CC BY
27
УДК 629.423:629.4.016.1
А. А. Бакланов, В. О. Мельк, А. В. Раздобаров
повышение эксплуатационной эффективности и надежности электроподвижного состава на транссибирской магистрали
Рассмотрены результаты научных исследований по повышению эффективности и надежности электроподвижного состава на Транссибирской магистрали.
Транссибирская магистраль пересекает практически всю территорию страны от западной до восточной границы и составляет основу международного транспортного коридора Т7. Большая ее часть (свыше 6000 км) электрифицирована на переменном токе и проходит в регионах с суровыми климатом и трудным профилем пути. В этих условиях повышение эксплуатационной эффективности и надежности электроподвижного состава, обеспечение научно обоснованной организации его работы и безопасности движения поездов приобретают важнейшее значение.
Научно-техническое содружество кафедры «Подвижной состав электрических железных дорог» ОмГУПСа с локомотивным хозяйством железных дорог Транссибирской магистрали имеет давние и прочные традиции. В последние десятилетия научные разработки кафедры связаны с повышением энергетической эффективности и надежности электровозов, оптимизацией тягового обеспечения поездов повышенной массы и длины, совершенствованием технологического оборудования для технического обслуживания и текущего ремонта электроподвижного состава.
Еще в 60-е - 70-е гг. доперестроечного периода научными сотрудниками кафедры были проведены исследования по сокращению затрат энергии при вождении легковесных поездов. Из эксплуатации известно, что на тягу легковесных поездов, особенно на равнинном профиле пути, затрачивается значительное количество электроэнергии. Расчеты и опыты показали, что с целью сокращения энергозатрат таких поездов после разгона для поддержания установленной скорости движения можно отключать часть тяговых двигателей электровозов. Сотрудниками кафедры были разработаны электрические схемы для модернизации ста электровозов ВЛ10 в локомотивном депо Московка, а также рекомендации по вождению поездов с отключением части тяговых двигателей. Использование результатов этой работы позволило экономить до 2 - 3 % электроэнергии на тягу поездов.
В эти же годы научными сотрудниками кафедры совместно с ВЭлНИИ были проведены исследования по совершенствованию систем рекуперативного торможения электровозов постоянного тока серии ВЛ10, эксплуатируемых на Восточно-Сибирской, Западно-Сибирской, Южно-Уральской и Куйбышевской железных дорогах. По результатам этих работ было предложено усовершенствовать электрическую схему электровозов ВЛ10 и расширить зону рабочих скоростей движения в режиме рекуперативного торможения на сериес-параллельном соединении тяговых двигателей. В дальнейшем все электровозы серий ВЛ10 и ВЛ11 были выпущены и эксплуатируются в настоящее время с такой схемой, позволившей значительно повысить эффективность рекуперации и увеличить возврат электроэнергии, особенно на участках с перевалистым и горным профилем пути.
В 80-е - 90-е гг. научными сотрудниками кафедры совместно с ВЭлНИИ и ВНИИЖТом выполнены обширные исследования систем рекуперативного торможения грузовых электро-возов переменного тока серий ВЛ80Р и ВЛ85, эксплуатируемых на Красноярской, ВосточноСибирской и Байкало-Амурской железных дорогах. По результатам этих исследований были разработаны рекомендации и мероприятия по совершенствованию систем рекуперативного торможения, реализация которых позволила повысить надежность и обеспечить устойчивую работу электровозов ВЛ80Р и ВЛ85 в режиме рекуперативного торможения, особенно в неблагоприятных метеорологических условиях, исключить самопроизвольное открытие тири-
ИЗВЕСТИЯ Транссиба
97
сторов выпрямительно-инверторных преобразователей и аварийные броски токов в силовых цепях электровозов.
По предложению ОмИИТа (ОмГУПСа) была модернизирована система управления рекуперативным торможением электровозов ВЛ80Р с целью возможности управления режимом рекуперации одной рукояткой контроллера машиниста. Это позволило значительно облегчить управление режимом рекуперативного торможения, повысить устойчивость работы электровозов и увеличить возврат электроэнергии на 2 - 3 %.
Сегодня рекуперативное торможение приобретает особую актуальность в связи с повышением массы и скорости движения поездов. Это обусловлено прежде всего тем, что по сравнению с пневматическим рекуперативное торможение имеет следующие преимущества: высокую плавность движения поезда; значительно меньшие продольно-динамические силы; меньшую вероятность обрыва автосцепных устройств и схода вагонов, т. е. более высокую безопасность движения; сокращение времени движения на спусках за счет поддержания более высокой скорости; экономию тормозных колодок и электрической энергии.
Наибольший эффект рекуперативное торможение дает при вождении тяжелых грузовых поездов, особенно повышенной массы - 6000 т и более, при этом его наиболее целесообразно использовать вместо пневматического для поддержания установившейся скорости движения на спусках, близкой к допустимой скорости. Основные условия правильного и безопасного применения электрического торможения заключаются в том, чтобы не превысить максимальную тормозную силу электровоза по условиям выжимания вагонов из состава и по условиям сцепления колес электровоза с рельсами с целью предотвращения юза и образования так называемых ползунов на поверхностях катания колес.
Согласно нормативам тяги поездов при электрическом торможении в голове поезда, состоящего из груженых вагонов, при нагрузке на ось вагона свыше 12 т максимальная тормозная сила электровоза по условиям устойчивости вагонов от выжимания допускается не более 980 кН (100 тс). Максимальная тормозная сила электровоза по условиям сцепления его колес с рельсами в режиме электрического торможения определяется коэффициентом сцепления, который при рекуперативном торможении принимается равным 0,8 от коэффициента сцепления в режиме тяги. Расчеты показывают, что максимальная тормозная сила 12-осного электровоза с грузовыми составами повышенной массы до 10000 т при движении на спусках крутизной до 10 %о с установившимися скоростями не превышает допустимого значения 980 кН (100 тс). При высоких скоростях требуемая тормозная сила даже несколько снижается из-за увеличения основного сопротивления движению поезда.
Анализ показателей работы Западно-Сибирской, Южно-Уральской, Красноярской и Восточно-Сибирской железных дорог свидетельствует о том, что эффективность рекуперации достаточно высокая, поскольку за счет нее на каждой дороге в год достигается экономия электроэнергии порядка 100 млн кВт-ч и более. Однако в последние годы на дорогах удельный возврат электроэнергии снижается. Основными причинами этого являются увеличение количества электровозов и электропоездов с неработающими схемами рекуперации, отсутствие в ремонтных цехах локомотивных депо запасных частей и комплектующих изделий для наладки систем рекуперации, неукомплектованность штатов работников депо, занимающихся ремонтом и настройкой схем рекуперации, снижение квалификации ремонтного персонала и локомотивных бригад и т. п. Устранение этих причин позволит значительно повысить эффективность рекуперативного торможения и увеличить возврат электроэнергии.
Повышению эффективности рекуперативного торможения способствует автоматизация управления этим режимом, используемая на некоторых эксплуатируемых электровозах и предусмотренная на новых электровозах 2ЭС4К, ЭП1. Целесообразно поставить вопрос перед электровозостроителями об оснащения новых пассажирских электровозов постоянного тока ЭП2К автоматизированными системами рекуперативного торможения, учитывая, что на них уже предусмотрено реостатное торможение. Применение рекуперативного торможения электровозов ЭП2К на участках с перевалистым профилем пути, в первую очередь на Куз-
ИЗВЕСТИЯ Транссиба
98
басском отделении, позволит возвращать в контактную сеть до 5 - 6 % электроэнергии. Большой эффект от применения рекуперативного торможения достигается в пригородном движении, поэтому все новые электропоезда целесообразно оснащать автоматизированными системами рекуперации.
С целью повышения эффективности рекуперативного торможения необходимо продолжать научные исследования, направленные на повышение экономичности и надежности систем рекуперации, полное использование возвращаемой энергии, расширение полигона применения рекуперации и т. п.
В 90-е гг. возник острый дефицит пассажирских электровозов переменного тока, поскольку нечем было заменить выработавшие свой ресурс электровозы ВЛ60П/К. На основе проведенных сотрудниками кафедры исследований и найденных технических решений локомотивные депо Карасук и Алтайская Западно-Сибирской железной дороги первыми модернизировали грузовые электровозы ВЛ80Т, ВЛ80С без дорогостоящей перемотки силовых трансформаторов для вождения пассажирских поездов с электроотоплением вагонов на среднесибирском ходу. Одновременно такую же модернизацию электровозов ВЛ80К, ВЛ80Т, ВЛ80С, ВЛ80Р проводили в локомотивных депо Нижнеудинск, Иркутск, Тайшет и Улан-Удэ Восточно-Сибирской, Чита Забайкальской, Карталы Южно-Уральской и Боготол Красноярской железных дорог. Следует особо отметить, что этот опыт очень пригодился в 1995 г. при переводе с постоянного на переменный ток участка Зима - Иркутск - Слюдянка Восточно-Сибирской железной дороги, так как позволил в кратчайшие сроки создать необходимый парк пассажирских электровозов переменного тока и обеспечить устойчивое движение пассажирских поездов на данном участке. Проведенная в марте 1995 г. на базе локомотивного депо Карасук сетевая школа способствовала распространению этого новшества на другие железные дороги. Благодаря простоте и дешевизне модернизации электровозов этот опыт получил широкое распространение на сети электрифицированных железных дорог России и стран СНГ и позволил безболезненно пережить период острого дефицита пассажирских электровозов переменного тока.
