Внедрение инновационных вагонов как средство повышения эксплуатационной эффективностилокомотивного парка Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

УДК 629.46

В. А. Михеев

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация

ВНЕДРЕНИЕ ИННОВАЦИОННЫХ ВАГОНОВ КАК СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛОКОМОТИВНОГО ПАРКА

Аннотация. В статье рассмотрен вопрос внедрения инновационных грузовых вагонов в контексте их влияния на формирование и оптимизацию показателей эффективности использования локомотивного парка. Приведены основные критерии инновационности вагонов, обеспечивающие значимый технико-экономический эффект для тягового подвижного состава. Выделены ключевые факторы, влияющие на формирование целевых функций изменения показателей эффективности использования локомотивов в грузовом движении. На основе анализа структурированных факторов влияния могут быть разработаны прикладные стратегии повышения эксплуатационной эффективности использования локомотивного парка.

Ключевые слова: грузовой вагон, локомотив, вес поезда брутто, среднесуточный пробег, среднесуточная производительность.

Vladislav A. Mikheyev

Omsk State Transport University (OSTU), Omsk, the Russian Federation

IMPLEMENTATION OF THE INNOVATION CARS AS MEANS OF IMPROVING THE LOCOMOTIVE PARK OPERATIONAL EFFICIENCY

Abstract. The article discusses the question of the innovation freight cars implementation in the context of their influence on forming and optimization of the locomotive park efficiency use indicators. Presents the main criteria of the innovation freight cars providing significant technical and economic effect for the traction rolling stock. Allocated the key factors influencing forming the criterion change functions of the cargo locomotives indicators of use efficiency. On the basis of the structured influence factors analysis can be developed the applied strategies of the locomotive park operational efficiency use.

Keywords: freight car, locomotive, train weight gross, average daily run, average daily productivity.

Период создания и внедрения вагонных конструкций нового поколения насчитывает второй десяток лет. Тем не менее только в последнее время удалось окончательно проанализировать и сформулировать, что такое инновационный вагон.

Корпоративной системой стандартизации ОАО «РЖД» в стандарте «Вагоны грузовые инновационные. Правила оценки экономической эффективности» установлен перечень критериев отнесения грузовых вагонов к инновационным, который должен быть подтвержден в процессе эксплуатации [1]. С позиции данного стандарта инновационный вагон представляется носителем совокупности измеримых количественных и качественных показателей в абсолютном или относительном выражении (рисунок 1).

С технической точки зрения инновационный грузовой вагон - это грузовой вагон, позволяющий реализовать при массовом внедрении определенный технико-экономический эффект для всех участников технологического процесса перевозок в сравнении с массовым вагоном-аналогом, с учетом применения технических решений, отвечающих достигнутому уровню техники [2].

Данное определение ставит интересную исследовательскую задачу оценки технико-экономической эффективности внедрения инновационных вагонов для каждого из участников процесса перевозок. При этом пара «инновационные вагоны - локомотивный парк» представляется ключевой, поскольку напрямую обеспечивает устойчивость и эффективность текущей эксплуатационной деятельности железнодорожного транспорта [3].

Установленные упомянутым стандартом правила оценки эффективности применения инновационных вагонов ставят приоритетом оценку текущих экономических затрат и лишь в этом контексте вводят и используют технические эксплуатационные показатели и параметры подвижного состава [1]. Такой подход исключает глубинный структурированный анализ взаимосвязи и взаимовлияния технико-экономических параметров пары «инновационные вагоны - локомотивный парк».

погонная нагрузка - не более 8,2 т/м; коэффициент тары - не более 0,36; допускаемая скорость движения груженых и порожних вагонов -не менее 90 км/ч;

пробег между деповскими ремонтами -не менее 250 тыс. км, от постройки до деповского - не менее 500 тыс. км; вероятность безотказной работы в эксплуатации - не менее 0,98; наработка на отказ: колесо - не менее 1,0 млн км; подшипник - не менее 800 тыс. км

климатическое исполнение УХЛ, категория 1;

непревышение допустимых значений критериев прочности элементов верхнего строения пути; отсутствие накопления расстройств нижнего строения пути; ТО вагонов на станции формирования с проведением следующего ТО на станции назначения - проследование транзитом;

оптимизированный коэффициент вертикальной динамики

Рисунок 1 - Критерии отнесения грузовых вагонов к инновационным

В настоящей работе представлен вариант структурированной оценки влияния внедрения инновационных вагонов на эксплуатационную эффективность использования локомотивного парка.

В основе эксплуатационной эффективности использования локомотивного парка лежит среднесуточная производительность единичного локомотива [4]. Факторы, влияющие на производительность локомотивов в грузовом движении, представлены на рисунке 2.

СОСТАВ ПОЕЗДА

СГд

ВЕС ПОЕЗДА НЕТТО

скиЕ

фАк

ТОРЫ

ВЕС ПОЕЗДА БРУТТО

ДИН

амиче

ГТСИЕ ФАКТОРЫ XОТОТНЬШ

ПРОБЕГ

ТЕХНИЧЕСКАЯ СКОРОСТЬ

УЧАСТКОВАЯ СКОРОСТЬ

Рисунок 2 - Факторы, влияющие на производительность локомотива в грузовом движении

Группа статических факторов характеризует использование локомотива по мощности, группа динамических - по скорости.

Увеличение состава поездов приводит к соответствующему повышению их веса как нетто, так и брутто [5]. Однако с позиции критериев инновационности ключевым в группе статических факторов является вес поезда нетто. Именно его можно рассматривать как фактор повышения эффективности использования локомотивного парка. Это обусловливается снижением коэффициента тары инновационного вагона и увеличением коэффициента использования грузоподъемности. В результате обеспечивается повышение веса поезда брутто

при неизменном составе с одновременным сокращением тонно-километровой работы на перемещении тары вагона. Следует особо подчеркнуть, что все это реализуется в рамках установленных инфраструктурой ограничений на осевую и погонную нагрузку. На рисунке 3 показана зависимость потенциального роста грузоподъемности инновационного вагона при снижении коэффициента тары [2].

-►

Коэффициент тары

Рисунок 3 - Рост грузоподъемности инновационного вагона при снижении коэффициента тары

Снижение коэффициента тары инновационных вагонов реализуется двумя дополняющими друг друга способами: применением для кузова материалов высокой удельной прочности (главным образом высокопрочных сталей, алюминиевых сплавов и композиционных материалов) и уменьшением веса некузовных частей (здесь наиболее перспективны внедрение тележек с интегрированными тормозами и переход на твердые колеса с уменьшенной толщиной обода) [2]. Кроме того, объемы кузовов инновационных вагонов в среднем до 20 % превышают существующие параметры вагонов-аналогов, что при неизменной структуре грузооборота также увеличивает их эффективность. Важно и то, что это достигается при соблюдении ограничений, накладываемых габаритами подвижного состава и приближения строений.

В результате получаем, что при заданной длине состава, например, до 1000 м можно набрать из инновационных вагонов поезд большего веса, чем из вагонов-аналогов (таблица) [6]. При этом следует отметить, что инновационные вагоны имеют коэффициенты динамики, до 1,5 раза меньшие, чем у вагонов-аналогов. В этом случае можно одновременно увеличить и провозную способность, а следовательно, и производительность локомотивов и сохранить верхнее строение пути.

Характеристика поездов, сформированных из инновационных вагонов и вагонов-аналогов

Тип вагона Вес тары, т Грузоподъемность, т Погонная нагрузка, т/м Длина по осям сцепления, мм Состав поезда, вагоны Вес нетто груза в одном составе, тс Вес тары поезда, тс Вес брутто поезда, тс

Вагон-аналог (4-осный, полувагон, усредненный, производство УВЗ) 24,3 71 6,84 13920 71 5041 1725 6766

Инновационный вагон (4-осный, полувагон, усредненный, производство УВЗ) 23 75 7,04 (при допуске -не более 8,2)* 13920 71 5325 1633 6958

Установлено по условию допустимого нагружения всех основных объектов инфраструктуры.

*

Целевое изменение веса поезда с инновационными вагонами определится по формуле:

в: max Г :1 const ":max j п -+ Y :1 ^const q:min j т ' (1)

k k

:min :max

где у: - доля инновационных вагонов в структуре состава поезда; nн t - состав поезда, вагоны;

const " Э 5

q: max - полезная масса груза в составе, тс;

k: min - коэффициент соотношения использования вместимости инновационного вагона и вагона-аналога,

k: ■ = (2)

:min v н ^

п:max

V const, ^пн: max - удельный погрузочный объем вагона-аналога и инновационного вагона соответственно, м3/т;

q: min - масса тары в составе, тс;

k: max - коэффициент соотношения массы тары инновационного вагона и вагона-аналога,

T

kт = const ■ /ОЛ

:max т н ' ^ '

:min

Tconst, т: min - масса тары вагона-аналога и инновационного вагона соответственно, т.

Увеличение веса поезда с инновационными вагонами обеспечивается при уменьшении соотношения веса нетто поезда к брутто:

вт

kQ = (4)

:min вб ' ^ '

где k:min - коэффициент соотношения веса нетто поезда к весу брутто;

в:mm , в:max - вес поезда нетто и брутто соответственно, тс.

Показатели, характеризующие использование локомотивного парка по скорости, являются более сложными для структурированного анализа, но именно они являются значимым резервом повышения производительности локомотивов [7].

Участковая скорость зависит как от уровня технической скорости (в том числе и ходовой), так и от потерь времени в пределах участка. Потери определяются временем стоянок на промежуточных станциях, а также разгоном, замедлением и задержками поезда на перегонах [8].

Повышение участковой скорости за счет увеличения технической имеет ряд недостатков [4]. Во-первых, в этом случает возрастает основное удельное сопротивление движению и, как следствие, увеличиваются затраты топливно-энергетических ресурсов на тягу поездов. Во-вторых, неизбежно увеличиваются износы движущихся и трущихся частей подвижного состава, а также и верхнего строения пути.

Рост участковой скорости предпочтительнее обеспечивать сокращением простоев поездов на промежуточных станциях и исключением задержек их на перегонах. Этот подход и реализуется внедрением инновационных вагонов. Здесь положительными факторами выступают увеличенные межремонтные интервалы и гарантийные пробеги, безотказность между техническими обслуживаниями и ремонтами, сокращение времени начально-конечных операций.

Эксплуатируемые инновационные вагоны позволяют реализовать межремонтные интервалы до 500 тыс. км и с перспективой до 750 тыс. - 1 млн км. Естественно, что это сопровождается и соответствующим повышением безотказности инновационных вагонов между

техническими обслуживаниями и ремонтами с вероятностью вплоть до 0,98. Снижающаяся частота отказов вагонов позволяет обоснованно увеличивать гарантийные пробеги без рисков для безопасности движения в процессе эксплуатации. Такого эффекта добиваются применением износостойких материалов и оптимизацией конструкции основных лимитирующих по отказам узлов и деталей вагонов [2].

Время начально-конечных операций включает в себя время на выполнение погрузочно-разгрузочных работ и время на восстановление работоспособности вагона после операций выгрузки. Современные конструкции кузовов вагонов позволяют ускорить выполнение операций выгрузки и погрузки, не теряя в качестве, и повысить их эффективность при существующих низкопроизводительных средствах механизации. Сокращается повреждаемость кузовов, а следовательно, и дополнительный простой во внеплановом ремонте.

Относительная долевая зависимость увеличения среднесуточного пробега локомотива при росте участковой скорости приведена на рисунке 4 [7].

ю о а с ж

к о

1,40

£

а

О

1,00

1,00 1,01 1,03 1,04 1,05 1,06 1,08 1,09 1,10 1,12 1,13 1,14 1,15 1,17 1,18

Участковая скорость

Рисунок 4 - Относительная долевая зависимость среднесуточного пробега от участковой скорости

Целевое изменение среднесуточного пробега локомотива определится по формуле:

24

А?

1

-—шах

t

+ сош!

(5)

L

где V—у шах - участковая скорость, км/ч;

СП81 - нормативные простои локомотива, ч; Ь - протяженность участка, км.

Структурированная оценка влияния внедрения инновационных вагонов на эксплуатационную эффективность использования локомотивного парка представлена на рисунке 5.

С учетом выражений (1) и (5) определяется целевое изменение среднесуточной производительности локомотива:

АЖл

Жл б Жл : __АОб +—_А?л

0 б ¿¿—шах ?л —шах'

(6)

Слагаемые, входящие в выражение (6), отражают влияние двух последних результирующих эксплуатационных показателей (см. рисунок 4) на среднесуточную производительность единичного локомотива в грузовом движении. Первое слагаемое показывает эксплуатационный эффект от повышения веса поезда брутто, второе - от повышения среднесуточного пробега локомотива [9]. Результаты модельных расчетов относительного процентного влияния от внедрения усредненных инновационных 4-осных грузовых полувагонов на экс-

плуатационные показатели использования единичного локомотива за один рейс приведены на рисунке 6.

Единичный локомотив

Грузовой поезд

СРЕДНЕСУТОЧНАЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

Среднесуточный пробег

Ъ

Участковая скорость

— Техническая скорость

Затраты времени

Все поезда брутто

Простои и задержки на участке

Все поезда нетто

Вес груза

Состав поезда

Инновационный вагон

Масса тары

Объем кузова

Адаптацияк погрузочно-разгрузочным операциям

Безотказность

Рисунок 5 - Структуризация влияния показателей инновационных вагонов на производительность локомотива

Среднесуточная производительность, %

Среднесуточный пробег, % Участковая скорость, % Вес поезда брутто, %

6,7

3,9

1,8

2,8 |

Рисунок 6 - Увеличение эксплуатационных показателей использования единичного локомотива за один рейс

Таким образом, выполненные в работе исследования и полученные результаты моделирования показывают, что эффективность использования локомотивного парка должна рассматриваться с учетом факторов положительного влияния от внедрения инновационных вагонов.

В заключение можно сделать следующие выводы:

1) внедрение инновационных вагонов повышает эксплуатационную эффективность использования локомотивного парка на основе интенсивных факторов и позволяет полностью реализовывать потенциальные возможности локомотивов независимо от вида тяги;

2) рассмотренный структурированный подход к оценке изменения эксплуатационной эффективности использования локомотивов при внедрении инновационных вагонов позволяет определить влияние на это изменение от каждой конкретной модели инновационного вагона и выполнить сравнение между ними по единой методике и на одинаковых показателях перевозочной работы.

Список литературы

1. Вагоны грузовые инновационные. Правила оценки экономической эффективности [Текст]: Стандарт ОАО «РЖД». - М., 2015. - 38 с.

2. Соколов, А. М. Научные основы создания и оценки эффективности внедрения инновационных вагонов [Текст] / А. М. Соколов // Бюллетень Объединенного ученого совета ОАО «РЖД» / Корпоративный ун-т ОАО «РЖД». - М. - 2015. - № 2. - С. 1 - 12.

3. Лапидус, Б. М. Отраслевая технологическая платформа «высокопроизводительный грузовой подвижной состав» - путь к использованию резервов провозной способности железных дорог [Текст] / Б. М. Лапидус, А. М. Соколов // Вестник научно-исследовательского института железнодорожного транспорта / Российский ун-т транспорта. - М. - 2011. - № 4. - С. 3 - 8.

4. Валеев, Н. А. Критерии эффективности использования локомотивного парка [Текст] / Н. А. Валеев // Бюллетень Объединенного ученого совета ОАО «РЖД» / Корпоративный ун-т ОАО «РЖД». - М. - 2015. - № 2. - С. 37 - 43.

5. Курбасов, А. С. Социальная значимость железных дорог России: потребности и возможности [Текст] / А. С. Курбасов // Транспорт Российской Федерации / Российский ун-т транспорта. - М. - 2009. - № 3-4 (22-23). - С. 58 - 60.

6. Параметры инновационных вагонов и некоторые проблемы их реализации [Текст] /

B. Н. Филиппов, А. В. Смольянинов и др. // Транспорт Урала / Уральский гос. ун-т путей сообщения. - Екатеринбург. - 2017. - № 1 (52). - С. 25 - 31.

7. Лакин, И. К. Анализ основных показателей работы железнодорожного транспорта [Текст] / И. К. Лакин // Наука и Транспорт / Российский ун-т транспорта. - М. - 2007. - № 1 (1). -

C. 60 - 63.

8. Эксплуатация электровозов: Конспект лекций [Текст] / Под ред. Ю. Н. Виноградова / Уральский гос. ун-т путей сообщения. - Екатеринбург, 2007. - 109 с.

9. Исаков, М. П. Анализ эксплуатационных показателей полигонов [Текст] / М. П. Исаков // Мир Транспорта / Российский ун-т транспорта. - М., 2014. - № 5. - С. 162 - 166.

References

1. Vagony gruzovye innovacionnye. Pravila ocenki ehkonomicheskoj ehffektivnosti: standart OAO «RZHD» (The innovation freight cars. Rules of assessment of economic efficiency: standard of JSC «Russian Railways»). Moscow, 2015, 38 p.

2. Sokolov A. M. Scientific bases of creation and assessment of the innovation cars implementation efficiency [Nauchnye osnovy sozdaniya i ocenki ehffektivnosti vnedreniya innovacionnyh vagonov]. Byulleten' Ob"edinennogo uchenogo soveta OAO «RZHD» - Bulletin of the Joint educational council of JSC «Russian Railways». 2015, no. 2, pp. 1 - 12.

3. Lapidus B. M., Sokolov A. M. The industry technology platform «high-performance cargo rolling stock» - a way to use of the railroads carrying ability reserves [Otraslevaya tekhnolog-icheskaya platforma «vysokoproizvoditel'nyj gruzovoj po-dvizhnoj sostav» - put' k ispol'zovaniyu rezervov provoznoj sposobnosti zheleznyh dorog]. Vestnik nauchno-issledovatel'skogo instituta zhe-leznodorozhnogo transporta - The Messenger of research institute of railway transport, 2011, no. 4, pp. 3 - 8.

4. Valeev N. A. Criteria of the locomotive park efficiency use [Kriterii ehffektivnosti ispol'zovaniya lokomotivnogo parka]. Byulleten' Ob"edinennogo uchenogo soveta OAO «RZHD» -Bulletin of the Joint educational council of JSC «Russian Railways», 2015, no. 2, pp. 37 - 43.

5. Kurbasov A. S. Social importance of the Russia railroads: requirements and opportunities [Social'naya znachimost' zheleznyh dorog Rossii: potrebnosti i vozmozhnosti]. Transport Rossijskoj Federacii - Transport of the Russian Federation, 2009, no. 3 - 4 (22 - 23), pp. 58 - 60.

6. Filippov V. N., Smolyaninov A. V., Kozlov I. V., Podlesnikov Ya. D. The innovation cars parameters and some problems their implementations [Parametry innovacionnyh vagonov i nekotorye problemy ih realizacii]. Transport Urala - Transport of the Urals, 2017, no. 1 (52), pp. 25 - 31.

7. Lakin I. K. Analysis of key railway transport work indicators [Analiz osnovnyh pokazatelej raboty zheleznodorozhnogo transporta]. Nauka i Transport - Science and Transport, 2007, no. 1 (1), pp. 60 - 63.

8. Vinogradov Yu. N. EHkspluataciya ehlektrovozov (Operation of electric locomotives). Yekaterinburg: RIO YSTU, 2007, 109 p.

9. Isakov L. S. Analysis of the polygons operating characteristics [Analiz ehkspluatacionnyh pokazatelej poligonov]. Mir Transporta - World of Transport, 2014, no. 5, pp. 162 - 166.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Михеев Владислав Александрович

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).

Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.

Кандидат технических наук, доцент кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство», ОмГУПС. E-mail: Micheev_V_A@mail.ru

Mikheyev Vladislav Aleksandrovich

Omsk State Transport University (OSTU). 35, Marx av., Omsk, 644046, Russia. Ph. D., assistant professor of the department «Cars and carriage economy», OSTU.

E-mail: Micheev_V_A@mail.ru

БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ

BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION

Михеев, В. А. Внедрение инновационных вагонов как средство повышения эксплуатационной эффективности локомотивного парка [Текст] /

B. А. Михеев // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2018. - № 3 (35). -

C. 54 - 61.

Mikheyev V. A. Implementation of the innovation cars as means of improving the locomotive park operational efficiency. Journal of Transsib Railway Studies, 2018, vol. 3, no 35, pp. 54 - 61 (In Russian).

УДК 629.4

В. А. Нехаев, М. Ю. Сафронова

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация

НОВЫЙ ПОДХОД К ПОСТРОЕНИЮ КВАЗИИНВАРИАНТНОЙ ВИБРОЗАЩИТНОЙ СИСТЕМЫ

Аннотация. В конце прошлого столетия ВНИИЖТ выдвинул идею создания инвариантных систем рессорного подвешивания, которое до настоящего времени не реализовано из-за отсутствия механических инверторов. Однако в конце 80-х гг. предыдущего века на базе фермы Мизеса были построены первые инвариантные системы, обладающие одним, но существенным недостатком - огромными распирающими горизонтальными усилиями, что предопределяло большой износ взаимодействующих поверхностей.

В то же время школой ученых-механиков профессора М. П. Пахомова было предложено модернизировать контакт с помощью подшипников и фасонного подвижного узла. Это позволило в несколько раз уменьшить указанные выше горизонтальные силы, кроме того, появилась возможность управления силовой характеристикой корректора внешнего возмущения.

В статье предложен новый подход к расчету силовых характеристик квазиинвариантных до s систем подвешивания механических объектов, отличающийся от других подходов простотой и логической ясностью и стройностью, однако требующий обеспечить процедуру идентификации силовой характеристики компенсатора внешнего возмущения физическими устройствами.

Ключевые слова: инвариантность, механическая система, подвешивание, силовая характеристика, защищаемый объект, целевая функция.

Viktor A. Nekhaev, Marina Yu. Safronova

Omsk State Transport University (OSTU), Omsk, the Russian Federation

NEW APPROACH TO CREATION OF QUASIINVARIANT VIBROPROTECTIVE SYSTEM

Abstract. In article the new approach to calculation ofpower characteristics of quasiinvariant systems of suspension of mechanical objects different from other approaches by simplicity and logical clarity, however demanding the