[01-2023] Перспективы развития тепловозной тяги в России

[бабулер83]

Перспективы развития тепловозной тяги в России

С.П. ВАКУЛЕНКО, канд. техн, наук, профессор,
М.Н. ПРОКОФЬЕВ, канд. техн, наук, доцент, Институт управления и цифровых технологий РУТ (МИИТ)

В 1960 — 1970 гг. на отечественных железных дорогах рассматривался вопрос дальнейшего повышения мощности тепловозов. Изучалось несколько путей решения этой задачи:

• создание двухсекционного тепловоза с мощностью по дизелям 2x4000 л.с. с применением новой экипажной части с одновременным повышением осевой нагрузки до 25 тс, увеличением диаметра колесных пар с 1050 до 1250 мм и применением опорно-рамного подвешивания тяговых электродвигателей (ТЭД). Такая концепция была реализована в виде тепловозов серий 2ТЭ121 в 1978 г. и тепловозов 2ТЭ70 в 2004 г.;
• повышение мощности дизельных двигателей до 4000 л.с. уже созданных серийных тепловозов. Конструкторские работы по опытным тепловозам, разрабатываемым на основе серии ТЭ109, создание в 1973 г. на базе тепловоза 2ТЭ116 проекта 2ТЭ115 [2; с.14], запуск в серийное производство тепловозов 2(3)ТЭ116У мощностью 3600 л.с. в секции и 2ТЭ116УД мощностью 4215 л.с. в секции. Наконец — строительство локомотивов 2ТЭ25К, 2ТЭ25КМ, ЗТЭ25К2М и 2(3)ТЭ25КЗМ (см. таблицу);
• сохранение серийной конструкции тепловозов мощностью 3000 л.с. с увеличением числа секций до трех либо четырех, что было реализовано в виде локомотивов серий ЗТЭЮМ(У) и 4ТЭ10С.

С точки зрения первого пути в 1978 г. на Ворошиловградском (Луганском) тепловозостроительном заводе был построен тепловоз принципиально новой конструкции — 2ТЭ121 (рис. 1), который помимо основных новых решений (дизель-генератор мощностью 4000 л.с. и соответствующие ему по мощности тяговые двигатели) имел:

• высокую (для своего времени) осевую нагрузку, которая на серийных тепловозах 2ТЭ121 составила 25 тс;
• опорно-рамное подвешивание тяговых двигателей 2-го класса и увеличенный до 1250 мм диаметр колесных пар;
• систему защиты от боксования с узлом динамического регулирования тягового генератора;
• капсульную, подрессоренную кабину машиниста.

Для грузовых локомотивов, как правило, применяется опорно-осевое подвешивание ТЭД, а опорно-рамное используется, в основном, на пассажирских локомотивах и электропоездах. Опорно-рамное подвешивание ТЭД более совершенно, так как двигатель полностью подрессорен и не оказывает значительного динамического воздействия на путь, но отличается большей сложностью конструкции [4, 8].
По совокупности перечисленных особенностей можно сделать вывод, что локомотив 2ТЭ121 значительно опередил свое время. Некоторые его технические решения, например опорнорамное подвешивание ТЭД, до сих пор не нашли широкого применения в конструкции грузовых тепловозов.
В 1984 г. [9] было начато их мелкосерийное производство. Серийные 2ТЭ121 аналогичны по конструкции тепловозу 2ТЭ121-005 из опытной партии. Эксплуатация 2ТЭ121 на ряде дорог выявила их высокие тяговые свойства, однако в конструкции локомотивов и их узлов были выявлены серьезные недостатки.
Существуют две точки зрения на причину их возникновения, одна из которых, отраженная в официальных документах, называет причиной «необходимость доработки отдельных узлов». Вторая, основанная на анализе случаев отказов в эксплуатации, а также состояния только что изготовленного тепловоза 2ТЭ121-011, обследованного во Всесоюзном научно-исследовательском тепловозном институте (ныне АО «ВН14КТИ», г. Коломна), называет основной причиной резкий рост производственного брака при изготовлении локомотивов. Это было вызвано, в частности, тем, что завод-изготовитель обязали существенно увеличить объем выпуска нового тепловоза при том, что на предприятии не были еще отработаны технологии его серийного производства.

Также это было вызвано установкой на локомотив дефектных комплектующих производства других предприятий — резинокордных муфт, подшипников и некоторых других деталей. Тепловоз 2ТЭ121 требовал повышения культуры производства и соблюдения технологической дисциплины при проведении деповских ремонтов, что также воспринималось в локомотивных депо неоднозначно [9].
К началу-середине 1990-х годов эксплуатацию локомотивов 2ТЭ121 усложняли чисто организационные трудности. Например, плановый ремонт объема ТР-3 проводился только на заводе-изготовителе, где скапливалось до трети машин от общего парка. Таким образом, несмотря на положительные отзывы локомотивных бригад, из-за незавершенности системы обслуживания локомотивов этой серии, невыгодности поставок малых объемов запасных частей и сложностей при организации ремонта, а также экономического кризиса на фоне распада СССР, большая часть относительно новых тепловозов 2ТЭ121 уже к середине 1990-х годов была исключена из рабочего парка и вскоре утилизирована [9].
История локомотивов 2ТЭ121 в какой-то мере повторилась с тепловозами серии 2ТЭ70 (рис. 2). Первый образец 2ТЭ70 создан в 2004 г. на Коломенском машиностроительном заводе. В конце 2006 г., после завершения всех необходимых испытаний локомотив поступил в эксплуатацию в локомотивное депо Улан-Удэ Восточно-Сибирской дороги.
Отличительными особенностями данного тепловоза являются:

• опорно-рамное подвешивание тяговых электродвигателей 3-го класса и диаметр колес 1220 мм (по этим характеристикам локомотив схож с 2ТЭ121);
• поосное регулирование силы тяги;
• аналогично тепловозам ТЭП70БС и ТЭП70У применена микропроцессорная системы управления, регулирования и диагностики (МСУД).

В отличие от 2ТЭ121 тепловоз имеет типичную для отечественного подвижного состава осевую нагрузку в 23,5 тс.
Опыт эксплуатации тепловозов 2ТЭ70 на БАМе выявил, что на плече Таксимо — Новая Чара длиной 250 км при ведении поезда весом 4900 т расходуется в среднем 2800 — 2900 кг дизельного топлива, а для тепловоза ЗТЭ10МК расход составляет 3900 — 4200 кг [10]. При силе тяги продолжительного режима тепловоза 2ТЭ70 в 608 кН (62 тс) он обеспечивал ведение поездов такого же веса, как и трехсекционные локомотивы ЗТЭ10МК с силой тяги в 735 кН (75 тс) [11].
В источнике [11] проведено сравнение локомотивов 2ТЭ70 и 2ТЭ25А, где авторы склоняются в пользу 2ТЭ70, что может объ
ясняться тем, что к началу 2013 г. (моменту обсуждения) локомотивы 2ТЭ25А еще не реализовывали заявленных тяговых характеристик. В целом авторы отмечают высокие тяговые свойства 2ТЭ70, надежность, удобство работы для локомотивных и ремонтных бригад, хорошую шумоизоляцию кабины и низкий расход топлива. В ходе дальнейшей эксплуатации тепловозов 2ТЭ70 конструктивных недостатков выявлено не было.
Применение колес повышенного до 1250 мм диаметра и опорно-рамного подвешивания в конструкции тепловозов 2ТЭ121 и 2ТЭ70 повышает коэффициент их сцепления с рельсами и, следовательно, их силу тяги [12; с. 35]. 2ТЭ121 хотя и не имеет полноценной системы поосного регулирования тяги, но имеет наибольшую осевую нагрузку среди рассматриваемых локомотивов (см. таблицу).
Учитывая вышесказанное, при сравнении характеристик локомотивов, приведенных в таблице, можно предположить, что сила тяги продолжительного режима тепловозов 2ТЭ121 и 2ТЭ70 могла бы быть повышена путем изменения параметров тяговой передачи до 32 — 33 тс (323,6 кН), т.е. до уровня более современных тепловозов типа ТЭ25 различных модификаций, имеющих более простую ходовую часть и осевую нагрузку 24 — 24,5 тс.
По совокупности факторов ОАО «РЖД» сделало выбор в пользу применения тепловозов типа ТЭ25К различных модификаций производства Брянского машиностроительного завода, поэтому дальнейшего строительства тепловозов 2ТЭ70 не предполагается. В настоящее время все локомотивы 2ТЭ70 отставлены от работы по достижению пробега, требующего проведения заводского ремонта. Вероятное завершение жизненного цикла тепловозов 2ТЭ70 — списание машин и отправка на утилизацию.


Уже упоминавшиеся тепловозы 2ТЭ25А, пройдя длительную доводку и реализовавшие свои паспортные характеристики [5], являются весьма перспективными для дальнейшего внедрения тепловозов с асинхронным тяговым приводом (АТП).
Внедрение локомотивов с АТП требует переоснащения локомотивных депо и переподготовки их работников. В меньшей степени необходима подготовка машинистов. Без проведения этих мероприятий локомотивы с АТП будут менее эффективны по итоговой производительности и будут иметь более низкий коэффициент технической готовности по сравнению с тепловозами с коллекторным тяговым приводом.
Основными задачами дальнейшего развития семейства тепловозов типа ТЭ25 видятся устранение выявленных в процессе эксплуатации конструктивных недостатков, повышение качества сборки и комплектующих, применение более надежных дизельных двигателей. На локомотивы серии 2ТЭ25А востребована установка более мощной ДГУ, что позволит поднять скорость продолжительного режима до 20 км/ч (и более), как это сделано в экспериментальной модификации 2ТЭ25АМ с дизелями германского производства.
Проведенный анализ позволяет заключить, что в ближайшей перспективе будут осуществляться производство и усовершенствование тепловозов серий ТЭ25КМ с консервативными техническими решениями.
В настоящее время холдинг «Синара —Транспортные Машины»
(СТМ) занимается проектированием нового двухсекционного тепловоза 2ТЭ35А (рис. 3) с секционной мощностью 3650 кВт (5000 л.с.) и асинхронным тяговым приводом [13]. Заявленная сила тяги продолжительного режима должна составить 1000 кН (102 тс), что превышает силу тяги трехсекционного тепловоза ЗТЭ25К2М (99 тс). Рама и ходовая часть проектируемого тепловоза имеют прямых предшественников в виде тепловозов ТЭМ7А, ТЭ8 и газотурбовоза [Tlh-002. Локомотив 2ТЭ35А практически не имеет современных аналогов и будет превосходить тяговые характеристики экспериментальных локомотивов 2ТЭ126 и 2ТЭ136 мощностью 2x6000 л.с. и силой тяги 96 тс, построенных в 1987 и 1992 гг. соответственно.
ВXXI веке в России был получен новый опыт создания и эксплуатации газотурбовозов — двух локомотивов серии ГТ1 h, отличающихся друг от друга по конструкции. В публикациях [14, 15] авторами сделаны выводы об экономии годовых эксплуатационных затрат газотурбовоза на единицу перевозок по сравнению с тепловозом ЗТЭ116У в 16 %. Достигнута экономия стоимости жизненного цикла при применении газотурбовоза ITIh-002 по сравнению с тепловозом ЗТЭ116У в 13%.

В то же время, внедрение в эксплуатацию газотурбовозов требует проведения комплекса мероприятий — обслуживания газовых турбин, криогенного оборудования локомотива и потребность в соответствующей заправочной инфраструктуре.
В публикации [16] отмечаются высокие затраты на ремонт газотурбовоза ГТ1 h-001 и то, что применяемый газотурбинный двигатель не соответствует специфике работы поездного локомотива, а специализированная турбина до сих пор не создана. Поэтому, если исходить из публикаций в профильной прессе, в ближайшей перспективе компания ОАО «РЖД» больше рассчитывает на внедрение тепловозов с газопоршневыми двигателями.
Можно сделать вывод, что в вопросе применения газотурбовозов достигнут определенный успех и можно рассчитывать, что их внедрение последует, но — в свое время.
За период с 1960-х годов и по настоящее время на железнодорожном транспорте в сфере автономной тяги прослеживается тенденция длительного, поэтапного внедрения новых локомотивов и технических решений:
введение в эксплуатацию локомотивов 2ТЭ116 в 1970-х годах было сильно затруднено (в первую очередь, из-за конструктивных недоработок дизеля), а дальнейшее развитие локомотивов этой серии продемонстрировало постепенное внедрение новых решений (повышение мощности, применение системы поосного регулирования силы тяги);
рассмотренная выше история разработки и эксплуатации серий тепловозов 2ТЭ121 и 2ТЭ70;
комплекс факторов, сдерживающих внедрение на тепловозах асинхронного привода.
Вышеперечисленное свидетельствует о необходимости поэтапного внедрения новой техники; необходимости эксплуатации и постепенной доработки небольшой опытной партии каждой новой серии тепловозов; заблаговременной подготовке эксплуатационной и ремонтной инфраструктуры для работы с новыми локомотивами. В таком случае новая техника не будет снижать качество перевозочного процесса и вызывать дополнительные издержки.
В целом политика ОАО «РЖД» соответствует данному мнению, и в то же время имеются значительные возможности по дальнейшему совершенствованию и развитию автономной тяги.

Библиография

1. Раков. В.А. Локомотивы и моторвагонный подвижной состав железных дорог Советского Союза (1976 — 1985 гг.) / В.А. Раков. — М.: Транспорт, 1990. — 238 с.
2. Луганские тепловозы 1956 — 2006 / Буянов А.Ф., Ломакин Е.И., Шмулич В.Г., Степанов В.Р. и др.—Луганск: ОАО ХК «Лугансктепловоз», 2006. — 518 с.
3. Абрамов Е.Р. Локомотивы и моторвагонный подвижной состав с двигателями внутреннего сгорания отечественных железных дорог. — Санкт-Петербург, 2015.—433 с.
4. фуфрянский Н.А. Развитие локомотивной тяги / Фуфрянский Н.А., Нестрахов А.С., Долганов А.Н. и др. — М: Транспорт, 1982. — 303 с.
5. Бабков Ю.В. Тепловозы 2ТЭ25А на БАМе. Опыт эксплуатации и перспективы использования / Бабков Ю.В., Бенькович Н.И, Кашников Г.Ф., Клименко Ю.И., Перфильев К.С. //Локомотив. — 2018.— № 10. —С. 29 — 31.
6. Захаров А.О. Перспективный тепловоз для БАМа / Захаров А.О., Кулабухов А.С., Руднев В.С., Куделькин И.Н. //Локомотив. — 2017. — № 4. — С. 42 — 43.
7. Зак В.В. Перспективный тепловоз для Восточного полигона / Зак В.В., Васильев ИЛ., Кулабухов А.С, Дмитриев С.А., Варфоломеев Р.С.//Локомотив. — 2018. — №9.— С. 33 — 35.
8. Wikipedia. Подвешивание тяговых электродвигателей и тяговая передача. //Wikimedia Foundation, Inc. — https://ru. Wikipedia. огдЛмк1Яяговый_электродвигатель#Подвешивание_тяго-вых_электродвигателей_и_тяговая_передача (дата обращения 19.10.2022).
9. Wikipedia. Тепловоз 2ТЭ121 //Wikimedia Foundation, Inc. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/2T3121 (дата обращения 19.10.2022).
10. Форум сайта «Паровоз ИС». Обсуждение «Сравнение 2ТЭ70 и 2ТЭ25А».//Parovoz.com — сообщение 17.05.2009 — URL: https://www.parovoz.com/phpBB2/viewtopic.php?f=24&t=1985&st= 0&sk=t&sd=a&start=100#p109140 (дата обращения 19.10.2022).
И. форум сайта «Паровоз ИС». Обсуждение «Сравнение 2ТЭ70 и 2ТЭ25А». // Parovoz.com — сообщение 20.01.2013 — URL: https://parovoz.com/phpBB2/viewtopic.php?p=147326#p152303 (дата обращения 19.10.2022).
12. Деев В.В. Тяга поездов: учебное пособие для вузов / В.В. Деев, Г.А. Ильин, Г.С. Афонин. Под ред. В.В. Деева — М.: Транспорт, 1987. — 264 с.
13. Компания «Синара — Транспортные Машины». Готовность производственных площадей к выпуску 2ТЭ35А [Электронный ресурс] // — Группа «Синара» — 2021. — URL: https://www, sinara-group.com/media/news/sinara-transportnye-mashiny-prodemonstrirovali-rzhd-gotovnost-proizvodstvennykh-ploshchadey-k-vypusk/ (дата обращения 19.10.2022).
14. Коссов В.С. О технико-экономическом обосновании эффективности применения газотурбовоза ГТ1 h-002 // Железнодорожный транспорт. — 2017. — № 9. — С. 43 — 45.
15. Коссов В.С. Экономическая и эксплуатационная целесообразность внедрения газотурбовозов на сети дорог ОАО «РЖД» / В.С. Коссов, Ю.В. Бабков, Д.В. Котяев, Д.И. Прохор // Евразия Вести — 2018. — № 9. С. 8 —URL: http://eav.ru/publ1 ,php?publid=2018-09a05 (дата обращения 19.10.2022).
16. РЖД отмечают проблемы при эксплуатации газотурбовозов//ОАО «РЖД», ИА «Интерфакс» —2020. -https://company.rzd.ru/ru/9401 /page/78314?id=l 91040 (дата обращения 19.10.2022).