Řada 169 (ex 85E0-ATM)

ŠKODA Plzeň 1987

Vývoj

Po dokončení vývoje a zvládnutí sériové výroby elektrických lokomotiv tzv. II. generace (řad ES499.1 a E499.3) s tyristorovými pulsními a fázově řízenými měniči zahájila plzeňská továrna Škoda vývojové práce na další, o významný krok zdokonalené elektrické lokomotivě, u které se už v souladu se světovými trendy počítalo s využitím střídavých trakčních motorů pro pohon. Základní požadavky pro vývoj, vzešlé z důkladné analýzy soudobých technických znalostí a koncepcí rozvoje vozidlového parku finálních odběratelů, byly definovány takto:

• vývoj nového typu asynchronního motoru s kotvou nakrátko ve dvou variantách - rychloběžný a pomaluběžný, bezpřevodový 

• vývoj nového elektronického trakčního zařízení, a to jak výkonového, tak řídicího a automatizačního

• vývoj zcela nové mechanické části lokomotivy, lehčí alespoň o 10 tun oproti stávajícím typům

• snížení požadavků na údržbu pojezdové části s prodloužením proběhu mezi opravami minimálně na 500 000 km, přičemž lokomotivní skříň včetně elektrického zařízení má dosáhnout proběhu bez údržby minimálně 1 000 000 km

• zavedení moderní palubní diagnostiky akustické a optické, včetně paměťového systému pro zjednodušení obsluhy a údržby

• zjednodušení práce obsluhujícího personálu zavedením programátoru jízdy k dosažení vhodného ergonomicky a ekologicky řešeného stanoviště strojvedoucího se zajištěním jeho pasívní bezpečnosti při střetu s překážkou

• sledování maximální unifikace elektrické lokomotivy pro oba napájecí systémy 3000 V ss a 25000 V / 50 Hz st.

• získání lepších výkonových a trakčních vlastností elektrické lokomotivy

• dodržení požadavků na individuální pohon dvojkolí, který preferuje většina železničních správ, a to i přes problémy s omezením světlosti průjezdného profilu vypružených hmot nad temenem kolejnice a tím omezení maximálního převodového poměru, využití vysokých otáček asynchronního motoru a paralelního chodu trakčních motorů.

Stavbu funkčního vzorku lokomotivy III. generace s asynchronním trakčním pohonem Škoda po náročném vývoji dokončila v průběhu roku 1987. Lokomotiva, z výroby fyzicky označená svým továrním označením 85E0-ATM, dostala výrobní číslo 7936 a v době svého vzniku byla jednou z nejmodernějších lokomotiv na světě. 
Již v roce 1986, kdy bylo se stavbou prototypu započato, předpokládala Škoda, že se tento stroj stane základním stavebním kamenem široké škály sériových lokomotiv nejrůznějších typů s určením pro ČSD i na export, které budou sjíždět z výrobní linky závodu po dobu příštích dvaceti let. 
Jakožto první odvozený aplikační typ začala lokomotivka vyvíjet mimořádně náročnou jednodílnou osminápravovou lokomotivu na stejnosměrný proud 3000 V (plánované tovární typy 86E a 87E), jejíž mechanická část navíc musela i při celkové délce lokomotivy do 24 m (parametricky srovnatelné dvoudílné lokomotivy dávaly k dispozici délku kolem 34 m) umožňovat také zástavbu transformátoru a výzbroje také pro střídavou soustavu 25000 V / 50 Hz st. Všechny vývojové práce na této velké lokomotivě měly být dokončeny do roku 1990, aby mohla být zahájena sériová výroba těchto strojů na export.

Bohužel vlivem politických událostí v Československu a zemích bývalého východního bloku a následnému období tápání a hledání nových cest dalšího jak politického, tak technického rozvoje v těchto zemích se nakonec sériová výroba typu 85E ani typů přímo odvozených neuskutečnila.

