CC BY
17
УДК 629.423
Анализ снижения рисков на железнодорожной инфраструктуре при внедрении моторвагонных грузовых электропоездов
А. А. Зайцев, П. С. Троицкий
Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, Российская Федерация, 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9
Для цитирования: Зайцев А. А., Троицкий П. С. Анализ снижения рисков на железнодорожной инфраструктуре при внедрении моторвагонных грузовых электропоездов // Известия Петербургского университета путей сообщения. - СПб.: ПГУПС, 2020. - Т. 17. - Вып. 3. - С. 345-352. БО1: 10.20295/1815-588Х-2020-3-345-352
Аннотация
Цель: Сформировать перечень преимуществ модульных грузовых электропоездов (МГЭП) в сравнении с поездами локомотивной (сосредоточенной) тяги. Перечислить риски, характерные организации длинносоставного тяжеловесного движения. Сделать оценку эффектов от снижения поездо-простоев по причинам отказов технических средств в грузовых поездах локомотивной тяги при замене их моторвагонными грузовыми. Методы: Использованы методы сравнительного анализа, контент-анализа технической информации, экономического анализа, а также инженерно-технический подход к анализу технических решений железнодорожной техники в сравнении с аналогами, который позволил оценить уровень развития технической базы железнодорожного транспорта, предназначенной для грузового движения. Применялся комплексный междисциплинарный подход к проблемам увеличения массы и скорости движения поездов, как одной из задач модернизации железнодорожного транспорта. Результаты: Описаны преимущества МГЭП в сравнении с грузовыми поездами локомотивной тяги, указаны основные риски при применении грузовых длинносоставных тяжеловесных поездов, произведен расчет убытков от поездо-простоев по причинам отказов технических средств. Практическая значимость: Реализация предложений по применению МГЭП на различных видах перевозок - контейнерных, контрейлерных, рефрижераторных, транзитных, а также экономической оценке затрат, связанных с поездо-простоями из-за отказов технических средств при грузовом тяжеловесном движении.
Ключевые слова: Распределенная тяга, ускоренные грузовые перевозки, моторвагонные грузовые электропоезда, инновационный транспорт, отказы технических средств.
В условиях насыщения рынка транспортных услуг важную роль играет внедрение новых видов тяги с целью роста скоростей движения, снижения транспортных издержек, оптимизации времени перемещения грузов и пассажиров. Применение модульных грузовых электропоездов (МГЭП) для перевозок грузов способно резко улучшить условия реализации тяги, сократить сбои движения, повысить скорость и ритмичность доставок, оптимизировать использование пропускной способности железнодорожных
линий. Максимальную эффективность МГЭП имеют в первую очередь при доставках скоропортящихся, контейнеризируемых грузов, грузов с высокой добавленной стоимостью. К таковым можно отнести продукты питания, высокотехнологичную технику, одежду, а также грузы промышленного назначения с относительно небольшими объемами погрузки. Преимущества МГЭП проявятся на полигонах с нестабильным грузопотоком, на участках со сложным профилем пути, где возможны вынужденные оста-
новки и разгон поездов на крутых подъемах и спусках, там, где применяются подталкивание, двойная тяга. Международный опыт внедрения МГЭП свидетельствует, что к подобным видам тяги, помимо прочего, обращаются в периоды возникновения экологических проблем, а именно, когда требуется снизить воздействие загрязняющих выбросов грузового автотранспорта на окружающую среду, улучшить дорожную ситуацию при сохранении неизменной скорости доставки грузов [1].
Природа транспорта определяет источник технических, экономических и в ряде случаев социальных рисков [2, с. 88]. Проявление таких рисков наиболее присуще организации высокоскоростных, тяжеловесных, длинносостав-ных, негабаритных транспортных потоков, а именно:
- значительная мощность электровозов, требуемая для тяги тяжеловесных длинносо-ставных поездов обусловливает генерирование больших обратных токов, которые оказывают негативное влияние на работу устройств сигнализации и связи, а также приводят к пережогу контактного провода при сосредоточенном токосъеме;
- повышенные нагрузки на тяговые электродвигатели (ТЭД) локомотивов при тяжеловесном движении вызывают отказы моторвенти-ляторов и другого вспомогательного оборудования;
- большие масса и длина составов приводят к снижению скорости, увеличению продолжительности рейса, сбоям в ритмичности работы железнодорожных линий;
- в длинносоставном поезде, сформированном из вагонов разновеликой массы, в том числе порожних, возможен риск схода вагонов с рельс из-за высоких сил сжатия в составе, который значителен в зонах стрелочных переводов, где имеет место большое взаимосмещение в горизонтальной плоскости буферов и продольных осей смежных вагонов [3, с. 29];
- снижение коэффициента полезного действия (КПД) энергетических установок сверхмощных локомотивов при уменьшении макси-
мально допустимой массы поезда и его почти нулевое значение при холостом перегоне. Энергетические установки локомотивов реализуют высокий КПД лишь при тяге поезда по руководящим подъемам при полной допустимой загрузке состава;
- ухудшение пропускной способности железнодорожных линий из-за наличия обратного следования и расхода энергии на холостой пробег локомотивами-толкачами, необходимыми для работы с тяжеловесными поездами на участках с тяжелым профилем пути;
- ухудшение управляемости тормозами длинносоставного тяжеловесного поезда;
- частые и глубокие боксования локомотива при тяжеловесном движении - одна из основных причин возникновения продольных динамических сил в поезде [4, с. 15];
- при трогании тяжеловесных поездов, а также прохождении участков сложного профиля пути велик риск разрывов автосцепок в составе длинносоставного тяжеловесного поезда. Наиболее часто он проявляется в зимний период, поскольку повышению количества обрывов способствует увеличение сопротивления движению поезда в результате загустевания смазок в экипажной части подвижного состава, снижение прочности металла при низких температурах, образование ледяных пробок в тормозной сети и как следствие существенное замедление отпуска тормозов после служебных торможений. Исследованиями ВНИИЖТа установлено, что при температуре ниже -45 °С прочность автосцепки на разрыв снижается практически в 2 раза [5, с. 49]. Общее число разрывов автосцепок в зависимости от количества вагонов в поезде составляет: при количестве вагонов от 60 до 70 - 20 %, при количестве вагонов от 71 до 80 - 80 % [6, с. 97-100]. В табл. 1 и 2 приведена статистика обрывов, согласно [6].
Внедрение МГЭП приведет к увеличению массы поезда и скорости движения, к устранению указанных негативных явлений. Помимо этого, МГЭП позволят обеспечить стабильное и надежное энергообеспечение рефрижераторных контейнеров, специализированных
Современные технологии - транспорту 347
ТАБЛИЦА 1. Распределение обрывов автосцепок в зависимости от массы поезда
Масса поезда, тыс.т Распределение обрывов, %
2-3 0
3-4 20
4-5 20
5-6 0
Более 6 60
И т о г о 100
ТАБЛИЦА 2. Распределение обрывов автосцепок в зависимости от типа вагона
Тип вагона Распределение обрывов, %%
Полувагон 60
Цистерна 20
Хоппер 20
И т о г о 100
съемных кузовов вагонов-цистерн, требующих энергии для работы паровых рубашек, тепловых электрических нагревателей и охладителей, поддерживающих перевозку наливных грузов в надлежащем состоянии на дальние расстояния. Как известно, производство вагонов-рефрижераторов прекращено в России в середине 1990-х годов. В настоящее время для перевозки скоропортящихся продуктов все больше внедряются контейнеры-ледники и контейнеры-рефрижераторы с питанием от вагонных дизель-генераторов или подвагонных генераторов. Применение генераторов, установленных на оси грузового вагона, резко усложняет и удорожает стоимость технического обслуживания таких вагонов, снижает маневренность вагонного парка. Использование электропоездов для перевозки рефрижераторных контейнеров с питанием от контактной сети через понижающие преобразователи решает вопрос штучных отправок контейнеров -не требуется рефрижераторный сцеп или целый поезд, устраняет риск разморозки груза, повышает ритмичность отправок.
Вопросы транспортного обслуживания и связанные с ним экологические проблемы приобрели в последнее время особую остроту - на один тонно-километр выбросы парниковых газов в атмосферу у большегрузного автотранспорта почти в 4 раза выше, чем на железнодорожном транспорте [7, с. 34-35]. Поэтому применение грузовых электропоездов для ускоренной перевозки контрейлеров окажет положительный эффект на улучшение экологической ситуации, снизит аварийность и загруженность автодорог. Наибольший потенциал для организации контрейлерных перевозок в России, по нашему мнению, представляют собой международные, приграничные направления, где возможность более быстрого прохождения пограничных переходов по железной дороге позволит существенно уменьшить логистические издержки. К таким направлениям можно отнести: Москва-Санкт-Петербург-Хельсинки, Москва-Минск-Брест-Варшава, Москва-Минск-Вильнюс.
