01-2005 Перспективный подвижной состав: проблемы и решения

[poster777]

Перспективный подвижной состав: проблемы и решения

Надежное обеспечение перево­зочного процесса средствами тяги во все времена являлось главной задачей железнодорож­ного транспорта, основной движу­щей силой научно-технического прогресса как на железных доро­гах, так и в транспортном машино­строении.
Базовым документом, опреде­лившим основные направления локомотиво- и вагоностроения на ближайшие годы, стал разрабо­танный во Всероссийском инсти­туте железнодорожного транспор­та (ВНИИЖТ) и принятый в нача­ле 2003 г. типаж, который содер­жит типы и основные характери­стики перспективного тягового подвижного состава (см. «Локо­мотив» N° 7, 8, 2003 г.].
Принятие Типажа стало перелом­ной вехой в возрождении отече­ственного железнодорожного ма­шиностроения и поставило точку в затянувшихся спорах о выборе на­правлений развития. Основные цели и задачи типажа вошли составной частью в Стратегическую програм­му ОАО «РЖД». Реализация приня­тых параметров возможна только при использовании в конструкции подвижного состава самых совре­менных технических решений.
На научно-техническом совете под председательством Г.М. Фаде­ева, состоявшемся в прошлом году в Коломне, были четко выстроены ориентиры поэтапного обеспечения железных дорог тяговым подвиж­ным составом. Была подтверждена необходимость продолжения работ по созданию локомотивов нового поколения, но, учитывая дефицит, в первую очередь, пассажирских электровозов постоянного тока и грузовых переменного тока, имен­но эти проекты определены как приоритетные. По предложению специалистов ВНИИЖТа принято решение о необходимости созда­ния программы локомотиво- и ва­гоностроения, обеспечивающей координацию работ, определение сроков выпуска подвижного соста­ва, потребности в финансировании и участников работ.
В основу этой программы по­ложены следующие стратегические подходы к развитию отече­ственного транспортного маши­ностроения:
на первом этапе — создание и освоение серийного производства подвижного состава с коллекторны­ми тяговыми двигателями;
на втором — разработка опыт­ных образцов скоростного и мотор­вагонного подвижного состава с асинхронным приводом, накопление опыта эксплуатации;
на третьем (при положитель­ных результатах второго этапа) — внедрение асинхронного привода на пассажирских и грузовых локо­мотивах.

Головным разработчиком и из­готовителем шестиосного пасса­жирского электровоза постоянного тока ЭП2К определен Коломенский завод, восьмиосного грузового электровоза переменного тока ЭС5К — Новочеркасский электро­возостроительный завод. Несмотря на то, что в этих проектах предус­матривается использование кол­лекторного тягового привода, здесь нашли применение самые совре­менные технические решения, от­работанные в последние годы при выполнении программы модерни­зации локомотивного парка, что обеспечило новые технические ха­рактеристики локомотивов.
Накопленный во ВНИИЖТе опыт позволил быстро сформу­лировать технические требования к подвижному составу и основным комплектующим, что решающим образом отразилось на сроках со­здания подвижного состава.
Определение Компанией «РЖД» приоритетов в локомотивостроении стало мощным импульсом для развития производственной и конст­рукторской базы предприятий. Не­давно состоялась презентация электровоза ЭС5К, впереди — за­водские испытания. Ведутся работы по созданию грузового электровоза постоянного тока ЭС4К на новом Уральском заводе железнодорож­ного машиностроения, тепловозов 2ТЭ70 (Коломенский завод), 2ТЭ25 и ТЭМ10 (Брянский машинострои­тельный завод), электропоездов ЭД4Э, ЭД9Э (Демиховский маши­ностроительный завод), ЭТ4Э (Тор­жокский вагоностроительный за­вод), дизель-поездов ДТ1 (Торжок­ский вагоностроительный завод), ДЭП1 (ФПГ «Новые транспортные технологии») и рельсового автобуса РА2 (Метровагонмаш). В 2005 г. планируется проведение приемоч­ных испытаний десяти серий нового подвижного состава.
ВНИИЖТ, не имея собственной конструкторской и производствен­ной базы для создания подвижно­го состава,участвует в разработке и совершенствовании новых уст­ройств и систем в тесном сотруд­ничестве с предприятиями про­мышленности, лучшими конструк­торскими бюро. На подвижном со­ставе применяются комплектую­щие и системы,разработанные в институте: асимметричные токо­приемники, токосъемные материа­лы, ограничители перенапряжений, компенсатор реактивной мощнос­ти, микропроцессорные системы управления, устройства автоведе­ния, система принудительной ос­тановки поезда,электронный регу­лятор дизеля, турбокомпрессоры, воздушные и масляные фильтры, системы очистки воды, комплект оборудования новой тормозной системы, автосцепное и энерго­поглощающие устройства, буксо­вые узлы, гасители колебаний, системы пожаротушения, смазоч­ные и лакокрасочные материалы и многое другое.

