Технология эксплуатации грузовых вагонов с инновационными тележками по гарантийным участкам повышенной протяженности

Оглавление

Цикл статей:

Глава 1 — Совершенствование технологии эксплуатации грузовых вагонов с инновационными тележками
Глава 2 — Сравнительный анализ динамических качеств грузовых вагонов с разными типами тележек
Глава 3 — Исследование динамической нагруженности грузовых вагонов с нелинейным рессорным подвешиванием ходовой части в системе «вагон-путь»
Глава 4 — Технология эксплуатации грузовых вагонов с инновационными тележками по гарантийным участкам повышенной протяженности

Порядок установления гарантийных участков и их текущий статус

Гарантийные участки — это участки дороги или смежные участки между соседними пунктами технического обслуживания, в пределах которых работники ПТО несут ответственность за безопасность движения, проследование поездов без задержек, отцепок вагонов без дополнительного технического облуживания [64].

Существующий порядок установления гарантийных участков безопасного проследования грузовых вагонов предусматривает комплексность рассматриваемых факторов, определение которых позволяет обосновывать их текущую протяженность и перспективу увеличения.

Действующий порядок установления гарантийных участков предполагает на основе проведенных исследований железных дорог и имеющихся их согласованных позиций утверждение:

внутридорожных гарантийных участков — непосредственно причастной железной дорогой;
междорожных гарантийных участков — ОАО «РЖД» при наличии согласованных позиций причастных железных дорог.

Также установлено, что протяженность данных участков, а также вновь вводимых в эксплуатацию должна составлять:

а) для составов из порожних вагонов — от 1000 км и более;

б) для составов из груженых вагонов — от 600 км и более.

В настоящее время на сети железных дорог действует 4668 гарантийных участков, из них 1838 внутридорожных и 2830 междорожных [81; 62; 31; 33] (сводная информация представлена в таблице 4.1).

Стоит отметить, что тенденция увеличения средней протяженности гарантийных участков в ретроспективном периоде отражает положительную динамику. За период с 2011 по 2018 гг. средняя протяженность участков увеличена на 681 км (с 1165 км в 2011 г. до 1837 км в 2018 г.).

Оценка уровня безотказного проследования поездов на гарантийном участке и возможность увеличения его длины сопряжены .с решением следующих задач, которые предложены автором:

— оценка эффективности проведённых на пункте технического обслуживания организационно-технических мер по повышению уровня восстановления работоспособности вагонов;

сравнение уровня безотказного проследования поездов на участке со среднесетевым (среднедорожным) уровнем;
анализ динамики изменения безотказного проследования поездов на участке до его объединения за годовой период с подразделением по моделям вагонов, их узлов и деталей;
оценка влияния изменения специфических условий работы вагонов на рассматриваемом участке на уровень безотказного проследования поездов.

Параметры эксплуатационной надежности вагонов, имеющих характер экспоненциального распределения отказов, определяются следующими зависимостями:

Род вагона	Значение параметра шС • 10 ⁶, 1/ваг.-км
Род вагона	груженого вагона	порожнего вагона	груженых и порожних по среднесетевому соотношению в парке
Крытые	5,02	1,22	4,35
Платформы	4,40	0,95	3,75
Полувагоны	4,53	0,88	3,58

Таблица 4.2 — Среднесетевые величины параметра потока отказов для различных вагонов

Цистерны	6,07	1,16	3,81
Прочие	5,91	0,85	3,98

Продолжение таблицы 4.2

Для оценки ожидаемого числа отказов при удлинении гарантийного участка рассматривается случай объединения двух участков (АБ и БВ) с упразднением или изменением функций промежуточного пункта технического обслуживания.

В качестве условия допустимости удлинения гарантийного участка по критерию числа отказов принята зависимость:

Рассматривая отказы по отдельным неисправностям вагонов разных типов и их узлов определим потребное сокращение числа отказов по отдельным вагонам (узлам). Например:

Коэффициенты К определяются эффективностью осуществляемых мер и могут иметь значение от единицы, когда меры неэффективны, до нуля, когда отказы по данному узлу устраняются полностью.

Организационно-технические меры, способствующие удлинению гарантийного участка в общем виде, способствуют повышению уровня организации и технологии технического обслуживания вагонов на пункте технического обслуживания, внедрение средств технического диагностирования, улучшение работы постов безопасности и системы контроля в пути следования и другие.

При этом техническое оснащение, технология работы и штата на сохраняемых пунктах технического обслуживания должны соответствовать требованиям нормативно-технической документации.

Подходы к пунктам технического обслуживания должны быть оснащены соответствующими настроенными средствами технического диагностирования, способными контролировать состояние буксового узла, колес, работы тормоза, наличие волочащихся деталей и других узлов и деталей вагона. В свою очередь, если промежуточный пункт технического обслуживания упраздняется не полностью (часть операций поступает в переработку), то подходы к этому пункту также следует оснащать средствами технического диагностирования. Рекомендуется, в первую очередь, на присоединенном участке, устанавливать средства технического диагностирования на расстоянии не более 25 км.

Пункты технического осмотра, как правило, должны быть оснащены:

производственно-бытовыми помещениями имеющими инструментальную кладовую; кладовую запасных частей, материалов и приспособлений; помещение оператора; цех ремонта буксовых узлов с комплексом оснастки;
помещениями для кратковременного отдыха и обогрева работников;
механизированным пунктом ремонта вагонов, оснащенным специализированными путями, вагоноремонтными машинами, самоходными ремонтными установками;
устройством централизованного ограждения поездов;
— устройством централизованного опробования тормозов;
рабочим местом осмотрщика вагонов, принимающего поезда на ходу, оснащенным радиосвязью и прожекторным освещением;
технологической радиосвязью с носимыми радиостанциями;
двухсторонней парковой связью;
автоматизированным рабочим местом оператора пункта технического обслуживания;
и другие.

На пунктах технического обслуживания, разделяющие гарантийные участки, должен быть разработан местных технологический процесс в соответствии с действующим типовым, в рамках которого обязательно проводятся работы по боковому осмотру и пролазке вагонов. При необходимости рассматривается целесообразность выделения в сменах пункта технического обслуживания осмотрщиков-автоматчиков по отправлению и корректировка продолжительности простоя составов под техническом обслуживанием.

