British Rail Class 74

Введение

Британский локомотив

История

В 1958 году на заводе British Rail в Донкастере было построено 24 локомотива класса 71 (до TOPS типа HA). Десять из них были признаны избыточными и были помещены на склад в 1964 году. Работа по преобразованию этих двигателей в электродизели изначально должна была быть проведена на заводе Southern Region в Истли, но их участие в новых EMU для электрификации Борнмута означало, что Crewe Works был выбран для реконструкции. Избыточные локомотивы были перевезены в группах в Крю, где они были перестроены в электродизели типа HB/Class 74; первый перестроенный образец, работающий на собственной энергии, был доставлен из Крю в Стьюартс-Лейн 10 ноября 1967 года. Были установлены букеи-соединители и высокоуровневые, или "багпайп", контрольные и тормозные перемычки для облегчения работы с другими элементами EP, особенно с агрегатами TC в режиме толкания и тяги. Также на крыше кабины были установлены двухтонные "распберри" воздушные рога, заменившие оригинальный воздушный свисток локомотивов класса 71. Они были предназначены специально для использования на лодочных поездах в Саутгемптон и Веймут, поскольку оба маршрута включали участки неэлектрифицированных путей и трамваев вдоль общественных дорог. Предполагалось исключить смену локомотивов (в Истли (для Саутгемптона) или Борнмуте), а их двойная мощность значительно ускорит сроки и уменьшит операционную сложность. Первоначально планировалось, что они будут номероваться E7001E7010, но после перестройки они были пронумерованы E6101E6110. Позже им были присвоены номера TOPS 7400174010.

Электроснабжение

Как и первые электрические локомотивы SR DC (класс 70), класс 74 использовал набор усилителей (комбинация двигателя-генератора и маховика) для преодоления проблемы разрыва. Усилитель 836/2D был разработан компанией English Electric для использования в классе 71, и он был сохранен при перестройке, хотя соображения веса означали, что сборка маховика, отдельный вспомогательный генератор и вентиляторы тягового двигателя были удалены (последнее привело к решению снизить цену тяговых двигателей). Компактный размер бустера позволял размещать в корпусе небольшой дизельный двигатель и генератор (в отличие от двух бустеров класса 70 в классах 71 и 74 использовался только один бустер). Таким образом, эти локомотивы могли работать либо с третьей рельсовой подачи на 650 В постоянного тока (Восточные и Центральные секции), 750 В постоянного тока (Западный раздел) или с их Paxman 6YJXL "Ventura" дизельного двигателя, сниженного до 650 л.с. в целях продления интервалов обслуживания. У BR уже было 77 локомотивов, использующих эту модель двигателя; 57 Class 14 и еще 20 Class 29. Пантограф класса 71 для сбора тока в воздухе не был сохранен.

Осложнения при восстановлении

Корпусы локомотивов класса 71 не были спроектированы как конструктивные компоненты, способные нести любой вес, следуя принципу более ранних конструкций, в котором основной структурным элементом локомотива был подколенный каркас, а корпус служил в основном для устойчивости к воздействию атмосферы. В августе 1966 года, после первоначального разборки и исследования E5016, инженеры были вынуждены пересмотреть конструкцию, когда стало очевидно, что запланированные изменения оборудования не могут быть приняты. Хотя в какой-то момент было высказано мнение, что тело должно быть разделено и удлинено, проблема была в конечном итоге решена путем восстановления тел с рамкой Уоррена и выдвижными элементами для поддержки изогнутой кожи тела. Для увеличения дневного освещения в машинном отделении были установлены полупрозрачные панели крыши. Также были внесены изменения в расположение групп охладителей, резервуаров для воды и глушителей выхлопных газов.

