Ключевая база эффективности
Увеличение грузоподъемности вагонов позволит повысить эффективность перевозочного процесса. Но при этом увеличиваются погонные и осевые нагрузки. Как правильно выбрать эти величины, чтобы перевезти больше грузов, причинив минимальный ущерб инфраструктуре?
Генеральный директор НВЦ «Вагоны», профессор Петербургского государственного университета путей сообщения Юрий Бороненко:
Для начала необходимо ответить на два ключевых вопроса: насколько безопасен планируемый рост грузоподъёмности вагона и как он увеличит расходы на содержание инфраструктуры?
Очень важно при этом объективно оценить готовность инфраструктуры к увеличению нагрузок. Будем исходить из того, что существующий подвижной состав с его грузоподъёмностью успешно работает на инфраструктуре при известных показателях ходовых качеств и воздействия на путь. Значит, и новый подвижной состав с увеличенной грузоподъёмностью должен работать успешно, если показатели ходовых качеств и воздействия на путь будут лучше или не хуже достигнутых.
С целью определить возможность дальнейшего увеличения грузоподъёмности вагонов мы рассмотрели критерии допустимого воздействия на инфраструктуру согласно нормативным документам. Так, обеспечение прочности мостов и других искусственных сооружений требует, чтобы погонная статическая нагрузка на длине вагона и погонная динамическая нагрузка на базе тележки не превышала соответственно 94,3 кН/м и 168 кН/м. А напряжение на основной площадке земляного полотна должно быть не выше 0,08 Мпа, чтобы не нарушить устойчивость и не ускорить процесс деградации земляного полотна. И ещё, для обеспечения безопасности движения боковая сила не должна превышать 100 кН, или 0,4 значения вертикальной силы.
Рассмотрим погонную нагрузку эксплуатируемых в настоящее время цистерн с осевой нагрузкой 23,5 тс. Она составляет порядка 8 тонн на метр пути. Если перспективные полувагоны и хопперы с осевой нагрузкой 25 и 27 тс будут иметь такую же длину, как модели существующих платформ (то есть увеличенную базу), то погонная нагрузка даже с осевой нагрузкой 27 тс не превысит 7,7 тм.
Отсюда вывод: чтобы не увеличивать воздействие на путь при повышении статических осевых нагрузок, необходимо снизить погонную нагрузку за счёт увеличенной базы тележки. На кафедре «Вагоны и вагонное хозяйство» нашего университета была проведена исследовательская работа и определены величины необходимого статического прогиба рессорного подвешивания в зависимости от осевой нагрузки при различных скоростях движения и для тележек с разными базами. Мы определили, что в диапазоне скоростей движения до 90 км/ч увеличение прогиба рессорного подвешивания до 90 мм позволяет повысить осевую нагрузку до 28 тс, а при увеличении базы тележки до двух метров – даже до 29 тс. Реально для выполнения требований по динамической нагрузке достаточен прогиб 50 мм для осевой нагрузки 25 тс и 70 мм – для осевой нагрузки 27 тс с учётом увеличения базы тележки на 30 мм.
Теоретические выводы были подтверждены и экспериментами на практике. В рамках работ по оценке воздействия на путь вагонов с увеличенными осевыми нагрузками были проведены сравнительные испытания полувагонов на тележках 18-9855 (25 тс) и 18-6863 (27 тс). В результате было доказано, что вагоны с увеличенной осевой нагрузкой оказывают меньшее воздействие на путь, чем вагоны на используемых ныне тележках 18-100. Этого удалось достичь за счёт снижения вертикальной динамической составляющей от обрессоренных частей и боковой качки вагона.
В свою очередь отделом испытаний мостов и конструкций НИИ мостов были проведены специальные исследования для оценки воздействия на мосты вагонов с осевой нагрузкой 25 тс. Они показали, что динамическое воздействие на мостовые конструкции вагонов на тележках модели 18-9855 меньше, чем вагонов на тележках 18-100. Это объясняется тем, что в тележке 18-9855 не только лучшее рессорное подвешивание, но и применены колёсные пары с твёрдыми колёсами и S-образным диском. На твёрдых колёсах в паре с композиционной тормозной колодкой с чугунной вставкой образуется меньше выщербин и дефектов на поверхности катания, а S-образный диск снижает ударные нагрузки на искусственные сооружения.
Во время экспериментов экстремальные значения напряжений на основной площадке земляного полотна в прямых и кривых от прохода полувагонов на новых тележках даже с осевой нагрузкой 27 тс оказались меньше допустимого значения в среднем на 37%. Максимальные боковые силы, передаваемые от колеса на рельс, также не превышали допустимого значения 100 КН и были меньше, чем у полувагона на тележке 18-100.
Суммируя всё это, можно сделать вывод, что вагоны с увеличенной грузоподъёмностью на новых тележках с улучшенным рессорным подвешиванием не оказывают повышенного воздействия на путь и искусственные сооружения (мосты).
А вот в том, что касается оценки расходов на содержание пути, такого однозначного ответа пока нет. К сожалению, проверенные эксплуатацией на «пространстве 1520» эконометрические модели, связывающие изменение затрат на содержание пути с действующими от подвижного состава силами, отсутствуют. Предварительная оценка может быть сделана только на базе методик российских (СТО РЖД 10.002-2015), немецких (ORE) и шведских железных дорог (КТН). Если проводить оценку по методике ОАО «РЖД», то затраты на содержание пути при переводе всего парка вагонов на осевую нагрузку 27 тс могут увеличиться на 12,9%, по методике «Немецких железных дорог» – на 9,2%, по шведской методике – на 7%. Но при этом существенно снижаются удельные затраты на тягу и доля постоянных затрат в себестоимости перевозки одной тонны груза.
В настоящее время в ПГУПСе проводятся работы по определению экономического эффекта от применения вагонов с увеличенной грузоподъёмностью на базе проводимых экспериментов на участке Качканар – Смычка Свердловской железной дороги. В результате будут получены более точные цифры затрат на тягу поездов и расходов на содержание пути. Отмечу, что доля вагонов с осевой нагрузкой 27 тс на особо загруженных магистралях в ближайшее время не превысит 5%. Но перспективы у них большие.