С учетом увеличения длины гарантийного пробега составов между пунктами технического обслуживания, рассматриваются и, при необходимости, корректируются нормативы (требования) к техническому состоянию вагонов в отправляемых поездах. Например: минимальной толщины тормозной колодки, величины выхода штока тормозного цилиндра или запаса резьбы винта авторегулятора и так далее.

Результаты экспериментальной эксплуатации вагонов по гарантийным участкам повышенной протяженности на Восточном полигоне

Наблюдения за эксплуатацией вагонов, в комплектности которых имеются тележки 18-100, Barber и другие, показывают, что лучшие эксплуатационные характеристики у тележки Barber.

Из приведенных таблиц 1.3 — 1.6 видно, что наихудшими эксплуатационными свойствами, связанными с неисправностями колесных пар, является вагон модели 12-132 с осевой нагрузкой 23,5 тс/ось, что отражено на рисунке 4.1.

По этому фактору количество отцепок на один млн км пробега этого наиболее массового типа полувагона (12-132) в вагонном парке железнодорожного транспорта России (свыше 100 тыс. вагонов) ежегодно остается стабильно высоким и превышает девять случаев на один млн км пробега вагона. Основными причинами отцепок вагонов этой модели являются интенсивный износ гребней колес, обусловленный перекосами тележки в плане (ее параллелограммирование) в кривых участках пути, а также неравномерный прокат, выщербины и ползуны. Большое количество отцепок таких вагонов на ПТО станций приводит к многочисленным задержкам поездов и снижает эффективность грузоперевозок. Кроме того, это также приводит к снижению

пропускной способности магистралей, что служит причиной задержек пассажирских поездов и наносит моральный ущерб имиджу ОАО «РЖД».

Несмотря на то, что вагон модели 12-9788-01 оснащен тележкой модели 18-578, имеющей более совершенную конструкцию скользунов по сравнению с тележкой 18-100, количество отцепок на аналогичный показатель пробега в течение последних лет также остается высоким и в среднем составляет около семи случаев на один млн км пробега.

Наименьшее количество отцепок вагонов с неисправностями колесных пар приходится на вагоны, выпускаемые Тихвинским вагоностроительным заводом и оснащенные тележками Barber (модели 18-9810 и 18-9855). По сравнению с наиболее массовым вагоном модели 12-132 вагоны модели 12-9853 отцепляются в текущий ремонт в 3 -4 раза реже, что можно объяснить их более совершенной конструкцией как кузова, а также тележки с малыми продольными зазорами в буксовых проемах (не более 2-х мм) и самой колесной пары, имеющей S — образный диск, обеспечивающий снижение динамической нагруженности колесной пары.

Показатели количества отцепок вагонов на один млн км пробега из-за неисправностей буксовых узлов представлены на рисунке 4.2.

По сравнению с вагонами модели 12-132 вагоны с тележкой 18-9810 отцеплялись от состава в 6,21 раза реже. Наилучшими показателями по этому фактору является вагон модели 12-9853 с тележкой 18-9855 с осевой нагрузкой 25 тс, имеющий наименьшее количество отцепок за период наблюдений с 2015 по 2018 гг. Этому способствуют лучшие динамические свойства вагонов с такими тележками. Кроме того, это также можно объяснить меньшими динамическими нагрузками, приложенными к буксовому узлу в горизонтальной плоскости симметрии экипажа из-за меньших продольных зазоров в челюстных проемах боковых рам тележек 18-9810 и 18-9855 по сравнению с аналогичными показателями тележки 18-100 с зазорами, порядка 15-20 мм. Показатели количества отцепок вагонов на один млн км пробега из-за неисправностей тележек представлены на рисунке 4.3.

При этом наиболее опасными неисправностями тележки 18-100, создающими прямую угрозу безопасности движения поездов, являются трещины в боковых рамах тележки и в надрессорных балках.

Картина распределения трещин в этих элементах представлена на рисунке 4.4 [10].

Из этого рисунка видно, что наибольшее количество трещин (до 87 %) приходится на зону буксового проема боковой рамы тележки. Основными причинами их появления служат дефекты литья и ударные динамические нагрузки, возникающие при замыкании зазоров между буксой и челюстью рамы тележки в переходных режимах движения поезда (торможениях), а также при регулировочных торможениях сцепов вагонов на сортировочных горках

Зависимость продольной динамической силы, действующей на концевую часть боковой рамы тележки при замыкании зазоров между челюстью и буксой на тормозной позиции регулировочной горки приведена на рисунке 4.5. Из графика видно, что ударная динамическая сила, действующая на раму, возникает за очень короткий промежуток времени (за 0,02 с) и достигает 10,7 10⁴ кН [17].

Именно такие выше отмеченные факторы являются причинами многочисленного количества усталостных трещин в боковых рамах.

По итогам работы 2018 г. количество отцепок вагонов по неисправностям литых деталей тележек составляет 8761 единиц, сравнительные данные приведены в таблице 4.3.

Здесь следует отметить, что в результате наблюдений за тележкой Barber установлено, что на пробеге 250 тыс км максимальный износ колпака скользуна составил 1,3 мм, фрикционных планок -1,3 мм, а суммарный износ фрикционных клиньев и клинового кармана надрессорной балки не превысил 3 мм.

На рисунке 4.6 отражены данные по количеству отцепок на пунктах технического осмотра вагонов на 1 млн км пробега по неисправностям автосцепок. Из этого графика видно, что наихудшими эксплуатационными свойствами по данному показателю обладают вагоны модели 12-132, оснащенные тележкой 18-100. Наилучшими эксплуатационными показателями по этому параметру являются выпускаемые Тихвинским вагоностроительным заводом инновационные вагоны модели 12-9853, оснащенные тележкой 18-9855 с осевой нагрузкой 25 тс.

Данные по количеству отцепок вагонов на 1 млн км пробега по неисправностям автотормозов приведены на рисунке 4.7.