В МГЭП наиболее эффективно реализуется процесс рекурперации электроэнергии при торможении, тогда как в грузовом тяжеловес-
ном поезде локомотивной тяги возникает риск потери продольной устойчивости поезда при электрическом торможении ведущим локомотивом. Снижение энергозатрат электрического транспорта вследствие применения рекурпера-ции энергии уменьшает выбросы электростанций, что также является важным экологическим фактором [8, с. ^20].
В табл. 3-5 приведены данные экономической оценки затрат, связанных с поездо-простоями из-за отказов технических средств при грузовом тяжеловесном движении.
Показатели условной экономической оценки дополнительных расходов рассчитываются в соответствии с требованиями [9], на основе данных системы КАСАНТ о продолжительности
ТАБЛИЦА 3. Статистика отказов по вине дирекции тяги по данным комплексной автоматизированной системы учета неисправностей «КАСАНТ» с 2014 по 2018 г.
Вид отказов Общее количество, шт. Среднее количество отказов в год, шт. Время от возникновения отказа до устранения его последствий, мин Среднее время задержки грузовых поездов, мин
Отказы автосцепного оборудования 68 13,6 15-1140 74,4
Отказы мотор-вентиляторов 125 25,0 2-225 125,0
Отказы устройств сигнализации, централизации, блокировки (СЦБ), железнодорожной автоматики и телемеханики 38 7,6 2-315 42,2
Пережог контактного провода 210 42,0 3-692 84,0
Название железной дороги Обрывы автосцепок Отказ мотор-вентиляторов Отказы устройств СЦБ, железнодорожной автоматики и телемеханики Пережог контактного провода
Восточно-Сибирская 7 20 3 18
Горьковская 4 7 1 9
Дальнево сточная 6 6 3 3
Забайкальская 2 1 2 25
ТАБЛИЦА 4. Распределение количества и видов отказов по региональным дирекциям тяги по данным комплексной автоматизированной системы учета неисправностей
«КАСАНТ» с 2014 по 2018 г.
Окончание табл. 4
Название железной дороги Обрывы автосцепок Отказ мотор-вентиляторов Отказы устройств СЦБ, железнодорожной автоматики и телемеханики Пережог контактного провода
Западно-Сибирская 15 19 2 21
Красноярская 1 2 2 21
Куйбышевская 5 5 5 10
Московская 2 18 7 28
Октябрьская 6 23 3 12
Приволжская 3 2 1 3
Свердловская 3 10 5 31
Северная 3 3 1 8
Южно-Уральская 2 3 1 10
Северо-Кавказская 5 1 1 8
Юго-Восточная 4 5 1 3
И т о г о 68 125 38 210
ТАБЛИЦА 5. Расчет убытков от поезда-простоев в год по причинам отказов технических средств в грузовых поездах
Причина Расходная ставка стоимости одного поездо-часа простоя поезда, руб. Продолжительность задержки поезда, ч Средняя стоимость одного простоя по причине отказа, руб. Среднее количество отказов в год, шт. Убытки от простоя в год, руб.
Обрывы автосцепок 2526,59 1,24 3132,97 13,6 42 608
Отказы мотор-вентиляторов 2526,59 2,08 5263,73 25,0 131593
Отказы
устройств СЦБ, железнодорож- 2526,59 0,70 1777,03 7,6 13 505
ной автоматики
и телемеханики
Пережог контактного про- 2526,59 1,40 3537,23 42,0 148 563
вода
И т о г о 336271
задержек поездов по причине отказов в работе технических средств и величины расходной ставки стоимости одного поездо-часа простоя поезда по следующей формуле:
Епоезд _ у к,к доп
поезд
где Едоп - дополнительные расходы, связанные с задержками поездов по причине отказов в работе технических средств, тыс. руб.; а - расходная ставка стоимости одного поездо-часа простоя поезда /-го вида движения в у'-м виде тяги, рассчитанная для полигона к-й железной дороги, тыс. руб./ч, принято в соответствии с [10]; ' -продолжительность задержки поезда -го вида движения в у'-м виде тяги, рассчитанная для полигона к-й железной дороги, ч.
В последние годы на инфраструктуре ОАО «РЖД» количество отказов стабильно снижается. Тем не менее моторвагонная схема организации грузовых перевозок, помимо прочих преимуществ, окажет дополнительное воздействие на рост надежности работы железных дорог и снижения убытков от отказов технических средств. Таким образом, создание МГЭП позволит повысить пропускную способность транспортной инфраструктуры путем наиболее эффективного сочетания допустимой суммарной массы вагонов со сцепными свойствами энергетического и тормозного оборудования поезда, а также улучшить экологическую ситуацию.
Библиографический список
1. Материалы компании ЯА1рт. - ЯА1рт : развитие технологии катящегося шоссе // Железные дороги мира. - 2019. - № 10. - С. 47-49.
2. Гапанович В. А. Энергосбережение на железнодорожном транспорте : учебник для вузов / В. А. Гапанович, В. Д. Авилов, Б. А. Аржанников и др. ; под ред. В. А. Гапановича. - М. : Издат. Дом МИСиС, 2012. -620 с.
3. Александров И. К. Модульный состав - экономия энергии / И. К. Александров // Мир транспорта. -2013. - № 5. - С. 28-37.
4. Гребенюк П. Т. Продольная динамика поезда / П. Т. Гребенюк // Труды ВНИИЖТ. - М. : Интекст, 2003. - 95 с.
5. Пономарева Е. В. Причины обрыва грузовых поездов / Е. В. Пономарева // Локомотив Информ. -2011. - № 12. - С. 25-27.
6. Ляушкин А. А. Анализ обрывов и саморасцепов автосцепок / А. А. Ляушкин, В. А. Паршиков, И. А. Астафьев // Актуальные вопросы науки и техники : материалы Междунар. науч.-практич. конференции. Воронеж, 16 июня 2015 г. - Воронеж : Руна, 2015. - № 2. - 222 с.
7. Барбарич С. С. О создании специализированного вагона-платформы для контрейлерных и контейнерных перевозок на «Пространстве - 1520» / С. С. Барбарич // Вагоны и вагонное хозяйство. - 2013. -№ 1 (33). - С. 15-20.
8. Логинова Е. Ю. Повышение экономичности моторных вагонов с асинхронными тяговыми двигателями // Е. Ю. Логинова, А. В. Коваленко, С. И. Кара-сев // Безопасность движения поездов : Труды Двенадцатой науч.-практич. конференции. - М. : МИИТ, 2011. - С. 23-37.
9. Методические указания по формированию выходных справок условной экономической оценки дополнительных расходов, связанных с задержками грузовых поездов по причине отказов в работе технических средств 1 и 2 категории. - Утв. распоряжением ОАО «РЖД» от 11 апреля 2017 г. № 696р. - М. : ОАО «РЖД», 2017.
10. Распоряжение ОАО «РЖД» от 18 апреля 2018 г. № 778р «Об утверждении расходных ставок и оценочных уровней затрат для экономических задач». - М. : ОАО «РЖД», 2018.
Дата поступления: 25.05.2020 Решение о публикации: 02.07.2020
Контактная информация:
ЗАЙЦЕВ Анатолий Александрович - д-р экон. наук, профессор; [email protected] ТРОИЦКИЙ Павел Сергеевич - аспирант; [email protected]
Analysis of the railway infrastructure risk reduction upon introducing freight electric multiple units
А. А. Zaitsev, P. S. Troitskiy
Emperor Alexander I Petersburg State Transport University, 9, Moskovsky pr., Saint Petersburg, 190031, Russian Federation
For citation: Zaitsev A. A., Troitskiy P. S. Analysis of the railway infrastructure risk reduction upon introducing freight electric multiple units. Proceedings of Petersburg Transport University, 2020, vol. 17, iss. 3, pp. 345-352. (In Russian) DOI: 10.20295/1815-588X-2020-3-345-352
Summary
Objective: To form a list of the advantages of freight EMUs in comparison with locomotive (concentrated) traction trains. To outline the typical risks of the organization of long-haul heavy traffic. To assess the effects of reducing train downtime due to equipment failures in freight locomotive trains when they are replaced with freight multiple units. Methods: The comparative analysis, content analysis of technical information, economic analysis methods have been used, as well as engineering and technical approach to the analysis of technical solutions for railway equipment compared to analogs, which made it possible to assess the current level of the railway freight traffic technical development. A complex interdisciplinary approach was applied to the problems of increasing the weight and speed of trains, as one of the tasks of railway transport upgrading. Results: The advantages of modular freight electric trains in comparison with freight locomotive trains are described, the main risks when using long-haul heavy freight trains are specified, and losses from train downtime due to equipment failures are calculated. Practical importance: Implementation of proposals for the use of freight EMUs for various types of transportation - container, piggyback, refrigerated, transit; as well as the economic assessment of costs associated with train downtime due to equipment failures in heavy freight traffic.