Электронный контроль тяги

Для получения источника питания постоянным током, управляемого выпрямителями, требуется источник питания переменным током. Следовательно, существующий вспомогательный генератор был переоборудован в трехфазный генератор с автоматическим регулятором напряжения. Эта схема позволяет лучше контролировать тяговый ток по сравнению с обычными реостатическими системами и позволяет точно контролировать запуск поезда. Система также функционировала как форма защиты от скольжения колес, регулируя напряжение тягового тока и подачу через все тяговые двигатели локомотива одновременно. Обычно водитель должен поддерживать тяговое усилие значительно ниже предела привязки рельса, чтобы дать себе время реагировать на скольжение колеса. Системы постоянного тока класса 74 разработаны таким образом, чтобы водитель мог применять мощность, очень близкую к пределу сцепления, а выходная мощность усилителя регулируется таким образом, чтобы максимальный ток любой группы тяговых двигателей не превышал выбранное значение. Таким образом, даже когда одна ось начинает скользить, напряжение по всей группе двигателей не может повышаться, потому что ток в нескользящих двигателях фиксирован. Когда один мотор начинает скользить, его потребление тока падает (электромоторы используют наибольший ток при застое и наименьший при свободном ходу), что обеспечивает больше тока для нескользящего мотора. Напряжение падает пропорционально, и двигатель сдвига, теперь частично лишенный мощности, начинает замедляться, что останавливает сдвиг и возвращает тяговую систему в состояние, в котором она была до сдвига; таким образом, крутящий момент может быть сохранен в точке, непосредственно ниже точки разрыва трения. Регулятор мощности, хотя и способен к бесконечной изменчивости, был заделан так, чтобы локомотивы 74 класса могли работать с локомотивами 73/1 класса и любыми электропневматически управляемыми (код сцепления "Blue Star") дизельными локомотивами типа 2, 3 или 4. Для замедленного регулирования скорости шассирования и сцепления были предусмотрены две выемки постоянного напряжения. Три дополнительных выреза, расположенных в диапазоне мощности, соответствуют последовательности "серийный, параллельный, слабое поле" (2, 3 и 4), используемой на контроллерах мощности для многоуровневых блоков. Контрольное оборудование было разработано в соответствии с принципом "линейного заменяемого блока" (LRU) и состояло из "подложки" с платами и оборудованием, расположенными в двух шкафах. Первый содержит обычные выключатели, реле, реверсоры и так далее. Вторая также содержала стандартное оборудование, но дополнительно включала сложные электронные схемы управления, которые в конечном итоге были неразработанными для класса. Подносы оборудования были оборудованы испытательными соединителями и могли легко входить и выходить из соответствующего шкафа, когда локомотив был выключен. Персонал технического обслуживания был снабжен испытательными блоками, которые подключались к лоткам и сравнивали электрические сигналы и стимулы на испытательном гнезде с проектными значениями. Если обнаруживалась какая-либо аномалия, весь локомотив заменяли, и локомотив теоретически мог быть возвращен в эксплуатацию с минимальными нарушениями. Теория, однако, не полностью учитывала тот факт, что неисправности в одном лотке могут возникать только в сочетании с неисправностями в других лотках, что иногда приводит к тому, что локомотивы не работают в течение длительного периода времени, пока не были проведены углубленные расследования. Тем не менее, достижения в области технологий регулирования мощности, особенно в области твердотельной электроники, позволили в течение десяти лет другим производителям и операторам надежно внедрить аналогичные системы.

Obtaining a DC supply controlled by rectifiers requires an AC power source. Consequently, the existing auxiliary generator was converted to a three phase alternator with automatic voltage regulator. This arrangement gives improved control of traction current over conventional rheostatic systems and permits fine control when starting a train. The system also functioned as form of wheel slip protection by regulating traction current voltage and supply across all the locomotive's traction motors at once. Normally a driver has to maintain tractive effort well below the rail adhesion limit to give themselves time to respond to wheel slip. The constant current systems of Class 74 were designed to allow the driver to apply power very near the limit of adhesion and the booster output is regulated in such a way that the maximum current of any traction motor group does not exceed the selected value. Thus, even when one axle starts slipping, the voltage across the whole group of motors cannot rise because current in the non slipping motors is fixed. As one motor begins to slip, its current consumption drops (electric motors use greatest current when stalled and least while free running) which provides more current for the non slipping motor. The voltage drops proportionately and the slipping motornow partly deprived of powerbegins to slow, which stops the slipping and returns the traction system to the state it was in before slip set in; thus torque can be maintained at a point just below friction break away. The power controller, though capable of infinite variability, was notched so that Class 74 locomotives could work with Class 73/1s and any electro pneumatically controlled ('Blue Star' coupling code) Type 2, 3, or 4 diesel locomotive. Two constant voltage notches were provided for slow speed control of shunting and coupling up. Three further notches spaced out over the power range corresponded to the 'Series, Parallel, Weak Field' (2, 3 & 4) progression used on power controllers for multiple unit stock. Control equipment was designed on the 'Line Replaceable Unit' (LRU) ethos and consisted of 'trays' of circuit boards and equipment arranged in two cabinets. The first contained the usual circuit breakers, relays, reversers, and so forth. The second also housed standard equipment but additionally included the complex electronic control circuits that ultimately were the un doing of the class. The equipment trays were equipped with test connectors and could be slid into and out of the relevant cabinet with ease when the locomotive was shut down. Maintenance staff were provided with testing units that would connect to the trays and compare the electrical signals and stimuli on the test socket with the design values. If any anomaly was detected, the whole tray was replaced and the locomotive couldin theorybe returned to service with minimal disruption. The theory, however, did not fully account for the fact that faults in one tray might only present themselves in combination with faults on other trays, which sometimes lead to locomotives being kept out of service for long periods of time while in depth investigations were undertaken. Nevertheless, advances in power control technologyparticularly solid state electronicsallowed similar arrangements to be adopted reliably by other manufacturers and operators within ten years' time.