ПЗ (Тяговые расчёты для новых схем формирования поездов), страница 5

В 1979-1986 гг. средняя масса грузового поезда на МЖД достигла 179 тонн, на сети ‒ 250 тонн. Прирост объёмов на МЖД был достигнут за счет увеличения массы поезда. Была поставлена задача 60 процентов увеличения объёма перевозимого груза взять за счет веса поезда, остальное размерами движения. Все это требовало развития машиностроительных мощностей. В ходе увеличения весов поезда была замечена зависимость, показывающая как с увеличением массы поезда, нелинейно нарастают повреждения (N/L) и прочие негативные последствия, износы колесных пар (Т), растяжки (S) и т.д. Зависимость показана на рисунке 3.2.

Рисунок 3.3 ‒ Зависимость критериев проскальзывания колес и относительного числа растяжек грузовых поездов от массы поезда.

Вопрос использования локомотива по сцеплению являлся ключевым, т. е. при превышении его возникало боксование при реализации больших сил тяги, для защиты от пробуксовки электровозов стали использовать песок. Применение песка привело к неисправностям тяговых двигателей и колес, возникли следующие негативные последствия: удары по экипажной части, износ, запесочивание балластной призмы. Проведя ряд исследований было обнаружено, что существует предельный порог, массы грузовых поездов наряду к порогу пропускной способности. Были введены понятия рационального интенсивного и недопустимого режимов [8].

Важной особенностью организации грузового движения в России являются большие расстояния от мест добычи полезных ископаемых, в частности угля, до морских портов, где происходит их погрузка на морские суда (Кузбасс ‒ Восток, Кузбасс ‒ Северо-Запад), а также сложные условия движения, с крутыми кривыми и большими уклонами, а также тяжелые климатические условия. Второй особенностью является совместное движение грузовых и пассажирских поездов по одним и тем же линиям.

В 1990-е годы произошел значительный спад объемов перевозок.

В 2000–2001 гг. были сделаны попытки ввести на основных направлениях сети унифицированные нормы массы грузовых поездов с тягой с головы до 9 000 тонн (длина до 100 условных вагонов). При этом проявились серьезные технические трудности, связанные с управлением автоматическими тормозами и значительным увеличением продольных динамических сил в таких поездах. Возникли технико-экономические проблемы с тяговым обеспечением поездов.

Для пропуска поездов массой 9 000 тонн не была подготовлена инфраструктура: новым требованиям не отвечало техническое состояние пути; была недостаточной длина станционных путей; система электроснабжения, параметры обратной рельсовой цепи, организация технического обслуживания локомотивов и вагонов, системы обеспечения безопасности движения поездов не соответствовали техническим условиям.

Увеличенное воздействие на инфраструктуру пути приводит к увеличению ее повреждаемости со следующими последствиями:

- повышение интенсивности износа и выхода из строя элементов верхнего строения пути;

- повышение интенсивности накопления расстройств геометрии рельсовой колеи и деформирования элементов искусственных сооружений и земляного полотна;

- повышение затрат на ремонты и текущее содержание объектов путевой инфраструктуры.

Начиная с 2005 г. унифицированная масса грузового поезда на сети железных дорог была принята 6 000–6 300 тонн при длине 71 условный вагон. Инфраструктура основных направлений сети подготовлена к пропуску таких поездов.

В 2014 г. ОАО «Российские железные дороги» приняло осевую нагрузку 25 тонн на ось в качестве базовой по всей сети [15]. Правда, на отдельных местах скорость вагонов с такой осевой нагрузкой ограничена.

На отдельных участках железных дорог освоено обращение поездов массой 9000 т и сдвоенных поездов массой 12 000 т.

В 2015 году на Белореченской дороге провели испытание состава массой 12 600 тонн результаты, которых пошли в эксплуатацию. Динамика изменения веса поездов за 28 лет показана в таблице 3.1.

Таблица 3.1- Динамика изменения веса грузового поезда по РЖД в 1988-2016 годах.

В целом за период с 1983 г. по 2016 г. средняя масса грузового поезда была повышена на 2371 т. (с 1 660 до 4 031 т.) это составляет около 139 % [16].