Za jedinou a vzhledem k původně uvažovaným počtům vyrobených vozidel téměř zanedbatelnou výjimku lze označit pouze čtveřici vyrobených strojů řady 184 (tovární typ Škoda 93E), který vyvíjela plzeňská lokomotivka na požadavek tehdejších ČSD od roku 1988. Šlo o šestinápravové třípodvozkové stroje s předpokladem sériových dodávek ve dvou mutacích - řada 164 pro osobní vozbu s maximální rychlostí 155 km/h a řada 184 s maximální rychlostí 120 km/h pro nákladní vozbu. K výrobě těchto strojů pro ČSD však z výše uvedených důvodů nedošlo a čtyři vyrobené lokomotivy v mutaci pro nákladní dopravu dnes slouží hlavně ve vlečkové dopravě u Severočeských dolů.

Část poznatků a zkušeností z vývoje a zkoušek prototypu 85E0-ATM však Škoda o více než 10 let později využila při vývoji typu 109E, tedy dnešní řady 380 ČD a jejich verzí pro Slovensko a Německo.

Technický popis

Lokomotiva typu 85E je čtyřnápravová elektrická lokomotiva na stejnosměrný proud o napětí 3000 V se samonosnou skříní se dvěmi kabinami obsluhy. 

Skříň lokomotivy je jednoduché, ale elegantní a aerodynamické konstrukce vyrobená z vysokopevnostní oceli E460. Skříň je tvořena bočnicemi a střechou. Bočnice jsou vyrobeny z plechů opatřených prolisy. Stěny bočnic jsou celistvé bez oken do strojovny či žaluzií, jen v horní zaoblené části jsou opatřeny třemi čtveřicemi žaluzií s filtry pro nasávání a výfuk chladícího vzduchu. Bočnice jsou propojeny mosty, na kterých je uložena samostatná střešní výzbroj s blokem brzdového odporníku elektrodynamické brzdy (EDB) uprostřed. 
Odběr proudu pro lokomotivu zajišťují dva polopantografické sběrače nové konstrukce, které při nárazu na překážku automaticky odpadnou od troleje. 

Lokomotiva byla od počátku konstruována pro odzkoušení dvou rozdílných typů podvozků, přičemž ale pro pohon obou typů sloužily asynchronní trakční motory na střídavý proud - v podmínkách tehdejšího Československa šlo o jejich první aplikaci v oblasti pohonu kolejového vozidla.

Podvozky s pomaluběžnými motory byly v době svého vyrobení světovým unikátem. Asynchronní motory v jejich konstrukci obepínají nápravy, které s určitou radiální vůlí procházejí dutými rotory motorů. Na nápravách tedy vůbec nejsou obvyklé nápravové převodovky. Statory motorů jsou upevněny v podvozkovém rámu; rotory pomocí spojek předávají svůj kroutící moment přímo kotoučům kol lokomotivy, a to i při současných pohybech náprav v dutinách rotorů. Spojky byly v každém ze dvou zkušebních podvozků odlišného provedení - v prvním byla spojka ojničková (s unašečem se dvěma rameny), ve druhém pak torzně poddajnější spojka složená z ohnutých pružinových pásů zakončených oky. Trakční motory s dvojkolími a dále středními a koncovými díly, které oba motory v podvozku vzájemně spojují, tvoří jeden velký montážní celek, ke kterému se přes pružné segmenty připevnil rám podvozku.

Dvojkolí v podvozcích s pomaluběžnými motory mají kotouče kol odlévané z ocelolitiny a obruče zajištěné pomocí vzpěrných kroužků. V jinak plných discích kol byly vytvořeny díry pro průchod čepů spojek pro přenos točivého momentu z hřídele trakčního motoru na dvojkolí. Skříně nápravových ložisek mají čepové vedení. Válcové broušené čepy jsou zalisovány do postranice podvozkového rámu a dále zasahují do dvojice ok skříně ložiska, v nichž je uložen pryžový prstenec s pouzdrem, jehož výstelka se pohybuje po válcovém vedení.
Primární vypružení nápravových ložisek tvoří válcové šroubové pružiny umístěné kolem vodících čepů. Pro tlumení svislých kmitů je ke každé ložiskové skříni připojen hydraulický tlumič. Sekundární vypružení lokomotivy pak zajišťují skupiny (celkem čtyři trojice) šroubových válcových pružin s efektem flexicoil, které jsou ve spodní části uloženy na konzolách rámu podvozku a v horní části na nich prostřednictvím pryžokovových členů spočívá lokomotivní skříň. Pružiny sekundárního vypružení plní současně také funkci příčného vypružení, a dále díky možnosti deformace v podélném směru umožňují natáčení podvozku vůči skříni lokomotivy. Paralelně ke každé skupině pružin je zařazen také svislý a vodorovný hydraulický tlumič.

