Будущее дизель-поездов в России
Специалисты ВНИИЖТа, проанализировав потребности российских железных дорог и возможности отечественной промышленности, разработали концепцию насыщения парка дизельными составами
В настоящее время пассажирские перевозки в пригородном и местном сообщениях на неэпектрифицированных участках железных дорог России обеспечивают морально и физически устаревшие дизель-поезда, а также поезда, сформированные из тепловоза и пассажирских вагонов. Все это вынужденные меры, вызванные острым дефицитом дизель-поездов, закупка которых была прекращена более 15 лет назад (последней была поставлена серия АЧ2, созданная в 1984 г.). По этой причине более 76 % пригородных перевозок на неэлектрифицированных линиях выполняются не предназначенными для этого тепловозами, как правило, грузовыми или маневровыми (рис. 1). Средняя составность поезда 4 — 5 вагонов.
Экономическая эффективность применения тепловозов с пассажирскими вагонами на ограниченных маршрутах крайне низка. Так, четырехвагонный дизель-поезд из двух автомотрис АЧ2 и двух прицепных вагонов, по сравнению с поездом из четырех пассажирских вагонов и односекционного тепловоза, расходует топливо на 1 пас-скм в 1.9 — 2 раза меньше. Это, в первую очередь, обусловлено работой силовой установки дизельного локомотива на малой мощности с высоким удельным расходом топлива и низким к.п.д.
Кроме того, использование тепловозов в пригородном и местном сообщениях вызывает дополнительные эксплуатационные расходы на содержание проводников пассажирских вагонов. Они требуются, в том числе, для обслуживания систем отопления вагонов в холодное время года, поскольку в настоящее время нет тепловозов, оборудованных устройствами для электроснабжения вагонов.
Чтобы сократить эксплуатационные расходы и повысить качество обслуживания пассажиров на пригородных участках, нужны мобильные и экономичные дизель-поезда. Специалисты ВНИИЖТа на основании анализа потребности железных дорог разработали концепцию насыщения парка дизельными составами, которые бы отвечали современным требованиям. Основные положения этой концепции содержатся в утвержденной МПС России «Комплексной программе реорганизации и развития отечественного локомотиво- и вагоностроения, организации ремонта и эксплуатации пассажирского и грузового подвижного состава на период 2001 — 2010 гг.».
Задача создания в кратчайшие сроки дизель-моторвагонного подвижного состава (ДМВПС) может быть решена, если использовать в качестве осно-
вы серийно выпускаемые машиностроительными заводами России вагоны электропоездов. Благодаря этому достигается унификация экипажной части, кузова и оборудования пассажирского салона.
За рубежом сегодня широко распространена блочно-модульная компоновка силового оборудования. При этом максимально унифицированы экипажная часть и механическое оборудование дизель- и электропоездов. Силовая установка дизельного состава или тяговое электрооборудование электрического выполняется в виде блока (модуля), причем число коммуникаций для связи с внешними устройствами (токоприемником, тяговыми двигателями, тормозной системой и др.) уменьшают до предела, а габаритные размеры блоков также унифицируют. Это, в свою очередь, позволяет использовать на дизель- и электропоездах практически одинаковые вагоны
При блочно-модульной компоновке силового оборудования дизель-поезда силовая установка размещается, в основном, под кузовом вагона, что позволяет не ограничивать заполняемость моторных вагонов и улучшить условия проезда пассажиров. Кроме того, модульная конструкция силового блока дает возможность значительно уменьшить простои ДМВПС на плановых видах ремонта за счет использования крупноагрегатных методов ремонта.
Так, в последние годы на неэлектрифицированных линиях железных дорог Европы были введены в эксплуатацию ди-зель-поезда и рельсовые автобусы новых типов и серий. Специалисты немецкой компании «Voith», имеющей многолетний опыт в разработке и изготовлении гидравлических передач мощности, представили ряд предложений и изделий для применения на подвижном составе. В частности, они рекомендуют подкузовное расположение силовых агрегатов, а также тяговый привод в блочном исполнении, что является сегодня преобладающей тенденцией в локомотивостроении.
Как правило, удельная мощность силовых установок ДМВПС составляет 3 — 6 кВт/т массы тары. В тяговом приводе большей части этого подвижного состава используется гидравлическая передача мощности, однако около 16 % дизель-поездов имеют электрическую.
В последние годы за рубежом налажено серийное производство широкого спектра силовых установок ДМВПС для подвагонного расположения. Они имеют модульную конструкцию и содержат: дизель со всеми необходимыми системами и агрегатами, в том числе для его охлаждения с радиаторами и вентиляторами, систему забора и очистки воздуха, гидропередачу или тяговый генератор, тормозной компрессор, вспомогательный генератор, компрессор системы кондиционирования.
Большинство зарубежных двигателестроительных фирм предлагает специальные модели дизелей для расположения под кузовом Наибольшее распространение получили двигатели таких фирм, как «Cummins», MTU и MAN.
К сожалению, отечественная промышленность в настоящее время серийно не выпускает дизели с характеристиками, отвечающими требованиям моторвагонного подвижного состава, пригодные для под-кузовного размещения По этой причине, например, рельсовые автобусы РА1-001 и РА1-002 оборудованы силовыми модулями импортного производства.
