Электровоз ВЛ10 был создан с использованием части электрооборудования электровозов серии ВЛ8, по механической части унифицирован с электровозами серии ВЛ80, в дальнейшем послужил основой для электровозов ВЛ11 и опытного ВЛ12.
Спроектированные в 1952 г. электровозы серии ВЛ8 к началу 1960-х годов уже не отвечали возросшим требованиям железных дорог СССР. Эти электровозы имели малую мощность в 525 кВт, тяжёлые литые тележки, жёсткое рессорное подвешивание и чрезмерно шумную из-за неудачного расположения вспомогательных машин кабину.
Техническое задание на проектирование нового электровоза было подготовлено в МПС в феврале 1960 года. Технический проект электровоза был разработан конструкторами специального конструкторского бюро ТЭВЗ. В конце июня 1960 года готовый проект уже рассматривался в МПС. Выпуск первого электровоза приурочили к 40-летию установления Советской власти в Грузии. Первый электровоз, выпущенный в 1961 г., был назван Т8-001.
Электровоз состоит из двух четырёхосных секций. По кузову и тележкам унифицирован с электровозом ВЛ80С. Кузов каждой секции электровоза опирается на две двухосные тележки. Первый электровоз и небольшая установочная партия электровозов ВЛ10 имели существенные отличия от серийных. В первом электровозе кузов каждой секции электровоза опирался на две двухосные тележки через четыре боковые опоры шарового типа.
В кузове каждой секции установлено различное оборудование, электроаппараты и электромашины. Рамы кузова служили для передачи тяговых и тормозных усилий. По концам кузова, со стороны кабины машиниста были установлены автосцепки СА-3, а между собой секции соединялись постоянной сцепкой по типу сцепки тепловоза ТЭ2.
Рессорное подвешивание имеет суммарный статический прогиб 111 мм, в том числе: 63 мм на цилиндрических пружинах боковых опор и 48 мм на цилиндрических пружинах рессор тележек. Тяговое усилие передаётся с рам тележки на кузов через шкворневые узлы. Буксы тележек имеют роликовые подшипники. Тяговое и тормозное усилие на раму тележки передаётся через поводки с резино-металлическими блоками (аналогично конструкции, применённой на электровозах серии ВЛ60). Для уменьшения колебаний и вибрации кузова между буксами и рамами тележек были установлены фрикционные гасители колебаний, между рамами тележек и кузовом – гидравлические гасители. На электровозе также было установлено противоразгрузочное устройство, предотвращавшее разгрузку первых по ходу движения колесных пар.
Тяговые двигатели (ТЭД) ТЛ-2 мощностью 650 кВт (в часовом режиме) каждый, имеют опорно-осевое подвешивание. ТЭД выполнен с шестью основными и шестью добавочными полюсами. Остов ТЭД, подшипниковый щит, вал якоря, малая шестерня, щёточный аппарат были выполнены унифицированными с ТЭД НБ-412М электровоза ВЛ60.
Силовая электрическая схема очень близка к схеме ВЛ8. Возможны три соединения тяговых электродвигателей:
— последовательное (С — все 8 тяговых двигателей соединены последовательно, напряжение на зажимах ТЭД 375 В)
— последовательно-параллельное (СП — ТЭД соединены в две параллельные цепи по четыре ТЭД в каждой, напряжение на зажимах ТЭД 750 В);
— параллельное (П — ТЭД соединены в четыре цепи по два ТЭД последовательно, напряжение на зажимах ТЭД 1500 В).
Ходовые (с полностью выведенным пусковым реостатом) позиции: 16-я (С), 27-я (СП) и 37-я (П).
Для обеспечения токосъема с контактной сети использованы два токоприемника типа пантограф Т-5М1 (П-5), расположенные по концам каждой секции.
Внутри секция делится на три отсека – в начале секции находится кабина, в середине высоковольтная камера (ВВК), отгороженная от проходов сетчатыми ограждениями, пневматически блокируемыми в закрытом положении при поднятии токоприёмника (при незакрытых шторах токоприёмники не поднимаются), в хвосте – машинное отделение. В высоковольтной камере расположена практически вся коммутационная и защитная аппаратура секции – реверсор РК и тормозной переключатель ТК, переключатель ПкГ-6, переключащий тяговые двигатели секции с последовательно-параллельного (сериес-параллельного, СП) соединения на параллельное (П), линейные, реостатные, шунтирующие и быстродействующие контакторы, дифференциальные реле и реле боксования, и другие аппараты.
Имеются различия между высоковольтными камерами первой и второй секций. Из главных: в ВВК первой секции размещены быстродействующий выключатель БВ-1, защищающий тяговые двигатели, и переключатель ПкГ-4, переключающий секции с последовательного (сериесного, С) соединения на СП, в ВВК второй секции находится БВ-2, защищающий вспомогательные машины, и переключатель мотор-вентиляторов ПШ, переключающий их с низкой скорости на высокую. Различия имеются и в целом по секциям – регистрирующий скоростемер и радиостанция установлены также только на одной секции.
В машинном отделении расположены три вспомогательные машины секции. Главная машина – мотор-вентилятор. Он состоит из высоковольтного (работающего при напряжении контактной сети) коллекторного двигателя и насаженных на его вал центробежного вентилятора, охлаждающего тяговые двигатели и ВВК электровоза, и коллекторного генератора тока управления, вырабатывающего постоянный ток напряжением 50 В для питания цепей управления и освещения. Двигатели мотор-вентиляторов секции могут быть соединены последовательно (режим низкой скорости) и параллельно (режим высокой скорости).