Přenos tažných a brzdných sil z podvozku na lokomotivu zajišťuje nízko uložený čep, zalisovaný do příčníku hlavního rámu lokomotivy. Svým druhým koncem čep zasahuje do šikmého vahadla, které je vázáno dvěma ojnicemi se středním dílem podvozku, spojujícím kostry trakčních motorů. 

Nízko uložený čep zaručuje malé odlehčení náprav podvozků.
Zcela nové konstrukce byla v době stavby pomaluběžných podvozků také mechanická část brzdy s dvojitými nekovovými brzdovými špalíky RUBOS. Všechna kola jsou bržděna jednostranně od příčné osy podvozku, přičemž rozpírání brzdových špalíků zajišťují pístnice dvou tandemově uspořádaných brzdových válců.  

Podvozky s rychloběžnými motory se od podvozků s pomaluběžnými motory odlišují hlavně způsobem uložení trakčních motorů a způsobem přenosu točivého momentu na nápravy. Dutinou rotoru v každém z mimo nápravu uložených rychloběžných asynchronních trakčních motorů prochází kloubový hřídel, ze kterého se točivý moment přenáší na pastorek převodové skříně. Ta je uložena jednak pomocí valivých ložisek přímo na nápravě a dále je pomocí závěsu přichycena k rámu podvozku. Celková hodnota trakčního převodu je 96:18. 

Střední příčník podvozku je přizpůsoben pro uložení motoru i zavěšení trakční převodovky. Mechanická část brzdy je kombinovaná s ruční brzdou klasické koncepce. Po stránce primárního i sekundárního vypružení odpovídaly rychloběžné podvozky podvozkům pomaluběžným.  

Na první pohled je možné oba druhy podvozků od sebe rozlišit podle disků kol, které jsou u podvozků s pomaluběžnými motory celistvé, zatímco u podvozků s rychloběžnými motory jsou kola hvězdicová. Rámy všech podvozků jsou jednoduché svařované konstrukce s půdorysem ve tvaru obdélníku se zaoblenými rohy. Na podélnících podvozků se nachází nízko spuštěné konzoly pro uložení sekundárního vypružení. U podvozků s rychloběžnými motory je rám doplněn ještě o spodní střední příčník. Všechny podvozky mají velmi malý rozvor - pouze 2500 mm. 

Elektrická část lokomotivy v principu vychází z elektrické výzbroje lokomotiv ŠKODA II. generace (dnešní řady 163 a 363), avšak s nahrazením původně užívaných stejnosměrných trakčních motorů motory indukčními, napájenými prostřednictvím proudových střídačů. U vstupních pulsních měničů jsou použity zpětně vodivé tyristory, u střídačů pak středně rychlé vysokonapěťové tyristory po pěti kusech v sérii. Celkem je v silových obvodech lokomotivy použito 108 tyristorů a 78 diod.

Napájení asynchronních trakčních motorů je provedeno přes vstupní LC filtr, pulsní měniče, vyhlazovací tlumivky a proudové střídače s komutačními kondenzátory. Trakční obvod je rozdělen na dvě samostatně řízené větve, v nichž jsou vždy dva trakční motory v příslušném podvozku paralelně spojeny a napájeny z příslušných měničů.

Regulace trakčních motorů při rozjezdu probíhá současným zvyšováním napětí a kmitočtu až do jmenovitých hodnot. 

Řízení lokomotivy může probíhat ručně nebo automaticky podle volby strojvedoucího. 

Vozidlo je vybaveno mikroprocesorovým diagnostickým systémem pro monitorování provozu či poruch jednotlivých částí. Výstup diagnostiky je optický nebo akustický - umělou řečí.