Таким образом, одним из решений проблемы разработки и производства нового ДМВПС для российских железных дорог может быть использование вагонов электропоездов, дополнительно оснащенных дизельным силовым и вспомогательным оборудованием, выполненным в виде блоков (модулей) для подвагонного расположения. На опытных и на первых серийных образцах дизельного подвижного состава возможно применение силовых модулей импортного производства.
Необходимо отметить, что в ОАО «Звезда» (г. Санкт-Петербург) изготовлены два опытных образца горизонтального дизеля для подкузовного размещения на подвижном составе: М720 мощностью 294 кВт и М721 мощностью 550 кВт. После доводки этих двигателей и компоновки их в единые модули с тяговыми и вспомогательными генераторами, а также системами охлаждения может быть организован выпуск ДМВПС с отечественными силовыми модулями.
Дизель-поезд с электрической передачей мощности, составностью 3 — 4 вагона для пригородных перевозок может быть создан в короткие сроки при максимальной унификации с серийно выпускаемыми вагонами электропоездов (рис 2), например на базе Торжокского вагоностроительного завода.
Четырехвагонная секция такого поезда (основная составность) включает в себя два головных вагона с силовыми установками вагон с тяговыми двигателями и прицепной промежуточный вагон Данная схема позволяет иметь составность дизель-поезда 3 — 4 вагона. Чтобы ее увеличить, необходимо проработать установку силового модуля в прицепном вагоне. Это позволит при необходимости изменять составность дизель-поезда от 6 до 12 вагонов.
На дизель-поезде, который предлагается формировать из вагонов электропоезда ЭТ2М, планируется установить тяговый агрегат фирмы MTU, содержащий дизель мощностью 550 кВт и тяговый синхронный генератор. Выпрямленное напряжение составляет 3000 В, что позволяет использовать тяговое и вспомогательное электрооборудование моторного вагона электропоезда без каких-либо переделок, в частности, его систему отопления.
В качестве тяговой единицы служит моторный вагон 2 (см. рис. 2) электропоезда, тяговые двигатели которого получают питание от силовых установок головных вагонов. Промежуточный прицепной вагон 3 вообще взаимозаменяем с аналогичным прицепным вагоном электропоезда.
Распределение массы силовой установки и передачи мощности на два вагона предоставляет возможность сохранить на дизель-поезде нагрузки от колес на рельсы 20 тс в случае максимальной заполняемости салонов пассажирами. Кроме того, сохранение моторного вагона без изменений позволяет использовать дизель-поезд в качестве электроподвижного состава на электрифицированных участках пути (поэтому на вагонах сохраняется токоприемник 6, см. рис. 2).
Благодаря унификации с вагонами электропоездов уровень комфорта разрабатываемого дизель-поезда будет не ниже уровня, обеспечиваемого современными отечественными электропоездами. Кроме того, унификация с вагонами электропоезда позволяет сократить расходы на создание ремонтной базы лишь дооснастив моторвагонные депо необходимым оборудованием для обслуживания и ремонта дизелей.
Поезд будет снабжен современной системой управления и диагностики. Его конструкционная скорость — 130 км/ч. Четырехвагонный дизель-поезд с расчетной населенностью при разгоне на горизонтальном участке пути до скорости 20 км/ч должен иметь ускорение не менее 0,5 м/с2.
Учитывая максимальное использование конструкторской документации и комплектующих изделий, применяемых на электропоездах, стоимость создания такого дизель-поезда существенно меньше по сравнению с разработкой совершенно новой конструкции. Не потребуется организовывать отдельный машиностроительный завод.
Возможен вариант с размещением силовой установки в кузове головного вагона дизель-поезда за кабиной машиниста. В этом случае дизельное помещение займет пассажирский и служебный тамбуры, а также незначительную часть пассажирского салона. Пассажировместимость головного вагона сократится с 80 до 70 человек, масса увеличится с 44,2 до 58 т. Такой дизель-поезд может выпускаться в четырех- и шестивагонном исполнении.
Четырехвагонный дизель-поезд (основная составность) состоит из головного вагона с кабиной управления и дизельной силовой установкой; моторного вагона с тяговыми двигателями; головного вагона с кабиной управления без дизеля; прицепного вагона При шестивагонном исполнении дизель-поезд будет иметь два головных вагона с силовыми установками, два моторных и два прицепных вагона.
Преимуществами данного варианта являются возможность питания моторного вагона от одной, более мощной, силовой установки и облегченные условия ее технического обслуживания. Недостатки: значительная переделка конструкции вагона, сокращение пассажирского салона большая масса вагона.
На первом этапе создания дизель-поезда для передачи мощности целесообразно использовать хорошо отработанную электропередачу переменно-постоянного тока. В дальнейшем, по мере освоения, можно перейти на передачу переменно-переменного тока.
Кандидаты технических наук И.П. АНИКИЕВ, А.С. ЛЯШЕНКО, инж М.Ю. НОСКОВ, сотрудники ВНИИЖТа