Основным фактором, вызывающим большое количество отцепок вагонов модели 12-132, как показывает практика, здесь является нарушение плотности резьбовых соединений тормозной магистрали, приводящее к утечкам воздуха из нее, причиной которого, в свою очередь, являются интенсивные колебания виляния и боковой качки порожних вагонов, обусловленные недостатками конструктивного исполнения этой тележки. Эти недостатки следующие: большие, по сравнению с тележками моделей 18-9810 и 18-9855 продольные и поперечные зазоры между буксой и боковой рамой в ее челюстном проеме; малый статический прогиб рессорного комплекта, не превышающий 8 мм в порожнем режиме движения вагона, и соответствующий недостаток сил трения в рессорном подвешивании ходовой части, на который также негативно влияет дефицит сил трения вследствие износа элементов фрикционных клиньев, фрикционных планок и наклонных поверхностей (карманов) надрессорной балки, в которых расположены эти клинья.

Кроме того, еще одним из негативных факторов являются обрывы подводящих трубок — следствие интенсивных колебаний вагонов модели 12-132 в порожнем состоянии движения.

Здесь обращает на себя внимание труднообъяснимый факт значительного роста количества отцепок вагонов (за исключением вагонов моделей 12-132 и 12-9788-01) по этому показателю в 2018 году по сравнению с 2017 годом. Набольшее количество отцепок вагонов на один млн км пробега приходится на инновационный вагон модели 12-9761-02 с тележкой 18-9810 и составляет 0,89 случая. Количество отцепок вагонов модели 12-9853, оснащенных тележкой Barber 18-9855 по итогам 2018 г. в сравнении с 2017 г. увеличилось в 5,73 раза.

На рисунке 4.8 отражены данные по количеству отцепок на пунктах технического осмотра вагонов на 1 млн км пробега по неисправностям кузова. Из графика видно, что с течением времени количество отцепок по неисправностям кузова увеличивается для всех типов вагонов. Эти неисправности вызваны многочисленными нарушениями технологии погрузки и разгрузки навалочных грузов, например — руды, содержащей крупные фрагменты большой массы, или ударами грейфера о верхнюю обвязку кузова. Кроме того, как показывает практика, в порожнем режиме движения полувагонов их интенсивные колебаний боковой качки и виляния, происходящие на резонансной скорости (около 72 км/ч), служат причиной появления трещин в зонах соединения стоек с обшивкой кузова. Также обращает на себя внимание факт значительного превышения этого показателя для вагонов модели 12-9788-01, выпускаемых ЗАО «Промтрактор-Вагон» над аналогичным показателем для вагонов других моделей.

Сравнительный анализ приведенных данных эксплуатации полувагонов оборудованных моделями тележек 18-100, 18-194-1, 18-578 , 18-9810 и 18-9855 показывает, что вагоны, выпускаемые Тихвинским вагоностроительным заводом, обладают значительными преимуществами по сравнению с типовыми вагонами других производителей.

В целях апробации выводов исследований динамической нагруженности вагонов с разными типами тележек с нелинейным рессорным подвешиванием и для совершенствования технологии их эксплуатации на Восточном полигоне сети железных дорог организована опытная эксплуатация грузовых поездов, полностью сформированных из грузовых полувагонов, имеющих тележки 189855.

Опытная эксплуатация проведена по гарантийным участкам безопасного проследования повышенной протяженности, с исключением технического обслуживания в пути следования, на участках Челутай Восточно-Сибирской ж.д. — Находка Дальневосточной ж.д. протяженностью 3713 км и Челутай ВосточноСибирской ж.д. — Ванино Дальневосточной ж.д. протяженностью 3556 км.

По сути требовалось оценить возможность объединения двух гарантийных участков в один на основе осуществления комплексной программы совершенствования технологии и организации технического обслуживания вагонов. Рассматривалась возможность объединения двух участков для направлений (рисунок 4.9):

Челутай Восточно-Сибирской ж.д. — Белогорск Забайкальской ж.д. протяженностью 2155 км и Белогорск Забайкальской ж.д. — Находка Дальневосточной ж.д. протяженностью 1558 км;
Челутай Восточно-Сибирской ж.д. — Белогорск Забайкальской ж.д. протяженностью 2155 км и Белогорск Забайкальской ж.д. — Ванино Дальневосточной ж.д. протяженностью 1401 км.

Среднесуточное количество отказов (задержек поездов) на рассматриваемых участках в пункте Б с их распределением по узлам вагонов приведены в таблице 4.4.

Комплексная программа совершенствования технологии и организации технического обслуживания предусматривает:

полное оснащение подходов к пункту А средствами технического диагностирования, обеспечивающими выявление нарушений работоспособности узлов вагонов в начальной стадии;
полное оснащение пункта А усовершенствованными устройствами централизованного опробования тормозов, обеспечивающими более полное выявление дефектов в работе воздухораспределителей и неисправностей в тормозной магистрали;
выделение и оснащение специализированных железнодорожных путей для укреплённого ремонта грузовых вагонов на станциях размещения пункта А, где это признано целесообразным, что обеспечивает повышение качества ремонта, в частности автосцепного и тормозного оборудования, ходовых частей и других узлов вагонов;
внедрение автоматизированных систем, обеспечивающих надежную регистрацию и передачу данных о выявленных неисправностях вагонов, повышение гарантий выполнение требуемого объема смотровых и ремонтных работ, а также улучшение контроля за ними;
выполнение других мероприятий предусмотренных в разделе 4.1.

Ожидаемое изменение числа отказов в результате внедрения организационно-технических мероприятий представлено в таблице 4.5.

