Geneza projektu i testy czechosłowackiej lokomotywy serii 111
Koncepcja wdrożenia elektrycznej trakcji manewrowej na Polskich Kolejach Państwowych powstała w drugiej połowie lat 80. XX wieku. Głównymi czynnikami decydującymi o podjęciu prac były wzrost cen paliw płynnych oraz potrzeba unowocześnienia technologii przewozowej. Eksploatowane wówczas seryjnie elektrowozy serii EU07, ET21 oraz ET22 wykorzystywały przestarzałą regulację oporową z lat 50. i 60. XX wieku. Krajowe prace nad bezstratnym rozruchem impulsowym znajdowały się w fazie wstępnej, podczas gdy koleje czechosłowackie (ČSD) eksploatowały już masowo energoelektroniczne lokomotywy serii E458.1 (późniejsza seria 111) produkcji zakładów Škoda.
W celu weryfikacji parametrów użytkowych lokomotyw manewrowych prądu stałego w warunkach PKP, Śląska Dyrekcja Okręgowa Kolei Państwowych podpisała w 1987 roku umowę z dyrekcją kolei ČSD w Ołomuńcu. W lipcu i sierpniu 1988 roku wypożyczono z lokomotywowni Ostrawa I elektrowóz 111 016-2 wraz z czterema maszynistami, którzy przeprowadzili szkolenia polskiego personelu w Gliwicach. Pojazd poddano testom na górce rozrządowej, w pracy manewrowej oraz przy prowadzeniu lekkich pociągów towarowych i pasażerskich na linii Gliwice – Orzesze.
Pozytywne wyniki prób przesądziły o rezygnacji z zakupu gotowych pojazdów w Czechosłowacji na rzecz opracowania własnej konstrukcji. Projekt lokomotywy typu 405E został sporządzony w 1988 roku przez Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Pojazdów Szynowych (OBRPS) w Poznaniu we współpracy z Instytutem Elektrotechniki (IEL) w Warszawie. Szacowane zapotrzebowanie PKP określano wówczas na 200 do 400 egzemplarzy.
Architektura techniczna i konstrukcja prototypów typu 405E i 405Ea
Cztery prototypowe egzemplarze wyprodukowały Zakłady Przemysłu Metalowego H. Cegielski w Poznaniu (HCP) w latach 1990–1991. W konstrukcji zastosowano zawieszenie drugiego stopnia oparte na 8 sprężynach typu Flexicoil oraz mikroprocesorowy układ sterowania. Ostoja pojazdu opierała się na dwóch dwuosiowych wózkach w układzie osi Bo’Bo’ z silnikami trakcyjnymi typu LKa493 o mocy ciągłej 240 kW każdy (łączna moc ciągła 960 kW / 1305 KM).
Pudło lokomotywy składało się z centralnej kabiny maszynisty oraz dwóch obniżonych przedziałów maszynowych (A i B) z zewnętrznymi pomostami i barierkami ochronnymi. W przedziale A zamontowano przekształtniki tyrystorowe, przetwornicę, wentylator chłodzenia silników trakcyjnych, szafę niskiego napięcia oraz bloki kondensatorów. Przedział B mieścił wyłącznik szybki, szafy wysokiego napięcia, aparaturę pneumatyczną, sprężarki oraz rezystory hamulca elektrodynamicznego (ED).
W celu przetestowania odmiennych podzespołów energoelektronicznych serię podzielono na dwa podtypy konstrukcyjne:
- Typ 405E (EM10-101 oraz EM10-102): Zbudowane w czerwcu 1990 roku (lub w czerwcu 1989 roku według części dokumentacji technicznej; przekazane PKP na przełomie 1990 i 1991 roku). Wyposażone w polski tyrystorowy układ rozruchu impulsowego opracowany przez Instytut Elektrotechniki.
- Typ 405Ea (EM10-001 oraz EM10-002): Zbudowane w kwietniu 1991 roku. Wyposażone w czechosłowacki układ rozruchowy dostarczony przez przedsiębiorstwo ČKD Elektron.
Lokomotywy fabrycznie wyposażono w system trakcji wielokrotnej umożliwiający sterowanie dwoma połączonymi pojazdami z jednej kabiny. Na dachu kabiny zamontowano pojedynczy połówkowy odbierak prądu.
