Modula — модульный гибридный локомотив нового поколения

Компания Vossloh Rolling Stock со штаб-квартирой в Киле (Германия) с 2019 г. является дочерним предприятием китайской CRRC ZELC, входящей в состав корпорации CRRC. В 2022 г. на выставке InnoTrans в Берлине Vossloh Rolling Stock представила прототип гибридного локомотива Modula, который позиционируется как машина нового поколения с возможностью многократных модернизаций в течение жизненного цикла.

Содержание

1. Варианты исполнения локомотивов Modula
2. Поддержка заказчиков
3. Новый подход к техническому обслуживанию
4. Сервисная компания IMATEQ

Рынок маневровых и маневрово-вывозных локомотивов является не только нишевым, но и охватывает клиентуру с самыми разными требованиями к этим машинам. Поэтому компания Vossloh Rolling Stock, образованная более 150 лет назад, всегда старалась разрабатывать технологические платформы, на основе которых выпускались локомотивы, адаптированные к специфическим требованиям заказчиков. Это касалось как машин с гидравлической передачей мощности, так и тепловозов с электрической передачей, наиболее современным и успешным из которых является локомотив DE 18 (у этого локомотива также есть гибридное исполнение с тяговыми аккумуляторами в дополнение к дизелю). В них были реализованы многочисленные специфические технические решения для учета разных условий маневровой и перевозочной работы, но использовались общие основные элементы — рама, тележки, пульт управления, тормозные системы и т. п.

При разработке технологической платформы Modula специалисты Vossloh Rolling Stock пошли еще дальше, и теперь появилась возможность не только выбирать источники энергии для тяги, но и за счет наличия стандартизированных интерфейсов многократно переоборудовать локомотив в течение жизненного цикла, значительно увеличивая тем самым срок его службы. При этом для повышения эксплуатационной готовности и надежности локомотивов изготовитель впервые внедрил интеллектуальную систему управления и диагностики (TCMS), позволяющую реализовать концепцию прогнозного технического обслуживания, что может существенно сократить эксплуатационные расходы на единицу пробега локомотива.

По мнению компании Vossloh Rolling Stock, основными достоинствами локомотивов Modula, в частности, являются:

• прочная конструкция с капотной компоновкой;
• оптимизированная концепция, учитывающая требования широкого круга заказчиков;
• увеличение мощности локомотива до 2500 кВт при питании от контактной сети переменного тока с целью расширения возможностей применения в том числе для тяги поездов на магистральных линиях;
• простая и гибкая интеграция современных и перспективных источников энергии;
• высокая эксплуатационная готовность за счет применения на локомотиве двух источников энергии;
• дистанционный доступ к данным о состоянии локомотива при помощи облачных технологий.

Варианты исполнения локомотивов Modula

Механическая часть локомотива Modula представляет собой эволюционное развитие тепловоза DE 18. Ключевым отличием от DE 18 стала модульная архитектура, при которой могут быть выбраны (или заменены) отдельные модули дизельного двигателя с топливным баком, тяговых аккумуляторов, токоприемника, тягового трансформатора и т. п. (рис. 1). В каждой конфигурации предусмотрены два источника энергии, подбор которых определяется специфическими потребностями заказчика. Эти энергетические модули интегрируются в общую систему через унифицированные интерфейсы, что позволит в будущем перейти на новые источники энергии. Тяговый преобразователь при этом остается неизменным.

Рис. 1. Модули локомотивов Modula разных конфигураций

В настоящее время имеются две конфигурации локомотивов для поездной и маневровой работы — Modula EDD (питание от контактной сети и двух дизельных двигателей) и Modula EBB (питание от контактной сети и двух модулей тяговых аккумуляторных батарей). В локомотивах обеих конфигураций предусмотрено питание от контактной сети переменного тока напряжением 15 или 25 кВ, а в конфигурации Modula EBB — также от контактной сети постоянного тока напряжением 1,5 кВ.

В классической конфигурации Modula EDD с комбинированным приводом (контактная сеть плюс дизель) установлены два дизельных двигателя мощностью 480 кВт каждый, позволяющие обеспечить тягу поездов при движении по неэлектрифицированным участкам. При этом Vossloh Rolling Stock использует шестицилиндровые дизельные двигатели типа D3876 6 компании MAN, серийно выпускаемые большими партиями, предназначенные для грузовых автомобилей и отличающиеся низким уровнем вредных выбросов по стандарту EU Stage V, высокой энергоэффективностью и возможностью использовать новое синтетическое биотопливо.

Локомотив Modula EBB наряду с силовым оборудованием, требуемым для питания от контактной сети, оснащен двумя тяговыми литий-титанатными аккумуляторами емкостью 175 кВт·ч каждый. Они обеспечивают длительную мощность 500 кВт на ободе колеса. Эти аккумуляторные батареи отличают повышенная безопасность и длительный срок службы с возможностью работы в широком диапазоне температур окружающей среды. Тяговые аккумуляторы могут подзаряжаться от контактной сети при движении локомотива или во время его остановки. Кроме того, предусмотрена возможность их подзарядки от внешнего источника электропитания через специализированный разъем.

Имеются также гибридные локомотивы Modula BDD с двумя дизельными двигателями мощностью по 480 кВт и тяговым аккумулятором емкостью 160 кВт·ч и мощностью 300 кВт, размещенным под кузовом локомотива. Такой локомотив предназначен для эксплуатации на участках без контактной сети с возможностью работы без вредных выбросов в зонах, где необходимо избегать загрязнений воздуха.

Технические данные конфигураций локомотивов Modula приведены в таблице, тяговые характеристики — на рис. 2.

