Эффективность эксплуатации вагонов с повышенной осевой нагрузкой

Эффективность эксплуатации вагонов с повышенной осевой нагрузкой

»А

А. М. Соколов,

д.т.н., вице-президент Союза «Объединение вагоностроителей»

А. М. Орлова,

д.т.н., профессор кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I

А. В. Романов,

к.т.н., доцент кафедры «Железнодорожный путь» ПГУПС

Е. А. Наркизова,

к.т.н., доцент кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство» ПГУПС

Е. Ю. Семенов,

исполнительный директор Ассоциации испытательных центров железнодорожной техники

на сети ОАО «российские железные дороги» продолжаются испытания поездов, сформированных из вагонов с осевой нагрузкой 27 тс. Каковы первые результаты и что предстоит исследовать для уточнения получаемого экономического эффекта?

Стратегией развития железнодорожного транспорта в РФ до 2030 г. [1] определены перспективные направления развития железных дорог. Одно из направлений — повышение грузооборота за счет увеличения провозной способности линий, что достигается наращиванием массы поезда. Возможны два решения этой задачи: повышение грузоподъемности вагонов и, следовательно, осевой и погонной нагрузки, либо увеличение количества вагонов в составе поезда, а значит, и его длины.

Средняя масса грузового поезда на сети РЖД возросла с 3380 т в 2000 г. до рекордных 4040 т в 2017 г. [2]. До недавнего времени повышение значений этого параметра происходило за счет формирования поездов увеличенной длины из 100 условных вагонов с осевой нагрузкой, не превышающей 23,5 тс. Для приема и отправления таких поездов было необходимо удлинять приемоотправочные пути на станциях, что требовало немалых средств. Однако дальнейшее повышение провозной способности отдельных направлений возможно только при увеличении осевой нагрузки и грузоподъемности вагонов.

Напомним, что в 1986 г. был разработан новый типаж «Вагоны грузовые магистральные на 1986-2000 гг.» [3], который был согласован с МПС, Госстандартом и утвержден Минтяжмашем СССР. Тогда предусматривались увеличенные осевые нагрузки до 25 тс. Согласно принятому типажу был сконструирован ряд новых кузовов. Но в отсутствие серийного производства новых тележек, вагоны выпускались и эксплуатировались на тележках модели 18-100 с осевыми нагрузками до 23,5 тс. В начале 90-х годов, в условиях спада объемов перевозок, работа по переходу на новые тележки была приостановлена.

К необходимости увеличения грузоподъемности вагонов вернулись спустя десятилетие. Эта задача была актуализирована сначала в «Комплексной программе реорганизации и развития отечественного локомотиво- и вагоностроения, организации ремонта и эксплуатации пассажирского и грузового подвижного состава на период 20012010 гг.» [4], а затем в «Белой книге» ОАО «РЖД» [5].

В качестве одного из стратегических направлений научно-технического развития на сети РЖД было заявлено создание принципиально новых вагонов с повышенной осевой нагрузкой 25-30 тс без увеличения воздействия на путь. Главный вопрос, который предстояло решить, касался проектирования новой тележки, позволяющей увеличить грузоподъемность вагонов.

Первый рубеж - 25 тс

В течение прошедшего десятилетия этот рубеж успешно преодолели АО «Уралвагонзавод» (тележка модели 18-194-1) и АО «Тихвинский вагоностроительный завод» (тележка модели 18-9855). Сейчас вагоны с осевой нагрузкой 25 тс пользуются устойчивым спросом у операторов вследствие повышенной грузоподъемности и вместимости, а также увеличенных гарантийных плеч и межремонтных сроков. В начале 2018 г. количество таких вагонов в эксплуатации перешагнуло порог 100 тыс. ед., что составляет почти 10 % от общероссийского парка грузовых вагонов. За пять лет с момента выхода на железные дороги максимальный пробег без ремонта построенных в Тихвине вагонов был зарегистрирован на отметке 640 тыс. км. Это абсолютный рекорд для российского рынка железнодорожных грузовых перевозок.

Новая цель - 27 тс

Повышение осевой нагрузки — закономерное развитие отрасли и ключевой тренд сегодняшнего дня. Мировой опыт свидетельствует, что недавно освоенный в России стандарт тележек 25 т на ось — только начало пути и возможностей отечественного рынка. Отметим, что тяжеловесное движение получило широкое развитие на всех континентах. В Австралии — стране-пионере тяжеловесного движения, осевая нагрузка грузового вагона доходит до 37,5 тс, а масса поезда превышает 48 тыс. т. Североамериканские железные дороги переняли австралийский опыт в конце 90-х годов, и сегодня осевая нагрузка в США составляет 32,5 тс, на некоторых участках 36 тс, а масса поезда превосходит 20 тыс. т. В ЮАР курсируют поезда массой 40 тыс. т, вагоны которых «отрабатывают» осевую нагрузку 30 тс. Наши соседи из Китая за 10 лет провели большую работу и с 2015 г. внедряют технологию вождения поездов с массой 30 тыс. т. В России развитие тяжеловесного движения до сих пор шло в основном за счет увеличения длины поезда и ведения сдвоенных составов. В плане технологий нашей стране нужно многое наверстывать, и ОАО «РЖД» одной из своих стратегических задач ставит развитие тяжеловесного движения. Вагоны с ходовой частью с осевой нагрузкой 27 тс позволят запустить поезда общей массой более 10 тыс. т, а на некоторых направлениях эта масса превысит 11 тыс. т. При сохранении заданной длины состава 1050 м станет возможным перевезти в таком поезде почти на 20 % грузов больше по сравнению с типовым решением. Соответственно можно увеличить вывоз продукции предприятий на ключевых направлениях сети, не увеличивая парк локомотивов, и при этом сократить расходы на тягу.

Первые эксперименты по вождению поездов в составе условных 27-тонных вагонов прошли на сети РЖД в 2014 г. На Октябрьской железной дороге была организована эксплуатация полувагонов производства «Промтрактор-Вагон», спроектированных для осевой нагрузки 25 тс, но для испытаний загруженных до 27 тс. В ходе работ была получена чрезвычайно ценная информация о принципиальной возможности и безопасности эксплуатации тяжеловесных вагонов на существующей инфраструктуре.

В 2017 г. для поддержания роста экономики и обеспечения потребностей транспортного комплекса РФ в эконо-

Рис. 1. Грузовые вагоны ТВСЗ с осевой нагрузкой 27 тс участвуют в комплексной программе испытаний РЖД. Участок «Качканар - Смычка» Свердловской железной дороги.

мичной и высокоэффективной технике Правительством РФ утверждена Стратегия развития транспортного машиностроения до 2030 г. [6], где предполагается системное развитие тяжеловесного движения и постепенный переход на выпуск подвижного состава с осевой нагрузкой 27 тс и более.

Одним из важнейших этапов «дорожной карты» стратегии стала полноценная опытная эксплуатация грузовых вагонов, специально разработанных под осевую нагрузку 27 тс. Эта работа началась в прошлом году в соответствии с поручением Правительства РФ по утвержденной ОАО «РЖД» комплексной программе. Цель этих испытаний — получение достоверных данных об экономической эффективности новых грузовых вагонов и их внедрение на сети железных дорог. Комплексной программой предусмотрены четыре этапа испытаний: в летний, осенний, зимний и весенний периоды. Это позволит отследить изменения воздействия на железнодорожный путь по мере роста наработки тоннажа под тяжеловесными поездами, сформированными из грузовых вагонов с осевой нагрузкой 27 тс.

Для участия в поднадзорной эксплуатации на «Тихвинском вагоностроительном заводе» были разработаны, изготовлены и сертифицированы универсальные полувагоны модели 12-9548-01 на тележках с осевой нагрузкой 27 тс. Габарит вагонов 1-ВМ, что позволяет использо-

вать для их разгрузки существующие вагоноопрокидыватели. Ходовая часть вагона представляет собой новаторскую разработку. В ней применены элементы из практически не изнашиваемых материалов, например, бейнитного чугуна. Использованы такие экзотические материалы, как сверхвысокомолекулярный полиэтилен, который обеспечивает крайне низкое трение между фрагментами конструкции. Полностью переработана система гашения колебаний, которая снижает динамическое воздействие на путь. Использовано более мягкое (в 1,5 раза) рессорное подвешивание. Новая тележка имеет увеличенную на 20 мм колесную базу и специально подобранный для снижения воздействия на путь коэффициент относительного трения. В колесных парах применены колеса из стали марки Т, которые при работе с композиционными тормозными колодками с чугунной вставкой дают существенное снижение числа дефектов на поверхностях катания.

В качестве одного опытного полигона был выбран 100-километровый участок Качканар — Смычка на Свердловской железной дороге. При участии ведущих отечественных научных институтов и испытательных центров (ВНИИЖТ, ВНИ-КТИ, ТИЦ ЖТ, ВНИЦТТ, ИЦ ВЭИП, НИИ мостов, РУТ, или МИИТ и ПГУПС) были организованы работы по мониторингу состояния инфраструктуры, оценке на-

Рис. 2. Новый универсальный полувагон с разгрузочными люками модели 12-9548-02 с осевой нагрузкой 27 тс специально разработан для перевозок из угольных бассейнов Кузбасского региона в порты Дальнего Востока.

копления расстройств верхнего строения пути и деформаций земляного полотна, а также по разработке норм устройства, эксплуатации, технического обслуживания, диагностики путевой инфраструктуры, технологий вождения поездов.

Согласно оценкам специалистов АО «ВНИИЖТ», чтобы получить достоверные сведения, по участку необходимо пропустить порядка 95-100 тыс. тележек. Для этого два поезда составами по 36 вагонов в каждом эксплуатируются в режиме челночных отправок без выгрузки. Вес и длина поездов не превышают установленных для указанного участка норм. Следует уточнить, что на участке испытаний предусмотрены различные типы шпал и рельсовых скреплений, встречаются разные варианты искусственных сооружений, что позволило в комплексе оценить их работоспособность и ресурс при повышении осевой нагрузки.

На первом этапе мониторинга за состоянием инфраструктуры на участке Кач-канар — Смычка не выявлено повышенного расстройства пути и увеличения затрат от ввода в эксплуатацию вагонов с осевой нагрузкой 27 тс. Полученные значения вертикальных, боковых сил и кромочных напряжений в прямых и кривых участках пути радиусами 600-700 и 300-400 м при различных типах промежуточных рельсовых скреплений с подрельсовым основанием на железобетонных и деревянных шпалах, на стрелочном переводе на деревянных брусьях не превысили установленных норм допустимого воздействия на железнодорожный путь. По результатам

выполненных НИИ мостов сравнительных динамических испытаний мостов с металлическими и железобетонными конструкциями пролетов от 2,7 до 55 м воздействия на них полувагонов с осевой нагрузкой 27 тс находятся в пределах допустимых значений.

Тяговые испытания и испытания по определению коэффициента изменения воздействия на путь были проведены с опытными составами 27-тонных вагонов на другом участке Свердловской железной дороги: Каменск-Уральский — Богданович. На основании Методики оценки экономической эффективности эксплуатации грузовых инновационных вагонов, утвержденной Минтрансом России [7], по итогам испытаний на данном участке установлено, что при скорости от 20 до 80 км/ч основное удельное сопротивление движению оцениваемых вагонов ниже, чем у аналогов с осевой нагрузкой 23,5 тс: в груженом состоянии на 15-23 %, в порожнем на 12-30 %. Для среднесетевых условий эксплуатации прогнозируется рост переменной части затрат на текущее содержание пути, приведенной к одному вагону парка, на 21,8 %. На основании этих данных специалисты ПГУПС пришли к выводу, что эксплуатация вагонов с осевой нагрузкой 27 тс на сети РЖД позволит снизить совокупные расходы владельца инфраструктуры: снижение расходов на тягу поездов, а также затрат, связанных с техническим обслуживанием в пути следования, превысит рост расходов на содержание пути.

По предварительным результатам прошедших в течение второй половины

2017 г. испытаний, для внедрения вагонов с осевой нагрузкой 27 тс не потребуется модернизировать типовые конструкции пути. Воздействие на путь подвижного состава с тележками со специально разработанным подвешиванием и осевой нагрузкой 27 тс существенно не отличается от воздействия подвижного состава, включающего вагоны с осевой нагрузкой 23,5 тс.

Дальнейшие шаги

Испытания «тяжеловесных» вагонов продолжатся и в 2018 г. На следующих этапах предстоит уточнить экономический эффект эксплуатации вагонов с нагрузкой 27 тс на устойчивом маршруте массовой перевозки тяжеловесных грузов. Минтранс России планирует задействовать для этого полигон Кузбасс — Дальний Восток, характеризующийся ограниченной пропускной способностью. Программа испытаний будет включать тяговые, ди-намико-тормозные испытания и исследование воздействия на путь для уточнения режимов ведения полносоставных поездов (длиной 71 условный вагон) и их тягового обеспечения.

В этих испытаниях примет участие новый универсальный полувагон с разгрузочными люками модели 12-9548-02 (рис. 2) с осевой нагрузкой 27 тс, специально разработанный АО «Тихвинский вагоностроительный завод» для перевозок из угольных бассейнов Кузбасского региона в порты Дальнего Востока. Полувагон отличается от аналогичных моделей, существующих на рынке, увеличенным до 103 куб. м объемом кузова и повышенной до 82 т грузоподъемностью.

Конструкция полувагона предполагает максимальное использование полезного пространства для увеличения количества перевозимого груза при сохранении стандартного габарита 1-ВМ. Размеры и конструкция кузова обеспечивают беспрепятственную разгрузку с использованием существующих вагоноопрокидывателей, тепляков и других устройств, используемых на полигоне Кузбасс — Дальний Восток. Это позволяет эффективно перевозить самые разные насыпные грузы и работать на маршрутах с большим грузооборотом без дополнительных вложений в инфраструктуру. Формирование поездов с использованием вагонов указанного типа поможет увеличить весовую погрузку состава на 19 %. Полувагон прошел межведомственную приемочную комиссию, сертификация

завершится в феврале 2018 г., а выпуск в эксплуатацию первого состава намечен на март.

Для подготовки к испытаниям ОАО «РЖД» ведет обследование текущего состояния путей общего и необщего пользования, формирует комплексную программу мониторинга отдельных участков и объектов инфраструктуры полигона Кузбасс — Дальний Восток, а также анализа изменения затрат на содержание инфраструктуры при обращении поездов, сформированных из вагонов с осевой нагрузкой 27 тс. Утверждение соответствующих документов запланировано на февраль 2018 г., как и подготовка первого состава полувагонов.

Завершение работ по определению экономического эффекта для владельца инфраструктуры и ключевых грузообразу-ющих отраслей от применения осевой нагрузки 27 тс в грузовых железнодорожных перевозках запланировано на декабрь 2018 г. После этого можно будет вести речь о полноценном внедрении вагонов с осевой нагрузкой 27 тс в постоянную эксплуатацию. А вагоностроители пе-

реидут к освоению подвижного состава следующего поколения — с нагрузками более 30 тс.

Литература

1. Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года: утв. Рапоряжением Правительства РФ 17.06.2008 № 877-р. [Электронный ресурс] URL: http://doc. rzd.ru/doc/pubLic/ru?id=3997&Layer_ id=5104&STRUCTURE_ID#5455/ (дата обращения 26.01.2018).

2. Павел Иванов. Ключевые направления -поэтапная ликвидация барьерных мест и адресное повышение установленных скоростей [Электронный ресурс] URL: http://www.gudok.ru/first_ person/? ID=1399110 (дата обращения 26.01.2018).

3. Типаж «Вагоны грузовые магистральные на 1986-2000 гг. / ВНИИЖТ, ВНИИВ. М., 1986.

4. Комплексная программа реорганизации и развития отечественного локо-мотиво- и вагоностроения, организация ремонта и эксплуатации пассажир-

ского и грузового подвижного состава на период 2001-2010 гг. М.: Мин-во путей сообщ. РФ, 2001.

5. Стратегические направления научно-технического развития ОАО «Российские железные дороги» на период до 2015 г. («Белая книга» ОАО «РЖД»). [Электронный ресурс] URL: http://doc.rzd.ru/doc/pubLic/ru? STRUCTUREJD=704&id=4038&layer_ id=5104 (дата обращения 26.01.2018).

6. Стратегия развития транспортного машиностроения Российской Федерации на период до 2030 года [Электронный ресурс] URL: http://static.government. ru/media/files/klnxiLOfYHPRsEe6cD 9 NsI0KM32LMacz.pdf (дата обращения 26.01.2018).

7. Методика оценки экономической эффективности эксплуатации грузовых инновационных вагонов на железнодорожной инфраструктуре российских железных дорог [Электронный ресурс] URL: http://docs.cntd.ru/ document/542610437 (дата обращения 26.01.2018).