Повышение жизненного уровня населения страны, его мо­бильности и необходимость интег­рации России в мировую транспорт­ную систему требуют развития в нашей стране скоростных и высо­коскоростных перевозок пассажи­ров. Еще в 2000 г. была разработа­на соответствующая программа. Решением президентов России и Финляндии предусмотрено рекон­струировать направление Санкт- Петербург — Хельсинки и ввести в обращение скоростные поезда. В 2002 г. совместно с финскими же­лезнодорожниками были разрабо­таны технические требования к скоростному подвижному составу.
Одно из главных направлений ра­боты — создание скоростных элек­тропоездов. Принято решение, что разработка и изготовление таких поездов будут осуществляться в России на совместном предприятии ФПГ «Новые транспортные техноло­гии» и германской фирмы «Сименс». Это позволит приобрести новейшие технологии машиностроения, кото­рые останутся передовыми еще не менее 10—15 лет. Предложено
разработать в одном проекте уни­фицированный ряд скоростных электропоездов с максимальной скоростью 250 км/ч для направле­ния Москва — Санкт-Петербург — Хельсинки и электропоездов с мак­симальной скоростью до 160 км/ч для ускоренных межрегиональных перевозок пассажиров на расстоя­ния до 700 км.
Столь масштабный междуна­родный проект реализуется впер­вые. Предстоит серьезная работа с финской стороной по согласова­нию конструкции поезда. В одном проекте необходимо учесть рос­сийские, европейские и финские нормативы — это 88 российских стандартов и 1 20 международных, все должно быть переведено и взаимоувязано.
Среди первоочередных задач следует особо отметить выбор ма­териала и конструкции несущих элементов кузова вагонов. Это во многом определит конфигурацию и компоновку всего поезда, в том чис­ле дискутируемый сегодня вопрос выбора локомотивного или мотор­вагонного варианта поезда. В на­стоящее время ведутся интенсив­ные консультации с германской и финской сторонами.
Реализация проекта даст мощ­ный импульс развитию и совершен­ствованию всех сфер применения моторвагонного подвижного соста­ва: пригородных, внутригородских электропоездов, дизель-поездов, перспективных проектов типа «го­род — аэропорт» и «межрегиональ­ный экспресс». Тем более, что обо­значилось существенное продви­жение в создании пригородных электропоездов. За последние не­сколько лет разработаны 8 новых моделей электропоездов.
Еще 20 лет назад специалисты института доказали необходи­мость создания электропоездов с энергосберегающим электропри­водом, но только в результате жесткой конкуренции совсем не­давно появилась сразу целая гам­ма энергосберегающих поездов с коллекторными тяговыми двигате­лями производства Демиховского и Торжокского заводов. Эксплуата­ционные испытания электропоезда ЭД4Э в депо Перерва Московской дороги подтвердили прогнозы спе­циалистов института: экономия электроэнергии составляет 17 — 20 % по сравнению с серийными электропоездами ЭД4М.
Еще большая экономия электро­энергии (до 25 %) может быть получена при применении на пригород­ных электропоездах постоянного тока асинхронных тяговых двигате­лей, что подтверждено проведенны­ми в институте испытаниями элект­ропоездов ЭТ2А, ЭНЗ и ЭД6. Такая экономия электроэнергии обуслав­ливается прежде всего режимом движения пригородных электропо­ездов и поэтому не может быть при­менена, например, к оценке показа­телей перспективных электровозов.
К сожалению, к электроприводу электропоездов ЭТ2А и ЭНЗ есть существенные замечания, которые не позволяют рекомендовать их к серийному внедрению. И наоборот, при испытаниях электропоезда ЭД6 в результате совместной работы с японскими специалистами практи­чески все проблемные вопросы по электрооборудованию были реше­ны. Тяговый преобразователь фир­мы «Хитачи» соответствует рос­сийским нормам. Чтобы подтвер­дить показатели надежности, тре­буется эксплуатационная проверка электропоезда, но процесс испыта­ний сдерживается ненадежной ра­ботой колесно-редукторного блока моторной тележки. В настоящее время ряд организаций ведет ис­следования путей повышения на­дежности этого узла.