Рис. 2. Тяговые характеристики локомотивов Modula разных конфигураций

Независимо от выбранной конфигурации предусмотрена рекуперация энергии при торможении для подзарядки тяговых аккумуляторов или возвращения в контактную сеть. Кроме того, машинист может оперативно переключаться с одного источника энергии на другой, чтобы оптимально использовать железнодорожную инфраструктуру.

Поддержка заказчиков

Для облегчения клиентам выбора той или иной конфигурации локомотива компания Vossloh Rolling Stock разработала имитационную модель, учитывающую параметры полигона эксплуатации, график движения и массу поезда. Эта модель позволяет определить расход энергии на тягу, эксплуатационные расходы, дальность хода при использовании разных источников энергии и тем самым предложить заказчику оптимальный вариант. При изменении условий эксплуатации имитационная модель позволяет определить требуемые меры по адаптации локомотива или изменению его конфигурации. Таким образом, заказчик будет длительное время эксплуатировать локомотив, удовлетворяющий его меняющимся потребностям.

В ближайшей перспективе компания Vossloh Rolling Stock может пополнить семейство Modula локомотивами конфигурации Modula BFC, в которых в качестве источников энергии будут использоваться водородные топливные элементы в сочетании с тяговыми аккумуляторами.

В мае 2023 г. на выставке transport logistic в Мюнхене между Vossloh Rolling Stock и грузовым оператором duisport rail, обслуживающим порт Дуйсбурга, было подписано соглашение о намерениях, предусматривающее поставку двух локомотивов с водородными топливными элементами и двух локомотивов конфигурации Modula EBB, которые будут использоваться для маневровой работы вместо тепловозов. Локомотивы Modu­­la BFC рассматриваются как развитие гибридных машин Modula BDD, в них также пре­дусмотрено подкузовное размещение тяговых аккумуляторов. В создании таких локомотивов с топливными элементами и инфраструктуры для их заправки водородом специалисты Vossloh Rolling Stock сотрудничают с коллегами из материнской компании CRRC ZELC, которые уже располагают опытом создания и эксплуатации таких машин, поставленных разным заказчикам.

Новый подход к техническому обслуживанию

Снижению расходов на эксплуатацию локомотивов Modula разных конфигураций способствует не только их надежная конструкция с использованием проверенных компонентов, но и инновационная концепция сервиса. Новая система управления и диагностики локомотива позволяет выполнять его обслуживание с применением технологий дополненной реальности. Многочисленные датчики осуществляют мониторинг технического состояния компонентов локомотива, которое анализируется по предельным значениям параметров и с использованием логических зависимостей между измеряемыми величинами.

Сведения о техническом состоянии локомотива выводятся на дисплей в кабине машиниста. В частности, они охватывают:

• статус различных компонентов;
• эксплуатационные показатели (скорость движения, пробег, силу тяги и т. п.);
• расстояние до пункта завершения рейса;
• режим питания тягового оборудования;
• остаточную емкость накопителей энергии;
• сведения о нарушениях в работе устройств.

В перспективе предусмотрено реализовать функции автоведения в режиме советчика машиниста с оптимизацией расхода энергии на тягу. При возникновении отказов имеется возможность быстро определить причины неисправности и найти решение для ее устранения силами специалистов технических центров заказчика и поставщика. Непрерывный анализ собираемых данных о состоянии локомотива позволяет предупредить потенциальные проблемы, своевременно спланировать мероприятия по их устранению и сократить тем самым время простоя машины в депо. При этом все процедуры и документация полностью прозрачны для всех участников в соответствии с концепцией современных систем управления внутрикорпоративным контентом (ECM).

Такая новая концепция по сравнению с традиционным регламентным техническим обслуживанием позволяет более гибко и с меньшими расходами обслуживать локомотивы, основываясь на данных о пробеге и длительности работы каждой машины с оптимальным использованием срока службы ее компонентов.

Новая система управления и диагностики рассчитана на интеграцию в будущем новых функций, таких как поддержка цифровой автосцепки DAC, обновление через облачный сервер или автоведение. В ней используется унифицированная система шин передачи данных, что обеспечивает хорошую масштабируемость бортовой сети, быструю и простую техническую поддержку программного обеспечения, высокую скорость передачи данных, включая поток видеоинформации и улучшенную киберзащищенность.

Сервисная компания IMATEQ

Для технического обслуживания и ремонта локомотивов компания Vossloh Rolling Stock и французская Socofer в 2015 г. образовали совместное предприятие IMATEQ, располагающее сервисными мощностями в Германии, Франции и Италии. Кроме того, в Швеции для обслуживания локомотивов Vossloh Rolling Stock привлекает местных партнеров.

Депо компании IMATEQ дооснащены оборудованием для обслуживания локомотивов Modula в конфигурациях EDD и EBB, предусматривающих питание от контактной сети. В частности, в июле 2023 г. в депо Ривалта-Скривиа на севере Италии смонтирован испытательный стенд с жесткой контактной подвеской постоянного тока напряжением 1,5 кВ и 3 кВ для статических испытаний электрооборудования электровозов. Здесь планируется испытывать эксплуатируемые в Италии локомотивы, построенные не только Vossloh Rolling Stock, но и другими изготовителями. Конструкция стенда допускает тиражирование и быструю адаптацию к условиям других депо компании IMATEQ.

А. Ефремов

В статье использованы материалы компаний Vossloh Rolling Stock (www.vl-rs.com), Socofer (www.socofer.com) и IMATEQ (www.imateq.fr); Eisenbahntechnische Rundschau, 2024, № 5, S. 50 – 54.

Эта статья опубликована в журнале «Железные дороги мира», 2024, № 7.