Организационно- технические мероприятия	Ожидаемое изменение числа отказов, %				Примечание
	ПТО		Участки
	А	Б	А — Б	Б — В1, Б — В2
1 .Совершенствование технологии обработки поездов на ПТО А, В1, В2	—	—	— (6 — 12)	—	Согласно Инструктивно- методических указаний
2.Повышение квалификации ремонтно-смотровых бригад на ПТО А, В1, В2	—	—	— (5 — 15)	—	Согласно Инструктивно- методических указаний
З.Внедрение комплекса технического оснащения парков, согласно типовому технологическому процессу работы на ПТО А, В1, В2	—	—	— (10 — 20)	—	Согласно Инструктивно- методических указаний
4.Оборудование подходов к ПТО А, В1, В2 средствами технического диагностирования	—	—	— (2 — 3)	—	Оценка

Таблица 4.5 — Влияние организационно-технических мероприятий на изменение числа отказов

5.Эксплуатация на гарантийных участках вагонов моделей 12-9853 (вместо 12-132)	—	— 340	—	—	Расчет
б.Сохранение полного опробования тормозов на ПТО Б	—	—	—	—	Правила по эксплуатации тормозов
7.Внедрение устройства централизованного опробования автотормозов на ПТО А, В1, В2	—	—	— (6 — 8)	—	Оценка
8.Внедрение автоматизированных систем на ПТО А, В1, В2	—	—	— (14 — 18)	—	Оценка
Итого		— 340	— 59

Продолжение таблицы 4.5

Таким образом, при объединении участков с исключением операций по боковому осмотру на промежуточном ПТО Б и на основе проведения организационно-технических мероприятий обеспечивается выполнение условия, по которому число отказов на удлиненном участке не должно превышать число отказов на участках до их объединения.
Выполненные расчета подтверждены результатами опытной эксплуатацией, в рамках которой в течении 5 месяцев в режиме опытной эксплуатации было сформировано и отправлено со станции Челутай Восточно-Сибирской ж.д. 32 груженых грузовых поезда, состоящих из моделей вагонов производства ПАО «НПК «Объединенная вагонная компания», в общем количестве 1183 вагона. По результатам их мониторинга в эксплуатации установлена высокая работоспособность данных грузовых вагонов, отказов и отцепок в пути следования не было допущено.
Было произведено всего три отцепки вагонов на Дальневосточной и Восточно-Сибирской ж.д. на окончании гарантийного участка после выгрузки: один по причине неисправности тройника, два вагона по неисправностям подвижных планок боковой рамы.
Эксплуатационные технические параметры вагонов за весь период эксплуатации практически остались на неизменном уровне. Так, основные технические параметры по износам на поверхности катания колесных пар изменились за весь период опытной эксплуатации (5 месяцев) у грузовых вагонов на данных гарантийных участках в среднем на 1 — 2 мм, в частности, толщина гребня изменилась в среднем с 33 мм до 31 мм, толщина обода — с 78 мм до 75 мм, а толщина колодки — с 53 мм до 52 мм. Дефекты на поверхности катания колесных пар отсутствовали за весь период опытной эксплуатации. Другие контролируемые в эксплуатации технические параметры грузовых вагонов остались без изменений (тележка, кузов, рама, ударно-тяговое и автотормозное оборудование).
Таким образом, эксплуатация грузовых поездов из данных вагонов на гарантийных участках повышенной протяженности возможна, так как контролируемые эксплуатационные параметры находятся в пределах, указанных в Инструкции по техническому обслуживания вагонов в эксплуатации, утвержденной Советом по железнодорожному транспорту Государств — участников Содружества (протокол от 21-22 мая 2009 г. № 50) [3].
Для изменения действующей системы технического обслуживания грузовых поездов владельцам подвижного состава автором предложено использование вагонов в закольцованных маршрутах на гарантийных участках повышенной протяженности до 6000 км.

Тиражирование опыта установления гарантийных участков повышенной протяженности на сети железных дорог

Основным положениям современной системы технического обслуживания является требование об установлении гарантийных участков безопасного проследования для грузовых поездов, состоящих из моделей вагонов нового поколения и инновационных от станций формирования (погрузки) и до станций назначения (выгрузки), с исключением техобслуживания в пути следования поезда.

Новая система позволит повысить привлекательность железнодорожного транспорта и надежность логистических связей клиентов ОАО «РЖД».

Технология работы с данными вагонами должна быть основана на следующих принципах:

поезда формируются полностью из инновационных вагонов, а их курсирование организовано на фиксированных кольцевых маршрутах;
в целях получения максимального экономического эффекта от использования данных вагонов целесообразно задействовать их в рамках договоров на организацию перевозок с фиксированным временем отправления и прибытия поездов.

Если рассматривать наиболее загруженные направления на сети российских железных дорог, а это Кузбасс — Северо-Запад, Кузбасс — Центр, Кузбасс — Дальний Восток, то в пути следования грузовых поездов в среднем проводится от трех до пяти технических обслуживаний на промежуточных ПТО. Среднее время от момента прибытия поезда на сортировочную станцию до момента отправления составляет от 10 до 26 часов, включая операции по техобслуживанию в парках прибытия и отправления, разборку, накопление вагонов в сортировочных парках, ожидание локомотива и полное опробование автотормозов в составе поезда.

Ввод новых участков не проводится без серьезной подготовительной работы. В частности, внедрение на пунктах технического обслуживания современных технических обустройств, позволяющих проводить качественную подготовку поездов в рейс, оборудование механизированных пунктов текущего отцепочного ремонта грузовых вагонов, а также оснащение участков следования поездов современным бесконтактным диагностическим оборудованием для выявления неисправностей грузовых вагонов на ходу поезда [88-89].

С целью сокращения вероятности возникновения случаев нарушения безопасности движения и уменьшения влияния человеческого фактора на предотказное состояние узлов и деталей грузовых вагонов применяется целый ряд комплексов диагностического оборудования, позволяющих в реальном времени осуществлять контроль за техническим состоянием грузовых вагонов на гарантийном участке безопасного проследования.

Наряду с развитием систем диагностики подвижного состава, проводится работа по совершенствованию и внедрению на ПТО основных сортировочных станций технологии техобслуживания поездов. Переход на единую технологию технического обслуживания составов грузовых вагонов позволил с 2012 года снизить долю отказов технических средств по автотормозному оборудованию на 19% [16; 83].

В конце 2012- начале 2013 гг. разработана новая технология, целью которой является изменение подхода к формированию смотровых бригад и разграничение между ними технологических операций по осмотру и ремонту грузовых вагонов без изменения времени на техническое обслуживание и численности смотрового состава.

