[01-2018] Определена концепция перспективных локомотивов

[бабулер21]

Определена концепция перспективных локомотивов

Н.Л. МИХАЛЬЧУК, заместитель начальника Дирекции тяги ОАО «РЖД»

В 2017 г. в ОАО «РЖД» сформирован концептуальный документ — Долгосрочная программа развития на период до 2025 г.

Программа задает не только направление движения основным производственным вертикалям Компании, но и ставит перед ними довольно амбициозные цели и задачи. Дирекции тяги для выполнения заданных параметров необходимо ответить на следующие вопросы:

- каким параметрам должен отвечать перспективный локомотив;

- как эффективно распоряжаться имеющейся инфраструктурой;

- какие должны быть применены технологии эксплуатации и ремонта тягового подвижного состава.

На рис. 1 представлены параметры ключевых показателей деятельности Дирекции.

Программа сформирована исходя из прогнозов по объемам грузоперевозок, пассажирооборота, работ, связанных с оздоровлением пути, предполагает ряд мер, повышающих эффективность управления активами и трудовыми ресурсами Дирекции. Она составлена по двум сценариям: базовому и оптимистическому.

Грузоперевозки по России https://waylogist.com выполняются как автотранспортом, так и по железным дорогам. Последний тип перевозок сейчас стремительно развивается, и не в последнюю очередь благодаря появлению современных локомотивов.

Отличие сценариев связано лишь с изменением объемов грузоперевозок, пассажиро-оборота и качественных показателей.

Рассмотрим базовый вариант.

Эффективность использования локомотивного парка к 2025 г. в сравнении с 2017 г. должна быть увеличена на 22 %. Закупаемые локомотивы должны соответствовать современным требованиям и обеспечивать заданный уровень надежности при увеличенном межремонтном пробеге.
Всего на горизонте Долгосрочной программы развития (ДПР) закупка составит более 5 тыс. локомотивов. Такая программа обновления позволит сократить износ парка с 62 до 56 %.

Анализ возрастной структуры локомотивного парка России показал, что он в последние 10 лет стал моложе, но по темпам обновления в части парка тепловозов уступает США и Германии, а электровозов — Китаю. Так, в США парк тепловозов возрастом до 20 лет составляет 62 %, в Германии — 72 %, а в России только 25 %.

В Китае 75 % парка электровозов имеют возраст до 20 лет, в том числе 55 % до 10 лет, в России же срок службы менее 20 лет имеют 32% электровозов. Наряду с этим, в Европе старые локомотивы проходят модернизацию с установкой современных компонентов, что позволяет сокращать расходы на обновление локомотивного парка и сохранять в рабочем парке локомотивы возрастом более 50 лет.

Численность работников, занятых на перевозочных видах деятельности к 2025 г. должна быть снижена с действующего уровня на 18,5 %. С учетом роста объема работы производительность труда, соответственно, будет увеличена на 48,6 %. При этом рост реальной заработной платы к 2025 г. составит 24,9 %.

Достижение таких параметров невозможно без изменения технологии и внедрения современных интеллектуальных информационно-управляющих систем, в том числе таких технологий, как «Умный поезд» и «Умный локомотив». Для роста производительности труда необходим интенсивный путь развития с заменой человеческого труда на работах с вредными и опасными производственными факторам, системой обеспечения технологического процесса с элементами искусственного интеллекта, поддерживающей достаточный уровень надежности и безопасности процесса в целом.

Случаи задержек поездов по причине отказов к 2025 г. должны сократиться на 25,5 %, а по причине технологических нарушений — на 33,7 %. В целом пути повышения уровня надежности должны рассматриваться в комплексе и обеспечивать системный подход в реализации этой инициативы.

Общий эффект от реализации инициатив обеспечит снижение себестоимости предоставления услуги тяги на 2,1 % к уровню 2017 г. В целом себестоимость перевозок в Дирекции тяги должна снизиться к 2025 г. на 2 % в ценах 2017 г.

Динамика изменения себестоимости по годам будет происходить неравномерно. В период с 2018 по 2020 гг. она не может быть снижена по причине увеличенной программы капитального ремонта локомотивов, направленной на исключение отложенной потребности.

Другим важным фактором в изменении себестоимости является амортизация, доля которой будет увеличиваться к 2025 г. по мере обновления локомотивного парка и выравнивания балансовой и рыночной стоимостей локомотивов. Также на себестоимость влияет изменение структуры объема работы между видами тяги. Так, в связи с ростом объема работы в тепловозной тяге большими темпами, чем объем работы в целом, планируется увеличение себестоимости по элементу «топливо».

Дальнейшее снижение себестоимости и повышение эффективности деятельности требует использования принципиально новой техники и инноваций. В Дирекции тяги рассмотрены и реализуются имеющиеся технические решения, направленные на дальнейшее повышение эффективности локомотивов. Сегодня в Дирекции тяги определены девять основных направлений совершенствования конструкции локомотивов (рис. 2). При этом реализация имеющихся инновационных технических решений на данном этапе достаточно дорогостоящее мероприятие.

Выпускаемые сегодня инновационные локомотивы более чем в два раза дороже «старых» аналогов, сопоставимых по мощности. В результате использование дорогостоящих инновационных локомотивов оправдывает себя только на ограниченном количестве участков с нестандартными требованиями к тяговым характеристикам локомотивов.

В настоящее время руководством Дирекции определены два основных направления.

- Снижение стоимости реализации имеющихся решений до уровня окупаемости в массовых условиях перевозочного процесса. Этого возможно достичь путем импортозамещения, обеспечения гарантированного заказа, доработки конструкции действующих систем с локализацией производства и трансфертом технологий.

(D Разработка новых решений, позволяющих кардинально поменять эксплуатационные характеристики локомотивов. К таким относятся исследования по вопросам использования других видов тяги или совмещение имеющихся решений.

Необходимо отметить, что отказ от внедрения на дорогах перспективных локомотивов не позволит обеспечить выполнение предусмотренных Долгосрочной программой развития параметров работы и повышение эффективности Дирекции тяги на период до 2025 г.

Поэтому руководством локомотивного комплекса сформированы требования к инновационным локомотивам. Они включают в себя следующее:

утвержденные параметры технико-эксплуатационных требований к локомотивам 2018 — 2030 гг.;

- концептуальную платформу линеек новых локомотивов, обеспечивающую их унификацию и модульность;

концепцию перехода ОАО «РЖД» на закупку тягового подвижного состава (ТПС) по контракту жизненного цикла с гарантией достижения значений энергоэффективности.

Основные требования, которые предъявляются к современным и перспективным локомотивам — это высокая надежность, эффективность и автоматизация, в том числе применение малолюдных и безлюдных технологий.

На первый взгляд, российская промышленность имеет в своей производственной гамме широкую линейку локомотивов (пассажирские и грузовые электровозы переменного, постоянного тока и двухсистемные, грузовые тепловозы с коллекторным и асинхронным тяговым приводом, пассажирский, маневровый и маневрово-вывозной тепловозы). Но если рассматривать модельный ряд выпускаемых локомотивов более пристально, можно отметить, что имеется ряд новых локомотивов, технико-экономические характеристики которых не в полной мере соответствуют требованиям ОАО «РЖД». Уровень надежности единственного на сегодняшний день пассажирского тепловоза серии ТЭП70БС — на недопустимо низком уровне. И практически отсутствуют альтернативы грузовым локомотивам постоянного тока 2ЭС6 и ЗЭС4К.

При этом нет эффективных и достаточно надежных локомотивов для вождения составов массой 7100 т на полигоне БАМа и Транссиба, электровозов для скоростных контейнерных перевозок.

Для решения выше обозначенной проблемы в октябре — ноябре 2017 г. проведены опытные поездки для определения возможности вождения на участке Мариинск — Смоляниново грузовых поездов массой 7100 т, сформированных из вагонов с осевой нагрузкой 25 т, электровозами ЗЭС5К, оборудованных системой поосного регулирования силы тяги и независимым возбуждением тяговых двигателей. На основании полученных результатов тягово-энергетических испытаний, проведённых с локомотивом ЗЭС5К № 434, сделано заключение о возможности проведения опытной эксплуатации электровозов с аналогичными характеристиками. При этом необходимо соблюдение ряда условий, обеспечивающих допустимые режимы эксплуатации.

Задачи по повышению эффективности и снижению себестоимости перевозок требуют нового подхода к локомотиву. На смену универсальному должен прийти локомотив, характеристики которого будут оптимизированы для определенного полигона движения. Создание его возможно с использованием унифицированной платформы.

В декабре 2016 г. на секции «Локомотивное хозяйство» Научно-технического совета ОАО «РЖД» была рассмотрена концептуальная платформа линеек новых локомотивов на перспективу до 2025 г. Данная линейка нового тягового подвижного состава была сформирована на основании матрицы эксплуатационных требований к локомотивам на период до 2025 — 2030 гг., которая была рекомендована предприятиям транспортного машиностроения за основу при разработке нового ТПС. На рис. 3 представлены основные технические требования к современным и перспективным локомотивам.

В основу матрицы легли следующие перспективные направления развития локомотивного комплекса:

- длина полигона безотцепочного следования грузовых локомотивов — до 6000 км для электровозов, до 3000 км — для тепловозов;

- унифицированные весовые нормы — от 7100 до 9000 т;

- нагрузка на ось — до 27 тс;

- наличие современных интегрированных систем управления, безопасности и диагностики.

В настоящее время группой специалистов ОАО «РЖД» и отраслевых научно-исследовательских институтов ведется разработка уточненных технических требований к локомотивам для Восточного полигона сети (тепловозу и электровозу), электровозу для скоростных контейнерных перевозок и пассажирскому электровозу.

Одновременно рассматриваются перспективы замены на отдельных полигонах тепловозной тяги на газотурбовозную. Конечно, опыт эксплуатации имеющихся машин не позволяет пока говорить о том, что это полноценная замена тепловозам. Вместе с тем, расчеты показывают, что при выходе на заданные показатели надежности газо-турбовозы могут быть эффективнее тепловозов на участках с грузооборотом от 15 до 35 млн. т в год.

Значительную роль в повышении эффективности перевозочного процесса играют внедряемые в локомотивном комплексе единые интеллектуальные системы управления и диагностики в рамках развития проекта цифровой железной дороги. Предпосылками данной работы стали: расширение полигонов эксплуатации, увеличение веса поезда и скорости движения при существующих ограничениях инфраструктуры, увеличение межремонтных пробегов, переход к системе ремонта с учётом фактического состояния, развитие инфраструктуры сортировочных станций.

Современные системы управления тяговым подвижным составом должны сформировать многоуровневую открытую распределённую иерархическую систему, в которой помимо регулирования напряжения, силы тяги и торможения, включены функции самодиагностики, автоведения поезда, системы передачи данных и обмена информацией.

Дальнейшее развитие подразумевает создание новых систем управления, способных формировать единое информационное пространство, которое обеспечит интеграцию различных информационных технологий. В настоящее время формируется модель системы управления тяговыми ресурсами на базе единой микропроцессорной платформы с возможностью расширения функционала для наиболее эффективной реализации перевозочного процесса, в том числе обеспечение технологии перевозок без участия локомотивной бригады. Локомотив в модели рассматривается как один из уровней иерархической многоконтурной интеллектуальной транспортной системы.

Концепции «Умный локомотив», «Умный поезд» должны осуществляться с функцией оценки технического состояния оборудования, прогноза отказов и мониторинга процесса эксплуатации, особенностями которой являются возможность адаптации к работе с разнородными данными и архитектура, позволяющая формировать, структурировать и анализировать массивы информации. Проект может быть реализован на платформе интеллектуального анализа режимов эксплуатации локомотива, прогностического анализа данных с применением технологии обучения нейронных сетей.

Необходимо отдельно отметить задачу по снижению до 2025 г. энергоемкости перевозочного процесса, а именно: сокращение удельных расходов электроэнергии на тягу поездов на 6,9 % и дизельного топлива — на 1,6 % к уровню 2017 г.

Вопрос повышения энергоэффективности современных локомотивов — один из самых актуальных. Предлагаемые сегодня решения по снижению потребления электроэнергии, такие как поосное регулирование колесных пар, адаптивное отключение тяговых электродвигателей в зависимости от нагрузки локомотива, автоведение и расширение технических возможностей по рекуперации и приему электроэнергии являются необходимыми, но не исчерпывающими. Поэтому необходимо искать новые пути и технологии повышения энергоэффективности.

Обозначенные направления требуют решения множества технических и технологических задач. В рамках работы по достижению целевых параметров Долгосрочной программы развития на период до 2025 г. также считаю первоочередным решение наукоемких задач в перспективных направлениях.