[ЖДМ №10-1998] Тенденции развития локомотивного парка железных дорог США

[Admin]

Тенденции развития локомотивного парка железных дорог США

По мнению фирм-поставщиков и эксплуатирующих железных дорог, железнодорожный транспорт США стоит на пороге очередного этапа качественных изменений локомотивного парка.
Повышение мощности тепловозов

В первую очередь этот этап характеризуется повышением единичной мощности локомотивов. Мощность современных тепловозов достигает 6000 л. с. - наибольшего значения, когда-либо имевшегося у локомотивов с одним дизельным двигателем. Железные дороги, такие как CSX Transportation (CSXT) и Union Pacific (UP), приступили к реализации программ приобретения тепловозов высокой мощности, строящихся обеими крупнейшими локомотивостроительными компаниями - отделениями Transportation Systems корпорации General Electric (GETS) и Electro-Motive корпорации General Motors (EMD GM). При этом для фирм-поставщиков выпуск новых тепловозов в условиях конкуренции сопряжен со значительным риском, так как есть опасность утраты позиций на рынке в случае выхода с продукцией недостаточно высокого качества. Покупатели (железные дороги), не желая находиться в монопольной зависимости от одного поставщика, используют эту ситуацию и предпочитают немного выждать, пока не будет выработано окончательное суждение о технико-экономических и эксплуатационных характеристиках новых локомотивов той или иной серии.

Переход к новой продукции у фирм-изготовителей имел разный характер. Так, дизельный двигатель новых тепловозов GE является модификацией дизеля компании MWM (Германия), ранее использовавшегося в стационарных установках, на судах и не проверявшегося на соответствие жестким требованиям, которым должны удовлетворять тепловозные дизели железных дорог Северной Америки. Новый тепловозный дизельный двигатель EMD разработан собственными силами с учетом обеспечения полной совместимости всего основного и вспомогательного оборудования. При этом EMD отошло от применения двухтактных дизелей, долгое время считавшихся стандартными, и переключилось на четырехтактные, что представило очевидный технологический прорыв. Вместе с тем обе фирмы и их субподрядчики - поставщики различных подсистем - существенно повысили требования к мощности, силе тяги и коэффициенту сцепления новых тепловозов. Для полной уверенности в приемлемости новых технических решений, предназначенных для тепловозов высокой мощности, их сначала проверяли на тепловозах с дизелями меньшей мощности и в случае положительного результата применяли на головных образцах тепловозов с более мощными дизелями.

Для железных дорог наряду с улучшенными техническими характеристиками одним из решающих факторов при выборе типа тепловозов является надежность и готовность к эксплуатации. Так, UP и CSXT поставили условие обеспечения среднего времени наработки на отказ порядка 120 сут.

Железные дороги стремятся максимально использовать возможности локомотивов большой мощности для рационализации эксплуатационной деятельности с сохранением бесперебойного предоставления клиентуре перевозочных услуг. При этом они хотят оправдать капитальные вложения в новые локомотивы за счет сокращения общей численности локомотивного парка. Мощные тепловозы позволяют добиться этого, так как вместо пяти или шести "старых" тепловозов для вождения поездов той же массы и длины достаточно двух или трех "новых". Вождение ускоренных грузовых поездов меньшей массы, например в смешанных сообщениях, зачастую можно обеспечить одним мощным тепловозом, но здесь фактор надежности приобретает особое значение, поскольку теперь отказ в пути следования недопустим ввиду отсутствия резервирования, имевшего место при вождении поездов несколькими локомотивами.

Ситуация с тепловозами мощностью 6000 л. с. в июне 1997 г. была следующей. В регулярной эксплуатации находились 13 тепловозов серии АС6000 постройки GE, в том числе 10 на UP и три на CSXT. Тепловозов серии SD90MAC постройки EMD в эксплуатации еще не было, продолжались их испытания в Центре транспортных технологий Ассоциации американских железных дорог в Пуэбло и на испытательной станции компании в Ла-Грейндже. Первые восемь тепловозов этой серии планировали поставить UP в 1997 г., но затем это мероприятие было отложено на начало 1998 г. Поэтому окончательное мнение о новых тепловозах пока не сложилось.

