Научные исследования повышают надёжность, эффективность и экологичность перевозок
Развитие железнодорожного транспорта невозможно без создания нового поколения подвижного состава, в том числе тягового. О том, как сегодня решают эту задачу отраслевые учёные, нашим читателям рассказывает генеральный директор АО «Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава» (АО «ВНИКТИ») Валерий Коссов.
– Валерий Семёнович, сегодня перед железнодорожным транспортом России поставлены ключевые цели, которые укладываются в «стратегию четырёх Э»: энергосбережение, эффективность, экономия, экология. Как ваш институт участвует в решении этих задач?
– Впервые эту стратегию сформулировали на расширенном заседании научно-технического совета ОАО «РЖД» и Союза машиностроителей России по развитию локомотивного комплекса, которое проходило в марте 2015 года у нас в Коломне. Ведь именно здесь уже полтора века успешно создаются отечественные локомотивы.
Решить задачи энергосбережения и экологии нам поможет перевод транспортных средств на газовое топливо. По заданию и под руководством ОАО «РЖД» сотрудники АО «ВНИКТИ» с привлечением предприятий железнодорожного машиностроения и оборонной промышленности разработали магистральный двухсекционный газотурбовоз ГТ1h, работающий на сжиженном природном газе.
На Экспериментальном кольце ВНИИЖТа (г. Щербинка) 23 января 2009 года и 7 сентября 2011 года он совершил опытные поездки с грузовыми составами массой 15 и 16 тыс. тонн соответственно. Это мировой рекорд для автономного локомотива с одной силовой установкой в голове поезда. В октябре 2009 года ОАО «РЖД» получило сертификат Книги рекордов Гиннесса за создание самого мощного в мире газотурбинного локомотива ГТ1-001 с одной силовой установкой.
В 2016 году газотурбовоз успешно прошёл подконтрольную эксплуатацию, и в рамках программы испытаний 23 мая 2016 года ГТ1h-002 (головной образец установочной серии) успешно провёл поезд массой около 9 тыс. тонн на участке Сургут – Войновка протяжённостью 700 км без дозаправки на промежуточных станциях.
В октябре 2016 года в АО «ВНИКТИ» состоялось заседание приёмочной комиссии, которая приняла решение о постройке установочной серии из 24 газотурбовозов. Планируется, что они будут задействованы в перевозке углеводородных грузов с севера Тюменской области на участке Коротчаево – Сургут – Войновка.
Стоимость жизненного цикла газотурбовоза на 15% меньше, чем трёхсекционного тепловоза, а трудоёмкость обслуживания силового блока как минимум наполовину меньше, чем трёх дизель-генераторов трёхсекционного тепловоза. Подтверждена готовность предприятий холдинга «Синара – Транспортные машины» к производству и сервисному обслуживанию газотурбовозов, а также готовность основных поставщиков к изготовлению комплектующего оборудования для выпуска их установочной серии. Ключевым вопросом расширения парка газотурбовозов становится строительство для них газозаправочных станций. Соответствующая программа уже утверждена ОАО «РЖД» и направлена в Минтранс и ПАО «Газпром».
Специалисты нашего института разработали конструкторскую документацию, по которой был изготовлен первый образец маневрового тепловоза ТЭМ19 мощностью 880 кВт с газопоршневым двигателем, работающим на сжиженном природном газе. Этот тепловоз предназначен для работы на крупных железнодорожных узлах для снижения экологической нагрузки в городах.
Проявляют интерес к тепловозу предприятия промышленности и ООО «Газпромтранс». В 2015 году тепловоз ТЭМ19 успешно прошёл комплекс испытаний с получением сертификата соответствия. В сентябре того же года локомотив был передан заказчику и введён в эксплуатацию в депо Егоршино Свердловской железной дороги.
– Что делается для повышения эффективности и экономичности работы новой техники?
– Решить эти задачи, а заодно повысить безопасность эксплуатации помогает автоматизация управления локомотивом. В нашем научно-исследовательском конструкторском бюро (НИ КБ ЭМСУ) разработаны микропроцессорные системы управления, регулирования и диагностики для различных типов тепловозов. Эти системы неоднократно модернизировались: так, в систему управления современных тепловозов включены функции автоведения, системы автоматизированного контроля параметров тепловоза и учёта дизельного топлива.