Parametry techniczne lokomotyw EM10 (typ 405E / 405Ea)
| Parametr techniczny | Wartość | Uwagi / Źródło danych |
|---|---|---|
| Układ osi | Bo’Bo’ | Dwa wózki dwuosiowe |
| Szerokość toru | 1435 mm | |
| Masa służbowa (nominalna) | 72,0 t | Wartość katalogowa |
| Masa rzeczywista (oznaczona na ramie) | 74,4 t | |
| Długość całkowita ze zderzakami | 16 340 mm (16,34 m) | |
| Rozstaw osi skrajnych | 8 100 mm (8,10 m) | |
| Szerokość pudła | 2 900 mm | |
| Wysokość maksymalna | 4 300 mm | Z opuszczonym pantografem |
| Średnica kół | 1 100 mm | Stan nowy |
| Napięcie zasilania | 3000 V DC | Sieć trakcyjna prądu stałego |
| Napięcie obwodów pomocniczych | 110 V DC | |
| Silniki trakcyjne | 4 x LKa493 | Silniki szeregowe prądu stałego |
| Moc ciągła | 960 kW (1305 KM) | 240 kW na jeden silnik |
| Przełożenie przekładni | 71:16 | |
| Prędkość maksymalna | 80 km/h | |
| Maksymalna siła pociągowa | 250 kN | |
| Maksymalna siła rozruchowa | 266 kN | Przy prądzie rozruchu 2×230 A |
| Układy hamulcowe | Pneumatyczny Oerlikon, ED oporowy, hydrauliczny postojowy | Hamulec elektrodynamiczny z rezystorami w przedziale B |
Eksploatacja i alokacje taborowe w latach 1991–2002
Rozpoczęcie służby w lokomotywowni Poznań Franowo wykazało niską niezawodność polskiego układu tyrystorowego w egzemplarzach EM10-101 i EM10-102. Z tego powodu w 1993 roku dokonano przebudowy obu pojazdów, instalując w nich aparaturę ČKD Elektron ujednoliconą z typem 405Ea.
Wobec braku decyzji o uruchomieniu produkcji seryjnej, cztery wyprodukowane egzemplarze przenoszono pomiędzy różnymi jednostkami organizacyjnymi PKP:
- 1991–1992 (Skarżysko-Kamienna / Poznań): Maszyny EM10-001 i 002 przyjęto na stan PKP 16 maja 1991 roku do MD Skarżysko-Kamienna, skąd w maju i czerwcu 1991 roku oddelegowano je do Poznania. Egzemplarze EM10-101 i 102 stacjonowały w Poznaniu odpowiednio od grudnia 1990 i stycznia 1991 roku.
- 1992–2000 (MD Katowice / Katowice Zawodzie): We wrześniu i październiku 1992 roku EM10-001 i 002 przeniesiono do MD Katowice, gdzie dołączyły później EM10-101 i 102. Od lipca 1995 do lutego 2000 roku cała seria obsługiwała pracę manewrową ze składami pasażerskimi na stacji postojowej Katowice Zawodzie.
- 2000–2002 (Wrocław / Jelenia Góra / Kraków): Dnia 15 marca 2000 roku lokomotywy EM10-001 i 002 przekazano do Zakładu Taboru we Wrocławiu. Skierowano je m.in. do lokomotywowni Jelenia Góra do obsługi pociągów pasażerskich na linii do Szklarskiej Poręby, lekkich składów towarowych oraz jazdy popychowej na odcinku Jaworzyna Śląska – Wałbrzych. Przejściowo w węźle krakowskim pracowały maszyny EM10-001, 002 oraz 102.
Eksploatacja w rejonie sudeckim wykazała niewystarczającą moc pojazdów do ciągłej, ciężkiej pracy pociągowej. W 2002 roku doszło do całkowitego unieruchomienia floty ze względu na starzenie się dielektryka w kondensatorach komutacyjnych układu rozruchu tyrystorowego.
Modernizacja do standardu 405Em w ZNLE Gliwice (2003–2004)
W marcu 2003 roku spółka PKP Cargo, we współpracy z Zakładami Naprawczymi Lokomotyw Elektrycznych (ZNLE) w Gliwicach oraz Instytutem Elektrotechniki, rozpoczęła głęboką modernizację wszystkich 4 lokomotyw. Prace trwały do lipca 2004 roku, a po ich ukończeniu pojazdy otrzymały typ fabryczny 405Em.
Kluczowe modyfikacje konstrukcyjne objęły:
- Zastąpienie układów tyrystorowych nowoczesnymi przekształtnikami trakcyjnymi opartymi na tranzystorach bipolarnych z izolowaną bramką (IGBT).