3.2 Технология тяжеловесного движения на зарубежных дорогах

Международная ассоциация тяжеловесного движения (International Heavy Haul Association – IHHA) является, некоммерческой организацией, которая занимается проблемами в организации мирового тяжеловесного движения. В ассоциацию входят организации от железных дорог Австралии, Бразилии, Индии, Канады, Китая, России, США, Швеции/Норвегии, ЮАР, а также Международный союз железных дорог (МСЖД) в качестве ассоциативного члена. Ассоциация существует с 1983 г. Большую роль в создании ассоциации сыграл В. Харрис (W. Harris), а начиная с 1996 г. бессменным исполнительным директором ассоциации является С. Лавлейс (Scott Lovelaсe, США). ОАО «ВНИИЖТ» является членом IHHA с 1995 года.

Основной целью деятельности ассоциации является распространение знаний и опыта в области технологии тяжеловесного движения через конференции. Темы конференций и их последовательность приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Конференции Международной ассоциации тяжеловесного движения (IHHA).

Окончание таблицы 3.2

Общие конференции ассоциации проходят раз в 4 года, а в промежутке проходят конференции, посвященные специальным вопросам тяжеловесного движения (мини-конференции и специальные технические сессии ‒ STS). Другим способом распространения опыта, связанного с тяжеловесным движением, являются книги IHHA, обобщающие лучший опыт железных дорог, работающих в условиях тяжеловесного движения, по наиболее актуальным вопросам: взаимодействие колеса и рельса, конструкция и содержание инфраструктуры и семинары для работников железных дорог преимущественно тех стран, где проходит мероприятие IHHA.

Канада.

Одним из направлений работы трансконтинентальной железной дороги Canadian Pacific (СР) является перевозка коксующегося угля из шахт, расположенных в провинции Британская Колумбия, через хребты канадских Скалистых гор в порт Ванкувер на западном побережье Канады. Длина линии от места добычи до порта Ванкувер – 1100 км. Движение углевозных поездов началось с 1970 г. Железная дорога – однопутная, 46 % которой составляют кривые радиусом менее 3500 м. На длине 130 км имеются кривые радиусом меньше 300 м; минимальный радиус кривой составляет 170 м. Максимальный уклон составляет 11 ‰, имеется ряд тоннелей длиной до 14,6 км.

Поезда массой до 13 200 тонн в настоящее время проводятся тремя тепловозами мощностью 4400 л. с. с электропередачей переменного тока. А в начальный период на крутых подъемах устанавливалось до 13 тепловозов, распределенных по длине поезда. Осевая нагрузка составляет 30 тс/ось.

Китай.

Как и в США, развитие тяжеловесного движения в Китае, прежде всего, ориентировано на перевозки угля. Поставлена цель создания развитой железнодорожной углевозной сети. В 1992 г. В КНР была открыта первая 653-км линия, специально спроектированная для тяжеловесного грузового движения железная дорога Дацин (Daqin) соединяющая Датонг (провинция Шанси) и Циньхуандао (провинция Хебей) [17].

Дацинская железная имеет структуру организации движения, которая управляет более чем 100 парами поездов со скоростью 80 км/ч в день, создавая суточную пропускную способность в 1 млн. тонн. Линия была построена в два этапа между декабрем 1984 года и декабрем 1992 года, при этом технические характеристики изменились с однопутной на двухпутную в ходе строительства.

После двух лет эксплуатационных исследований на этой линии начали эксплуатироваться поезда массой 20 000 тонн. На линии применяется распределенная по длине поезда тяга (в голове, середине и хвосте), система управления локомотивами Locotrol, электронно-управляемые тормоза. В 2006 году мощные модели локомотивов HXD1 и HXD2 с мощностью 9,6 МВт и мощностью 10 МВт соответственно вошли в линейку Дацин, чтобы заменить старые модели DJ1.

На всех этапах внедрения тяжеловесного движения было обеспечено научное сопровождение, осуществлявшееся китайскими университетами и Железнодорожной академией Китая. Годовые объёмы перевозок на линии Дацин показаны в таблице 3.3.

Таблица 3.3 ‒ Объем перевозок угля на линии Дацин

Из таблицы 3.3 видно, что до 2011г. на линии Дацин наблюдался стабильный рост перевозок угля, в 2012 г. объем перевозок упал, до уровня 2008 г. Пиковое значение зафиксировано в 2014 г., а затем объем перевозок вновь пошёл на спад.