Магистральный двухсекционный тепловоз 2ТЭ116 мощностью 2х3060 л.с., предназначенный для грузовой службы на железных дорогах СССР, сконструирован Ворошиловградским тепловозостроительным заводом (ныне Луганским) в содружестве с заводами: тепловозостроительным им. Куйбышева (г. Коломна), транспортного машиностроения им. Малышева, Электротяжмаш им. Ленина, «Электромашина» (г. Харьков) и отраслевыми институтами тепловозостроения (ВНИТИ) и Министерства путей сообщения ЦНИИ МПС (ныне ВНИИЖТ).
Начало строительству нового семейства грузовых магистральных тепловозов, первый образец которых был построен в 1971, было положено «Основными направлениями развития народного хозяйства СССР на 1976—1980 годы», в которых предусмотрено освоение выпуска двухсекционных грузовых магистральных тепловозов мощностью 8000 л.с.
Тепловоз 2ТЭ116 стал следующим этапом развития локомотива с четырехтактным дизелем и передачей переменно-постоянного тока К проектированию тепловоза конструкторы завода приступили в августе 1970 г., рабочие чертежи поступили в цехи уже через 3-4 месяца, а в начале 1971 г. – в канун открытия XXIV съезда КПСС – тепловоз 2ТЭ116-001 доставил из Донбасса в Москву сверхплановый эшелон угля. При проектировании тепловоза 2ТЭ116 были использованы многие элементы ранее построенных тепловозов ТЭ109.
Тепловоз 2ТЭ116 состоит из двух одинаковых однокабинных секций, управляемых с одного (любого) поста кабины и соединённых автосцепкой СА-3. При необходимости каждая из секций может быть использована как самостоятельный тепловоз. Для перехода из секции в секцию в задней стенке секций имеются двери и переходная площадка, закрытая резиновым суфле. Все силовое и вспомогательное оборудование расположено в кузове, выполненном с несущей главной рамой.
Съемные секции крыши с расположенными в них фильтрами воздуха позволяют свободно производить выемку из кузова основного силового оборудования. Просторная и светлая кабина, высокоэффективная термоизоляция ее и наличие разделительных тамбуров создают благоприятные условия для работы локомотивной бригады. Передние окна кабины с широкими безосколочными стеклами обеспечивают хорошую видимость пути. Кабина оборудована кондиционером, отопительно-вентиляционной установкой, скоростемером, локомотивной сигнализацией и автостопом непрерывного действия.
Кабины машиниста собираются отдельно и привариваются к обносному швеллеру главной рамы. Для получения расчетного веса тепловоза и хорошего распределения нагрузок по колесным парам в раме кузовов тепловозов, начиная с № 118, размещен балласт (по два балласта массой 1347, 2721 и 490 кг на секцию, т. е. всего 9116 кг на секцию).
Кузов тепловоза с несущей рамой спроектирован заново и в отличие от кузова тепловоза ТЭ109 полностью использует габарит железных дорог колеи 1520 мм (1-Т). Трехосные бесчелюстные тележки тепловозов 2ТЭ116 по конструкции, основным размерам и тормозному оборудованию не отличаются от тележек тепловозов 2ТЭ10В (диаметр колес при новых бандажах 1050 мм, передаточное число тягового редуктора 75:17=4,412, модуль зубчатых колес 10; статический прогиб рессорного подвешивания 126 мм). Бесчелюстные тележки, впервые примененные еще в 1963 г. на опытных тепловозах 2ТЭ10Л (выпускались также в 1971 —1973 гг.), были использованы на тепловозах 2ТЭ116 и только потом уже на тепловозах 2ТЭ10В. Редуктор от тяговых электродвигателей односторонний, жесткий, передаточное отношение 17:75=1:4,412.
На тепловозе установлены одинаковые с тепловозом ТЭ109 дизели (1А-5Д49), тяговые генераторы (ГС-501А), возбудители (ВС-650), стартер-генераторы (СТГ-5), аккумуляторные батареи (68ТПЖНК-250). Для выпрямления тока использованы установки УВКТ-5, имеющие в каждом плече десять параллельных цепей, в которые включено по два вентиля ВЛ-200-8 последовательно. Общее количество вентилей установки – 240. На средней части главной рамы кузова тепловоза установлена дизель-генераторная установка 1А-9ДГ, состоящая из дизеля 1А-5Д49 Коломенского тепловозостроительного завода и синхронного тягового генератора ГС-501А Харьковского завода «Электротяжмаш» им. В. И. Ленина. Масса дизель-генератора (сухого) с установленными на нем возбудителем и стартер-генератором в зависимости от материала корпусов приводов (алюминий или чугун) составляет 25 000— 26 000 кг.
Дизель и тяговый генератор смонтированы на единой поддизельной раме сварной конструкции и соединены между собой полужесткой пластинчатой муфтой. В разные годы над созданием модельного ряда дизелей типа Д49 работал коллектив Коломенского тепловозостроительного завода во главе с главными конструкторами Абрамовым С.А. (1955-1966), Мерлисом П.М. (1966-1969), Никитиным Е.А.(1969-2001), ставшим в 1989 г. Лауреатом Государственной премии. Дизель 5Д49 принадлежит к унифицированному ряду ЧН26/26, что означает — четырёхтактный с газотурбинным наддувом, диаметр цилиндра и ход поршня 260 мм. При частоте вращения вала 1000 об/мин дизель развивает полную мощность 3060 л. с. (2250 кВт); минимальная частота вращения вала 360 об/мин. В цилиндры дизеля подается с помощью газотурбинной установки предварительно охлажденный воздух под давлением 1,35- 1,5 кгс/см3. Коленчатый вал двигателя выполнен из высокопрочного чугуна. На дизеле установлен объединенный регулятор (частоты вращения вала и нагрузки) типа 7РС, автоматически поддерживающий заданный режим работы дизеля. Расход топлива дизелем при полной мощности составляет 151 — 158,5 г/(э.л.с ч). Масса сухого дизеля 17 650 кг. Водяная система охлаждения дизеля двухконтурная; в каждом контуре имеются свои водяной насос и радиаторы. В одном контуре циркулирует вода, омывающая цилиндры дизеля, во втором — вода, охлаждающая наддувочный воздух и масло.
Управление дизелем – электрическое дистанционное при помощи установленных на регуляторе дизеля четырёх электромагнитов, получающих питание от контроллера машиниста и включающихся в различных комбинациях. Управление тепловозом осуществляется контроллером машиниста, имеющим реверсивную и главную рукоятки.
Вал дизеля с помощью муфты соединен с валом тягового генератора ГС-501А, который представляет собой двенадцатиполюсную машину переменного тока с двумя трехфазными обмотками на статоре, сдвинутыми друг относительно друга на 30 электрических градусов. Изоляция обмоток статора класса Н, катушек ротора — класса В. Катушки ротора в сборе пропитаны эпоксидным компаундом и имеют изоляцию «Монолит-2» класса F. Активная мощность генератора при частоте вращения вала 1000 об/мин 2190 кВт, линейное напряжение 290/535 В, действующее значение линейного тока 2X2350/2X1330 А; частота тока 35—100 Гц. Масса генератора 6000 кг.
Схема электрической передачи — стандартная советская переменно-постоянного тока, реализованная также на тепловозах ТЭП70, 2ТЭ121, ТЭМ7.
На базе АСУБ «Локомотив» в 1993–94 годах разработана и принята к внедрению унифицированная микропроцессорная система управления электропередачей и электроприводом тепловозов (УСТА).
Тепловоз оборудован электрическим, пневматическим или электропневматическим и ручным тормозами, а также рычажной тормозной системой с двухсторонним нажатием тормозных колодок, реостатным тормозом, применяемым при высоких скоростях движения. На каждой секции тепловоза установлены компрессор КТ-6Эл с приводом от электродвигателя постоянного тока и четыре главных резервуара по 250 л каждый
На тепловозах более позднего времени выпуска установлено дополнительное оборудование для автоматического торможения секций в случае их саморасцепа.
В 1976 г. кран машиниста № 394 и воздухораспределитель № 270-005 были заменены краном № 395-00-3 и воздухораспределителем № 483.000.На тепловозах с № 532 введена осушка сжатого воздуха; на тепловозах с № 759 применяется реостатный пуск электродвигателей компрессоров и задержка прокачки масла после остановки дизеля. Электродвигатель ЭДТ-5 для привода компрессоров заменен электродвигателем 2П2К (37кВт). На отдельных тепловозах 2ТЭ116 применялись конструктивные решения, требовавшие проверки в эксплуатационных условиях. Так, на тепловозе № 348 были установлены тяговые электродвигатели ЭД-125, представляющие собой усовершенствованный тип электродвигателей ЭД-118А и предназначенные в дальнейшем для замены последних; этот тепловоз в 1978 г. поступил в депо Свердловск-Сортировочный. На базе электродвигателя ЭД-125 завод «Электротяжмаш» им. В.И.Ленина создал впоследствии электродвигатели ЭД-125Б.
После выпуска тепловоза №001 Ворошиловградский завод изготовил в 1971 г. еще два тепловоза, в 1972 г. – 19 и в 1973 г. – 23 локомотива. Первые тепловозы были выпущены с высокой крышей над кабиной, с 1973 г. её изменили, чтобы использовать на тепловозах 2ТЭ10В. С тепловоза №742 кабину изменили ещё раз. Не меньше 11 тепловозов имели дизели 2Д70.
На тепловозах 2ТЭ116 проведен ряд изменений конструкции для повышения надежности работы отдельного оборудования и поиска наиболее приемлемых для эксплуатации технических решений. Так, на тепловозах №002, 011, 020, 030, 076 были установлены дизели 2Д70 с такими же параметрами, как и дизели тепловозов 2ТЭ40. С тепловоза № 26 вместо двухпружинного рессорного комплекта, дающего статический прогиб 101 мм, стали устанавливать трехпружинные комплекты со статическим прогибом 126 мм. С тепловоза №052 вместо тяговых электродвигателей ЭД-107А применены электродвигатели ЭД-118А, как и на тепловозах 2ТЭ10В. Аккумуляторные батареи 68ТПЖНК-250 заменены на батареи 48ТН-450. С тепловоза №026 вместо мотор-вентилятора МВ-2 ставились мотор-вентиляторы МВ-1 с уменьшенным с 21,5 до 18 углом наклона лопаток, а с тепловоза № 043 — мотор-вентилятор МВ-11.
На тепловозах до № 728 (кроме № 715, 717, 720, 725) установлены дизель-генераторы 1П-9ДГ первого исполнения, начиная с № 728 (1982 г.) – второго исполнения (1А-9ДГ2) с дизелями 1А-5Д49-2; последние имеют стальные коленчатые валы с противовесами на каждой щеке, блок цилиндров с плоским стыком подвесок, поршни с повышенной газоплотностью, усовершенствованную систему маслоснабжения с двумя насосами и другие улучшения.
На дизелях тепловозов до № 740 устанавливался объединенный регулятор 7РС-2, который не имел устройства для ограничения подачи топлива в зависимости от давления наддувочного воздуха и защиты дизеля при падении давления масла. На тепловозах с № 740 по № 800 устанавливался объединенный регулятор 3-7РС-2, имеющий устройство для ограничения подачи топлива в зависимости от давления наддувочного воздуха; на тепловозах с № 801 применен регулятор 4-7РС-2, имеющий также и защиту дизеля при падении давления масла.
В 1978 г. была изменена конструкция опор кузова на тележки; применены так называемые комбинированные опоры, у которых нижняя часть выполнена в виде роликов, помещенных между опорными плитами, а верхняя состоит из семи резинометаллических элементов. Такая конструкция опор стала использоваться также на тепловозах 2ТЭ10В, 2ТЭ10М, ЗТЭ10М, 4ТЭ10С.
В 1976 г. кран машиниста № 394 и воздухораспределитель № 270-005 были заменены краном № 395-00-3 и воздухораспределителем № 483.000.
На тепловозах с № 532 введена осушка сжатого воздуха; на тепловозах с № 759 применяется реостатный пуск электродвигателей компрессоров и задержка прокачки масла после остановки дизеля. Электродвигатель ЭДТ-5 для привода компрессоров заменен электродвигателем 2П2К (37 кВт).
На отдельных тепловозах 2ТЭ116 применялись конструктивные решения, требовавшие проверки в эксплуатационных условиях. Так, на тепловозе № 348 были установлены тяговые электродвигатели ЭД-125, представляющие собой усовершенствованный тип электродвигателей ЭД-118А и предназначенные в дальнейшем для замены последних. На тепловозах № 465 и 475 поставлены для испытаний катаные колесные центры. Также для испытаний на тепловозе № 741 холодильные камеры имеют только по два мотор-вентилятора вместо четырех у серийных тепловозов. Колеса вентиляторов диаметром 1600 мм выполнены с лопатками, позволяющими менять угол их установки в зависимости от температуры рабочей жидкости.
Первые тепловозы 2ТЭ116 поступили в депо Бухара, Тюмень, Ишим, Печора, а затем в депо Свердловск-Сортировочный. В настоящее время тепловозы 2ТЭ116 эксплуатируются на Приволжской, Юго-Восточной, Октябрьской, Свердловской железных дорогах.
Коллектив Ворошиловградского завода во главе с директором завода Туриком Н.А удостоился права выпускать тепловоз 2ТЭ116 со «Знаком качества».
На Укрзализныця тепловозы эксплуатируются на Южной, Донецкой Приднепровской, Юго-Западной железных дорогах.
После 1996 г. Луганский завод выпустил ещё несколько тепловозов для Эстонии, Узбекистана и частных перевозчиков, а также производил капитальный ремонт старых локомотивов, присваивая им новые номера. После вхождения в состав российской компании «Трансмашхолдинг» возобновились поставки новых локомотивов для РЖД.
Тепловозы 2ТЭ116 по-прежнему находятся в хорошем состоянии, а также удовлетворяют большинству современных требований. Данная модель имеет множество модификаций, доработанных в соответствии с определенными аспектами.
После испытаний в 1974 г. первого опытного тепловоза 2ТЭ116М-140 с реостатным торможением в 1977г. Ворошиловградский тепловозостроительный завод изготовил еще два опытных тепловоза № 316 и 317 с реостатным торможением. Особенностью электрических схем этих тепловозов является сохранение питания асинхронных трехфазных электродвигателей вспомогательных машин от тягового генератора и во время электрического торможения, а также управление режимом электрического торможения с помощью системы автоматического регулирования торможения (САРТ). Система позволяет, в частности, автоматически поддерживать заданную скорость на спусках. Максимальная мощность при электрическом торможении, по данным ВНИИЖТ, составила 2553 кВт при скорости 58 км/ч.
Особенностью электрической схемы этого тепловоза является сохранение питания асинхронных трехфазных электродвигателей вспомогательных машин от тягового генератора и во время электрического торможения, а также управление режимом электрического торможения с помощью системы автоматического регулирования торможения (САРТ). Система позволяет, в частности, автоматически поддерживать заданную скорость на спусках. Максимальная мощность при электрическом торможении, по данным ВНИИЖТ, составила 2553 кВт при скорости 58 км/ч.
Кузова секций тепловоза выполнены по типу кузовов тепловозов 2ТЭ121. Они имеют цельнонесущую конструкцию и изготовлены из низколегированной стали, а съемные блоки крыши сделаны из алюминиевого проката. Отдельно собранные кабины машиниста установлены в кузовах на резиновых амортизаторах. Рама кузова использована как трубопровод для подачи воздуха для охлаждения электрических машин и выпрямительной установки от общего вентилятора (централизованная система воздухоснабжения). По концам рамы размещены ниши для аккумуляторной батареи. Размещение оборудования в кузове аналогично размещению его на тепловозе 2ТЭ121.
Опытный тепловоз 2ТЭ116Г для работы на сжиженном природном газе был построен в 1987.
Состоит из 3х секций — двух дизельных (как на обычном тепловозе 2ТЭ116) и одной криогенной с газификатором. На тепловозе применен газодизель-генератор 1ГДГ с электронной системой контроля, регулирования и защиты дизеля (СКРДЗ-3), введены дополнительные системы подачи воды и газа, управления газовой аппаратурой, контроля и защиты, сигнализации, включения газа («щит-2-1»), вентиляции электроотсеков и отсека газовой аппаратуры, дистанционного отцепа дизельных секций от криогенной. Однако, добиться расчётной мощности не удалось.
Один грузопассажирский тепловоз 2ТЭ116УП с увеличенной мощностью дизеля был построен в 1996 году. Пассажирское исполнение тепловоза отличается конструкционной скоростью, тяговыми характеристиками, наличием электропневматического тормоза и системы энергоснабжения пассажирского поезда.
Мощность дизеля увеличена до 3600 л.с., тепловоз оборудован реостатным тормозом и системой электроотопления состава. Тяговый агрегат состоит из тягового и вспомогательного синхронных генераторов, смонтированных в одном корпусе. Вспомогательный генератор через выпрямитель обеспечивает энергоснабжение пассажирского поезда напряжением 3000 В постоянного тока мощностью 575 кВт с каждой секции на номинальном режиме. Сила тяги длительного режима 2*323 кН (2*33 тс), конструкционная скорость 120 км/ч.
Тепловоз был заказан МПС, но остался на Украине. В 2001 г. он был куплен фирмой «ЛинкОйл» и переоборудован в чисто грузовой.
Магистральный грузовой двухсекционный тепловоз 2ТЭ116У мощностью 2х2650 кВт (2х3604 л.с.) является модификацией широко известного, хорошо зарекомендовавшего себя в эксплуатации на железных дорогах Российской Федерации, стран СНГ и Балтии тепловоза 2ТЭ116. В тоже время по конструктивному исполнению силовой установки, электрической передачи, тягового двигателя, системы управления и регулирования, системы безопасности движения, кабины машиниста, экономичности и надежности в эксплуатации является тепловозом нового поколения.
На тепловозе 2ТЭ116У увеличена мощность силовой установки с 2250 кВт (3060 л.с.) до 2650 кВт (3604 л.с.), увеличена сила тяги длительного режима с 26 т.с до 33 т.с., снижен удельный расход топлива с 204 г/кВт.ч до 198 г/кВт.ч, уменьшен удельный расход топлива на угар с 1,22 г/кВт.ч до 0,98 г/кВт.ч, улучшены экологические показатели за счет снижения содержания вредных веществ в выхлопных газах, улучшены условия труда локомотивных бригад.
Тепловоз 2ТЭ116У оборудован:
— высокоэкономичным четырехтактным дизель-генератором 18-9ДГ производства ОАО «Коломенский завод» с электронным регулятором частоты вращения и мощности;
— комплексным локомотивным устройством безопасности КЛУБ-У;
— телеметрической системой контроля бодрствования машиниста;
— гидромагнитными фильтрами очистки охлаждающей жидкости;
— радиостанцией РВС-1-07/0013;
— электрическим тормозом мощностью 2700 кВт на валах тяговых двигателей;
— тяговыми двигателями ЭД133 повышенной мощности;
— высокоэффективной системой очистки воздуха дизеля и охлаждения электрических машин;
— кабиной машиниста, удовлетворяющей требованиям СП.2.5.1336, СНиЭТ ЦУВСС 6/35, СН ЦУВСС 6/27, ГОСТ 12.2.056;
— пультом управления, соответствующим самым современным эргономическим и эстетическим требованиям. Вся информация о текущих данных, параметрам движения, диагностики отображается на дисплеях пульта;
— установкой кондиционирования воздуха в кабине, а также системой отопления кабины;
— высокопрочными с электрообогревом лобовыми и неподвижными боковыми стеклами кабины;
— обогреваемыми и управляемыми зеркалами заднего вида;
— устройствами очистки и обмыва лобовых стекол кабины машиниста;
— солнцезащитными шторами над лобовыми и боковыми неподвижными окнами кабины.
Все это вместе взятое позволило получить сертификат соответствия в системе ССФЖТ Российской Федерации.
Магистральный грузовой двухсекционный тепловоз 2ТЭ116УМ мощностью 2х2650 кВт (2х3604 л.с.) предназначен для работы в условиях высокогорья и большой запыленности окружающего воздуха. Рассчитан для работы в условиях умеренного климата.
