Инновационный грузовой подвижной состав: технико-экономические параметры

ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ

Инновационный грузовой подвижной состав: технико-экономические параметры

А. А. РОМАНОВА, канд. техн. наук, доцент, Е. А. ЖАРОВА, канд. техн. наук, В. А. РЕШЕТОВ, канд. техн. наук, С. В. ХОХЛОВ, Петербургский государственный университет путей сообщения

В ходе работы над проектом «Разработка и создание высокотехнологичного производства инновационного грузового подвижного состава железных дорог» специалисты Петербургского государственного университета путей сообщения и ОАО «Рузхиммаш» создали ряд моделей вагонов с улучшенными технико-экономическими показателями.

Рынок железнодорожных перевозок растет быстрыми темпами. Стабильный и прогнозируемый на первый взгляд, он постоянно зависит от ряда факторов: темпа роста экономики и развития инфраструктуры, обновления и совершенствования подвижного состава, улучшения логистических технологий, конкуренции с другими видами транспорта. Инновационные решения в области вагоностроения должны быть увязаны как с потребностями экономики страны, так и с новыми возможностями, предостав-

ляемыми научно-техническим прогрессом.

Проектируя новый подвижной состав, необходимо дать объективную оценку места каждого типа вагона в суммарном грузообороте.

В структуре грузов, перевозимых на железнодорожном транспорте, преобладают каменный уголь, нефть и нефтепродукты, строительные грузы, руда железная и марганцевая. На рис. 1 представлена структура грузооборота в связи с основными типами подвижного состава: дано процентное соотношение объемов разных видов грузов, перево-

а)

30% 20% 10% 0%

в)

3% -2% 1% 0%

Полувагон

Каменный уголь

Руда цветная

Лом черных металлов Руда железная

Лес и прочие грузы

Грузы в контейнерах

| Лесные грузы

Прочие грузы

б)

10% 8% 6% 4% 2% 0%

Вагон-цистерна

зимых в а) полувагонах; б) вагонах-цистернах (наливные грузы); в) вагонах-платформах; г) вагонах-хопперах (сыпучие грузы).

Как следует из данного сравнительного анализа, самым востребованным подвижным составом, спрос на который неуклонно растет, является полувагон. Несмотря на увеличение объемов транспортировки нефти и нефтепродуктов через трубопроводы, вагоны-цистерны также пользуются спросом. Увеличение количества перевозимых контейнеров, рост транспортировки леса и гибкие провозные тарифы способствуют росту спроса на вагоны-платформы.

В связи с такой ситуацией на рынке было решено разработать четыре пилотных проекта вагонов (полувагона, вагона-цистерны, универсального вагона-платформы, скоростного вагона-платформы), которые отличались бы улучшенными характеристиками и были бы показательны с точки зрения эффективности внедрения инноваций в вагоностроении.

I Темные нефтепродукты | Светлые нефтепродукты Нефть сырая

I Газы

энергетические

Химические

продукты

г)

Вагон-платформа

Рис. 1. Структура грузооборота в 2010 г. по соотношению перевозимых грузов

ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ

Таблица 1. Сравнительные характеристики полувагонов нового поколения

Новые вагоны

Инновационные вагоны

Завод-изготовитель § й 0 Й & т с- 0 Й & т й 0 Й § 8 8

т 1 УВЗ УВЗ ° 2 ^ л С т ° 2 ^ л С т ТСВЗ ° 2 ^ л С т м аР

Грузоподъемность, т 70 75 76 75 76 75,5 83 84

Тара вагона, т 24 24,3 23,5 24 24 24,5 25 23,13

Осевая нагрузка, тс 23,5 25 25 25 25 25 27 27

Объем кузова, м3 88 88 90 88 89 88 98 100,5

Габарит 1-ВМ 1-Т 1-ВМ 1-ВМ Тпр 1-Т Тпр Тпр

Таблица 2. Технико-экономическое обоснование инновационного полувагона

Показатель Базовый полувагон 12-132 Инновационный полувагон 15-9893

Простой срок окупаемости,

лет 5,1 4,9

Дисконтированный срок

окупаемости, лет 6,1 5,8

Чистая текущая стоимость проекта (МРУ), тыс. руб. 2624 117 617 556

Полувагон увеличенной грузоподъемности до 84 т

Большая часть производимых сегодня полувагонов — это конструкции, во многом повторяющие спроектированные много лет назад и не в полной мере удовлетворяющие требованиям грузоотправителей.

В ходе разработки пилотного проекта инновационного полувагона при увеличении осевой нагрузки до 27 тс/ось были поставлены следующие задачи:

• увеличить объем кузова до 100 м3 и грузоподъемность до 84 т за счет максимального использования габарита подвижного состава Тпр;

• снизить коэффициент тары на 10-15%;

• добиться того, чтобы стоимость инновационного вагона увеличилась не более чем на 10 %.

Сравнительная характеристика выпускаемых промышленностью и разрабатываемых полувагонов нового поколения приведена в таблице 1.

Сравнивая характеристики последних разработок полувагона с базовой массовой моделью 12-132, можно сделать вывод, что, несмотря на увеличение грузоподъемности на 5 т, только две модели отличаются увеличенным объемом кузова, при этом увеличения следует признать незначительными. На наш взгляд, это является следствием ухудшения такого важного показателя, как удельный объем кузова.

При разработке инновационного полувагона модели 15-9893 (рис. 2) были применены новые конструктивные решения, позволившие в габарите Тпр существенно увеличить объем кузова.

Боковые стенки с гладкой обшивкой были выполнены под наклоном к вертикали, что позволило более рационально использовать габарит Тпр при обеспечении прочности стоек в зоне заделки. Стойки изготовлены из гнутого профиля переменного сечения, что уменьшило их массу при обеспе-

чении требуемых прочности и жесткости.

В ходе предпроектных исследований было выполнено технико-экономическое обоснование применения полувагона нового поколения. Расчет производился для двух вариантов полувагонов: с грузоподъемностью 69 т (базовый вагон, например 12-132) и 84 т (инновационный полувагон на тележках повышенной грузоподъемности) (табл. 2).

Для расчета было выбрано грузонап-ряженное направление от станции Ленинск-Кузнецкий до станции порт Мурманск (за 2010 г. на этом направлении было перевезено 17 млн т угля). Расстояние между ними составляет 4728 км. Тип отправки — повагонная, принадлежность вагонов — собственные.

Объемы закупок полувагонов определялись по запланированным мощностям завода. Цена инновационного полувагона была принята на 10 % выше базовой. Также в расчете учитывались затраты на текущий и деповский ремонт полувагонов. По статистике, базовые вагоны попадают в текущий отце-почный ремонт до 5 раз в год (если чаще, то вагоны направляют в депо для проведения планового ремонта). Стоимость ремонта может варьироваться в зависимости от выполняемых работ, расхода комплектующих; в качестве допущения она была принята одинаковой для всех полувагонов. Кроме того, при расчете учитывались дополнительные затраты на содержание пути, подробный расчет которых выполнен для тележки 18-9889.

Рис. 2. Общий вид инновационного глуходонного полувагона 15-9893

Модель

ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ

Рис. 3. Общий вид вагона-цистерны в габарите Тпр:

1 — котел; 2 — полурама; 3 — люк; 4 - сливной прибор; 5 — автосцепное оборудование; 6 — беззазорное сцепное устройство SSD; 7 — тележка модели 18-9889.

Вагон-цистерна увеличенного объема

Ежегодная потребность в цистернах для перевозки светлых нефтепродуктов (СНП) составляет около 25 тыс. единиц. Выпускаемые на сегодняшний день модели имеют ряд существенных недостатков, в частности:

• объем котлов вагонов-цистерн ранних моделей не позволяет полностью реализовать ресурс грузоподъемности при перевозке светлых неф-

тепродуктов, занимающей существенную долю в структуре грузов, а также активно конкурировать с другими видами транспорта (трубопровод, речной и морской транспорт);

• практически все вагоны-цистерны для СНП, особенно построенные до 2000 г., выполнены в габаритах 1-ВМ и 02-ВМ, в то время как на железных дорогах РФ может свободно обращаться подвижной состав в более просторном габарите 1-Т, а на ряде маршрутов

Таблица 3. Сравнительные характеристики цистерн для СНП

Модель 15-150-04 15-195 15-289 15-1547-03 15-1343-06 15-9735 2 0 0-0 4 7 5-7 1 18 21 22 11 5-1 5-1 11

Завод-изготовитель С1 £ С1 £ Алтайвагон-завод § в о Азо § в о Азо Салават-нефтемаш Рузхиммаш Рузхиммаш Рузхиммаш

Грузоподъемность расчетная, т 66 72 66 66 66 66 68 68,7 72,5

Грузоподъемность фактическая, т:

— светлые нефтепродукты с плотностью 680 кг/м3, т 57,04 62,92 66,00 57,18 63,06 72,00 48,25 53,21 61,02

— светлые нефтепродукты с плотностью 750кг/м3, т 57,04 62,92 66,00 48,71 53,73 61,61 49,05 54,10 62,03

— дизтопливо с плотностью 860 кг/м3, т 48,25 53,21 61,02 59,71 65,86 68,70 59,98 66,15 72,50

Тара вагона, т 27,5 27,5 28 27,3 25,8 25,9 24,2 23,8 25,9

Осевая нагрузка, тс 23,5 25 23,5 23,5 23,5 23,5 23,5 23,5 25

Объем котла, м3 85,6 85,8 72,4 85,6 73,1 73,6 72,4 89,6 90

Габарит 1-ВМ 1-Т 1-ВМ 1-ВМ 02-ВМ 02-ВМ 02-ВМ 1-Т 1-Т

Таблица 4. Средние показатели технико-экономического обоснования эффективности инновационного вагона-цистерны

Показатель Базовая четырехосная цистерна модели 15-1218 Инновационная четырехосная цистерна в габарите ТПр Вагон-цистерна с двумя котлами (сцеп) в габарите ТПр Вагон-цистерна с двумя котлами (сцеп) в габарите 1-Т

Объем котла, м3 90 96 198 192

Простой срок окупаемости, лет 5,2 5,1 4,7 4,8

Дисконтированный срок окупаемости, лет 7,0 6,8 6,3 6,5

значительной протяженности есть возможность применять габарит Тпр.

Положительной тенденцией последних лет стало увеличение конкуренции среди производителей новых вагонов-цистерн для СНП. Сравнительная характеристика разрешенных к производству цистерн приведена в таблице 3.

Таким образом, при использовании некоторых моделей цистерн нового поколения возникает проблема недостаточно эффективной реализации ресурса грузоподъемности и полезного объема. Кроме того, на рынке практически нет предложений вагонов-цистерн увеличенной вместимости, так как прямое увеличение объема котла при увеличении длины вагона невозможно.

На основании проведенных исследований при разработке пилотного проекта инновационного вагона-цистерны с осевой нагрузкой 25 тс/ось была поставлена задача увеличить объем котла до 100 м3 за счет максимального использования габарита подвижного состава.

На начальном этапе работы были предложены три варианта инновационного вагона-цистерны. Для выбора наиболее перспективной и экономически оправданной модели произведен расчет экономической эффективности в сравнении с базовой цистерной модели 15-1218 (таблица 4).

При проведении расчетов были учтены все значимые составляющие, а именно:

• расход и затраты на приобретение комплектующих для вагонов с увеличенной вместимостью;

• затраты на текущий и плановый ремонт;

• стоимость перевозки грузов по рассматриваемым вариантам.

Не учитывались расходы на приобретение нового оборудования при произ-

Ятнгобни упор

Пол Фишеойыи упор

ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ

Рис. 4. Общий вид универсальной сочлененной платформы

ОитиигоОм ¡рщ ¿фаг

Фтягобыц ухр

Хггройс/пбо

Побфктнтяра

ентмобый уюр

Фишнгпдш упор

Узел сочленения

Ранд Фткигобый утр

Фитимго&н! упор

Рис. 5. Общий вид скоростной сочлененной платформы

водстве вагонов нового поколения, так как эти расходы заложены в стоимость вагона.

Расчеты производились для 72 вагонов в составе поезда, исходя из того, что на выбранных полигонах (направления Аксарайская — Волгодонск и Татьянка — Туапсе эксп.) будут обращаться три поезда в течение первого года реализации проекта и семь — в последующие годы. Для каждой плотности груза выполнен отдельный расчет.

По результатам проведенных исследований для проектирования выбран вариант вагона-цистерны с двумя котлами в габарите Тпр модели 15-9892, общий вид которого представлен на рис. 3.

При создании инновационного полувагона модели 15-9892 применены новые конструктивные решения:

• котел имеет конусовидные консольные вставки, позволяющие максимально использовать возможности габарита подвижного состава;

• вагон-цистерна оснащен двумя котлами;

• в конструкции вагонов-цистерн использовано беззазорное сцепное

устройство, позволяющее увеличить объем перевозимого груза в вагонах без увеличения длины состава поезда.

Вагоны-платфомы сочлененные

При беглом анализе грузооборота железнодорожного транспорта можно прийти к выводу, что доля грузов, перевозимых на платформах, незначительна. Однако в действительности сейчас наблюдается постепенный переход от использования крытых вагонов к использованию контейнеров, а следовательно, и вагонов-платформ. Кроме того, увеличиваются объемы перевозок техники на колесном и гусеничном ходу и грузов, требующих особых условий перевозки.

Мировой рынок контейнерных перевозок в настоящее время является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей. Среди перевозимых контейнеров стали преобладать 20-, 40-и 45-футовые модификации (причем особенно большой рост объемов перевозок наблюдается в 40- и 45-футовом сегменте).

В СССР и позднее в России перевозки крупнотоннажных контейнеров в боль-

шинстве своем осуществлялись на специализированном подвижном составе — фитинговых платформах. Подавляющую часть парка фитинговых платформ составляли вагоны моделей 13-935, 13-470, 13-9004, 13-9007 длиной по концевым балкам 18,4 м (по осям сцепления — 19,62 м). В настоящее время в парке находится около 19 тыс. таких вагонов. На этих платформах допускается перевозка 20- и 40-футовых контейнеров, однако их недостаток состоит в том, что при перевозке 40-футовых контейнеров появляется избыточная погрузочная длина: платформа перевозит только один контейнер, размещенный по центру, в результате чего ее полезная длина используется только на 60 %, а грузоподъемность — на 50 %.

Частично проблема дефицита специализированного подвижного состава для перевозки контейнеров 40 и 45 футов решается путем дооборудованиия универсальных платформ модели 13-401, 13-4012 и их модификаций длиной 13,4 м, однако вывод вагонов из запаса, процесс дооборудования и восстановление ресурса требуют, как правило, достаточно существенных затрат.

ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ

В последние годы основное внимание уделялось разработке длиннобаз-ных вагонов.

На основании анализа рынка вагонов-платформ было решено спроектировать два типа вагонов-платформ: универсальную платформу увеличенной грузоподъемности и контейнерную платформу с увеличенной конструкционной скоростью.

При реализации проекта по созданию универсальной платформы были поставлены следующие задачи:

• увеличить погрузочную площадь вагона;

• уменьшить коэффициент тары;

• снизить стоимость вагона.

В рамках проекта были разработаны две конструкции сочлененных платформ.

Первая, универсальная платформа модели 15-9895, позволит перевозить три груженых 40-футовых контейнера, пакетированные грузы, насыпные грузы, лесоматериалы, длинномерные грузы, колесную и гусеничную технику с конструкционной скоростью 100 км/ч при максимальной грузоподъемности 120 т (рис. 4).

Вторая, скоростная платформа модели 15-9894, создана для перевозки двух груженых 40-футовых контейнеров, четырех груженых 20-футовых контейнеров, двух груженых 45-футовых контейнеров с конструкционной скоростью 140 км/ч при максимальной грузоподъемности 90 т (рис. 5).

На этапе исследований предложен вариант инновационного вагона-платформы с увеличенной грузоподъемностью и произведен расчет его экономической эффективности в сравнении с базовыми вагонами (таблица 5) при перевозке контейнеров и леса. Исходные данные для расчета принимались те же, что и при технико-экономическом обосновании эффективности полувагона.

За счет расширения номенклатуры перевозимых грузов сочлененный ва-

гон-платформа может быть востребован крупными строительными организациями.

Показатели оценки экономической эффективности у универсальной сочлененной платформы модели 13-9895 более привлекательны, чем у платформ моделей 13-935 и 13-4012.

Увеличение скорости движения поездов, сформированных из вагонов-платформ с повышенной конструкционной скоростью, приведет к существенному снижению эксплуатационных расходов. Наибольшего экономического эффекта при эксплуатации платформ можно будет достичь при формировании из них контейнерных поездов. Перевозки на контейнерных поездах являются одним из наиболее эффективных методов транспортировки грузов по железной дороге, поскольку осуществляются за более короткое транзитное время и отличаются рядом ценовых преимуществ.

Сравнительная эффективность применения предложенной конструкции скоростной платформы модели 15-9894 была просчитана для трех различных вариантов: использование 342 типовых платформ (для перевозки такого же количества контейнеров, как и на 140 сочлененных платформах); использование 280 типовых платформ (что соответствует 140 сочлененным платформам, но количество погруженных контейнеров при этом уменьшается); использование сочлененной платформы (140 единиц).

Контейнерные поезда следуют по определенному расписанию, поэтому для расчета было принято, что отправка будет производиться 1 раз в неделю, поезда будут следовать одновременно навстречу друг другу со станции Шуша-ры Октябрьской железной дороги и со станции Находка Дальневосточной железной дороги. Провозной тариф на контейнерный поезд

Таблица 5. Технико-экономическое обоснование вагона-платформы при перевозке контейнеров

Платформы Платформа модели 13-9895 Платформа модели 13-935 Платформа модели 13-4012

Простой срок окупаемости, лет 3,0 4,8 3,6

Дисконтированный срок окупаемости, лет 3,7 6,8 4,7

Чистый приведенный доход (МРУ), тыс. руб. 459 594 190 230 419 905

Таблица 6. Технико-экономическое обоснование применения скоростных платформ в сравнении с базовой моделью

Показатель Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3

Простой срок окупаемости , лет 4,3 4,1 3,0

Дисконтированный срок окупаемости, лет 5,7 5,7 3,7

Чистая текущая стоимость проекта (МРУ), тыс. руб. 265 155 227 707 459 594

определен по действующему «Тарифному руководству», для большой скорости движения, при условии маршрутной отправки группы собственных вагонов. Следует пояснить, что при принятии поправки к «Тарифному руководству» в части тарифов на перевозки контейнерными поездами провозная плата будет складываться из трех основных составляющих: стоимость аренды локомотива, степени загрузки вагона и осности поезда, что даст существенную экономию, а значит, и прибыль при эксплуатации скоростных сочлененных платформ. Остальные исходные данные основаны на параметрах, аналогичных тем, что учитывались при расчете эффективности применения полувагона. Результаты расчета приведены в таблице 6.

Таким образом, увеличение скоростей движения является экономически выгодным для транспортной компании, формирующей контейнерные отправки. Кроме того, эксплуатация этих платформ возможна в составе пассажирского поезда.

Таким образом, разработанный инновационный подвижной состав по своим технико-экономическим показателям значительно превосходит существующие вагоны. В конструкциях разрабатываемых вагонов могут быть реализованы последние достижения в области вагоностроения.

При вводе в эксплуатацию инновационного подвижного состава, произведенного на ОАО «Рузхиммаш» (полувагоны, вагоны-цистерны, вагоны-платформы), в соответствии с программой-графиком по договору и потребностью рынков по каждому типу вагонов на срок планирования 10 лет средний дисконтированный срок окупаемости проекта составит около 6 лет, а суммарный чистый дисконтированный доход проекта — около 5 млрд руб.

Литература

1. Бороненко Ю. П., Орлова А. М. и др. О проекте создания инновационного грузового подвижного состава // Вагоны и вагонное хозяйство. — 2011. — № 1.

2. Вагон-цистерна с двумя котлами. Заявка на полезную модель № 2011102299.

3. Отчеты НИР на тему «Оценка технико-экономической эффективности вагонов инновационного грузового подвижного состава на этапе разработки эскизных проектов» (окончательный). Этапы 1-4. — НИИ «Трансмаш». — Тема № 23-10Т; шифр 2010-218-01-228. — 2010.

4. Цыганская Л., Атаманчук Н., Собержан-ский Н. Выбор параметров вагона-цистерны увеличенной вместимости и грузоподъемности // Известия. — 2011. — № 1.