Hlavní provozní brzdou lokomotivy je brzda elektrodynamická (EDB), přičemž proud generovaný trakčními motory se buďto maří v odpornících, anebo může být rekuperován zpět do troleje. Výkon EDB odpovídá jmenovitému výkonu trakčních motorů, plnou brzdnou sílu je možné využít až do nízkých rychlostí. Dále je lokomotiva vybavena samočinnou tlakovou brzdou s brzdiči DAKO BSE, přímočinnou tlakovou brzdou s brzdiči DAKO BP a ruční zajišťovací brzdou. Zdrojem tlakového vzduchu jsou lokomotivě dva kompresory 3 DSK 100. 

Zkoušky a provoz

Základní technické podmínky pro stavbu funkčního vzorku továrního typu 85E pochází z roku 1982, tento rok tak lze označit za počátek cesty vedoucí ke stavbě prototypové lokomotivy. Jako první byly v roce 1984 sestaveny pomaluběžné podvozky, které pak byly vystaveny na několika výstavách v ČSSR i SSSR jakožto (oprávněný) svědek budoucnosti hnacích kolejových vozidel. 

Následně se oba podvozky se speciální nástavbou s nárazníky a šroubovkou podrobily první sérii zkoušek, kdy se ověřovaly jejich chodové vlastnosti. 
Se stavbou vlastní lokomotivy bylo započato v roce 1986, kdy byla vyrobena lokomotivní skříň, která se pak podrobila nezbytným statickým pevnostním zkouškám na pracovišti VÚKV v Cerhenicích. Přibližně v tuto dobu také bylo (zřejmě z důvodu nezajištěného odbytu pro prototypy) s konečnou platností rozhodnuto, že namísto uvažovaných dvou prototypových lokomotiv, z nichž každá měla být vybavena jiným typem podvozků, budou nakonec oba typy podvozků odzkoušeny pod jedinou vyrobenou lokomotivou

Stavba prototypového stroje byla dokončena v srpnu roku 1987 a v září téhož roku se na plzeňském hlavním nádraží poprvé představil široké veřejnosti při příležitosti oslav 60. výročí výroby elektrických lokomotiv v lokomotivce Škoda. 
Následujícího roku se prototyp 85E0-ATM podrobil celé řadě zkoušek na zkušebním okruhu v Cerhenicích, kde 30.9.1988 také vykonal technicko-bezpečnostní zkoušku (TBZ). Různé zkoušky lokomotivu provázely i v následujících letech, avšak od roku 1989 již začal prototyp, nově označený jako 169 001-5, zasahovat i do pravidelné dopravy na tratích tehdejších ČSD. 

Vůbec poprvé byl do "běžného" provozu nasazen 18.1.1989, kdy byl společně s měřicím vozem lokomotivky vystaven na vlak Os 8207 z Prahy do Benešova (před vlakovou lokomotivu 363 118-1). V průběhu března a dubna 1989 byl většinou také jako přípřežní stroj zkoušen na trati Praha - Most (v čele expresu "Brněnský drak") a na trati Praha - Děčín (expres "Pannonia" a rychlík "Dyje"). 
V průběhu zkoušek se prokázalo, že koncept pohonu pomocí pomaluběžných motorů umístěných přímo na nápravě sice je životaschopný, avšak silně závislý na kvalitě traťového svršku. Dne 30.3.1990 tak byl provoz lokomotivy s pomaluběžnými podvozky ukončen a stroj byl upraven pro použití druhé sady podvozků s plně odpruženými rychloběžnými asynchronními motory a převodovkami. 
Zkoušky lokomotivy s rychloběžnými podvozky byly zahájeny v červnu 1990 a vyvrcholily dne 26.2.1991, kdy stroj 169 001-5 vykonal novou TBZ. Nedlouho poté začal "Asynchron" jako pronajatý ČSD vozit pravidelné vlaky na výkonech pražského depa. Na osobních, spěšných, ale i na nákladních vlacích do Berouna a Kutné Hory jezdil až do listopadu 1991, kdy byl ke dni 14.11.1991 předán do depa Ústí nad Labem. Zde jezdil opět s několika přestávkami pro různé zkoušky především po tratích do Nymburka, Chomutova a Děčína do 25.6.1992, kdy byl, stále jen jako pronajatý, předán do depa Nymburk.