Для обеспечения электровоза сжатым воздухом используется мотор-компрессор, состоящий из двигателя, схожего с двигателем мотор-вентилятора, и унифицированного трёхцилиндрового тепловозного компрессора КТ-6. Сжатый воздух используется для обеспечения работы тормозов на локомотиве и в поезде, обеспечения работы пневмоконтакторов, пневматических блокировок высоковольтной камеры, подачи звуковых сигналов свистком (тихий) и тифоном (громкий), работы пневмопривода стеклоочистителей. Редуктора между двигателем и компрессором нет, поэтому двигатель выполнен на частоту вращения 440 мин−1 и не может самовентилироваться, для его охлаждения подведён воздух от мотор-вентилятора.
Для питания обмоток возбуждения тяговых двигателей в режиме рекуперативного торможения, когда все обмотки соединены последовательно, используется преобразователь (возбудитель), представляющий собой объединённые в одном корпусе высоковольтный двигатель и коллекторный генератор, вырабатывающий постоянный ток малого напряжения (до 60 В) для питания обмоток возбуждения. Максимальный ток генератора — 800 А. На валу возбудителя установлено реле оборотов РКО-28, отключающее двигатель при превышении частоты вращения. Возбуждение генератора – от батареи электровоза через резистор, сопротивление резистора машинист уменьшает перемещением на себя тормозной рукоятки контроллера, при этом растёт вырабатываемое преобразователем напряжение, а с ним напряжение, вырабатываемое тяговыми двигателями, и тормозное усилие.
Эксплуатация электровоза допускается на высоте не более 1200 м над уровнем моря. Рекуперативное торможение возможно на всех трех соединениях. Работа по системе многих единиц заводской схемой электровоза не предусмотрена, но с 1983 началось оборудование электровозов ВЛ10 аппаратурой СМЕТ (Система Многих Единиц Телемеханическая).
В настоящее время ВЛ10 эксплуатируется на многих железных дорогах России и стран СНГ. Как и многие грузовые локомотивы, ВЛ10 используется и в пассажирском движении, к примеру на Северо-Кавказской, Львовской ЖД. Почти все ВЛ10 окрашены в зелёный цвет, но «пассажирские» электровозы могут быть окрашены в цвета фирменных поездов (например, ВЛ10-127, ВЛ10-1835).
На железных дорогах Грузии и Армении ВЛ10 также обслуживают пассажирские поезда. Железные дороги Азербайджана имеют только ВЛ10у в количестве 2 единиц (1031 и 1032).
В процессе выпуска электровозов ВЛ10 в их конструкцию вводились отдельные изменения. С середины 1974 г. их стали выпускать с люлечным подвешиванием кузова (с электровоза № 1297 Новочеркасского и с № 1707 Тбилисского заводов). Статический прогиб рессорного подвешивания у этих электровозов составил 121,5 мм, из которых 67 мм приходится на люлечное подвешивание. Вносились небольшие изменения в конструкцию вспомогательных машин. С электровоза № 1587 изменены типы ряда реле рекуперации, перегрузки, дифференциального и др.). После проведения в 1974 г. повторных испытаний тяговых электродвигателей ТЛ-2К1 установлены несколько измененные их основные параметры. На некоторых электровозах ВЛ10 проводились экспериментальные работы. На электровозе № 169, а затем на № 249 была применена система автоматического поддержания заданных режимов при рекуперации (заданной скорости или тока). На одной из секций электровоза ВЛ10-398 в 1972 г. испытывалось рекуперативное торможение при питании обмоток возбуждения тяговых электродвигателей от статического преобразователя.
В 1974 г., электровоз ВЛ10-1110 был добалластирован до веса 200 тс — нагрузка от оси на рельсы 25 тс. Для этого на нем было размещено 16 тс чугунных чушек. Электровоз в этом же году прошел динамические испытания и испытания по воздействию на путь. Испытания показали, что добалластировка допустима, и в 1975 г. еще два электровоза были выпущены со сцепным весом 200 тс. Все три электровоза с нагрузкой от оси 25 тс получили обозначение ВЛ10у (усиление по тяге).
ВЛ10у — утяжелённый электровоз, колёса которого имеют бо́льшую силу сцепления с рельсами, благодаря чему он способен возить более тяжёлые составы. По механической части он унифицирован с электровозами ВЛ80Т, ВЛ80С, ВЛ80Р. Кузов, экипажная часть, пневматическое и основное оборудование унифицировано с электровозами ВЛ10, ВЛ11, ВЛ11М. По сравнению с ВЛ10 на ВЛ10У нагрузка от колесной пары на рельсы увеличена до 25 тс вместо 23 тс.
ВЛ10У выпускался Тбилисским и Новочерскасским электровозостроительными заводами. В гамме завода ТЭВЗ эта модель присутствует до сих пор и строится на заказ. Последний ВЛ10У-1032 был построен в 2006 году по заказу Азербайджанской железной дороги.
В 1984-1985 гг. ТЭВЗ изготовил небольшую партию электровозов ВЛ10н для норильских промышленных путей. Эти электровозы не имели рекуперативного торможения и отличались от электровозов ВЛ10 отсутствием связанного с этим режимом оборудования.
В 2001 году электровозы ВЛ10 стали поступать на капитальный ремонт с продлением срока службы на Челябинский электровозоремонтный завод. Они получили осовремененную электронику, новую кабину и возможность работы в три секции. Индекс «К» появился лишь в 2004 году.
Электровозы ВЛ10У, также прошедшие капитальный ремонт с продлением срока службы на Челябинском электровозоремонтном заводе, получили название ВЛ10ук.
