Творческое содружество ученых, конструкторов и испытателей
Первому в мире железнодорожному научно-испытательному центру - 70 лет.
Известно, что научно-исследовательские работы требуют множества экспериментов, особенно натурных. Уникальные возможности в этом отношении предоставляет Научно-испытательный центр (ранее называвшийся Экспериментальным кольцом) Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ). Это крупнейший в мире полигон для комплексных испытаний подвижного состава, контактной сети и элементов верхнего строения пути. О его истории, проведенных здесь уникальных работах рассказывается в публикуемом ниже материале.
Идея проверки подвижного состава на специальном пути была предложена еще в 1901 г. проф. Ю.В.Ломоносовым — основоположником исследований характеристик локомотивов в эксплуатации. В 1912 г. он пытался организовать Контору по производству опытов над паровозами» для составления динамических паспортов на локомотивы. Полностью эта идея была претворена в жизнь только в 1932 г., когда завершилось строительство Экспериментального кольца на ст. Щербинка Московской дороги. Оно в то время имело замкнутый рельсовый путь радиусом 956 м и протяженностью 6000 м со всеми службами. включая локомотивное депо. В разработку схемы кольца, его проектирование и строительство большой вклад внес проф. Н.И, Бетоконь.
В Щербинке испытывались и продолжают испытываться новые локомотивы, вагоны, автоматические тормоза, отдельные конструкции верхнего строения пути, элементы контактной сети, а также другие изделия, выпускаемые промышленностью для железнодорожного транспорта Здесь получили развитие исследования по взаимодействию пути и подвижного состава, применялись принципиально новые методики и приборы.
Создание Экспериментального кольца открыло широкие возможности дня исследования основных характеристик локомотивов при заданных режимах работы. С 1932 г. каждый опытный образец новых локомотивов, прежде чем поступить в эксплуатацию на дороги страны, проходил здесь обязательную всестороннюю проверку. За прошедший период испытано более 100 различных модификаций локомотивов, электро- и дизель-поездов. При этом определялись паспортные тягово-энергетические характеристики локомотивов, являющиеся основой для установления массы поезда, скорости движения, времени хода, расхода топлива и электроэнергии в эксплуатации.
Нулевой профиль и постоянная кривизна дают возможность двигаться с постоянной нагрузкой локомотива. А для электропоездов выбор времени и последовательности разгонов и торможении по специальной программе обеспечивают точную реализацию нужного режима, что никогда не получалось на действующих линиях. При этом оценивается также удобство управления и обслуживания подвижного состава, в том числе безопасность персонала.
Дополнительные испытания по определению веса поездов на каком- либо критическом участке пути дают возможность руководств МПС и дорог судить о соответствии новой машины техническим требованиям, определять целесообразный полигон применения. Только такие данные испытании включаются в Правила тяговых расчетов
Методика проверки ЭПС постоянного тока была разработана ешедо воины Н.М. Ливенцевым. М.Д. Находкиным и развита Г.В. Фаминским. Е.Г. Бовэ. А В. Бычковским. Испытания электровозов переменного тока начинали Б.Н. Тихменев и Б.Н Ребрик. а электропоездов — З.М. Рабчинский. В дальнейшем совершенствованием методик испытаний занимались О.А Некрасов и В А Ку-чумов (по электровозам), Г.Г. Гомола и Б.И. Хомяков (по электропоездам». Компьютеризация испытаний связана с именами С.В. Покровского и О Н. Назарова.
На кольце отрабатывалась рекуперация на переменном токе, впервые реализованная в нашей стране, электронные системы управления, противобоксовочные зашиты и многое другое.
Весомый вклад внесли ученые и специалисты ВНИИЖТа на кольце скоростного электропоезда ЭР200. Поезд был снабжен мощными тяговыми двигателями, новыми системами пуска и торможения. Современной была у него и автоматика. Но электропоезд оказался неприспособленным к условиям эксплуатации на Октябрьской дороге. В начале 90-х годов его передали на кольцо, где специалисты и ученые ВНИИЖТа отрегулировали все системы, обеспечив нормальную работу ЭР200. Большую роль в наладке поезда сыграл Л.В. Гуткин.
