[01-2016] Отечественные сцепные устройства для скоростных поездов

[Admin]

Отечественные сцепные устройства для скоростных поездов

Импортозамещение

С появлением в XXI в. на отечественных железных дорогах скоростных поездов нового поколения, спроектированных и изготовленных за рубежом, все их компоненты и комплектующие, в том числе сцепные устройства (или просто сцепки), изготавливаются зарубежными производителями. И даже при локализации производства этих поездов в России на них большей частью продолжают использовать импортные комплектующие. Основными зарубежными производителями сцепок являются три компании: «Voith Turbo Scharfenberg», «Dellner Couplers» и «Faveley».

В большинстве случаев импортные электропоезда являются поездами постоянного формирования, и в процессе эксплуатации они не подлежат расцеплению. В связи с этим для межвагонных соединений, как правило, используются сцепки, обеспечивающие расцепление только на ремонтных предприятиях. Причем даже при производстве плановых видов технического обслуживания и ремонта некоторые поезда не подлежат расцеплению. Лишь головные вагоны со стороны кабины управления оборудуются сцепками автоматического типа, чтобы обеспечить оперативное сцепление нескольких поездов при увеличении пассажиропотока.
Одной из особенностей электропоездов европейских железных дорог является отсутствие унификации сцепок, так как к ним не предъявляются требования сцепляемости с другим подвижным составом. Поэтому на электропоездах встречается множество разнообразных конструкций, не взаимозаменяемых и не обеспечивающих сцепления между собой — эти сцепки разрабатываются для установки на конкретные модели поездов и не ограничиваются требованиями каких-либо стандартов. К примеру, на электропоезде «Ласточка» производства фирмы «Сименс» используются пять моделей сцепок.

При поставке на российский рынок все скоростные и высокоскоростные поезда оборудуются несколькими моделями головных и межвагонных сцепных устройств:
на головные вагоны, преимущественно, устанавливают автоматическую сцепку конструкции Шарфенберга [1];
между вагонами применяют неавтоматические сцепки, где соединение выполняется поворотными болтами с гайками (см. рисунок, а) или полумуфтами, стягивающими фланцы сцепок с помощью болтового соединения (см. рисунок, б).
Эти неавтоматические сцепки обеспечивают беззазорное сцепление вагонов, что не требует наличия боковых буферов для компенсации зазоров.
Однако при проведении технических обслуживании и ремонтов российские электропоезда должны расцепляться для качественного контроля их технического состояния. В этом отношении нерасцепляемые сцепки зарубежного производства создают определенные неудобства. Более того, при возникновении

пожара, согласно ПТЭ, локомотивная бригада должна оперативно расцепить состав и изолировать горящий вагон. Неавтоматические сцепки зарубежного производства оперативного расцепления не обеспечивают.
а российских железных дорогах с начала 2000-х годов появились беззазорные сцепные устройства (БСУ) отечественных конструкций различных модификаций — для применения на электропоездах и пассажирских вагонах локомотивной тяги. Для унификации контура зацепления и обеспечения их сцепления со стандартной автосцепкой СА-3 через единый адаптер был создан отраслевой стандарт ОСТ 32.193-2002, а впоследствии ГОСТ Р 54749-2011, определяющие геометрию контура зацепления.
К настоящему времени БСУ устанавливаются на вагоны и эксплуатируются в составах нескольких поездов локомотивной тяги и, особенно, на множестве электропоездов. Эти сцепки обеспечивают беззазорное соединение вагонов, автоматическое сцепление и достаточно быстрое расцепление без захода составителя между вагонами. Основные параметры, конструкция, правила эксплуатации и ремонта этих беззазорных сцепных устройств подробно описаны в публикации [1].
Применение сцепок БСУ взамен зарубежных неавтоматических конструкций не только полностью соответствует принятому в последнее время курсу на импортозамещение, но и обеспечит значительные материальные и технические преимущества. Неавтоматическое (ручное) соединение вагонов в поездах значительно усложняет условия их эксплуатации и отрицательно влияет на безопасность эксплуатации подвижного состава из-за влияния так называемого «человеческого фактора». Использование отечественных сцепок с контуром зацепления БСУ по ГОСТ Р 54749-2011 обеспечивает оперативное сцепление-расцепление вагонов в нештатных ситуациях и при техническом обслуживании подвижного состава.
Для сцепления нескольких поездов на маршруте в европейской практике применяются автоматические сцепки Шарфенберга. Они обеспечивают наряду с автоматическим сцеплением единиц подвижного состава автоматическое соединение воздушных магистралей и электрических линий. Отечественные сцепки БСУ в настоящее время такими устройствами не оборудованы, но некоторые конструкторские коллективы уже ведут разработки головных сцепок типа БСУ с автоматическим соединением пневмомагистралей и электрических линий, что позволяет надеяться на их скорое появление на российских железных дорогах.
Вместе с тем, комплектация головных автоматических сцепок Шарфенберга такими автосоединителями не позволяет значительно упростить сцепление поездов и сократить его длительность, так как эти устройства требуют дополнительной защиты специальными кожухами от снега (их снятие и постановка делаются вручную). Наличие таких автосоединителей существенно увеличивает стоимость производства сцепных устройств.

Считаем, что сцепка Шарфенберга вполне может быть заменена отечественными конструкциями, однако непосредственное применение уже известных моделей беззазорных сцепных устройств (например, БСУ-3, БСУ-4 или БСУ-ТМ) на поездах, изготовленных по документации зарубежных производителей, невозможно, так как вагоны отечественного и зарубежного производства конструктивно отличаются друг от друга. Требуется разработка специальной конструкции БСУ для приведения в соответствие по габаритам и посадочным местам с зарубежными аналогами, устанавливаемыми на этих моделях поездов.
Кроме того, необходимо ввести в конструкцию разрабатываемых сцепок энергопоглощающие элементы крэш-системы поезда, что является обязательным требованием сегодняшнего дня для обеспечения безопасности пассажиров в аварийных ситуациях. Все сказанное требует конструкторской и технологической проработки, а также проведения испытаний.

В настоящее время на нескольких отечественных вагоностроительных заводах идет освоение производства новых моделей скоростных электропоездов, разработанных за рубежом и использующих в качестве комплектующих узлов зарубежные модели сцепных устройств. Двенадцатилетний опыт эксплуатации БСУ отечественного производства до-казал их надежность и высокие
эксплуатационные качества. Поэтому сейчас активно начались работы по созданию новых моделей беззазорных сцепных устройств, которые смогут в ближайшем будущем заменить зарубежные конструкции на новых электропоездах.
Здесь следует отметить еще одно обстоятельство: обязательное требование сцепления всех (головных и межвагонных) сцепок с типовой для железных дорог колеи 1520 мм автосцепкой модели СА-3, которая установлена на всех локомотивах. Это необходимо для выполнения маневровых работ, транспортировки вагонов и поездов и, самое важное, — для эвакуации поезда или отдельных вагонов после возникновения аварийных и нештатных ситуаций. Для соединения различных моделей сцепок скоростных поездов с автосцепкой СА-3 в каждом составе поезда нужно иметь специальные адаптеры (переходные приспособления) для каждой модели сцепок данного поезда.
Отсутствие унификации у зарубежных сцепок приводит к ощутимым трудностям в эксплуатации и техническом обслуживании подвижного состава. Замена импортных сцепок на отечественные модели БСУ, как отмечено выше, со стандартизованным контуром зацепления обеспечит снижение трудоемкости маневровых работ, в том числе путем применения унифицированного адаптера.
Важнейшим элементом сцепных устройств является поглощающий аппарат. Его работа обеспечивает амортизацию продольных сил, возникающих при движении поезда, при его формировании, а также в аварийных ситуациях. В этой области подвижной состав железных дорог колеи 1520 мм так же, как в области применения автоматических сцепок, занимает лидирующие позиции (это вызвано накопленным опытом повсеместного применения автоматической сцепки СА-3).

Поэтому во всех нормативных документах на поглощающие аппараты сцепных и автосцепных устройств установлены требования, соответствующие достигнутому уровню. С введением системы сертификации на федеральном железнодорожном транспорте эти нормативы вошли в состав Норм безопасности (сейчас — в стандарты, поддерживающие Технические регламенты Таможенного Союза). Данные требования (в первую очередь, к энергоемкости) должны обеспечиваться всеми поставляемыми на рынок колеи 1520 мм поглощающими аппаратами, входящими в состав сцепных устройств, в том числе и европейских производителей.
Вместе с тем, эти требования превышают нормативы, принятые на европейских дорогах. Конечно, расчетами и результатами математического моделирования можно показать, что при строгом соблюдении нормируемых скоростей соударения при формировании поездов(до 3 км/ч) установленные значения энергоемкости являются завышенными. Однако появившиеся на европейских дорогах и сейчас уже практически повсеместно принятые там требования по оснащению
энергоемкость которых намного выше, чем у поглощающих аппаратов, показывают, что соударения даже с очень высокими скоростями (при которых срабатывают крэш-системы) не могут быть полностью исключены в реальной эксплуатации.
Случаи соударения со скоростями, не столь существенно превышающими нормативные значения для маневровых работ, имеют намного более высокую вероятность, чем аварийные соударения, но именно для защиты в таких нештатных (еще не аварийных) случаях установлены существующие требования к энергоемкости поглощающих аппаратов.

Традиционная для железных дорог 1520 мм компоновка сцепных и автосцепных устройств, когда в состав каждого устройства обязательно входит поглощающий аппарат, также имеет преимущество перед схемой, реализованной в скоростных поездах зарубежных конструкций (в них, чаще, сцепные устройства выполняются асимметричными: комплект сцепного устройства на одной консоли вагона содержит поглощающий аппарат, а на другой — крэш-элемент). Формально это не нарушает требования отечественных стандартов и Техрегламента ТР ТС, но имеет два недостатка:
® при маневрах во время сцепления локомотива с вагоном со стороны консоли, не имеющей поглощающего аппарата, поглощающий аппарат локомотива начинает срабатывать только при превышении силой нормативного уровня начальной затяжки его поглощающего аппарата (100 — 400 кН), при этом продольное ускорение скачкообразно возрастает до (0,13 — 0,53)д. Когда вагон со стороны локомотива также оборудован поглощающим аппаратом с нормативным усилием начальной затяжки 25 — 80 кН, возникающее при сцеплении ускорение будет гораздо ниже и находиться в диапазоне (0,03 — 0,11 )д;
® при сцеплении вагонов между собой энергоемкость одного аппарата вдвое ниже, чем при сцеплении двух вагонов, каждый из которых имеет поглощающий аппарат. Кроме маневровых соударений, это скажется при нештатных ситуациях, так как суммарная энергоемкость аппаратов поезда будет вдвое меньше — наличие крэш-элементов предотвратит повреждение кузовов вагонов в случае превышения нормативных скоростей, однако после их срабатывания поезд не может быть допущен к эксплуатации и должен быть отправлен в ремонт.
аким образом, замена зарубежных сцепных устройств отечественными будет не только решать задачи импор-тозамещения, но и способствовать повышению безопасности пассажирского подвижного состава.

В.И. БЕЛЯЕВ, Д.А. СТУПИН, ОАО «ВНИИЖТ»

Библиография
1. Беляев В.И., Ступин Д.А. Сцепные и ав-тосцепные устройства железнодорожного под-зижного состава М ' Т^знсинего 2012 И15 с