В рамках проекта «Цифровая железная дорога» институт участвует в создании «интеллектуального» маневрового локомотива для работы на сортировочной станции Лужская-Сортировочная Октябрьской дороги. Специалистами института разработана микропроцессорная система управления и диагностики маневровых тепловозов ТЭМ7А (САУ ГЛ), а также алгоритмы и программное обеспечение для управления оборудованием локомотива в соответствии с командами управляющих систем верхнего уровня: системой МАЛС (маневровая автоматическая сигнализация) и бортовым оборудованием микропроцессорной системы MSR-32 фирмы «Сименс».
Совместная работа со специалистами ОАО «НИИАС» и ООО «Сименс» в 2014–2016 годах позволила реализовать «беспилотный» режим работы трёх тепловозов ТЭМ7А на горке станции Лужская-Сортировочная с обеспечением работы по замкнутому циклу: заезд тепловоза под состав – надвиг состава на горку и роспуск – возврат на исходную позицию.
Один из тепловозов ТЭМ7А оборудован системой дистанционного управления (СДУ МЛ). Это позволило в 2016–2017 годах реализовать управление работой маневрового тепловоза не только с носимого пульта, находясь рядом с локомотивом, но и в режиме онлайн оператором, находящимся на удалённом посту управления.
Одним из важнейших свойств тепловозов ТЭМ7А с системой САУ ГЛ является поддержание малых (ползучих) скоростей движения с высокой точностью по командам одной из верхних систем управления (МАЛС или MSR-32). Основные технические решения по обеспечению этой функции защищены четырьмя патентами на изобретения, поданы ещё четыре заявки на патенты на изобретения.
На прошедшем в марте-апреле 2016 года XIX Московском международном салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед-2016» запатентованные нами разработки «Способ регулирования скорости движения тепловоза с электрической передачей» и «Устройство для автоматического регулирования скорости тепловоза с электрической передачей», использованные в системе автоматического управления горочного локомотива (САУ ГЛ), были отмечены золотыми медалями салона.
– Насколько научное оборудование и экспериментальная база вашего института отвечают современным требованиям?
– Многие наши установки уникальны. Испытательный центр подвижного состава АО «ВНИКТИ» имеет в своём составе более 40 стендов, аттестованных на проведение различных видов испытаний.
Четыре наших вагона-лаборатории оснащены современной аппаратурой для автоматической регистрации и обработки опытных данных и аттестованы на проведение ходовых динамических, прочностных и тягово-энергетических испытаний.
С 2007 года в нашем институте было испытано около 350 единиц железнодорожной продукции отечественного производства, а также ряд образцов зарубежной техники.
Уникальным по размерам и возможностям является автоматизированный стенд для ресурсно-прочностных испытаний крупногабаритных рамных конструкций. Ввод его в эксплуатацию расширил экспериментальные возможности, сократил сроки испытаний и повысил их качество. Стенд представляет собой сейсмоизолированную платформу с закреплённым на ней рабочим столом, на котором установлен пространственный силовой каркас, позволяющий проводить нагружение объекта испытаний в трёх плоскостях с помощью закреплённых на нём четырёх вертикальных и четырёх горизонтальных гидроцилиндров. Стенд создаёт вертикальные, динамические, постоянные и переменные по знаку и величине нагрузки суммарным усилием до 1600 кН. Благодаря этому мы можем проводить ресурсные испытания практически любых образцов транспортной техники.
Кроме того, у нас давно и успешно используется компьютерное моделирование динамики и прочности локомотивов, вагонов, путевых машин и элементов инфраструктуры как альтернатива натурным испытаниям. Математические модели позволяют исследовать процессы, которые сложно или опасно воспроизводить в реальных условиях, что существенно снижает затраты на испытания новой техники.
– Какие исследования по заданию ОАО «РЖД» вы провели в последнее время?
– Учёные и специалисты нашего института активно участвуют в исследованиях по взаимодействию подвижного состава и пути, в том числе с повышенными осевыми нагрузками вагонов 25, 27 и до 30 тс. В 2015 году мы совместно со специалистами АО «ВНИИЖТ» и ПКБ ЦТ ОАО «РЖД» провели динамические и по воздействию на путь испытания грузовых поездов массой 6,3, 7,1, 12,6 и 14,2 тыс. тонн на Забайкальской, Восточно-Сибирской, Северо-Кавказской и Западно-Сибирской железных дорогах при различных видах торможения с целью формирования новых критериев для оценки возможности безопасного вождения поездов повышенной массы и длины.
Масштаб испытаний поразителен: поезд массой 14,2 тыс. тонн включал в себя четыре секции электровоза ВЛ80С, 142 гружёных до осевой нагрузки 25 тс грузовых полувагона, а также тягово-энергетическую лабораторию в голове поезда и тормозоиспытательный вагон в хвосте поезда. Общая длина поезда была более 2 км.
Масштабными были и объекты исследования: две секции электровоза ВЛ80С, находящегося в середине сдвоенного поезда в месте максимального действия продольных сил, а также три следующих за ним грузовых полувагона были оборудованы датчиками для определения горизонтальных и вертикальных сил, действующих на экипаж.
Также на них были установлены датчики относительных перемещений экипажных частей с целью изучения кинематической установки тележек и кузова электровоза и полувагона в рельсовой колее при действии продольной силы.
Кроме того, три участка пути на длине 100 м каждый были оборудованы высокоточными датчиками для измерения напряжений в кромках подошвы рельсов, а также сил, передаваемых от колеса на рельсы.
Торможение поездов массой 12,6 и 14,2 тыс. тонн выполнялось на участках с уклонами 3,4 и 5,6‰ в кривых и прямых участках пути. При торможении грузовых поездов на этих участках динамические и по воздействию на путь показатели регистрировались в один момент времени
Наши специалисты разработали и запатентовали новый метод измерения силового воздействия подвижного состава на верхнее строение пути «РЖД-2016». Принципиальным его отличием от стандартного метода определения воздействия на путь является измерение боковой и вертикальной сил, а также дополнительной компоненты – суммарного момента в поперечном сечении рельса при движении по нему подвижного состава при любом положении точки контакта в системе колесо – рельс.
Три указанные компоненты полностью определяют нагруженность поперечного сечения рельса. Новый метод основан на использовании матриц влияния, связывающих действующие на рельс силы с напряжениями в местах наклейки тензодатчиков.
Также мы выполнили верификацию методики математического моделирования динамического воздействия подвижного состава на железнодорожный путь на основе результатов натурных измерений.
– Каковы результаты этих испытаний?
– После анализа данных, полученных в ходе исследований, на сети был дан зелёный свет объединению поездов массой 6,3 и 7,1 тыс. тонн в период организации «окон» для ремонта объектов инфраструктуры. Были решены другие важные вопросы организации пропуска поездов повышенной массы и длины, что позволило повысить эффективность грузовых перевозок на сети железных дорог.
По результатам испытаний, выполненных в 2015 году, было выпущено распоряжение о внесении изменений в СТО РЖД 1.07.002-2010 «Инфраструктура железнодорожного транспорта на участках обращения грузовых поездов повышенного веса и длины. Технические требования».
В этих изменениях максимально допустимые продольные сжимающие силы квазистатического характера в грузовых поездах повышенного веса и/или длины установлены 1176 кН (120 тс) по устойчивости и воздействию на путь для локомотивов и гружёных грузовых вагонов.
– Что ещё вы делаете для повышения пропускной способности железных дорог?
– Мы проводим испытания с целью повышения осевой нагрузки грузовых вагонов до 30 тс вместо 23,5 тс у типовых вагонов. Изучаем их воздействие на инфраструктуру, в том числе на верхнее и нижнее строение пути.
Методические подходы, принятые при проведении сравнительных испытаний грузовых вагонов, были рассмотрены и одобрены на научно-техническом совете института с участием учёных и специалистов Центральной дирекции инфраструктуры ОАО «РЖД», Мюнхенского технического университета, ИЦ «ЦИМК», ООО «Хекса», ПГУПСа, СГУПСа, ПКБ ЦТ ОАО «РЖД».
В октябре-ноябре 2016 года на участке Голутвин – Озёры Московской магистрали мы провели сравнительные испытания по воздействию на инфраструктуру грузовых вагонов с осевой нагрузкой 23,5, 25, 27 и 30 тс.
В результате нашим специалистам удалось получить важные данные о величинах боковых сил в кривых, динамической погонной нагрузке, напряжениях в кромках подошвы рельса, значениях нагруженности рельсошпальной решётки, показателях состояния упругих клемм рельсовых скреплений, напряжений в балласте под шпалой и на основной площадке земляного полотна.
Планируем продолжить испытания для получения полных данных о воздействии грузовых вагонов на инфраструктуру и в дальнейшем. Такие исследования – перспективное направление деятельности нашего института.
Беседовал
Андрей Стрельцов
Коломна
Источник:http://www.gudok.ru/newspaper/?ID=1367948&archive=2017.03.22