исторически первым объектом испытаний на кольце стал паровоз Эм710-53. Руководил ими один из основателей школы опытных исследований локомотивов проф. О.Н. Исаакян. В дальнейшем здесь проверялись все новые паровозы.
Когда в нашей стране были построены и начали эксплуатироваться первые в мире магистральные тепловозы, они также испытывались на Экспериментальном кольце. В 1933 г. под руководством канд. техн. наук Т Н. Хохлова прошел испытание первый тепловоз Э 1. В дальнейшем проверялись различные типы тепловозов первого, второго и третьего поколении. Успешно прошли испытания тепловозов ТЭ2. ТЭЗ. ТЭЮ. 2ТЭ116, ТЭ|2К ТЭ136. ТЭП70. а также ТЭМ2. ТЭМ7, ЧМЭ5, ТЭМ2УГ ТЭМ18Г.
В 1993 г. путевку в жизнь получил восьмиосный тепловоз ТЭП80 мощностью 6000 л.с.. показавший хорошие динамические характеристики. В экспериментальных поездках на линии Санкт-Петербург — Москва этот локомотив достиг рекордной скорости для тепловозной тяги тех лет — 271 км/ч.
Успешно прошли проверку пассажирский тепловоз «Kestrel» английской постройки (фирма «Brush») и грузовой тепловоз ТЭРА1 совместного производства Людиновского тепловозостроительного завода и американской компании «General Motors».
В настоящее время в Научно-испытательном центре ведутся работы по переводу тепловозов на природный газ. испытывают-ся современные конструкции демиховских электропоездов ЭД6 и ЭД4Э. построенного на Московском локомотиворемонтном заводе электропоезда ЭМ2И. Разрабатывается макетный образец газотурбовоза, обкатываются вагоны мини-метро Мытищинского машиностроительного завода, завершен опытный пробег электровоза ВЛКОМ, прошедшего КРП на Улан-Удэнском заводе.
01935 г. Экспериментальное кольцо электрифицируется. В том же
году прошли испытания первых электровозов ВЛ 19-17 и С11-18. которыми руководили проф. В.Ф. Егорченко и инж. Е Г. Луценко.
С 1940 г. здесь развернуты широкие исследования по внедрению электротяги на переменном токе (однофазного переменного тока 20 и 25 кВ промышленной частоты) Проведен комплекс работ по электрическому торможению локомотивов. В результате созданы самые мощные в мире грузовые электровозы переменного тока ВЛХОТ с реостатным тормозом и ВЛ80Р с рекуперативным.
Успешно прош ли испытания электровозы повышенной мощности с бесколлекторными тяговыми двигателями ВЛ80В (с вентильными) и ВЛ80А (с асинхронными). Проведены наладочные и приемочные проверки электровозов переменного тока ВЛ85 и ЭП1 с коллекторными двигателями, электровозов двойного питания ЭП10 с асинхронным тяговым электроприводом (совместное производство «НПО НЭВЗ» и швейцарской фирмы «ADtranz»).
Дана путевка в жизнь восьмиосному пассажирскому электровозу ЭП200 с бесколлекторными вентильными тяговыми двигателями на базе экипажной части пассажирского тепловоза ТЭП80 с опорно-рамным приводом и конструкционной скоростью 250 км/ч производства ОАО ХК «Коломенский завод» и «НПО НЭВЗ».
Уникальные возможности Научно-испытательного центра (профиль кольца и набор контактных напряжений тяговой подстанции) позволяют в сжатые сроки проводить исследования процессов при рекуперативном торможении электропоездов постоянного тока.