Keywords: Distributed traction, accelerated freight transportation, freight electric multiple units, innovative transport, equipment failures.
References
1. Materials provided by RAIpin. RAIpin: Development of the Rolling Highway technology. Zheleznyye do-rogi mira [Railways of the World], 2019, no. 10, pp. 4749. (In Russian)
2. Gapanovich V.A., Avilov V. D., Arzhannikov B. A. et al. Energosberezhdeniye na zheleznodorozhnom transporte. Uchebnik dlya vuzov [Energy saving in railway transport. Textbook for universities]. Edited by V. A. Gapanovich. Moscow, MISIS Publishing House, 2012, 620 p. (In Russian)
3. Aleksandrov I. K. Modul'nyy sostav - ekonomiya energii [Modular structure - energy saving]. Mir transporta [World of Transport and Transportation], 2013, no. 5, pp. 28-37. (In Russian)
4. Grebenyuk P. T. Prodol'naya dinamika poyezda [Longitudinal dynamics ofthe train]. Proceedings of VNI-IZhT. Moscow, Intekst Publ., 2003, 95 p. (In Russian)
5. Ponomareva E. V. Prichiny obryva gruzovykh poyezdov [Causes of the breaking away of freight trains]. Lokomotiv Inform, 2011, no. 12, pp. 25-27. (In Russian)
6. Lyaushkin A. A., Parshikov V. A. & Astaf'yev I. A. Analiz obryvov i samorastsepov avtostsepok [Analysis of breaking away and self-disengagement of automatic couplers]. Aktual'nyye voprosy nauki i tekhniki [CurrentIssues ofScience and Technology]. Materialy Mezhdunarod-noy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Proceedings of the International Scientific and Practical Conference]. Voronezh, June 16, 2015. Voronezh, Runa Publ., 2015, no. 2, 222 p. (In Russian)
7. Barbarich S. S. O sozdanii spetsializirovanno-go vagona-platformy dlya kontreylernykh i konteynernykh perevozok na "Prostranstve - 1520" [Discussing the creation of a specialized flatcar for piggyback and container transportation within the 1520 space]. Vagony i vagon-noye khozyaystvo [Wagons and Carriage Facilities], 2013, no. 1(33), pp. 15-20. (In Russian)
8. Loginova E. Yu., Kovalenko A. V. & Karasev S. I. Povysheniye ekonomichnosti motornykh vagonov s asinkhronnymi tyagovymi dvigatelyami [Improving the efficiency of motor cars with asynchronous traction motors]. Bezopasnost' dvizheniya poyezdov [Train traffic safety]. TrudyDvenadtsatoy nauchno-prakticheskoy kon-ferentsii [Proceedings of the Twelfth Scientific and Practical Conference}. Moscow, MIIT Publ., 2011, pp. 23-37. (In Russian)
9. Methodological guidelines for the formation of outbound certificates of a conditional economic assess-
ment of additional costs associated with delays offreight trains due to failures of category 1 and2 technical means. Approved by order of JSC Russian Railways no. 696r dated April 11, 2017. Moscow, JSC RZD Publ., 2017. (In Russian)
10. Order of JSC Russian Railways no. 778/r dated April 18, 2018. On approval of expenditure rates and estimated cost levels for economic tasks. (In Russian)
Received: May 25, 2020 Accepted: July 02, 2020
Author's information:
Anatoly A. ZAITSEV - D. Sci. in Economics,
Professor; [email protected]
Pavel S. TROITSKIY - Postgraduate Student;