Однако основное препятствие на пути широкого внедрения электро­поездов ЭД6 — высокая стоимость японских преобразователей. Вопрос баланса получаемых от внедрения новой техники эксплуатационных преимуществ и стоимости подвиж­ного состава обсуждается уже дав­но. От решения именно этой пробле­мы главным образом зависят перс­пективы широкого внедрения под­вижного состава с асинхронными тяговыми двигателями.
Преимущества и недостатки асинхронного привода нами хорошо изучены, особенно в после­дние четыре года при испытаниях электровоза ЭП10, перечисленных выше электропоездов и вагонов метрополитена. Основные эксплуа­тационные преимущества асин­хронного привода для российских железных дорог заключаются в уменьшении потерь энергии в зоне низких скоростей, улучшении тяго­вых свойств в зоне высоких скоро­стей, обеспечении надежной реку­перации электроэнергии во всем диапазоне скоростей и снижении трудозатрат на обслуживание тяго­вых двигателей.
Для зарубежных производите­лей подвижного состава наиболеесущественный фактор экономии — уменьшение материалоемкости конструкции и трудоемкости изго­товления локомотивов и электро­поездов. Это, в конечном счете, оп­ределяет производственные за­траты и,соответственно,конкурен­тоспособность их продукции на рынке. Поэтому себестоимость, например, электровоза или элект­ропоезда с асинхронным приво­дом, по данным ведущих зарубеж­ных производителей, сегодня на 20 — 30 % ниже аналогов с кол­лекторными двигателями. А более дешевый локомотив с лучшими ха­рактеристиками, несомненно, вос­требован в Европе.
В России сегодня ситуация прямо противоположна. Проведенные ин­ститутом исследования показали, что эксплуатационные преимуще­ства подвижного состава с асин­хронным приводом в наших услови­ях не столь значительны, а цена та­кого подвижного состава в 2 — 3 раза выше цены отечественного се­рийно выпускаемого. Это ставит пе­ред отраслевыми учеными новые задачи в поиске путей обеспечения экономической эффективности асинхронного привода.
Внедрение асинхронного приво­да целесообразно начинать в первую очередь там, где ожидают­ся существенные эксплуатацион­ные преимущества, — прежде все­го на пригородных электропоез­дах, а также там, где без асин­хронных двигателей не реализо­вать заданные технические харак­теристики, например, на скорост­ном подвижном составе.
Поэтому на упоминавшемся на­учно-техническом совете в Ко­ломне также по предложениям ВНИИЖТа было принято решение о приоритетном создании скорост­ного восьмиосного электровоза постоянного тока ЭП100. В про­грамме локомотивостроения электровоз ЭП100 обозначен как головной образец локомотива но­вого поколения.
Учитывая огромный задел, име­ющийся в России, — готовую, про­веренную на тепловозе ТЭП80 и электровозе ЭП200 экипажную часть, вспомогательное электро­оборудование — электровоз может быть создан в короткое время. А отработанные на нем отечествен­ные технические решения (тяговый преобразователь и алгоритмы его работы] в дальнейшем предполага­ется внедрять на пассажирских и грузовых электровозах, прежде всего на ЭП2. Эксплуатация ЭП100 должна показать технико-эконо­мическую целесообразность даль­нейшего расширения тиражирова­ния асинхронного тягового привода на электровозах.
Ученые института в течение ряда лет ведут исследования по при­менению на тепловозах природного газа в качестве моторного топлива. Построенные Брянским машино­строительным заводом по разра­боткам института два маневровых газотепловоза ТЭМ18Г в опытной эксплуатации на Октябрьской дороге показали возможность замеще­ния 50% дизельного топлива газом, что соответствует экономии 25 % затрат, а также снижение токсично­сти выхлопных газов в 1,5 — 2 раза. Полученные результаты позволили выбрать в качестве стратегическо­го ориентира ОАО «РЖД» примене­ние газотепловозов. Программой локомотивостроения предусмотре­на поставка партии газотепловозов ТЭМ18Г [ТЭМЮГ).