Фундаментальным научным итогом исследований основных характеристик подвижного состава явилось создание современной теории тяги поездов, на базе которой обоснованно формулируются технические требования к новым локомотивам. Именно здесь сформировалась научная школа по исследованию локомотивов. Ее основатели и наиболее активные деятели — В.Ф. Егорченко, О.Н. Исаакян. А.И. Долинжев, К.П. Королев, П.М. Егунов, Ю.В. Кшесин. А.С. Нестрахов, АН.Долганов, А.М. Володин, а в области электроподвижного состава — Б.Н. Тихменев, Б.Д. Никифоров, OA. Некрасов, Н.Н. Горин и другие.
Важное направление в повышении экономичности системы тяги переменного тока состояло в разработке регулирования скорости вентиляторов в зависимости от нагрузки электровоза. С этой целью на Щербинке создан, а затем испытан на линии тиристорный преобразователь частоты и числа фаз. Была показана высокая эффективность такого регулирования (экономия до 12 % энергии от общего расхода на тягу), а главное, доказана безопасность для перегрева тяговых двигателей. Вели эти работы О.А. Некрасов и В.А. Кагттелкин.
В настоящее время внедряется еше одна мощная система для повышения энергетической эффективности тяги переменного тока — компенсация реактивной мощности (КРМ). Такие конденсаторно-тиристорные установки с соответствующей автоматикой созданы и отработаны на кольце в основном В.А. Кучумовым. В Б. Похелеч и другими. КРМ способна приблизить значение коэффициента мощности электровозов переменного тока к единице.
Под руководством д-ра техн. наук Л.А. Мугинштсина разработана интеллектуальная система автоматизированного вождения поездов (ИСАВПЭ-РТ) повышенной массы и длины с распределенными по длине локомотивами. Она предназначена для вождения поездов массой от 6 до 18 тыс. т и составов длиной от 71 до 213 условных вагонов на участках сложного плана и профиля пути с асинхронной работой силовых установок головного и ведомых локомотивов в режимах тяги и электрического торможения.
Такая система позволяет управлять разгоном, поддержанием допустимом скорости движения, рекуперативным и пневматическим торможением, вплоть до полной остановки как одиночного, так и тяжеловесного состава с объединенной тормозной магистралью и распределенными потише поезда локомотивами по радиоканалу.
Благодаря этому новшеству появятся современные технологические возможности увеличения провозной способности на лимитирующих участках. За счет значительного снижения случаев обрывов автосцепки выдавливания вагонов повысится уровень безопасности движения, сократится расход электроэнергии на тягу поездов.
Применение системы возможно на электровозах как постоянного, так и переменного тока. В 2001 — 2002 гг. ИСАВПЭ-РТ оборудованы два электровоза BЛ10, успешно проведены их испытания в Научно-испытательном центре и на Московской дороге. Аналогов этой системе в мире нет.
Научно-испытательный центр является универсальным полигоном для исследований и в области вагонного хозяйства. При сравнительно небольшой протяженности и наличии постоянной кривизны пути радиусом 950 м на внешнем (первом) кольце имеется набор кривых радиусами 400, 600 м и др. с прямыми вставками на втором и третьем путях. Это позволяет воспроизводить практически любые динамические нагрузки вагонных конструкций, которые могут возникнуть в условиях эксплуатации. На первом кольцевом пути проверяются вагоны со скоростями движения до 120 км/ч, на втором и третьем — до 70 — 80 км/ч.
На полигоне устанавливают динамические и прочностные характеристики грузовых и пассажирских вагонов, проводят исследования тормозных систем, новых фрикционных материалов тормозных колодок, изучают взаимодействие вагонов и пути.
Современная концепция научно-технической политики в области создания грузовых и пассажирских вагонов нового поколения предусматривает улучшение их потребительских свойств и технико-экономических параметров Всестороннюю оценку эффективности применения новых типов вагонов на кольце проводят специалисты ВНИИЖТа.
Успешно решаются задачи продольной динамики тяжеловесных грузовых поездов, выбора рациональных методов их вождения, оценивается влияние увеличения грузоподъемности грузовых вагонов на их надежность и работу пути.
Организация и проведение испытании вагонов осуществлялись под руководством ведущих специалистов института С.В. Вертинского, Н.Н. Кудрявцева. В.Г. Иноземцева. В.М. Казаринова. А.А. Долматова и других.
Научно-испытательный центр — это уникальная база для испытаний конструкций верхнего и нижнего строений железнодорожного пути, где соединены реальные эксплуатационные условия работы пути и высокая точность исследований. Для их проведения используются два замкнутых кольцевых пути переменного плана и профиля со специальной мостовой эстакадой. В эти пути укладывают опытные конструкции верхнего строения, проверяют различные профили балластного слоя, зерновой состав щебня, оценивают конструкционную прочность железобетонных шпал и др.
Важные исследования проводятся по созданию новых видов скреплений, изолирующих стыков различных конструкций Испытано большое количество опытных партий рельсов. Все это позволило увеличить надежность и долговечность отечественных рельсов в 1,4 — 1,5 раза.
Успешно изучается взаимодействие пути и подвижного состава.
Установлено влияние повышения нагрузок с 22 до 27 тс, а теперь уже и до 30 тс на появление и развитие контактно-усталостных дефектов в головках рельсов, на надежность элементов грузовых вагонов.
Научно-испытательный центр оснащен специализированной лабораторной базой с современным стендовым оборудованием. позволяющим проводить комплексные натурные испытания отдельных агрегатов и узлов транспортной техники.
Элементы автономного тягового подвижного состава исследуются на реостатном стенде с современной компьютерной измерительной системой, на стендах дизельных отсеков и тепловозных дизелей, а также на стендах для испытаний топливной аппаратуры, холодильников, регуляторов числа оборотов, топлив. часов и т.д.
Прочностные испытания на соударения проводят на стенде-горке с упором, имитирующим состав массой 5200 т. Фрикционные свойства тормозных систем исследуют на уникальном инерционном стенде при скоростях до 300 км/ч и осевой нагрузке 25 тс. На другом универсальном стенде оценивают сцепляемость различных конструкций автосцепок.
Центр располагает комплексом стендов для испытаний рам тележек подвижного состава и их элементов, воспроизводящих весь спектр эксплуатационных нагрузок. На рельсоиспытательной станции проводят усталостные и статические испытания рельсов, надрессорных балок, боковых рам, пружин и других деталей подвижного состава. Автономные турбохолодильные климатические установки охлаждают летали до любых реально встречающихся температур.
Технические возможности полигона позволяют довести суточную грузонапряженность участка до 1.5 — 1.8 млн. т км на 1 км пути, обеспечить поездные испытания вагонов с осевыми нагрузками 30 тс в поездах массой до 15 тыс. т.
Научно-испытательный центр привлекает внимание отечественных. зарубежных фирм и заводов-изготовителей железнодорожной техники. По их заказам проведены испытания новых серий зарубежного подвижного состава, поставленного на отечественные железные дороги фирмами «Alstom», Jeumonl (Франция), «Siemens»(Германия), «Skoda», CKD (Чехия). По заявкам иностранных партнеров испытаны элементы верхнего строения пути производства Канады. Японии, Германии. Австрии, Великобритании, Голландии, Франции, Польши, Индии.
Научно-испытательный центр ВНИИЖТа в Щербинке стал традиционным местом проведения международных выставок.
Таким образом, 70 лет назад впервые в мировой железнодорожной практике была создана экспериментальная база, позволившая по результатам натурных испытаний оценивать соответствие объекта предъявляемым к нему техническим требованиям и прогнозировать работу при длительной эксплуатации. Спустя многие годы подобные полигоны были созданы в КНР (1960 г.). ЧССР (1963 г ), Румынии (1978 г.). США (1980 г), Польше (1996 г ). Германии (1997 г.) и Франции (2000 г.)
Несколько слов в заключение. Достигнутые успехи — результат творческого содружества ученых отраслевых институтов, конструкторов Опытного завода и работников Научно-испытательного центра.
Канд. техн. наук В.И. ПАНФЕРОВ, первый заместитель директора ВНИИЖТа