На кафедре длительное время проводятся глубокие исследования по повышению массы и скорости движения поездов, снижению расхода электроэнергии на тягу. Увеличение объема перевозок на основных направлениях железных дорог привело к необходимости установления норматива массы грузовых поездов 6000 т длиной 71 условный вагон.
Расчеты и опыты показывают, что для вождения таких поездов на электрифицированных железных дорогах переменного тока Восточной Сибири, имеющих трудный профиль и план пути с лимитирующими подъемами крутизной 10 %о на участках с одиночной тягой, требуются как минимум 12-осные электровозы. Несколько перевальных участков на этом полигоне железных дорог с лимитирующими подъемами крутизной 17 - 18 %о и более можно преодолевать тяжелым поездам только при помощи двойной тяги и (или) подталкивания. В связи с недостаточным парком 12-осных электровозов переменного тока ВЛ85 возникла острая необходимость объединения 2-секционных электровозов ВЛ80Р в 3-секционные с управлением из крайних кабин одной локомотивной бригадой.
Поставленная задача была в кратчайшие сроки успешно решена научными сотрудниками кафедры и работниками локомотивного депо Боготол Красноярской железной дороги, в результате модернизации 2-секционных электровозов ВЛ80Р получено около 70 3-секционных электровозов 1,5ВЛ80Р для вождения тяжелых грузовых поездов. В дальнейшем сотрудниками кафедры с участием ВНИИЖТа проведены эксплуатационные испытания 3-секционных электровозов 1,5ВЛ80Р с грузовыми поездами повышенной массы на полигоне Мариинск - Карымская длиной 2570 км, охватывающем Красноярскую, ВосточноСибирскую и Забайкальскую железные дороги. Результаты испытаний показали, что на этом полигоне 3-секционные электровозы 1,5ВЛ80Р способны водить грузовые поезда повышенной массы - 6000 - 6200 т, которая превышает норму массы 5800 т для электровозов ВЛ85.
ИЗВЕСТИЯ Транссиба
99
В настоящее время 3-секционные 12-осные электровозы 1,5ВЛ80Р успешно эксплуатируются на полигоне Мариинск - Карымская. Доля их перевозочной работы с поездами массой 5800 - 6000 т достигает 30 %. Это позволило снизить удельный расход электроэнергии 3-секционными электровозами ВЛ80Р по сравнению с 2-секционными на 7 - 8 % при нагрузке на ось вагона 21 - 23 тина 4 - 5 % при нагрузке на ось вагона более 23 т. Положительный опыт модернизации и эксплуатации 3-секционных 12-осных электровозов 1,5ВЛ80Р способствовал ускорению создания и освоения новых магистральных грузовых электровозов переменного тока «Ермак» серии 2ЭС5К, в том числе в 12-осном 3-секционном варианте с бус-терной секцией.
В результате теоретических и экспериментальных исследований на кафедре разработан метод энергетического баланса, позволяющий успешно решать различные задачи энергетики тяги поездов, в том числе осуществлять нормирование, анализ и прогнозирование расхода электроэнергии на тягу поездов. Использование этого метода в локомотивных депо позволяет устанавливать научно обоснованные прогрессивные нормы расхода, стимулирующие локомотивные бригады применять рациональные режимы вождения поездов, изыскивать резервы экономии электроэнергии на тягу.
Сотрудники кафедры активно участвуют в опытных поездках тягово-энергетических вагонов-лабораторий (динамометрических вагонов) с грузовыми и пассажирскими поездами, разрабатывают методики и рекомендации по весовым нормам, технологии и режимам вождения поездов повышенной массы и длины. В частности, за последние 10 лет проведены серии опытных поездок с электровозами переменного тока 1,5ВЛ80Р, ВЛ85, ВЛ80ТК, ВЛ80СК и грузовыми поездами повышенной массы (6000 т и более) на полигонах Мариинск - Карымская длиной 2570 км и Тайшет - Таксимо длиной 1470 км. На полигоне Инская - Свердловск-Сортировочный длиной 1540 км совместно с ВНИИЖТом проведены испытания с грузовыми поездами массой 12000 т и электровозами ВЛ10, оснащенными интеллектуальными системами автоматизированного вождения поездов с распределенной тягой (ИСАВП-РТ). Проведены также испытания с грузовыми поездами массой 9000 т, оснащенными системой управления тормозами по радиоканалу (СУТП) с использованием блока хвостового вагона (БХВ), позволяющей осуществлять торможение одновременно с головы и хвоста поезда и снижать продольно-динамические силы. Периодически проводятся опытные поездки тягово-энергетических вагонов-лабораторий на основных участках Западно-Сибирской железной дороги. В 2008 - 2009 гг. проведены испытания нового отечественного пассажирского электровоза постоянного тока ЭП2К с поездами повышенной длины из 22 - 23 вагонов и нового грузового электровоза постоянного тока 2ЭС4К с поездами повышенной массы - 6000 т.
Проведенные в свое время маркетинговые исследования показали, что в локомотивных депо очень востребованы современные технологические установки с автоматизированным управлением. Поэтому на кафедре уже давно разрабатываются и поставляются в локомотив -ные депо и на локомотиворемонтные заводы уникальные автоматизированные испытатель -ные станции тяговых электрических машин, испытательные стенды тяговых электрических аппаратов и узлов механической части электровозов, диагностические комплексы для проверки отдельных узлов и электрических цепей, применение которых способствует повышению качества ремонта и надежности электроподвижного состава.
Выполняемые на кафедре теоретические исследования, анализ порч и отказов оборудования электровозов позволяют разрабатывать рекомендации по повышению их эксплуатационной надежности, оптимизации межремонтных пробегов, локомотиворемонтной базы и т. п. В рамках содружества с предприятиями железных дорог региона сотрудники кафедры вы -полняют многочисленные работы, связанные с подготовкой технических заключений о причинах порч и отказов оборудования электровозов, дают консультации работникам локомотивных депо, выполняют расчеты по нестандартным и аварийным ситуациям и т. п. Благодаря тесным и постоянным контактам с предприятиями локомотивного хозяйства и соответствующими службами дорог кафедра оперативно реагирует на возникающие проблемы и по-
100 ИЗВЕСТИЯI Транссиба *0?0*
могает их решать. В частности, сотрудники кафедры помогают работникам локомотивных депо осваивать новый и модернизированный электроподвижной состав: пассажирские электровозы ЭП1 и ЭП2К, грузовые электровозы ВЛ10К и 2ЭС4К, электропоезда ЭД4, ЭД9 и др.
Научными сотрудниками кафедры совместно со специалистами локомотивного депо Алтайская при участии студентов-дипломников впервые на пространстве железных дорог России и стран СНГ создана электромотриса двойного питания, способная работать на электрифицированных участках постоянного и переменного тока. Электромотриса успешно прошла обкатку на основных направлениях Западно-Сибирской железной дороги и получила высокую оценку руководства дороги.
Для модернизируемых и вновь выпускаемых электровозов на кафедре разрабатываются принципиально новые микропроцессорные системы управления, позволяющие значительно сократить капитальные затраты на их изготовление, повысить надежность электровозов. Разрабатываются также перспективные инновационные проекты, в частности, проект, связанный с применением так называемого «гибкого колеса» на высокоскоростном подвижном составе.
Следует подчеркнуть, что все перечисленные научные разработки кафедры востребованы не только на Транссибирской магистрали, но и на других железных дорогах России и стран СНГ.
За многие десятилетия кафедра подготовила тысячи дипломированных специалистов, поэтому в линейных предприятиях, в отделениях и в управлениях дорог региона практически все руководители и инженерно-технические работники локомотивного хозяйства являются выпускниками кафедры. Профессорско-преподавательский состав кафедры также активно участвует в повышении квалификации работников железных дорог. Только в 2008 г. по учебным программам кафедры повысили квалификацию около 300 работников локомотивного хозяйства. Со своей стороны железные дороги региона, особенно Западно-Сибирская, оказывают кафедре действенную помощь в обновлении материальной базы, оснащении учебных лабораторий современным оборудованием, натурными узлами и тренажерами электровозов и т. п.
Тесное сотрудничество кафедры с железными дорогами региона способствует подготовке высококвалифицированных специалистов, активному внедрению в производство научных разработок, повышению энергетической эффективности и надежности электроподвижного состава, снижению энергозатрат на тягу поездов и эксплуатационных расходов, а в целом -повышению эффективности перевозочного процесса на Транссибирской магистрали.
УДК 656.212.6.073.22
М. В. Корнеев, С. Ю. Хорунжин
совершенствование условий перевозок металлопродукции железнодорожным транспортом
Статья предназначена для организаций и частных лиц, связанных с перевозкой металлопродукции железнодорожным транспортом.
Во время мирового экономического кризиса одной из главных задач, стоящих перед железнодорожным транспортом, является привлечение дополнительных грузопотоков. Для этого необходимо принятие ряда целенаправленных мер, обеспечивающих расширение и повышение качества предлагаемых транспортных услуг, их дифференциация и индивидуализация, экономия времени, затрат ручного труда и ресурсосберегающие технологии.
м:02'2) ИЗВЕСТИЯ Транссиба 101