Тем временем CSXT ввиду срочной потребности в локомотивах заказала EMD 25 уже хорошо зарекомендовавших себя тепловозов серии SD70MAC мощностью 4300 л. с. с электрической передачей переменного тока, а заказ GE на 20 тепловозов серии АС6000 переоформила на тепловозы АС4400 мощностью 4400 л. с., также с передачей переменного тока со сроком поставки начиная с сентября 1997 г. Поставка партии из 34 тепловозов серии АС6000 должна была начаться во втором квартале 1998 г. К этому времени, как полагают, MWM и GE устранят имеющиеся проблемы с дизелем, вызванные в основном вибрацией и утечками. Всего же к середине 1997 г. в парке CSXT числились 252 тепловоза АС4400, три АС6000, а также 466 DASH 8 и 9 постройки GE.

За 1994 - 1997 гг. UP заказала 892 тепловоза с электрической передачей переменного тока, причем к июню 1997 г. 779 из них уже получила. В заказы были включены 70 "конвертируемых" (с возможностью повышения мощности до 6000 л. с.) тепловозов от GE и 179 от EMD, но помимо имеющихся 10 тепловозов серии АС6000 от GE новые мощные тепловозы дорога в 1997 г. не заказывала. Принятие решения об этом перенесено на 1998 г. В принципе, UP считает, что оптимальной долей тепловозов мощностью 6000 л. с. в общей численности парка является 20 - 25 %.
Применение новых технологий

Переход на электрическую передачу переменного тока стал самым заметным проявлением технического прогресса в локомотивостроении со времени массового внедрения тепловозной тяги после второй мировой войны, так как передача постоянного тока, непрерывно совершенствуясь, использовалась почти 50 лет. Произошел он без особых затруднений, и к настоящему времени только GE выпустила более 1000 тепловозов с передачей переменного тока. Не вызывает сомнений возможность решения проблем, связанных с конструктивными недостатками дизелей высокой мощности для новых тепловозов. Доводка дизеля MWM/GE повысит его надежность, облегчит и удешевит техническое обслуживание. К дизелю EMD претензий практически нет.

Для определения износостойкости новых дизелей EMD и GE провели широкомасштабные стендовые испытания. Затем опытные тепловозы прошли испытания на коэффициент сцепления и в условиях работы на большой высоте над уровнем моря, в тоннелях и с высокой скоростью движения. По мнению GE, нагрузка на тепловозы в процессе интенсивных испытаний эквивалентна нагрузке в течение 20 лет обычной эксплуатации.

Несомненным достижением считают внедрение на тепловозах GE усовершенствованной компьютеризированной системы управления тяговым приводом с индивидуальным регулированием режимов работы каждого тягового двигателя вместо традиционного группового регулирования всех двигателей одной тележки. В сочетании с автоматизированной системой диагностики технического состояния компонентов привода она позволяет оперативно обнаруживать неисправности и отключать отказавший двигатель независимо от других. Благодаря этому при выходе из строя одного тягового двигателя тепловоз может работать на пяти оставшихся почти без потери тяговой мощности, а при выходе двух двигателей мощность снижается примерно на 10 %, так как оставшиеся имеют возможность продолжения работы с некоторой перегрузкой, развивая мощность до 1000 л. с.

В том, что касается механической части, предпочтительной считают конструкцию тележек тепловозов EMD, в которой предусмотрена возможность радиальной установки осей колесных пар при движении в кривых, что существенно снижает износ колес и рельсов. GE, в свою очередь, удалось улучшить характеристики тележек своих тепловозов по сцеплению и также ввести радиальную установку осей колесных пар, правда, пока только по особому заказу у тепловозов с передачей переменного тока.

Предметом особой заботы EMD при переходе от двухтактных к четырехтактным дизелям стало повышение их топливной экономичности и уменьшение содержания вредных для окружающей среды составляющих в выхлопных газах. При проектировании дизеля его конструктивные элементы рассчитывали по методу конечных элементов с использованием трехмерного математического моделирования. Работы над новым дизелем заняли около 4 лет, но когда было принято принципиальное решение о переходе, проект был завершен за 18 мес. Одновременно с этим выполнили разработку нового сдвоенного турбонагнетателя системы наддува. Все это позволило освоить изготовление дизеля без особых проблем с подгонкой отдельных узлов и деталей друг к другу.

Примером успешного взаимодействия фирм - изготовителей дизелей с субподрядчиками - поставщиками отдельных устройств является совершенствование топливной системы. Для тепловозных дизелей высокой мощности важно высокое качество дизельного топлива. Компания Farr предложила новый метод контроля качества топлива по всей цепочке от топливного склада до цилиндров двигателя. Основным требованием было недопущение содержания частиц размером более 10 мкм. Для этого разработана гамма удовлетворяющих этому требованию двухступенчатых фильтровальных модулей модели PuriFarr производительностью до 380 л/мин. Подбором модулей с нужными характеристиками можно обеспечить надежное фильтрование топлива и масла в раздаточных колонках и трубопроводах тепловозных систем. В 1997 г. CSXT перевела все пункты экипировки тепловозов на применение фильтров указанного типа. Для защиты дизелей мощностью 6000 л. с. компания поставила целью довести уровень очистки топлива до 2 мкм. По мнению фирмы-изготовителя, новый фильтр PuriFarr 400IIE, номинально рассчитанный на задержку частиц размером до 5 мкм, обеспечивает 98 %-ную очистку от частиц размером 1 мкм.
Тепловозы средней мощности

На рынке локомотивов есть довольно емкая ниша тепловозов средней мощности, предназначенных для обслуживания маневровых работ и использования в иных целях. В настоящее время эту нишу занимает компания Motive Power Industries (MPI) вместе с дочерними Boise Locomotive и Engine Systems, заменившие ушедшую с рынка Morrison Knudsen. Помимо постройки новых локомотивов и изготовления запасных частей они на контрактной основе выполняют на своих предприятиях техническое обслуживание и ремонт тепловозов разных владельцев. Одним из новых направлений деятельности является перевод тепловозных дизелей на работу на сжиженном природном газе. Так, в районе Лос-Анджелеса уже работают на сжиженном газе четыре тепловоза MPI. В связи с ужесточением требований к содержанию вредных веществ в выхлопных газах это направление представляется перспективным.

В конце 1996 г. MPI завершила поставку 32 новых маневровых тепловозов на две станции в районе Хьюстона - сортировочную и терминал смешанных перевозок. К концу 1997 г. завод в штате Айдахо должен был выпустить восемь демонстрационных тепловозов (шесть мощностью 1500 л. с. и два мощностью 2000 л. с.) и приступить к выполнению контракта на капитальный ремонт 24 тепловозов серии SD40-3 мощностью 3000 л. с. с возможностью увеличения заказа еще на 20 ед. К выпускаемым тепловозам MPI применяет технические требования, аналогичные предъявляемым к магистральным тепловозам более высокой мощности.

Успеху MPI способствует то, что крупнейшие локомотивостроительные фирмы - EMD и GE - не проявляют интереса к этой сфере деятельности. Вместе с тем на заводе до последнего времени простаивали пять тепловозов мощностью 5000 л. с., построенные в свое время Morrison Knudsen в попытке составить конкуренцию EMD и GE, для которых MPI ищет покупателей или арендаторов; три таких тепловоза находятся в эксплуатации на правах аренды на железной дороге SP.

G. Welty. Railway Age, 1997, N 7, p. 33, 34, 36 - 38.