V Nymburce byla lokomotiva 169 001-5 nasazována do osobní i nákladní vozby na ramenech do Prahy, Hradce Králové, Chocně, Mělníka a Kutné Hory. Ke dni 1.11.1994 byla provozní lokomotiva (jejíž cena se vyšplhala na téměř 80 miliónů korun) za cenu šrotu (cca 300 000,- Kč včetně pomaluběžných podvozků) prodána První správkárenské s.r.o. Nymburk, dále však jezdila jako najatá na svých původních výkonech, pouze na jejích bocích a čelech přibyly nálepky s názvem Nymburské správkárenské. Od počátku července 1995 byla lokomotiva až do konce května 1996 ve Škodě, která si ji pronajala (!!!) pro zkoušky pohonu tehdy vyvíjené lokomotivy řady 114 pro DNT. Následující půlrok pak byla již naposledy provozována na tratích ČD, konkrétně na jednom páru osobních vlaků z Nymburka do Prahy a zpět. 

Dnem 21.12.1996 však skončil pronájem lokomotivy, který již z důvodu šetření financemi nebyl ze strany ČD prodloužen (podobně skončil v létě 1997 např. provoz z ČKD pronajaté hybridní lokomotivy 718 501-0 v Olomouci).

Těsně před Vánocemi 1997 byl stroj z Nymburka přesunut do Přerova, kde stál až do poloviny následujícího roku odstaven kvůli plánované opravě, ke které už ale nedošlo. Nymburská správkárenská se mezitím začlenila pod ČMKS Holding, což opět znamenalo změnu nálepek na čelech lokomotivy. Ta se už ale nikdy vlastní silou po kolejích neprojela.

V roce 1995 totiž začal v souvislosti s vydáním nového Zákona o drahách pracovat Drážní úřad, který po vlastnících všech dosud neschválených drážních vozidel požadoval dokumentaci, na základě které pak byla tato vozidla schválena jako typ a dostala Průkazy způsobilosti nezbytné k jejich provozování. V případě "Asynchrona" však tato dokumentace vůbec neexistovala, protože se s prodejem lokomotivy ČSD odpočátku nepočítalo. 

Stroj 169 001-5 stál po návratu z Přerova odstaven v areálu ŽOS Česká Třebová a setrval zde až do září roku 2003. Koncem září 2003 byl přesunut opět do Škody v Plzni, která jej zakoupila za účelem plánované přestavby na zkušební vzorek nové elektrické výzbroje pro právě vyvíjené třísystémové lokomotivy 109E (řada 380 pro ČD). Z přestavby ale z důvodu časové tísně při práci na typu 109E nakonec sešlo a lokomotiva zůstala ve zcela rozebraném stavu a bez střechy odstavena nejprve v hale, a poté na nádvoří lokomotivky. Při úklidu v rámci stěhování závodu v roce 2008 došlo také k likvidaci rámů pomaluběžných podvozků a dalších prvků výstroje lokomotivy, kterou tak již není možné obnovit do původního stavu. Snad jediným dochovaným funkčním prvkem z vozidla je odporník s ventilátory, který se v lokomotivce používá jako zátěž při zkouškách elektrických zařízení. Po roce 2010 se začalo mluvit o tom, že "Asynchron" bude opraven do vystavovatelného stavu a vystaven po boku lokomotiv E424.002, S699.001 či 17E v expozici plzeňského Science centra Techmania. O tom, že by si to vzhledem ke své technicko-historické hodnotě zasloužil, jistě není nejmenší pochyby. Bohužel ale záměr nebyl dodnes realizován a torzo lokomotivy dále chátrá pod širým nebem v areálu "horního" závodu společnosti Škoda.

Zdroje informací a poznámky k sekci

- Malý atlas lokomotiv 2002 (J. Bittner, J. Křenek, B. Skála, M. Šrámek)

- ŽM atlas vozidel - Elektrické lokomotivy ČD a ŽSR (J. Pernička a kolektiv)

- DRÁHA 10/2003 - Elektrická lokomotiva 169.001 (M. Šrámek)

- osobní poznámky autora stránek