ТМХ Михаила Рожкова, ЭМКА2 очень важный и востребованный продукт с точки зрения технического развития ТМХ.
«Приобретение новых компетенций в разработке традиционного, перспективного подвижного состава в период все более и более повышающихся требований как по экологии, так и в части обеспечения безопасности движения станет фундаментом унифицированного, современного, безопасного подвижного состава»,— подчеркнул он.
Первый опытный образец ЭМКА2 под номером 001 изготовлен в 2022 году на Новочеркасском электровозостроительном заводе ТМХ. Локомотив успешно прошел испытания на территории завода, на экспериментальном кольце в Щербинке и на скоростном испытательном полигоне АО ВНИИЖТ в городе Белореченске.
Летом 2023 года произвели второй образец локомотива под номером 002, который был представлен на Международном железнодорожном салоне «PROДвижение. Экспо — 2023».
В марте 2024 года ЭМКА2 получил сертификат соответствия Евразийского экономического союза (ЕАЭС) на пять лет. Документ подтверждает соответствие требованиям технического регламента Таможенного союза «О безопасности железнодорожного подвижного состава» и дает право на серийный выпуск локомотивов и их эксплуатацию на территории ЕАЭС. Это стало еще одним важным шагом в развитии и внедрении инновационных технологий в железнодорожной отрасли.
Заместитель генерального директора по техническому развитию «Трансмашхолдинга» Михаил Рожков
Фото: Предоставлено АО «ТМХ»
Заместитель генерального директора по техническому развитию «Трансмашхолдинга» Михаил Рожков
Фото: Предоставлено АО «ТМХ»
А в чем инновации
Свыше 90% компонентов ЭМКА2 производится в России, а степень технической новизны у локомотива крайне высока. Это первый электровоз, в котором реализовано сразу семь возможных режимов работы — тяга от контактной сети, тяга от накопителя, выбег, рекуперация электроэнергии в сеть, рекуперация в накопитель, тяга одновременно с зарядкой и зарядка на стоянке. Все эти режимы конструктивно предусмотрены схемотехникой его тягового преобразователя и системой управления.
ЭМКА2 построен на новой платформе маневровых локомотивов ТМХ с высокой степенью унификации с новым маневровым тепловозом ТЭМ23, который сертифицирован в 2023 году. Оба локомотива выполнены в едином корпоративном стиле, с использованием единых принципов построения модульной конструкции с унифицированной кабиной машиниста и тележкой.
Одной из ключевых особенностей ЭМКА2 является его модульная конструкция. На раме локомотива располагаются модули пневматического оборудования, кабины машиниста, аппаратного, вспомогательного, тягового накопителя энергии и локомотивного преобразователя. Локомотив имеет два компрессора, общей производительностью 7 м3/мин, которые расположены в пневматическом и вспомогательном модулях.
Мощность четырехосного ЭМКА2 в часовом режиме при работе от сети составляет 500 кВт, от аккумулятора — 300 кВт. Конструкционная скорость — 90 км/ч, при работе от контактной сети — 11,1 км/ч, от аккумулятора — 6,7 км/ч. Срок службы электровоза — 40 лет.
Состояние накопителя и ряд других показателей работы локомотива возможно мониторить удаленно. Как и в ТЭМ23, в ЭМКА2 заложена возможность интеграции систем автоматического управления «Автомашинист» и бортовой предиктивной диагностики.
Но главная инновация заключается в том, что ЭМКА2 оборудован асинхронным тяговым электроприводом с возможностью работы от контактной сети постоянного тока 3 кВ и бортовой литий-ионной аккумуляторной батареей в режиме автономного хода. Бортовая тяговая аккумуляторная батарея может заряжаться при движении как от контактной сети, так и от системы электродинамического торможения.
Тяговый накопитель разработан российской компанией ООО «Литэко» (дочерняя структура «Роснано»). Его расходуемая энергоемкость — 254 кВт/ч. Запас автономного хода на аккумуляторах с поездом массой 2 тыс. тонн составляет до 20 км, а без вагонов — до 100 км. Накопитель выполнен на основе аккумуляторов типа LFP (литий-железо-фосфатные). Согласно расчетам производителя, ресурс аккумуляторов составляет не менее пяти лет.
Тяговый преобразователь разработан ООО «ТМХ Инжиниринг» (входит в ТМХ). Устройство совмещает в своей конструкции функции тягового преобразователя, преобразователя собственных нужд и зарядно-разрядного устройства тягового накопителя.
Асинхронный тяговый электродвигатель ДТА-125, мощностью 125 кВт, выпускается компанией ООО «ТМХ-Электротех» (структура ТМХ). Он более чем на 90% унифицирован с электродвигателем ДТА-200Т маневрового тепловоза ТЭМ23.
По словам Михаила Рожкова, по сравнению с обычными маневровыми тепловозами электровоз ЭМКА2 не требует экипировки топливом и дизельным маслом, не генерирует вредных выбросов и повышенного шума при работе. «Затраты на топливно-энергетические ресурсы при эксплуатации ЭМКА2 в 4–6 раз ниже, чем при выполнении той же работы маневровым тепловозом»,— добавил он.
С 2025 года планируется серийное производство 130 единиц электровозов ЭМКА2. Они должны поступить в адрес РЖД в течение шести лет после приемки первой машины. Это крупнейшая поставка аккумуляторных локомотивов в мировой практике.