Для тиражирования опыта установления гарантийных участков повышенной протяженности на сети железных дорог проведена согласовательная работа, в том числе с владельцами причастных железных дорог, владельцами подвижного состава и вагоностроительными предприятиями.

Для сформированных груженых и порожних маршрутов грузовых поездов, состоящих из вагонов производства АО «Тихвинский вагоностроительный завод», телеграфными указаниями ОАО «РЖД» в установленном порядке введены в постоянную эксплуатацию гарантийные участки повышенной протяженности с исключением технического обслуживания в пути следования с внесением соответствующих изменений в конструкторскую документацию завода- изготовителя [50; 51; 52; 48].

Результатом данной работы стало установление до 2018 гг. 28 гарантийных участков повышенной протяженности для груженых и порожних вагонов в обоих направлениях, к примеру:

— Латыши 3ападно-Сибирской ж.д. — Лужская Октябрьской ж.д. протяженностью 4061 км;

Латыши Западно-Сибирской ж.д. — Находка-Восточная Дальневосточной ж.д. протяженностью 5697 км;
Ерунаково Западно-Сибирской ж.д. — Лужская Октябрьской ж.д. протяженностью 4160 км;
Междуреченск Западно-Сибирской ж.д. — Находка Дальневосточной ж.д. протяженностью 5647 км;
Линево Западно-Сибирской ж.д. — Находка Дальневосточной ж.д. протяженностью 5861 км;
Ерунаково Западно-Сибирской ж.д. — Находка Дальневосточной ж.д. протяженностью 57ЗЗ км;
Ерунаково Западно-Сибирской ж.д. — Находка-Восточная Дальневосточной ж.д. протяженностью 5751 км;
Челутай Восточно-Сибирской ж.д. — Находка Дальневосточной ж.д. протяженностью З71З км;
Челутай Восточно-Сибирской ж.д. — Ванино Дальневосточной ж.д. протяженностью З556 км;
Березники-Сортировочные Свердловской ж.д. — Санкт-Петербург Сортировочный Московский Октябрьской ж.д. протяженностью 1950 км;
Березники-Сортировочные Свердловской ж.д. — Забайкальск Забайкальской ж.д. протяженностью 5З60 км;
Соликамск Свердловской ж.д. — Санкт-Петербург Сортировочный Московский Октябрьской ж.д. протяженностью 1999 км;
Соликамск Свердловской ж.д. — Забайкальск Забайкальской ж.д. протяженностью 5409 км;
Новгород-на-Волхове Октябрьской ж.д. — Соликамск Свердловской ж.д. протяженностью 2046 км;
Вязьма Московской ж.д. — Апатиты Октябрьской ж.д. протяженностью 1819 км;
Ерунаково Западно-Сибирской ж.д. — Валуйки Юго-Восточной ж.д. протяженностью З970 км;

Новокузнецк-Восточный 3ападно-Сибирской ж.д. — Валуйки Юго- Восточной ж.д. протяженностью 4002 км;

Новокузнецк-Сортировочный 3ападно-Сибирской ж.д. — Валуйки Юго- Восточной ж.д. протяженностью 3990 км;
Бочаты 3ападно-Сибирской ж.д. — Валуйки Юго-Восточной ж.д. протяженностью 3874 км;
Забойщик 3ападно-Сибирской ж.д. — Валуйки Юго-Восточной ж.д. протяженностью 3880 км;
Черкасов Камень 3ападно-Сибирской ж.д. — Валуйки Юго-Восточной ж.д. протяженностью 3946 км;
Томусинская 3ападно-Сибирской ж.д. — Валуйки Юго-Восточной ж.д. протяженностью 4027 км;
Прокопьевск 3ападно-Сибирской ж.д. — Валуйки Юго-Восточной ж.д. протяженностью 3955 км;
Кавказская Северо-Кавказской ж.д. — Челябинск-Главный ЮжноУральской ж.д. протяженностью 2448 км;
Карасук 3ападно-Сибирской ж.д. — Санкт-Петербург Сортировочный Московский Октябрьской ж.д. протяженностью 3338 км;
Карасук 3ападно-Сибирской ж.д. — Новороссийск Северо-Кавказской ж.д. протяженностью 3819 км;
Волховстрой Октябрьской ж.д. — Междуреченск 3ападно-Сибирской ж.д. протяженностью 3990 км;
Волховстрой Октябрьской ж.д. — Терентьевская 3ападно-Сибирской ж.д. протяженностью 3853 км.

В результате установления гарантийных участков повышенной протяженности непосредственно автором разработан и в последующем утвержден ОАО «РЖД» «План мероприятий по повышению эффективности деятельности вагонного комплекса Центральной дирекции инфраструктуры» (далее — План), в котором учтены мероприятия по:

совершенствованию технологических процессов в том числе за счет установления гарантийных участков безопасного проследования грузовых поездов протяженностью до 6000 км;
пересмотру нормативных документов в части разработки методики расчета протяженности гарантийных участков безопасного проследования вагонов в исправном состоянии в составе поезда;
оптимизация структуры управления в части объединения, ликвидации и консервации депо и их производственных участков, с ожидаемой оптимизацией численности на уровне 1257 человек.

На основании выполненного автором Плана установлено более 150 гарантийных участков безопасного проследования грузовых поездов протяженностью до 6000 км, утверждена Методика расчета протяженности гарантийных участков безопасного проследования вагонов в исправном состоянии в составе поезда и разработаны предложения по реформированию с целью сокращения объемов работ по техническому обслуживанию грузовых в 12 эксплуатационных вагонных депо, З5 пунктов технического обслуживания, 46 контрольных постов, 14 пунктов технической передачи и 66 участков текущего отцепочного ремонта. Данные изменения позволили снизить ежегодные эксплуатационные расходы вагонного хозяйства Центральной дирекции инфраструктуры на 717 млн. рублей.

Определение эффективности эксплуатации вагонов с нагрузкой 25 т на ось

Проведение данного анализа позволяет оценить расходы на содержание объектов инфраструктуры ОАО «РЖД» в зависимости от технических параметров конструкций грузовых вагонов, эксплуатируемых на железных дорогах.

В качестве базового варианта принимаются грузовые вагоны существующих конструкций на базовых (сертифицированных) моделях тележек.

В качестве сравниваемого выступает грузовой подвижной состав, имеющий улучшенные эксплуатационные характеристики.

Грузовой подвижной состав с улучшенными эксплуатационными характеристиками относится к инновационному продукту транспортного машиностроения. Этот продукт реализуется в виде нового или усовершенствованного изделия, внедряемого на транспортном рынке и обеспечивающего необходимую экономическую эффективность всем участникам перевозочного процесса.

Основой для выполнения анализа эксплуатационных расходов ОАО «РЖД» являются среднесетевые затраты, отражаемые в отчетности по основным показателям производственно-финансовой деятельности компании и ее подразделений за год, предшествующий проведению расчетов [70].

Использование на железных дорогах ОАО «РЖД» грузового подвижного состава с улучшенными эксплуатационными характеристиками может привести к возможным финансовым рискам как владельцев инфраструктуры, так и его собственников.

Выполнение анализа изменения эксплуатационных расходов ОАО «РЖД» от внедрения инновационного грузового подвижного состава (далее — ИПС) производится при следующих условиях:

грузовые поезда сформированы только из вагонов существующих конструкций либо из вагонов ИПС и имеют одинаковую длину;
грузовые вагоны существующих конструкций и ИПС курсируют на всем полигоне железных дорог ОАО «РЖД»;
к тяговому подвижному составу в зависимости от рассматриваемых вариантов грузовых вагонов требования не меняются.

Основные факторы, влияющие на эксплуатационные показатели работы рассматриваемых вариантов грузового подвижного состава:

Каждый из перечисленных выше факторов находится с соответствующим эксплуатационным показателем в тесной связи, представленной ниже в таблице 4.6.

Снижение эксплуатационных расходов ОАО «РЖД» от применения инновационного грузового подвижного состава обеспечивается в результате реализации достигнутых показателей, влияющих на эффективность его использования. В общем виде сводный результат определяется по формуле [54]:

Результат общей величины снижения годовых эксплуатационных расходов ОАО «РЖД» определяется в расчете на один грузовой вагон.

В действующей Номенклатуре доходов и расходов по видам деятельности ОАО «РЖД» (далее — Номенклатура) дана группировка расходов, которая осуществляется в соответствии с методикой функционально-стоимостного анализа (далее — ФСА). ФСА представляет собой подход к методу калькулирования себестоимости, основанному на процессе переноса затрат и ресурсов: с ресурсов на функции и с функций на объекты калькулирования себестоимости [53].

В данном случае ресурсами являются расходы железных дорог, а под функциями подразумеваются производственно-технологические процессы (бизнес-процессы). Объектом калькулирования выступает себестоимость продуктов и услуг.

Учет группы расходов структурных подразделений ОАО «РЖД» организован по статьям, большая часть которых имеет функциональный характер (статья-функция) [27].

Система управленческого учета расходов ОАО «РЖД» предусматривает статьи-ресурсы, отражающие затраты на возобновление основных средств, арендные, лизинговые и прочие платежи, которые нельзя отнести к определенной функции, и статьи-функции, отражающие затраты на выполнение определенных функциональных работ, являющихся частью технологического процесса.

Распределение всех статей расходов на функции и ресурсы производится в соответствии с действующим классификатором расходов Номенклатуры.

В отдельную группу статей выделены общепроизводственные и общехозяйственные расходы, которые распределяются между статьями-функциями.

Функционально-стоимостной подход к учету затрат позволяет организовать их учет по направлениям, отражающим характер выполняемых работ и центры ответственности по функциональным направлениям деятельности (укрупненным видам работ (далее — УВР)).

Применение методики ФСА в системе управленческого учета расходов ОАО «РЖД» дает возможность определить структуру расходов по видам деятельности, УВР, по составляющим группам расходов, по расходам отраслевых хозяйств и другим признакам группировки на основе распределения общепроизводственных расходов на всех уровнях управления.

Группировка специфических (прямых производственных) расходов по отраслевым хозяйствам предварительно определяет расходы каждого УВР, входящие в конкретное отраслевое хозяйство.

Методы распределения расходов по видам деятельности указаны в Методических указаниях по распределению расходов по видам деятельности и УВР. Все виды деятельности ОАО «РЖД» разделяются на группы, связанные с осуществлением перевозок, предоставлением услуг инфраструктуры и локомотивной тяги и не связанные с этими видами деятельности.

К первой группе относятся виды деятельности: «Грузовые перевозки», «Пассажирские перевозки в дальнем следовании», «Пассажирские перевозки в пригородном сообщении», «Предоставление услуг инфраструктуры, «Предоставление услуг локомотивной тяги».

Ко второй группе относятся виды деятельности: «Ремонт подвижного состава», «Строительство объектов инфраструктуры», «Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы», «Предоставление услуг социальной сферы» и «Прочие виды деятельности». В дальнейшем эта группа в настоящей методике не рассматривается. Расходы по видам деятельности, отнесенные к этой группе, могут быть определены на уровне железной дороги или по ОАО «РЖД» в целом.

Эффект от эксплуатации вагонов с нагрузкой 25 т на ось

Расчет осуществлен для инновационного вагона модели 12-9853 (Тихвин), тележка 18-9855. В качестве вагона-аналога принят вагон модели 12-132, тележка 18-100. Расчет проведен для варианта перевозки угля маршрутными отправками на направлении Ерунаково — Находка Восточная (протяженность 5750 км) на установленный объем перевозочной работы.

Общая величина сокращения затрат в этом случае рассчитывается по формуле (4.17).

В качестве исходных данных (приведено в таблице 4.7) приняты следующие:

эксплуатационные показатели, характеризующие работу подвижного состава на выбранном направлении;
технические характеристики инновационного вагона и вагона-аналога;
данные, характеризующие воздействие на путь, основное удельное

сопротивление движению, скорость движения, количество отказов, количество технических осмотров инновационного вагона и вагона-аналога.