- Zastąpienie układów logicznych TTL mikroprocesorowym systemem sterowania, diagnostyki i ochrony przeciwpoślizgowej.
- Montaż połówkowych odbieraków prądu typu Fb86.22-PKP firmy Stemmann Polska.
- Zastąpienie przetwornic wirujących statycznymi przetwornicami ENI-PL 3000/110DC oraz ENI-PL 110/400AC produkcji firmy Enika z Łodzi.
- Zastosowanie próżniowych wyłączników szybkich typu DCU-800 przedsiębiorstwa ZAE Woltan.
- Całkowity demontaż obwodów i gniazd trakcji wielokrotnej.
- Zmianę malatury na czerwono-kremowe barwy PKP Cargo oraz wprowadzenie nowej numeracji (EM10-01 do 04).
| Oznaczenie nowe | Oznaczenie dawne | Typ dawny | Data zakończenia modernizacji |
|---|---|---|---|
| EM10-01 | EM10-001 | 405Ea | 4 czerwca 2004 r. |
| EM10-02 | EM10-002 | 405Ea | Czerwiec 2004 r. |
| EM10-03 | EM10-101 | 405E (przeb. 405Ea) | 15 maja 2004 r. |
| EM10-04 | EM10-102 | 405E (przeb. 405Ea) | 10 sierpnia 2004 r. |
Schyłek eksploatacji, projekt konwersji i skasowanie floty
Po zakończeniu modernizacji lokomotywy stacjonowały we Wrocławiu, skąd jesienią 2006 roku przeniesiono je do Nowego Sącza. Pełniły tam funkcję popychaczy pociągów towarowych na szlaku Nowy Sącz – Stróże. Dnia 15 marca 2009 roku wszystkie pojazdy przetransportowano na stację Poznań Franowo w związku z planowaną elektryfikacją tamtejszej górki rozrządowej. Wskutek zaniechania tej inwestycji lokomotywy odstawiono do rezerwy długoterminowej na okres 12 lat.
W 2012 roku dr inż. Krzysztof Lewandowski z Politechniki Wrocławskiej opracował projekt konwersji serii EM10 na dwunapędowe lokomotywy hybrydowe standardu HL-FDMDE (Hybrid Locomotive, Full Dual Mode Diesel Electric). Koncepcja zakładała zabudowę agregatu prądotwórczego umożliwiającego prowadzenie pociągów o masie 1600 ton z prędkością 70 km/h pod siecią trakcyjną oraz 55 km/h na odcinkach niezelektryfikowanych. Propozycja ta nie została sfinansowana przez PKP Cargo.
Wiosną 2020 roku spółka PKP Cargo wystawiła lokomotywy EM10-01, EM10-02 oraz EM10-04 na sprzedaż w ramach licytacji elektronicznej. Pojazdy zakupiło przedsiębiorstwo BAMAR, a ich fizyczny demontaż na stacji Poznań Franowo rozpoczął się 27 maja 2021 roku. Egzemplarz EM10-03 został wyłączony z kasacji jako obiekt muzealny reprezentujący pierwszy polski elektrowóz z rozruchem impulsowym i pozostaje odstawiony w Poznaniu z przeznaczeniem dla Parowozowni Gniezno.
Przyczyny niepowodzenia programu serii EM10
Niewykorzystanie potencjału technologicznego serii EM10 wynikało z uwarunkowań infrastrukturalnych i ekonomicznych:
- Brak sieci trakcyjnej na bocznicach: Większość kolejowych torów ładunkowych i bocznic przemysłowych w Polsce nie posiadała napowietrznej sieci jezdnej, co wykluczało pracę manewrową lokomotyw elektrycznych bez wspomagania spalinowego.
- Spadek przewozów po 1989 roku: Transformacja ustrojowa wywołała spadek pracy przewozowej i powstanie nadwyżek seryjnych spalinowozów manewrowych serii SM42.
- Koszty utrzymania mikroseryjnej floty: Utrzymanie zaledwie 4 egzemplarzy o unikalnej konstrukcji generowało wysokie koszty jednostkowe napraw, pozyskiwania części zamiennych i szkolenia drużyn trakcyjnych.
Do czasu prezentacji lokomotywy E6ACT Dragon w 2009 roku typ 405E pozostawał ostatnim elektrowozem całkowicie zaprojektowanym i wybudowanym w Polsce, stanowiąc do końca 2007 roku najbardziej zaawansowany technologicznie pojazd w strukturach PKP.
