[06-2011] Как повысить эффективность дизельной тяги в пригородном сообщении
 

Как повысить эффективность дизельной тяги в пригородном сообщении

Важное место в железнодорожном транспортном комплексе страны занимают пригородные и междугородные перевозки. Ежегодно услугами пригородного подвижного состава пользуются свыше 1 млрд. пассажиров, а средняя дальность поездки одного пассажира в пригородном сообщении составляет 55,6 км.

В настоящее время эксплуатационная длина неапектрифицированных железных дорог России, на которых пригородные и местные пассажирские перевозки осуществляются дизельной тягой, составляет около 35 тыс. км при общей протяженности магистральных линий, обслуживаемых тепловозной тягой, 42,6 тыс. км.

Одной из острейших и приоритетных задач практически на всей сети железных дорог страны на сегодняшний день является организация пригородных и местных перевозок на неэлектрифицированных участках. Дело в том, что на железных дорогах Советского Союза почти все пригородные и местные перевозки на таких участках производились с использованием дизель-поездов Рижского вагоностроительного завода, а также дизель-поездов различной составности, построенных в Венгрии и Чехословакии.

Так, за период 1960 —1988 гг. на железные дороги Советского Союза из Венгрии было поставлено 694 состава дизель-поездов серий Д и Д1, а из Чехословакии за 1984 — 1990 гг. — 122 состава дизель-поездов серий АЧ2 и АЧ2+АПЧ2. На Рижском вагоностроительном заводе за период 1968 — 1990 гг. было построено 232 состава дизель-поездов серий ДР1, ДР1П и ДР1 А. После распада Советского Союза Рижский вагоностроительный завод оказался за границей. Начиная с 1990 г., закупки зарубежных дизель-поездов в нашей стране были полностью прекращены. Почти все вагоны вышеперечисленных серий дизель-поездов на сегодня списаны или подлежат списанию, так как выработали моторесурс.

Надо отметить, что определенные работы по выпуску отечественных дизель-поездов, начиная с 80-х годов прошлого столетия, были проведены на Людиновском тепловозостроительном заводе (ныне ОАО «Людиновотепловоз»). Были спроектированы и построены опытные единичные образцы дизель-поездов серий ДЛ и ДЛ2 (дизель-поезд, людиновский) с гидропередачей. Так, на дизель-поезде ДЛ2, построенном в 1997 г., в качестве силовой установки были применены дизель завода «Звезда» М787 мощностью 770 кВт и гидропередача ГП-1050/211 (ОАО «Калугапутьмаш»). Поезд ДЛ2 состоит из двух головных тяговых секций с кабинами машиниста (типа тепловозов) и десяти прицепных пассажирских вагонов, расположенных между секциями. В связи с тем, что заказов на серийное производство дизель-поездов ДЛ2 на ОАО «Людиновотепловоз» не поступило, дальнейшие работы по этим поездам были приостановлены. В настоящее время на Людиновском заводе налажен серийный выпуск служебных автомотрис АС4МУ.

На Торжокском вагоноремонтном заводе построен опытный образец четырехвагонного дизель-электропоезда серии ДТ1 мощностью 1100 кВт с электрической передачей постоянного тока, сформированный по схеме М+М+П+М и предназначенный для обеспечения пригородных перевозок на сети железных дорог страны. Отличительной особенностью дизель-поезда ДТ1 является возможность его энергоснабжения от дизель-генераторной установки фирмы MTU (Германия) и от контактной сети постоянного тока напряжением 3 кВ. В настоящее время дизель-электропоезд ДТ1 проходит динамико-прочностные испытания.

В последние годы пригородные и местные пассажирские перевозки на неэлектрифицированных участках России, в основном, обеспечивают более 400 секций грузовых и маневровых тепловозов и 1500 пассажирских вагонов, т.е. используются пассажирские поезда с небольшим числом вагонов на тепловозной тяге. Как следствие, и без того планово-убыточное пригородное сообщение стало для железных дорог страны еще более нерентабельным из-за резкого увеличения эксплуатационных расходов на тягу поездов.

С начала так называемых «нулевых» годов нынешнего столетия в России на Мытищинском машиностроительном заводе (ныне ЗАО «Метровагонмаш») был начат выпуск нового вида дизельной тяги для пригородного сообщения — рельсовых автобусов. Это одновагонные автобусы серии РА1 с двумя кабинами машиниста и РА2 (рис. 1) составности 2 — 3, а в перспективе — до 6-ти вагонов. В таблице приведены основные технические характеристики отечественных рельсовых автобусов серий РА1 и РА2.

