[05-2018] Правилам тяговых расчетов - достоверность
 

Правилам тяговых расчетов - достоверность

Д-р техн, наук В.Н. ИГИН, г. Москва

Одной из эффективных мер, подразумевающих повышение качества тяговых расчетов, как результативного способа достоверного отражения реального перевозочного процесса, является перевод единиц измерения в Международную систему единиц (СИ). В России с 2008 г. действует Федеральный закон от 26.06.2008 № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений», согласно ст. 6 которого применяются единицы величин СИ, принятые Генеральной конференцией по мерам и весам и рекомендованные Международной организацией законодательной метрологии. В рамках реализации этого закона были разработаны и распоряжением ОАО «РЖД» от 12.05.2016 № 867р утверждены «Правила тяговых расчетов для поездной работы», отличающиеся от ранее действовавших переводом технических параметров подвижного состава и показателей перевозочного процесса в систему СИ.

Главный и, к сожалению, не единственный недостаток новых Правил — руководящий принцип, положенный в их основу, «о принадлежности внесистемных единиц измерения, в частности, скорости движения подвижного состава в км/ч к единицам системы СИ». При этом официальное определение системы СИ как «совокупности основных и производных единиц, их десятичных кратных и дольных единиц, а также правил их использования», приведенное в первом разделе постановления правительства РФ от 31.10.2009 № 879 «Об утверждении положения о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации», разработчиками проигнорировано.

Правительством Российской Федерации в дополнение к закону допущены к применению наравне с единицами величин Международной системы единиц внесистемные единицы величин. Данное обстоятельство вопреки теоретической доктрине разработчиков новых Правил не означает, что внесистемные единицы также относят к международной системе СИ. По этому поводу специально, согласно отмеченному выше постановлению правительства РФ от № 879, в его п. 1 констатируется, что «внесистемная единица величины — это единица, не входящая в принятую систему единиц».

К слову сказать, в приведенном документе даже простое упоминание величины скорости в км/ч напрочь отсутствует. В этой связи утверждение разработчиков о том, что применяемая в новых Правилах тяговых расчетов величина скорости движения подвижного состава, выраженная в км/ч, якобы является системной, т.е. входящей в систему СИ, безосновательное, идущее вразрез с российским законодательством.

Для полноты утверждения полезно напомнить разработчикам, что согласно канонам русского языка в «Толковом словаре русского языка» С.И. Ожегова, вне — приставка, образующая прилагательные со значением за пределами чего-либо, в частности, внесистемный — это однозначно за пределами системы. По этому поводу заметим, что незаконное отнесение внесистемных единиц в разряд системных не что иное, как некорректный способ получения желаемого результата.

При подготовке обновленных Правил тяговых расчетов их авторы руководствовались, вероятнее всего, разработанным ими в далеком прошлом и подписанным заместителем министра МПС СССР Ф.И. Шулешко письмом от 11.03.1982 № Д-8029 «О применении основных терминов и единиц измерения физических величин в области тяги поездов». В отмеченном письме, нарушив действовавшую в СССР Международную систему единиц, введенную с 1 января 1963 г. ГОСТ 9867—61, внесистемную величину скорости движения подвижного состава в км/ч отнесли к системе СИ. Примечательно, что авторы предыдущих Правил тяговых расчетов, имея формальное разрешение, не стали рисковать своей научной репутацией и не объявили внесистемные величины системными.

Влияние погоды на тяговые расчеты нигде не учтено, при этом неблагоприятные погодные условия могут влиять на движение поездов (бури, ураганы).

Положительной стороной упомянутого письма МПС СССР от 11.03.1982 № Д-8029 стало разъяснение физического смысла коэффициентов «сцепления тягового подвижного состава и сцепления оси» как безразмерных величин. Данное разъяснение по смыслу и содержанию соответствует определению ГОСТ 27674—88 «Трение, изнашивание и смазка. Термины и определения» коэффициента сцепления как отношения наибольшей силы трения покоя двух тел к нормальной относительно поверхностей трения силе, прижимающей их друг к другу.

Приведенное в письме понятие коэффициента сцепления широко используется в мировой практике: как в механике в целом, так и в железнодорожном, и автомобильном транспорте в особенности. При этом значения коэффициента сцепления во всех сферах его применения соизмеримы по величине, не превышают единицы и до момента появления обновленных ПТР не вызывали у научной общественности сомнения в их достоверности.

Теперь в обновленных Правилах тяговых расчетов, согласно реализованной разработчиками доктрине «о принадлежности внесистемных единиц измерения системным», само название коэффициента сцепления как безразмерной величины сохранилось, но его величина, вопреки здравому смыслу, приобретает размерность ускорения м/с2, а ее значение вырастает примерно на один порядок.

В дополнение к отмеченному разработчики публикуют статью (см. «Локомотив» № 8, 2017 г.), в которой дают невнятную трактовку коэффициента сцепления как «разновидности удельного показателя силы с размерностью Н/т», что еще больше все запутывает. Возникает вполне резонный вопрос: как корреспондируется новое толкование изобретенной разработчиками величины с действующим ГОСТ 2167$—88 «Трение, изнашивание и смазка. Термины и определения» или с уже упомянутым письмом МПС СССР от 11.03.1982 № Д-8029?

Отдельно следует обратить внимание на проблему соответствия тяговых расчетов условиям эксплуатации. Известно, что все представленные в правилах выражения удельных величин силы тяги или сопротивления движению построены на основе опытной выборки данных. Впоследствии после статистической обработки полученный результат в виде статистических выражений или графиков распространяют на генеральную совокупность отражаемых ею процессов: тяги, выбега или торможения подвижного состава.

Одновременно все без исключения современные научные и практические работы, использующие такого рода выражения, принято сопровождать, чтобы убедиться в достоверности производимых с их помощью расчетов, оценкой надежности, т.е. вероятностью ошибки. В подготовленных правилах, как, впрочем, и во всех предыдущих, такая оценка, по разным на то причинам, не производилась.

А между тем, приведенные в новых Правилах выражения, в частности, удельного сопротивления движению, несмотря на практически полностью обновленные сегодня подвижной состав и инфраструктуру, лишь за редким исключением опираются на результаты испытаний примерно 50 — 70-летней давности. Однако выражения остаются без изменений, являясь при этом, как минимум, недостоверными.

Приведу один из примеров: уравнения удельного сопротивления, в частности, локомотивов в режимах тяги w0'(v) и выбега wx(v) впервые ввели в Правила тяговых расчетов издания 1968 г. и предлагаются к применению в обновленных правилах после умножения на величину g в м/с2. С помощью названных эмпирических выражений рекомендовано определять удельное сопротивление современных локомотивов наравне с выпускавшимися в 30-х и 50-х годах прошлого столетия электровозами ВЛ 19, ВЛ22, ВЛ8, ВЛ23 и ВЛ60, тепловозами ТЭ1, ТЭ2, ТЭП10, ТЭЗ и ТЭП60.

Напомним, что в период проведения тягово-энергетических испытаний (конец 50-х — начало 60-х годов прошлого столетия) эксплуатировавшийся парк локомотивов, как отражено в Правилах тяговых расчетов 1968 г. издания, состоял, в основном, из электровозов ВЛ19 (1932 г. — начало выпуска), ВЛ22 (1932 г.) и ВЛ8 (1953 г.), тепловозов ТЭ1 (1947 г.) и ТЭ2 (1948 г.), имевших буксы колесных пар с подшипниками скольжения.

Для сведения напомним, что подшипники скольжения применялись на электровозах отечественного производства вплоть до конца 50-х годов прошлого столетия, а также на первых серийных тепловозах ТЭ1 и ТЭ2. С конца 50-х годов в отечественных локомотивах стали использовать только подшипники качения. При этом общеизвестное преимущество подшипников качения перед подшипниками скольжения в значительном (до 85 %) снижении сопротивления движению во всем диапазоне скоростей до настоящего времени, как и ряд других модернизаций экипажной части локомотивов, так и не было отражено в выражениях удельного сопротивления движению.

Похожая ситуация связана с величиной удельного сопротивления и у отдельных типов вагонов. Отсюда следует, что, несмотря на широкий спектр вновь построенного подвижного состава, расчетные значения удельного сопротивления движению, в частности, локомотивов w0'(v), wx(v) и вагонов w0"(v), по-прежнему, примерно в 1,7 раза выше фактических и не отличаются от аналогичных показателей старого подвижного состава. Одним из ощутимых последствий такого рода ошибки является бытующее утверждение о недостаточной тяговой мощности современных локомотивов.

Следствием приведенного посыла является порой неоправданный рост эффективной мощности (одновременно и цены вновь строящихся локомотивов), не подкрепляемый в эксплуатации соответствующим увеличением силы тяги. Показательным примером служат технико-экономические данные тепловозов 2ТЭ116У и 2ТЭ116УД. При удорожании тепловоза 2ТЭ116УД по сравнению с 2ТЭ116У на 14,5 % и одновременном росте эффективной мощности дизеля на 17,0 % сила тяги одной секции локомотивов в длительном режиме как в первом, так и во втором случае имеет одно значение — 323,6 кН.