Расчет величины изменения доходов осуществлен на основе Прейскуранта 10-01. По заданным условиям пробного расчета определение платы за порожний пробег для инновационного вагона и вагона-аналога осуществлено по тарифной схеме 25 (1) Прейскуранта № 10-01 «Тарифы на перевозки грузов и услуги инфраструктуры, выполняемые российскими железными дорогами» (Тарифное руководство № 1, части 1 и 2)¹. Провозные платы рассчитаны по программе «ЯвА-Тариф» ООО «СТМ».

Изменение затрат, связанных с осмотром грузовых вагонов в пути следования, определяется по формуле (4.18). Результаты расчетов представлены в таблице 4.7.

Обозначения	Значения показателей
Расходная ставка за 1 маневровый локомотиво- час, маневровой работы, руб.	1946,16
Расходная ставка за 1 час занятия 1 км станционного пути, руб.	13,92
Длина инновационного вагона, м	22,31
Расходная ставка на измеритель «вагоно-км» в грузовом движении, руб.	0,09
Количество ТО маршрута, состоящего из вагонов аналогов, ед.	7
Количество ТО маршрута, состоящего из инновационных вагонов, ед.	2
Коэффициент изменения погрузок инновационного вагона из-за изменения его загрузки в результате увеличения осевой нагрузки	0,93
Количество погрузок в грузовом вагоне-аналоге за год, ед.	14,04

Таблица 4.7 — Изменение затрат, связанных с осмотром грузовых вагонов в пути следования (рублей)

Полный рейс грузового вагона-аналога, км	11 966
Количество отцепок вагонов-аналогов на 1 млн. вагоно-км пробега, ед.	11,762
Количество отцепок инновационных вагонов на 1 млн. вагоно-км пробега, ед.	1,185
Сокращение количества технических осмотров за полный рейс, ед.	10
Сокращение среднего простоя инновационного вагона на технической станции, сут.	0,0521
ЛЕ_Й	14518

Продолжение таблицы 4.7

На основании полученного эффекта от эксплуатации инновационных вагонов (см. таблицу 4.7), поэтапному их увеличению количества в парке и на основании статистических данных об их эксплуатации Центральной дирекцией инфраструктуры — филиалом ОАО «РЖД» инициирован и утвержден ОАО «РЖД» «План мероприятий по повышению эффективности деятельности вагонного комплекса Центральной дирекции инфраструктуры, в том числе за счет совершенствования структуры управления, пересмотра нормативных документов, совершенствования технологических процессов» 31 октября 2016 г. № 641.

В частности, за счет установления гарантийных участков безопасного проследования грузовых поездов протяженностью до 6000 км разработаны предложения по реформированию с целью сокращения объемов работ по техническому обслуживанию грузовых в 12 эксплуатационных вагонных депо, 35 пунктов технического обслуживания, 46 контрольных постов, 14 пунктов технической передачи и 66 участков текущего отцепочного ремонта. Данные изменения позволили снизить ежегодные эксплуатационные расходы вагонного хозяйства Центральной дирекции инфраструктуры на 717 млн. рублей.

Помимо этого, исключение технического обслуживания в пути следования для сформированных груженых и порожних маршрутов грузовых поездов, состоящих из вагонов, оборудованных тележками модели 18-9855, позволило сократить сроки доставки грузов (снижение простоя вагонов под операциями технического обслуживания и внепланового ремонта) в среднем не менее чем на двое суток по маршруту следования поезда.

В дальнейшем, в соответствии с долгосрочной программой развития ОАО «РЖД» на период до 2030 года, работа по вводу гарантийных участков повышенной протяженности (до 6000 км), с исключением технического обслуживания в пути следования, для сформированных груженых и порожних маршрутов грузовых поездов, состоящих из вагонов, оборудованных тележками модели 18-9855, будет продолжена, что позволит на сети железных дорог повысить эффективность деятельности вагонного комплекса в рамках перевозочного процесса и дополнительно снизить эксплуатационные расходы.

Реализованный проект установления гарантийных участков повышенной протяженности (до 6000 км) позволит следующим этапом масштабировать на всей сети железных дорог концепцию технического обслуживания, предусматривающую осмотр только на станциях формирования (погрузки) и назначения (выгрузки), в том числе за счет реализации направлений по повышению эффективности деятельности вагонного хозяйства.

Заключение

В результате проведенных исследований получены новые научно обоснованные технологические решения и разработки, направленные на совершенствование технологии эксплуатации грузовых вагонов.
Их применение позволит повысить эксплуатационные показатели и эффективность использования грузовых вагонов с инновационными тележками.
Основные научные и практические результаты диссертационной работы состоят в следующем:

Разработаны математические модели механической колебательной системы «вагон-путь» для оценки динамических качеств грузовых вагонов с типовыми и инновационными тележками.
Проведены теоретические исследования динамических качеств порожних и груженых вагонов с типовыми и инновационными тележками при движении по равноупругому пути с неровностями, задаваемыми согласно Руководящему документу ВНИИЖТа. Установлено, что инновационные вагоны в порожнем режиме движения обладают значительно лучшими динамическими свойствами. Максимальные вертикальные ускорения порожнего вагона с тележкой 18-9855 на скорости в 60 км/ч в 1,5 раза меньше, чем у аналогичного вагона с тележкой 18-100, что обеспечивает лучшую плавность хода и безопасность движения. Если резонансный режим движения типового порожнего вагона приходится на скорость 58 км/ч, то для инновационного вагона с тележкой 18-9855 резонанс наступает при 32 км/ч на стадии набора скорости.
Выполнены качественный и количественный анализ вынужденных колебаний грузового вагона с различными тележками как нелинейной системы при движении по неровностям пути и оценка его динамической нагруженности в эксплуатации с использованием метода гармонического баланса.
Установлено, что отношение базы тележки к длине геометрической неровности играет важную роль в динамике грузового вагона.
Получено установившееся решение уравнения нелинейных колебаний вагона, содержащее константу, определяемую четной несимметрией нелинейной силовой характеристики и силой тяжести кузова.
Выявлена нелинейная зависимость собственной частоты колебаний подпрыгивания грузового вагона от силы тяжести кузова и амплитуды подпрыгивания. Определены показатели динамических качеств инновационного грузового вагона как нелинейной колебательной системы, которые отражают значительное его преимущество по сравнению с типовым вагоном. Его максимальные коэффициенты динамичности по перемещению (подпрыгиванию) кузова и по силе давления на путь приходятся на стадию разгона поезда, в то время как для типового вагона такой режим находится в диапазоне установившейся скорости движения.
Получено значение суммарной динамической добавки давления колесной пары на неравноупругий путь, определяемой геометрической неровностью рельсов и вертикальной неравноупругостью рельсошпальной решетки. Установлено значительное влияние вертикальной неравноупругости рельсошпальной решетки на суммарную динамическую добавку давления колесной пары на путь. При скорости 80 км/ч ее величина равна 4 тс.
Разработаны технологические решения и определены гарантийные участки повышенной протяженности (до 6000 км) с исключением в их пределах технического обслуживания для инновационных грузовых вагонов на тележках 18-9855 для улучшения их эксплуатационных показателей и эффективности использования.
На основании анализа результатов экспериментальной проверки предложенных технологических решений в условиях эксплуатации и перспективы увеличения количества инновационных грузовых вагонов в парке разработаны предложения по реформированию с целью сокращения объемов работ по техническому обслуживанию грузовых вагонов в 12 эксплуатационных вагонных депо, 35 пунктов технического обслуживания, 46 контрольных постов, 14 пунктов технической передачи и 66 участков текущего отцепочного ремонта на сети железных дорог. Внедрение указанных предложений позволит снизить ежегодные эксплуатационные расходы вагонного хозяйства Центральной дирекции инфраструктуры — филиала ОАО «РЖД» на 717 млн. рублей. Результаты изменения затрат, связанных с осмотром грузовых вагонов в пути следования, отражают эффект на уровне 14,5 тыс. рублей на один вагон на конкретно выбранном участке (Ерунаково — Находка Восточная (протяженность 5750 км).
В качестве рекомендаций и перспективы дальнейшей разработки темы диссертации предлагается исследование работоспособности конструктивных элементов инновационных тележек грузовых вагонов на основе математического моделирования их динамического поведения и оценки напряжений в материале их конструкций и усовершенствование рессорного подвешивания для снижения влияния неравноупругости рельсошпальной решетки на суммарную динамическую добавку давления колесной пары на путь.

Список литературы

Хохлов, А.А. Динамика сложных механических систем / А.А. Хохлов. — М.:МИИТ, 2002. — 172 с.
Хусидов, В.Д. Цифровое моделирование колебаний пассажирского вагона при движении по прямым и криволинейным участкам пути / В.Д. Хусидов, Л.В. Заславский [и др.] // Вестник ВНИИЖТа. — 1995. — № 5. — С. 22-26.
Шишов, Е.В. Гарантийным участкам — безопасное проследование грузовых поездов! / Е.В. Шишков // Вагоны и вагонное хозяйство. — 2012. — № 2. — С. 2-3.
Юрин, А.И. Внедрение технологий бережливого производства в вагонном хозяйстве / А.И. Юрин, Д.Ю. Лукс // Вагоны и вагонное хозяйство. — 2017. — № 4 (52). — С. 8-11.
Bogie subsystems, Wheel flange lubrication // Railway technical handbook. — 2012. — Vol. 1, Ch. 9. — Р.176-181.
Buda, D.J. Wayside Detection / D.J. Buda. — The Detroit Edison Experience, 2006.
Larsson, K. Wheel damage and maintenance of SCA Skog wagons / К. Larsson. — Stockholm, Sweden, 2016.
Lewis R., Olofsson U. Wheel-rail interface handbook / R. Lewis, U. Olofsson. — Elsevier, 2009.
Lonsdale, С. An analysis of wheel repair data for a coal car fleet / С. Lonsdale. — Burnham, PA, 2002.
Phelan, J. Condition monitoring of rollingstock as the core fleet maintenance strategy / J. Phelan, K. Kilian [et al.] // CORE 2014: Rail Transport For A Vital Economy. — 2014. — P. 690.
Vermeij, I. Optimisation of Rolling Stock Wheelset Life through Better Understanding of Wheel Tyre Degradation / I. Vermeij, T. Bontekoe, J. Liefting, J. Peen [et al.] // International Journal of Railway. — 2008. — Vol. 1, № 3. — P. 83¬88.
Carter F. W. On the Stability of runninq of lo^motives // Proc. Roy. Soc., London. -1998. — V.121. — P. 585-611.
Corbin J.C., Kaufman W.M. Classifying track by power spectral density. — Mech. Tranportat. Syst. ASME, 1975, AMD-15, p. 1 — 20.
Сох J.J., Headrick J.K., Cooperrider N.K. Optimization of rail vehicke operatinq speed with practical constraints // Trans. ASME. Dyn. Syst. Meas. and Contr. — 1998. — V.100, Des. — P. 260-269.
Cooperrider N.K., Law E.H. A Survey of rail vehicle testing for validation of theoretical dynamic analyses. — ASME J. Dynamic Syst. Meauserment and Control, 1978. 100. № 4, p. 238 — 251.
Pater A.D. de. A nonlinear model of a sinqle wheel-set mooinq with constant speed on a purely straiqht track // Int. J. Nonlinear Mechanics. — 1990. — V.15. — P. 315-324.
Tuning von Gueterwagendrehgestellen durch Radsatzkopplungen / A. Orlova, Y. Boronenko, H. Scheffel, R. Froehling, W. Kik // ZEV’Glasers Annalen 126 (2002), S. 270-282.
Шеффель Г. Устойчивость при вилянии с боковым относом и способность подвижного состава вписываться в кривые. / Железные дороги мира., 1974, №12. С. 32 — 46.
Wickens A.N. The dynamic stability of a simplified four-wheeled railway vehicle havinq profiled wheels // Int. J. Solids and structures. — 1995. — V. 1. — P. 385-405.