Тепловоз 2ТЭ116УМ является модификацией тепловоза 2ТЭ116У, оборудован электропередачей переменно-постоянного тока, микропроцессорной системой регулирования, управления и технической диагностики с поосным регулированием силы тяги. Программное обеспечение микропроцессорной системы управления совместно с электронным регулятором частоты вращения и мощности дизеля обеспечивают постоянство мощности на тягу во всем диапазоне условий эксплуатации, как при изменении метеоусловий, так и высоты над уровнем моря при атмосферном давлении от 760 до 620 мм рт. ст. В связи с большой запыленностью воздуха на тепловозе применена трехступенчатая система очистки воздуха дизеля. Тепловоз оборудован гребнесмазывателями колес, системой контроля температуры подшипников букс и моторноосевых подшипников тяговых двигателей.
Тепловоз 2ТЭ116УМ оборудован:
— высокоэкономичным четырехтактным дизель-генератором 18-9ДГ-01 с электронным регулятором частоты вращения и мощности дизеля производства ОАО «Коломенский завод»;
— комплексным локомотивным устройством безопасности КЛУБ-У;
— телеметрической системой контроля бодрствования машиниста;
— гидромагнитными фильтрами очистки охлаждающей жидкости;
— радиостанцией РВС-1-07/0063;
— гребнесмазывателями карандашного типа;
— системой контроля температур подшипников букс и моторно-осевых подшипников тяговых двигателей;
— электрическим тормозом мощностью 2700 кВт на валах тяговых двигателей;
— тяговыми двигателями ЭД133 повышенной мощности;
— высокоэффективной трехступенчатой системой очистки воздуха дизеля и охлаждения электрических машин;
— кабиной машиниста, удовлетворяющей требованиям СП.2.5.1336, СНиЭТ ЦУВСС 6/35, СН ЦУВСС 6/27, ГОСТ 12.2.056;
— пультом управления, соответствующим самым современным эргономическим и эстетическим требованиям. Вся информация о текущих данных, параметрам движения, диагностики отображается на дисплеях пульта;
— установкой кондиционирования воздуха в кабине, а также системой отопления кабины;
— высокопрочными с электрообогревом лобовыми и неподвижными боковыми стеклами кабины;
— обогреваемыми и управляемыми зеркалами заднего вида;
— устройствами очистки и обмыва лобовых стекол кабины машиниста с электроприводом;
— солнцезащитными шторами над лобовыми и неподвижными боковыми окнами кабины.
Тепловоз 2ТЭ116УМ как и тепловоз 2ТЭ116У получил сертификат соответствия в системе ССФЖТ Российской Федерации.
2ТЭ116УК мощностью 3060 без микропроцессорной системы управления, без кондиционеров построены для ТОО «ПромТрансМенеджмент».
Около 70 тепловозов, прошедшие капитальный ремонт с заменой дизеля на Воронежском тепловозоремонтном заводе, получили название 2ТЭ116К .
На этом же заводе прошел глубокую модернизацию еще один тепловоз, обозначенный как 2ТЭ116КМ.
Была увеличена мощность дизелей, установлена микропроцессорная система управления. Проверенные на данном тепловозе наработки были использованы в программе 2ТЭ25К.
В июне 2011 г. капитально отремонтированный тепловоз 2ТЭ116 1984 года выпуска передан с Воронежского тепловозоремонтного завода в эксплуатационное депо Ртищево Мичуринского региона ЮВЖД. Восстановление тепловоза произведено в рамках пилотного проекта ОАО «Желдорреммаш» по капитальному ремонту тепловозов 2ТЭ116. На ремонт локомотива, который проводился с применением новых технологий, было затрачено около 44 млн. рублей, что в два с половиной раза больше чем обычно. Аналогичный новый тепловоз стоит от 115 до 135 млн. руб., а в данном случае машина приведена к показателям завода-изготовителя всего за треть этой суммы. Отремонтированный локомотив по своим техническим показателям практически соответствует новому.
Согласно проекту, после заводского капитального ремонта у локомотива увеличивается эксплуатационная надежность, и машина может работать без технического обслуживания в течение месяца, вместо регулярных осмотров каждые трое суток.