Нельзя забывать о прямом предназначении Правил, а именно — для поездной работы. В этой связи используемые в тексте, на

рисунках и графиках единицы измерения должны, как минимум, совпадать, хотя бы по смыслу, с уже действующими в поездной работе с «незапамятных времен» ее показателями. Однако, вопреки целевому назначению, новые Правила расходятся с нормативными документами, действующими и определяющими показатели использования подвижного состава ОАО «РЖД».

Так, в первом разделе обновленных Правил удельный расход дизельного топлива рекомендуется считать, как, впрочем, и в предыдущем его издании, «в килограммах на тонно-километр», т.е. кг/т-км с округлением до 0,1 кг/104 т-км». Удельный расход электроэнергии «на токоприемнике» в Приложении № 1 также предлагается определять в тонно-километрах брутто. Благодаря нововведению, удобная двузначная величина удельного расхода снижена на четыре порядка и приближена к нулю, став непригодной в поездной работе.

Напомним, что согласно действующему распоряжению ОАО «РЖД» от 17.09.2007 № 1808р «О планировании и нормировании расхода топливно-энергетических ресурсов на тягу поездов», удельный расход дизельного топлива выражают в кг/104ткм брутто, а электроэнергии — в кВтч/IO4 ткм брутто. Разработчикам новых правил, как видно, невдомек, что единицей перевозочной работы на железнодорожном транспорте, согласно распоряжению ОАО «РЖД» от 11.11.2009 № 2293р «О показателях состояния и использования тягового подвижного состава», является 104 ткм брутто. Более 20 лет с момента издания предыдущих ПТР (1985 г.) до настоящего времени не замечать разработчиками несоответствие между действующей в ОАО «РЖД» и рекомендуемой правилами единицей перевозочной работы, по меньшей мере, непрофессионально.

Далее — о единицах измерения. Силу тяги, согласно установленной точности в разделе 1.1.2 Правил, рекомендовано принимать в килоньютонах (десятичной кратной единице СИ с округлением до 0,5 кН). Силу электрического тока, согласно тому же разделу, необходимо приводить в амперах с округлением до 5 А. При этом указанные величины во всех без исключения таблицах, на графиках тяговых и токовых характеристик обновленных Правил, а также в расчетах представляются целыми значениями. Возникает чисто риторический вопрос: какова цель вновь введенных Правил, если оно не соблюдается даже в первоисточнике?

Согласно приведенным примерам, руководящий принцип «о принадлежности несистемных единиц измерения к единицам системы СИ» не обеспечивает повышение качества тяговых расчетов, а ведет к смешению понятий и искажению физического смысла отражающих перевозочный процесс показателей. Чтобы устранить отмеченные в статье замечания и получить достоверные результаты тяговых расчетов, необходимо внести уточнения в Правила:

- привести единицы измерения в соответствие с ГОСТ 8.417—2002 «Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин», обеспечив тем самым выполнение требований Федерального закона от 26.06.2008 № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений» и постановления Правительства РФ от 31.10.2009 № 879 «Об утверждении положения о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации»;

- актуализировать вид эмпирических выражений удельного сопротивления движению подвижного состава и коэффициента сцепления колеса с рельсом современных локомотивов, отражающих реальное их соответствие условиям эксплуатации, а не формальное наличие, в результате расчета, отвлеченных значений этих величин;

- привести в соответствие технические характеристики современного подвижного состава их фактическим значениям, а также показателей использования подвижного состава и перевозочного процесса с действующими в ОАО «РЖД» приказами и распоряжениями.

От редакции. Приведенные д-ром техн, наук В.Н. Игиным замечания и предложения рассмотрели в Департаменте технической политики ОАО «РЖД». Специалисты департамента признали, что имеются достаточные обоснования, чтобы внести корректировки в обновленные «Правила тяговых расчетов для поездной работы».

В постановлении Правительства Российской Федерации от 31.10.2009 № 879 «Обутверждении положения о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации» (табл. № 3 «Внесистемные единицы величин») действительно не упоминается скорость, выраженная в км/ч, хотя время может быть измерено в часах. Однако на практике используется значительное количество единиц измерений, не предусмотренных отмеченным постановлением Правительства РФ, включая скорости в км/ч.

Так, в Правилах дорожного движения, утвержденных постановлением Правительства Российской Федерации от 23.10.1993 № 1090 (ред. от 26.10.2017) скорость движения автотранспортных средств выражается также в км/ч. Использование внесистемных единиц, даже не предусмотренных постановлением Правительства Российской Федерации от 31.10.2009 № 879, не является нарушением.

Организована работа по актуализации ПТР в части добавления недостающих параметров, расчетных формул и методик оценки (в том числе для новых локомотивов) с учетом замечаний и предложений д-ра техн, наук В.Н. Игина.