В развитие пилотного проекта внедрения газового топлива на Свердловской дороге специалис­ты ВНИИЖТа по соглашению с правительством области и Газ­промом разработали проект ком­плексной программы, предусмат­ривающей переоборудование теп­ловозов для работы на природном газе, газоснабжение и развитие деповского хозяйства на основных направлениях сети. В проекте за­планирован перевод на газ около 3500 тепловозов, что обеспечит экономию затрат на топливо в размере 4 млрд. руб. в год.
Перевод автономной тяги на 100%-ное использование природного газа,по мнению уче­ных института, станет возможным в новом подвижном составе — газотурбовозах. Работы по их созда­нию в нашей стране проводились в 50 — ВО-х годах, но до серийного выпуска таких машин дело не дош­ло из-за недостаточного уровня технических решений. По расчетам ВНИИЖТа, характеристики перс­пективных магистральных газо- турбовозов, созданных с исполь­зованием современных технологий, превысят показатели серийных тепловозов на 10... 1 5 %.

За последние два года в институ­те разработан макетный образец маневрового газотурбовоза мощ­ностью 10ОО кВт. По нашему зака­зу Московский завод «Салют» за сравнительно небольшой срок пла­нирует впервые в мире создать спе­циальные локомотивные газотур­бинные двигатели с регенератором и ожидаемым кпд 42 %. Расчетные параметры подтверждены экспер­тизой самой авторитетной в этом вопросе организации — Централь­ного института авиационного мото­ростроения (ЦИАМ]. Кроме того, на газотурбовозе предусмотрено при­менить накопители энергии, они обеспечат дополнительную эконо­мию топлива.
Завод «Салют» создает двига­тель фактически за свой счет, что привело к отставанию от заплани­рованного графика работ. Поэто­му появились предложения не тратить время на проведение ис­следований, а создать газотурбовоз в течение ближайших полуто­ра лет на основе имеющихся авиационных двигателей без ре­генератора, пусть и с очень низ­ким кпд (сегодня он составляет 27 %]. Специалисты ВНИИЖТа считают, что подобные предложе­ния противоречат основной цели создания газотурбовозов — обес­печению высоких экономических показателей автономной тяги. Принятие таких предложений су­щественно затормозит работы и отдалит срок создания серийных газотурбовозов.
Одна из фирм ФРГ также заин­тересовалась российскими разра­ботками и после анализа рынка подписала контракт на создание газотурбинного двигателя с реге­нератором для европейского локо­мотива именно с российским за­водом. Считаем, что и нам сегодня необходимо не распылять сред­ства, а сконцентрировать усилия на реализации уже намеченного плана работ.
Участие специалистов институ­та на всех этапах разработки и внедрения нового подвижного со­става является основой нашей де­ятельности. Ключевые этапы в цик­ле создания техники — разработка технических требований и проведе­ние приемочных испытаний — это полностью ответственность ВНИ­ИЖТа. Накопленные знания при проведении испытаний подвижного состава позволяют вносить новые предложения в нормативные доку­менты, а также вырабатывать пред­ложения по совершенствованию узлов и систем.
Следует отметить наблюдающу­юся негативную тенденцию — воз­росшее количество поступающей на испытания техники с недоработ­ками. При этом испытания факти­чески превращаются в заводскую наладку, хотя многие вопросы мож­но было бы решить, не прибегая к испытаниям. Знаний и квалифика­ции специалистов ВНИИЖТа хва­тает на выработку рекомендаций еще на стадии создания и согласо­вания документации.
В последнее время появились прецеденты,когда под предлогом коммерческой тайны техническая документация не предоставляется или поступает не в полном объеме. При этом ошибки конструкторов приходится устранять уже на объекте, сделанном в металле. В результате и изготовитель, и ОАО «РЖД» несут существенные не­производительные расходы. По­этому необходимо восстановить существовавший ранее порядок согласования документации и представления новой техники на приемочные испытания.
Все процедуры разработки и согласования описаны в норма­тивных документах, необходимо определить ответственных в структуре ОАО «РЖД» за соблю­дение установленного порядка. ВНИИЖТ в качестве экспертного центра готов вести комплексное научное сопровождение проектов в течение всего цикла создания подвижного состава, включая приемочные испытания.