Отличительной особенностью рельсовых автобусов ЗАО «Метровагонмаш» является подвагонное (горизонтальное) расположение дизель-гидравлической установки, что заметно повышает уровень комфорта пассажиров по сравнению с ранее эксплуатировавшимися дизель-поездами.

Эти автобусы постепенно заменяют устаревшие и малоэкономичные пассажирские пригородные поезда на тепловозной тяге и выработавшие срок службы дизель-поезда. Кроме того, рельсовые автобусы позволят в ближайшей перспективе восстановить пригородные перевозки на линиях, которые связывали отдаленные районы страны с областными и районными населенными пунктами, и где пригородное и местное пассажирское сообщение было в 90-е годы прошлого столетия практически прекращено, прежде всего по экономическим причинам.

Область применения рельсовых автобусов в России весьма широка, это:

перевозка пассажиров в пригородном и межобластном сообщении;

доставка авиапассажиров в аэропорты;

доставка рабочих и служащих к месту работы, а также их перемещение в пределах крупных промышленных предприятий, т.е. работа на промышленном транспорте;

использование в качестве городского наземного транспорта в крупных городах, например, на малом железнодорожном кольце в Москве.

Также возможно изготавливать на базе рельсового автобуса медицинский передвижной пункт, лабораторию, вагон для инспекционных поездок руководителей подразделений и филиалов ОАО «РЖД».

Инвентарный парк рельсовых автобусов на 2010 г. составил 150 единиц: 90 — РА1 и 60 составов — РА2.

Необходимо подчеркнуть, что все серии отечественных рельсовых автобусов оснащены импортными силовыми установками — дизелем MTU 6R183TDH13H (Германия) и гидродинамической передачей Т211геЗ фирмы «Voith» (Австрия — Германия). Оснащение рельсовых автобусов импортными силовыми установками обусловлено отсутствием на то время высокоэффективных отечественных дизелей с горизонтальным расположением блока цилиндров и, особенно, современных конструкций гидропередач для пригородного подвижного состава.


Применение электрических передач на рельсовых автобусах имеет определенные ограничения. Во-первых, заметно увеличиваются осевые нагрузки, так как узлы этого типа передачи (тяговый генератор, преобразователи, тяговые электродвигатели) заметно уступают по весогабаритным показателям гидродинамической передаче. Во-вторых, размещение тягового генератора под полом пассажирского салона автобуса, т.е. фактически в ходовой его части, наверняка приведет к снижению надежности работы этой тяговой электрической машины локомотива в эксплуатации и т.д.

Что касается применения на рельсовых автобусах механической передачи, то накопленный опыт работы венгерских дизель-поездов серии Д с такой передачей на железных дорогах России показал недостаточную надежность этого типа передачи в эксплуатации.

«Стратегией развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года», принятой Правительством страны, предусматривается создание отечественных гидродинамических и гидромеханических передач для дизельного подвижного состава.

На кафедре «Локомотивы и локомотивное хозяйство» Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ) был разработан проект современной гидродинамической передачи для пригородного подвижного состава на базе отечественного пускового трехколесного гидротрансформатора с оптимальным передаточным отношением 0,45 и гидромуфты. В проектной гидропередаче мощностью 300 кВт также предусмотрена установка сдвоенной тормозной гидромуфты, позволяющей производить регулировочное торможение рельсового автобуса без применения традиционного колесно-колодочного тормоза. Применение тормозной гидромуфты в гидропередаче значительно уменьшает износ поверхности бандажей колесных пар и тормозных колодок рельсового автобуса, что снижает затраты на его техническое обслуживание и ремонт.

В качестве энергетической установки рельсового автобуса предлагается использовать шестицилиндровый быстроходный дизель марки М721 (обозначение по ГОСТ 6ЧН18/20) завода «Звезда» (г. Санкт-Петербург) с горизонтальным расположением блока цилиндров. Дизель М721 при номинальной частоте вращения коленчатого вала 1600 об/мин развивает мощность 550 кВт и по своим основным параметрам, а также по характеристикам мало чем отличается от дизеля марки MTU 6R183TDH13H (Германия).

Общие принципы передачи энергии от коленчатого вала дизеля М721 к ведущим колесным парам активной тележки рельсового автобуса с отечественной силовой установкой заключаются в следующем. Коленчатый вал дизеля М721 жестко через повышающий редуктор передачи связан с насосным валом гидропередачи. При работающем дизеле и заполненном круге циркуляции гидроаппарата, например, пускового гидротрансформатора (ГДТ) происходит передача энергии через жидкость от насосной к турбинной части ГДТ.

От общего турбинного вала передачи механическая энергия вращения передается через реверсивный редуктор, карданный вал и осевые редукторы к колесным парам двухосной активной тележки, тем самым обеспечивается движение рельсового автобуса по рельсовой колее в заданном направлении. Вторая двухосная тележка моторного вагона автобуса называется пассивной, т.е. ее колесные пары не участвуют в создании касательной силы тяги.

Нами была также разработана математическая модель движения рельсового автобуса с гидропередачей, которая позволяет на стадии проектирования оптимизировать подбор дизеля и гидропередачи для совместной работы в силовой установке рельсового автобуса, оценить тяговые свойства рельсового автобуса с различными типами гидропередач с учетом реальных условий эксплуатации, а также решить другие задачи.

Как известно, эксплуатация рельсового подвижного состава в пригородном сообщении характерна достаточно частыми сменами режимов работы его силовой установки и ведения поезда. Сравнительно небольшие расстояния между остановочными пунктами и довольно слабое развитие железнодорожного пути на второстепенных неэлектрифицированных линиях не позволяют машинистам рельсовых автобусов достигать даже допустимые по тормозам скорости движения. К сожалению, машинистам пригородных поездов часто сложно реализовывать самый экономичный режим ведения пассажирского поезда — продолжительное движение с равномерной скоростью в режиме тяги, так как после разгона пригородного поезда почти сразу же следует торможение и его остановка на раздельных пунктах.

При проектировании рельсовых автобусов с отечественной силовой установкой важно учесть реальные условия их эксплуатации на неэлектрифицированных пригородных участках. Нами был проведен анализ условий эксплуатации дизельной тяги на таких участках по следующим параметрам: ходовая скорость движения; распределение расстояний между остановочными пунктами; протяженности участков обращения. Результаты данного исследования приведены в виде гистограмм на рис. 2 — 4.

Из данных, представленных на рис. 2, следует, что наиболее характерные скорости движения дизельной тяги в пригородном сообщении находятся в диапазоне 40 — 80 км/ч ( 90 % поездок). Почти 90 % расстояний между остановочными пунктами на пригородных участках не превышают 6 км (рис. 3), а на диапазон 3— 5 км приходится почти 2/з этих расстояний. Около 70 % участков обращения дизельной тяги в пригородном сообщении имеют длину до 120 км (рис. 4).

Размеры пригородного пассажирского движения для различных участков железных дорог России существенно различаются, поэтому важной задачей является определение потребного парка дизель-поездов и рельсовых автобусов по составности на ближайшую перспективу. Нами были проведены расчеты количества вагонов и определена структура инвентарного парка рельсовых автобусов по составности для обеспечения прогнозируемых объемов перевозок на 2015 г. Эти объемы были определены с учетом динамики изменения показателей за последние 10 лет.


В результате проведенных расчетов было установлено, что в 2015 г. 90 % инвентарного парка страны (рис. 5) составят рельсовые автобусы типа РА2, 7 % — одновагонные РА1 и лишь 3 % дизель-поезда или иной дизельный подвижной состав. На рис. 6 представлена структура потребного инвентарного парка рельсовых автобусов и дизель-поездов на 2015 г. с учетом составности.

Проведенные исследования позволяют сделать вывод о целесообразности развития и наращивания парка отечественных рельсовых автобусов, прежде всего, типа РА2 с варьированием их составности (2 — 6 вагонов). Относительно небольшую потребность в 9- и 10-вагонных дизель-поездах на ближайшую перспективу можно обеспечить поездами с локомотивной тягой.


Есть все основания полагать, что когда встанет вопрос об организации капитального ремонта импортных дизелей и гидропередач эксплуатируемых рельсовых автобусов РА1 и РА2, немецкие фирмы-изготовители предложат свои услуги в решении данного вопроса. Это вполне естественно, так как во многих развитых странах Европы проведением капитальных ремонтов локомотивов занимаются непосредственно фирмы-изготовители этих локомотивов.

В заключение следует отметить, что создание рельсовых автобусов типа РА2 с отечественной силовой установкой позволит повысить эффективность использования дизельной тяги в пригородном сообщении страны, прежде всего за счет снижения стоимости жизненного цикла этого типа локомотивов, создать в стране дополнительные рабочие места и др.

B.C. РУДНЕВ, профессор кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство МИИТа
А.В. МАНОШИН, ассистент кафедры

Тема перенесена
 

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin