К новым

горизонтам

О специфике требований к грузовым вагонам на разных рынках и реализованных проектах рассказывает Анна Орлова, заместитель генерального директора по научно-техническому развитию НПК ОВК − генеральный директор Всесоюзного научно-исследовательского центра транспортных технологий.


№ 8 (сентябрь) 2018
Innovation in focus

Есть два альтернативных пути повышения производительности железных дорог — развитие тяжеловесного движения и увеличение скоростей.

Анна Орлова,
заместитель генерального директора по научно-техническому развитию НПК ОВК − генеральный директор Всесоюзного научно-исследовательского центра транспортных технологий

Развитие экспортных поставок железнодорожный холдинг «ОВК» рассматривает как одно из стратегически важных направлений деятельности. Для производства подвижного состава, предназначенного для использования на международных рынках, требуется особый подход в научно-исследовательской и опытно-конструкторской деятельности. О специфике требований к грузовым вагонам на разных рынках и реализованных проектах рассказывает Анна Орлова, заместитель генерального директора по научно-техническому развитию НПК ОВК − генеральный директор Всесоюзного научно-исследовательского центра транспортных технологий.

Выбор между весом и скоростью

Анна Михайловна, какие тенденции сейчас наблюдаются на мировом рынке вагоностроения?

Можно выделить два основных тренда. Первый связан с перевозками массовых грузов, таких как уголь, руда и щебень, и направлен на повышение производительности вагонов за счет увеличения их грузоподъемности. США, Австралия и Южная Африка занимаются развитием тяжеловесного движения и создают вагоны с осевыми нагрузками от 32 до 40 тс. На данный момент Австралия является лидером в этой технологии: там идет подконтрольная эксплуатация вагонов с осевой нагрузкой 40 тс. Если она даст положительный технический результат и ожидаемый экономический эффект, то этот опыт будет распространяться и на другие страны с тяжеловесным движением.

Вторая тенденция скорее европейская, связана с повышением скоростей движения. По своей конструкции грузовые вагоны постепенно сближаются с пассажирскими. Уже сейчас в Европе скорость типовых грузовых поездов составляет до 120 км/ч, в то время как в странах с тяжеловесным движением она не превышает 80 км/ч. Увеличение скорости − это альтернативный способ повышения производительности железных дорог и синхронизации работы грузового и пассажирского движения.

Европейский клиент в большей степени заинтересован именно в скорости доставки?

Безусловно, ведь подавляющая доля перевозок в Европе приходится на контейнеры, поэтому основным типом подвижного состава является платформа. Главный показатель эффективности таких перевозок и фактор конкурентоспособности с автомобильным транспортом − это скорость.

Однако, глядя со стороны, складывается впечатление, что европейские железные дороги еще до конца не определились, в каком направлении двигаться. С одной стороны, эксплуатируются вагоны с осевой нагрузкой 25 тс при ограничении скоростей движения до 100 км/ч, а с другой − подвижной состав 22,5 тс на скоростях до 120 км/ч. Пока идет борьба противоположностей, и неизвестно, чем она завершится, поэтому вагоностроители закладывают и те и другие характеристики.

При этом в Европе есть и тяжеловесное грузовое движение на замкнутых железнодорожных ветках, где необходимо транспортировать уголь либо руду. К примеру, Швеция и Норвегия идут по пути повышения осевых нагрузок. Линии Кируна − Нарвик и Кируна − Лулео, между рудником и портами, изначально были спроектированы под осевую нагрузку 30 тс, далее в течение 3 лет по результатам подконтрольной эксплуатации инфраструктуры был совершен постепенный переход на 32,5 тс. Но такое решение актуально только для выборочных маршрутов перевозки тяжелых грузов, а в целом по европейской сети большие нагрузки не применяются.

Разгрузка железной руды в австралийском порту Дампир

Разгрузка железной руды в австралийском порту Дампир

Можно ли говорить, что в России сочетаются обе тенденции: и развитие тяжеловесного движения для массовых грузов, и повышение скоростей, особенно для контейнерных перевозок в евро-азиатском транзитном сообщении?

Да, у нас актуальны обе задачи. Эффективность перевозок массовых грузов растет с повышением грузоподъемности и объема вагона, однако типовые конструкции пути, и в особенности искусственные сооружения, создают ограничения по росту осевой нагрузки, а для модернизации или замены инфраструктуры требуются значительные временные и финансовые затраты. Чтобы оставаться в пределах нормативного воздействия на путь и мосты, осевая нагрузка не должна превышать 27 тс. Именно такие вагоны эксплуатируются сейчас на Свердловской железной дороге с одновременными нагрузочными испытаниями инфраструктуры. Внедрение осевой нагрузки 27 тс на направлениях с ограниченной пропускной способностью − это очередной шаг в развитии тяжеловесного движения в России.

Смешанное грузовое и пассажирское движение является стимулом к выравниванию скоростей движения в эксплуатации. Созданные вагоны на современных тележках, таких как 18-9855 с осевой нагрузкой 25 тс (модель выпускает железнодорожный холдинг «ОВК». − Прим. ред.), при отличном состоянии железнодорожного пути могли бы обеспечить скорости движения в эксплуатации до 100−105 км/ч. Однако фактическое состояние пути не позволяет реализовывать скорости грузовых поездов более 80 км/ч. Так что вопрос повышения скоростей движения в первую очередь требует улучшения содержания инфраструктуры, а грузовые вагоны уже сейчас готовы это обеспечить.

Развитие тяжеловесного движения в России, подконтрольная эксплуатация грузовых вагонов на тележке с осевой нагрузкой 27 тс

Развитие тяжеловесного движения в России, подконтрольная эксплуатация грузовых вагонов на тележке с осевой нагрузкой 27 тс

Для каждого рынка − свое решение

Вы сказали, что в Европе конструктивно грузовой вагон сближается с пассажирским. В чем это выражается?

В первую очередь это заметно по тележкам. Например, в Великобритании давно действует способ тарификации перевозок в зависимости от уровня воздействия на путь. Для его снижения разрабатываются ходовые части, которые все ближе к пассажирским технологиям: применяется двухступенчатое рессорное подвешивание1, дисковые тормоза2, неметаллические элементы для опирания кузова вагона на раму тележки3, идет борьба за снижение необрессоренной массы4 за счет применения облегченных колесных пар. В континентальной Европе такая тенденция тоже существует, но явный экономический механизм стимуляции для создания дружественных к пути тележек не внедрен.

Ведутся серьезные разработки тормозных систем грузовых вагонов для повышенных скоростей движения. Двустороннее нажатие тормозных колодок на колесо является нормой для наиболее массовых тележек семейства Y25. Дальнейшее повышение тормозной эффективности идет за счет внедрения дисковых тормозов. Для уменьшения времени срабатывания тормоза разрабатывают электрические и электронные системы управления.

Еще одной особенностью европейских железных дорог являются жесткие требования к шуму от поездов, поскольку они проходят через плотнонаселенную местность, поэтому там постоянно занимаются совершенствованием подвижного состава с точки зрения эмиссии шума в окружающую среду. Для колес и колесных пар разрабатывают шумопоглощающие покрытия, в тормозных колодках используют материалы, которые не создают визга при торможении, в подвесках оборудования устанавливают эластомерные втулки и прокладки (эластомерные материалы хорошо поглощают высокие звуковые частоты за счет вязкости материалов. − Прим. ред.) для исключения стука.

  1. Рессорное подвешивание тележки − это совокупность упругих элементов (рессор, пружин, амортизаторов, гасителей колебаний) и вспомогательных деталей (рессорных подвесок, валиков, кронштейнов и др.), связывающих колесные пары с рамой тележки или кузовом вагона. Рессорное подвешивание влияет на ходовые качества вагона и снижает динамические воздействия пути на вагон и вагона на путь. В зависимости от количества последовательных соединенных систем упругих элементов подвешивание может быть одинарным (буксовым или центральным) или двойным. Двухступенчатое подвешивание обеспечивает более гармоничное колебание вагона при движении как в порожнем состоянии, так и в груженом по сравнению с одноступенчатым.
  2. Дисковые тормоза по сравнению с ранее распространенными (колодочными) обеспечивают высокую тормозную эффективность, особенно при высоких скоростях (160 км/ч и более), устраняют перегревы колес, ненормальные выработки на их поверхности катания и др.
  3. Применение неметаллических элементов в боковых опорах между кузовом и рамой тележки позволяет гасить колебания боковой качки.
  4. Необрессоренная масса – это масса всех элементов тележки, расположенных ниже подвески (колесных пар, адаптеров, рамы, тормозов − на примере модели тележки 18-9855 производства ОВК).

Какие еще специфические требования предъявляются к вагонам на разных рынках?

Железная дорога является очень консервативной отраслью, и, как правило, все требования безопасности к подвижному составу и его комплектующим четко прописаны в стандартах. В ряде стран действуют стандарты Ассоциации американских железных дорог (AAR). Кстати, российские стандарты довольно близки к ним. В Европе ранее действовали стандарты Международного союза железных дорог (UIC). Теперь идет разработка новых стандартов системы EN (European norms). ОВК отслеживает все обновления. Начиная разработку любого нового вагона, мы учитываем не только состояние стандартизации в данный конкретный момент времени, но и стараемся спрогнозировать возможные изменения на протяжении срока реализации проекта, то есть в течение 1−2 лет. Для этого ОВК является членом AAR и имеет постоянную подписку на стандарты EN, то есть принимает участие в публичном рассмотрении новых или изменении действующих документов.

Не менее важными наравне с требованиями безопасности являются специфические требования, предъявляемые заказчиками подвижного состава или непосредственно железными дорогами, где он будет эксплуатироваться. Такие требования, как правило, уточняют особенности взаимодействия с инфраструктурой погрузки и выгрузки либо особенности технического обслуживания и ремонта.

Один из недавних экспортных проектов ОВК − это вагоны-хопперы для перевозки бокситов в Африке. Какие нюансы нужно было учесть разработчикам?

Это типичный пример проекта, который был выполнен по стандартам AAR. Естественно, мы дополнительно учли необходимые особенности климатического исполнения продукции. Если для российского потребителя особое внимание уделяется хладостойкости, то для африканского − надежности тормозного и погрузочного оборудования при высоких температурах и влажности. Особое внимание было направлено на совместимость систем погрузки и выгрузки на вагоне с действующей инфраструктурой. Для тестирования работоспособности нижних разгрузочных люков даже была создана специальная установка.

Инициативы приветствуются

Какие еще значимые для холдинга международные проекты реализованы за последнее время?

У нас большая партнерская программа с предприятиями Северной Америки. Наш партнер − корпорация Wabtec, глобальный поставщик высокотехнологичной продукции для железных дорог. Тихвинский вагоностроительный завод, производственный центр ОВК, в прошлом году после процедуры сертификации AAR получил допуск своей продукции на североамериканский рынок. И сегодня по чертежам корпорации Wabtec мы производим и поставляем крупное литье: боковые рамы и надрессорные балки. Начинали с нескольких десятков вагонокомплектов литья в месяц, а сейчас выходим на сотни. Американский рынок «распробовал» качество продукции, которая получается при вакуумно-пленочной формовке на ТВСЗ, и количество заказчиков неуклонно растет.

Тихвинское литье для Wabtec Corporation готовится к отгрузке

Тихвинское литье для Wabtec Corporation готовится к отгрузке

Экспортные проекты реализуются на особом эмоциональном подъеме

Еще одним крупным потребителем нашей продукции является американская компания Trinity, с которой мы работаем по поставке отдельных составных частей для грузовых вагонов. Эта продукция не требует сертификации: различные узлы, компоненты, которые могут быть произведены по требованию конкретного заказчика на экономически выгодных условиях.

Для нашего инжинирингового центра все экспортные проекты являются крайне интересными, у нас высококвалифицированные сотрудники, многие из них имеют опыт работы не только на пространстве 1520, но и на рынках стран с узкой колеей. Поскольку коллектив молодой, он с большим энтузиазмом воспринимает новые проекты как возможность самосовершенствования, развития, знакомства с современными технологиями. Зарубежные проекты идут у нас на особом эмоциональном подъеме.

Расскажите, пожалуйста, более подробно о проекте сочлененной фитинговой платформы модели Sggrs80, которая будет представлена на «Иннотрансе-2018».

В Европе, как я уже говорила, очень распространены контейнерные перевозки. Для них все чаще применяются платформы сочлененного типа, поскольку они позволяют добиться полной грузоподъемности и, соответственно, наиболее эффективны, ведь сами по себе контейнеры довольно легкие.

Для модели Sggrs80 (в отличие от российских правил присвоения номера модели вагону, состоящего из цифр, европейским стандартом является сочетание букв в обозначении. − Прим. ред.) существует множество схем погрузки. Это 80-футовая платформа, которая может перевозить как два 40-футовых контейнера, так и четыре 20-футовых, при этом тяжелые контейнеры можно устанавливать по краям с распределением нагрузки на крайние тележки. На этой платформе можно также перевозить съемные интермодальные кузова длиной от 20 до 40 футов.

Особенность нашей разработки связана с адаптацией конструкции рамы под возможности производства Тихвинского вагоностроительного завода, где очень высокая степень автоматизации и роботизации. Мы сами осуществляем подготовку листового проката для дальнейшего изготовления из него профилей либо гнутых конструкций. В итоге мы добились максимально возможного качества рамы с соблюдением всех европейских стандартов сварки.

На выставке «Иннотранс» платформа будет демонстрироваться впервые. Это наша инициативная разработка, которая родилась на основании анализа рыночной ситуации в контейнерном бизнесе и потребностей европейских перевозчиков. Модель изготовлена специально для колеи 1435 мм. Возможно два варианта исполнения: с нагрузкой 25 тс и скоростью движения до 100 км/ч либо 22,5 тс и скоростью до 120 км/ч. В Европе, как мы ожидаем, будет востребован второй вариант.

Сочлененная фитинговая платформа модели Sggrs80 готовится к отправке на «Иннотранс-2018»

Сочлененная фитинговая платформа модели Sggrs80 готовится к отправке на «Иннотранс-2018»

Каковы перспективы вагонов сочлененного типа в России?

Для России мы проектируем не только платформы сочлененного типа, но и полувагоны, хопперы и цистерны. Их преимущество в том, что на ту же длину поезда можно вместить большую массу груза, чем при применении типовых 4-осных вагонов, то есть повысить полезную погонную нагрузку. Технология применения сочлененных вагонов хорошо опробована в США, где иногда используют даже не две секции, соединенные друг с другом, а до пяти секций. В России и Европе наиболее эффективно применение 6-осных сочлененных вагонов, когда две секции опираются на одну общую тележку по середине.

Кстати, в России было несколько попыток создания вагонов сочлененного типа, но из-за отсутствия необходимой нормативной базы они не увенчались успехом. Первый удачный проект был реализован РЖД совместно с Tatravagonka (крупный производитель железнодорожных грузовых вагонов на европейском рынке с производственным центром в Словакии. − Прим. ред.). Выпущена небольшая партия, которая находится в подконтрольной эксплуатации. На основе этого проекта были созданы все необходимые нормативные механизмы, так что теперь есть понятная процедура внедрения в эксплуатацию такого подвижного состава, дающая возможность развивать это направление.

Для ОВК это дело ближайшего будущего?

В качестве первого опыта мы произвели отправку и погрузку/разгрузку полувагона сочлененного типа в портах Дальнего Востока. Надеемся, что в течение ближайшего года нам удастся завершить все работы и приступить к подконтрольной эксплуатации полувагонов, платформ и хопперов сочлененного типа.

Уже есть заинтересованность со стороны грузовладельцев и операторов?

Да, эти вагоны обладают хорошими технико-экономическими показателями, так что интерес присутствует. Причем не только в России, но и в других странах колеи 1520 мм. Собственник при приобретении такого подвижного состава, безусловно, экономит на ремонтах.

Каковы перспективы перевозок в съемных кузовах?

Европейские модели съемных кузовов не вполне подходят для РФ. В Европе очень маленькие габариты, ширина и высота кузова ограничены узкой колеей. К тому же европейские съемные кузова интермодальны, то есть предполагают возможность эксплуатации как на железнодорожном, так и на морском транспорте. Для России мы сейчас создаем технологию специализированных железнодорожных съемных кузовов, которые позволили бы полностью использовать возможности широкого габарита Тпр и той высоты погрузки, которую допускают наши нормативы. То есть это та же самая технология, но с гораздо большими возможностями по грузоподъемности и вместимости, что должно быть востребовано при осевой нагрузке 25 тс. Возможно, аналогичные технологии создания специализированных железнодорожных съемных кузовов с улучшенными технико-экономическими характеристиками могли бы заинтересовать и европейского потребителя для повышения эффективности перевозок на платформах.

Какая работа ведется по применению новых материалов?

У нас большая исследовательская программа по применению новых материалов, одновременно разрабатываются технологии по улучшению свойств деталей из традиционных материалов. К примеру, для повышения износостойкости узлов и деталей автосцепного устройства, литых пятниковых мест мы первыми стали серийно применять технологию закалки поверхностей5. В отличие от износостойкой наплавки она работает быстрее.

Еще один удачный проект применения новых материалов − это использование высокопрочного чугуна с шаровидным графитом в узлах трения подвешивания тележекгрузовых вагонов6. Для производства такого чугуна из заготовки на ТВСЗ размещен комплекс изотермической закалки, который позволяет получить чугун с твердостью порядка 500 ед. по Бринеллю. Сейчас в России мы ведем подконтрольную эксплуатацию вагонов с фрикционными клиньями, боковыми скользунами, изготовленными из этого чугуна, и видим, что ресурс по износу поверхностей составляет более 1 млн км пробега – это очень хороший результат для применения на любых рынках, в том числе США и Европы. Также в тележках мы используем сверхвысокомолекулярный полиэтилен7, который не имеет ползучести при длительном действии статической нагрузки и эффективно защищает поверхности трения от износа. Рассматриваем применение этого материала и в других узлах и деталях.

В вагонах-цистернах нам удалось заменить деревянные бруски, которые традиционно применялись в качестве лежневых опор длякотлов, на специальный полиуретан, обеспечивающий более высокую технологичность и точность сборки на предприятии «ТихвинХимМаш» (входит в холдинг «ОВК». – Прим. ред.). Исследовательская работа не прекращается. Часто прямо в процессе реализации нового проекта возникают неожиданные решения, которые сразу находят свое применение и доказывают эффективность.

  1. Практически готовую деталь отдают на поверхностную закалку. Закаленная деталь имеет более высокую твердость поверхности и лучше сопротивляется износу. Далее, чтобы противостоять ударным нагрузкам и уменьшить ее хрупкость после закалки, деталь направляют на дополнительную объемную термообработку. Таким образом получают хорошее сопротивление детали к износу трущихся поверхностей, но при этом весь остальной металл детали достаточно пластичный для сопротивления ударным нагрузкам.
  2. Высокопрочный чугун отличается от обыкновенного (или, как принято говорить, серого) чугуна наличием в своей структуре графитных включений шаровидной формы. Именно благодаря этому данный конструкционный материал обладает крайне высокими прочностными свойствами и эксплуатационными характеристиками − твердостью и износостойкостью.
  3. Обладает высокой прочностью, износостойкостью и ударной вязкостью в широком диапазоне температур от −200 до +100 °С, очень высокой химической стойкостью к агрессивным средам.

Елена Романова