За последнее время технология проведения испытаний усложни­лась многократно. В Научно-испы­тательном центре ВНИИЖТа при­меняется самое современное из­мерительное оборудование и мощная компьютерная техника, что позволило существенно (в 2-3 раза) сократить сроки проведения испытаний и значительно уменьшить время обработки результатов при увеличении количества обрабатываемых данных в тысячи раз. Качество результатов и производительность труда заметно повысились. Количество объектов испытаний также существенно выросло: за последние 2 года -около 40 видов только тягового подвижного состава.
К большому сожалению, в ре­зультате такого повышения ин­тенсивности труда испытателям —а это высшая «каста» научных со­трудников института — все меньше времени остается на глубокий научный анализ результатов и на участие в разработках новых идей. А ведь сильной стороной ВНИИЖТа всегда было совмещение испыта­ний с серьезными научными ис­следованиями.
Однако теперь из плана научно- технического развития ОАО «РЖД» практически исчезли исследова­ния. В этот план попадают только работы, дающие немедленный экс­плуатационный эффект. К сожале­нию, фундаментальные исследова­ния не попадают под эту категорию, так как на этапе постановки зада­чи эффект от них не всегда очеви­ден, а ожидаемые затраты значи­тельны, особенно при разработках в области локомотивостроения.
Между тем, во ВНИИЖТе со­хранился комплексный подход к рассмотрению научных проблем. Например, характеристики элект­ровоза мы не рассматриваем от­дельно от системы тягового элек­троснабжения, контактной сети, СЦБ, пути — для нас это единая электромеханическая система со сложными взаимосвязями. Следу­ет учитывать, что физические про­цессы, возникающие именно в этом комплексе, определяют экс­плуатационные характеристики современного подвижного соста­ва, а их всестороннее изучение яв­ляется основой технического раз­вития Компании.
С момента основания института в 1 91 8 г. на базе «Конторы по проведению опытов с паровозами» и по настоящее время, в течение всех 86 лет, ВНИИЖТ по праву яв­ляется ведущим научным центром отрасли в области создания тягово­го подвижного состава. Нас ждет большой объем интересной и важ­ной работы, а упорный и целенап­равленный труд неизбежно приве­дет к новым идеям и решениям.

[СЦБот]

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin