Диссертация (1098271), страница 15
Текст из файла (страница 15)
2.2. Использование в российской практике мирового опыта инновационного развития железнодорожного транспорта
В настоящее время в железнодорожной отрасли мира идут революционные изменения. Внешне это появляется в увеличении скоростей движения и грузоподъемности составов. Но за этими внешними признаками скрываются прорывные научно-технические и организационные преобразования.
Современные высокоскоростные поезда развивают скорость до 350–400 км/ч, а их максимальная скорость на коротких участках доходит до 560–580 км/ч. С такой скоростью летают самолеты малой авиации, но преимуществом железных дорог оказывается низкая себестоимость перевозок при существенно большем пассажиропотоке.
Впервые движение высокоскоростных поездов началось в 1964 г. в Японии (проект Синкансэн). В 1981 г. высокоскоростные поезда были введены в эксплуатацию во Франции, а за последующее десятилетие большинство стран Европы объединились в единую высокоскоростную железнодорожную сеть, которая в перспективе свяжет 28 национальных железных дорог.
В России регулярная эксплуатация высокоскоростных поездов «Сапсан» по общим путям с обычными поездами, началась в 2009 г., что означает отставание от Синкансэн на 45 лет. Только в 2017 г. в России ожидается ввод в строй специализированной пассажирской высоко-скоростной магистрали Москва –Санкт-Петербург, первой дороги национальной системы высокоскоростного движения (НСВСД)59. Это уже означает отставание от Японии на 53 года, а от Западной Европы на 36 лет. Если учесть, что научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте и в Европе, и в странах Юго-Восточной Азии будет продолжаться, то это отставание представляется достаточно продолжительным и не может быть преодолено в течение ближайшего десятилетия.
Что нужно для того, чтобы скорости движения были столь высокими? Прежде всего должны быть принципиально иными железнодорожные пути. Высокоскоростная магистраль должна иметь длинные рельсы ("бархатный путь") и безбалластные пути. В настоящее время в России только 7 км таких путей (экспериментальный участок под Санкт-Петербургом). Строительство безбалластных путей означает инвестиции, сопоставимые со строительством новых железных дорог той же протяженности. Кроме того, перед таким решительным шагом должны быть созданы производственные мощности по выпуску соответствующих железобетонных конструкций и резиноподобных прокладок. Полностью должен быть заменен подвижной состав. Поезда на высокоскоростных магистралях имеют локомотивы не только в голове и хвосте состава, но и внутри него. Должны быть изменены регламенты, построены ограждения вдоль всех магистралей, где планируется открыть высокоскоростное движение. При скоростях более 300 км/ ч в противном случае поезд будет затягивать под себя разнообразные объекты.
Кроме того, придется перекладывать часть путей, где уклоны и повороты путей не позволяют обеспечить высокоскоростное движение. В частности, на высокоскоростное движение почти повсеместно не рассчитан БАМ.
Отставание нашей страны по железнодорожному путевому хозяйству дополняется отставанием по допустимой грузоподъемности поездов. Здесь разрыв еще более разителен. В КНР по специализированным углевозным дорогам идут составы грузоподъемностью 40 тыс. т, тогда как в России тяжеловесом считается состав в 4000 т. Крейсерская скорость движения по углевозным дорогам достигает 200 км/ч, по Транссибу поезда с углем идут с крейсерской скоростью не более 15 км/ч. И опять же, для того, чтобы по российским железным дорогам могли ходить действительно тяжеловесные поезда, необходимы корректировки скруглений, уход от уклонов, которые допустимы при организации движения поездов более низкой грузоподъемности.
Принципиальные изменения коснулись и сортировочной деятельности. Мы рискуем остаться в списке тех отсталых стран, в которых сортировка вагонов идет на сортировочных горках, тогда как в большинстве стран мира сортировка уже будет идти с помощью козловых кранов, формирующих составы методом переставления вагонов с одного пути на другой по компьютерной программе, т. е., фактически, без участия человека.
Наряду с техническими инновациями в мировой железнодорожной отрасли внедрено множество организационных инноваций. Повсеместно создаются единые трансграничные системы управления железнодорожным движением, в особенности там, где на государственных границах отсутствует таможенный контроль.
На границе Китая и Казахстана формируются смешанные китайско-казахстанские таможни, что сокращает время трансграничного перехода. Налицо составление единых расписаний движения не только пассажирских, но и товарных поездов по территории нескольких стран.
Организационные нововведения касаются и перевозок мелких партий грузов, доля которых постоянно увеличивается, поскольку, как отмечалось выше, внутриотраслевые товарные потоки растут быстрее межотраслевых как в мировой, так и во внутренней торговле. Например, железнодорожной сетью Cargo Express связаны 50 железнодорожных станций Швейцарии. Каждый вечер грузоотправители сдают свои грузы, а каждое утро грузополучатели их получают. При этом за день до этого нужно сделать заявку по телефону. Такая сеть называется сетью "hub-and-spoke", что может быть переведено на русский язык как "телехаб". В системе есть два сортировочных узла, в городах Däniken и Olten. Система позволяет минимизировать количество поездов, необходимых для удовлетворения спроса в товарообороте в течение одной ночи, а также минимизировать сортировочные мощности.
Проблема делится на две части: маршрутизация и сортировка. Решение начинается с оптимизации маршрутов, затем составляется программа сортировки, которая также оптимизируется с учетом мощности сортировочных узлов. После этого проводится процедура согласования двух оптимумов. Чаще всего это челночные процедуры изменений. В результате получается решение, оптимальное как по сортировке, так и по перевозкам60.
Внедрение научных достижений в инфраструктуру и технические средства определяют следующее направление инноваций в железнодорожном транспорте.
Для повышения максимальной скорости движения поездов до 140–160 км/ч необходимо проведение огромного объема работ по реконструкции инфраструктуры, смягчению имеющихся крутых уклонов и кривых малого радиуса, замене стрелочных переводов на новые, допускающие более высокую скорость следования поездов, а также по увеличению несущей способности мостов и путепроводов. Такое повышение влечет за собой возрастание разницы в скорости поездов разных категорий. Это затруднит составление оптимальных графиков и может привести к снижению пропускной способности61.
Безбалластный путь активно использовался на относительно непротяженной магистрали Пекин – Тянцзинь. На трассе было уложено 34 535 сдвоенных секций. Именно на этой линии была отработана оригинальная китайская организация укладки секций, которая была разработана на основании германских прототипов. Но предварительно было разработано несколько китайских технических стандартов и норм. Во многих случаях в КНР просто заимствуются европейские или международные стандарты. Анализ содержания таких стандартов именно по безбалластному методу был бы также полезен.
Для строительства высокоскоростных магистралей (ВСМ) разработана серия строительных машин и оборудования, которые производятся на китайских промышленных предприятиях: например, бетоноукладчик Zoomlion Synovial, смеситель South Road Machine CA. Таким образом, переход на безбалластный путь приводит к развитию машиностроения, промышленности строительных материалов и строительных технологий.
Кроме того, переход на безбалластный путь привел к бурному развитию исследований в области теории колебаний и резонанса, а также решению прикладных задач измерения и анализа в этой области. Такие исследования при использовании балласта были бы излишними. Использование балласта при больших скоростях приводит к резкому увеличению нежелательных явлений, когда мелкий щебень увлекается воздушным потоком и летит в разные стороны с большой скоростью. Безбалластный путь сводит эти нежелательные явления к нулю.
Первый безбалластный путь был построен в Китае в 2007 г. на железной дороге Чонсюин. И на этой линии были проведены тестовые испытания этой технологии на скоростях 200 км/ч. В ходе экспериментов была достигнута скорость 232 км/ч. Проверялись не только ходовые качества составов, но и комфортность путешествия для пассажиров.
Балласт существует все время эксплуатации железных дорог мира потому, что выполняет несколько функций. Основной функцией его является снижение давления поезда на рельсы, обеспечение определенной упругости пути, распределение давления идущего поезда на землю. Кроме того, балласт снижает (поглощает) вибрацию и шум, абсорбирует тепло, повышает сроки службы рельсов и шпал.
На безбалластном пути рельсы кладутся на бетонное основание, и ни давление, ни тепло, ни вибрация и шум не распределяются по щебню или гравию. Появляются новые проблемы, но одновременно появляются и новые достоинства. Упрощается обслуживание и уход за путями, исчезает запыленность, требуется меньший землеотвод и, самое главное, можно развивать скорости более 200 км/ч.
Безбалластный путь существенным образом повышает требования ко всем компонентам, к проектированию и исполнению пути. Требуется новый металл для рельсов, поскольку давление на них идущего с большой скоростью поезда не распределяется по балласту. Требуется новый бетон, который выдерживает длительное время почти ударные нагрузки и вибрацию. Для такого бетона требуется цемент с не существовавшими ранее характеристиками и особые виды наполнителей. Появляются требования к укладке и контролю за состоянием путей, ранее невозможные на железной дороге.
А для того чтобы удовлетворить эти требования, нужны новые технологии в металлургии, цементной промышленности, новые дорожные машины и приборы контроля. И, разумеется, должна быть некоторая структура, которая координирует такую межотраслевую программу. Отчасти эту функцию исполняет компания Iron Hospitals Corporation.
В Китае научились ставить секции эстакад (гайрдеры) длиной 32 м, шириной 13 м и весом 820 т. Секции эстакад часто ставятся сразу для двух путей сразу.
Сложность прокладки пути ВСМ по «китайской технологии» состоит в том, что секции не взаимозаменяемы, каждая из них имеет свой идентификационный номер. Секции для поворотов вообще не взаимозаменяемы, их геометрия рассчитана под данный поворот, под определенный тип поезда и под конкретные скорости, на которых этот поезд будет проходить данный поворот. Для того, чтобы производить на поточной линии секции разных геометрических форм, требуется принципиально новая машиностроительная технология. Само по себе производство железобетонных секций пути с машиностроительными допусками представляет собой революцию в промышленности строительных материалов. Но производство 32-метровых секций железнодорожного безбалластного пути с индивидуальными геометрическими формами и миллиметровой точностью – это существенно более значительный инновационный рывок в технологии и организации производства. Одновременно требуется согласование этого производства с темпами строительства. А они, например, для ВСМ Ухань–Гуанчжоу составляли 485 м укладки (т. е. более 15 секций) в сутки.
На первое место выходит безбалластный путь. Именно такой путь характерен для большинства линий, выделенных для пассажирского движения (Passenger Designated Lines – PDL). Он делится на две основных категории – обычный безбалластный путь и безбалластный путь с амортизирующей прокладкой. Технология строительства безбалластных путей была импортирована из Германии, но впоследствии некоторые элементы ее были заимствованы и из Японии 62. Безбалластный путь делает ход поезда более плавным и сокращает затраты на содержание пути, хотя он более дорогой.
Скоростным магистралям требуются мощные и динамичные источники электроэнергии. Тем не менее дополнительные сети и источники генерации строятся только в тех случаях, когда это необходимо. Электрическая сеть ВСМ рассматривается как полигон для отработки системы функционирования «умных» электрических сетей (smart grids).
В той динамике электрических нагрузок, которую приходится отрабатывать на линиях, где поезда отправляются каждые три минуты, повышаются требования к квалификации персонала, и к системам автоматики и контроля для обеспечения без аварийного движения поездов. Высокоскоростные магистрали в КНР в настоящее время оснащаются не локомотивами, а многосекционными поездами (electric multiple unit – trainset). Они импортируются из разных стран и получили обозначения от CRH-1 до CRH-5. Номер обозначает страну, откуда импортированы технические решения. Поезда класса CRH имеют целью организацию повседневного сообщения между крупными городами КНР.
HLS Systems International – одна из пяти компаний, аккредитованных по системам автоматизации и управления китайским Министерством железных дорог. Это одна из трех компаний, которые аккредитованы МЖД по системам автоматизации и управления для ВСМ. И она же – одна из двух компаний, которые аккредитованы по той же тематике для ВСМ со скоростями 300 км/ч и выше.
Технологическая платформа автоматизации железных дорог HollySys состоит из продуктов, защищенных патентами и сертификатами на математическое и технологическое обеспечение. Она представляет собой комплексное решение задач автоматизации и энергосбережения.
Наряду с проблемой энергосбережения решается задача и повышения надежности в работе систем автоматики и сигнализации, поскольку эти системы фактически контролируют работу диспетчеров и машинистов, предотвращая аварии, вероятность которых повышается из-за человеческого фактора. Этот контроль может приводить либо к выработке рекомендаций, доводимых до машинистов и диспетчеров, либо система принимает управление на себя, исключая человека. В системах автоматики и сигнализации китайских ВСМ используются оба варианта в целях обеспечения безопасности и надёжности движения поездов.
Внедрение инновационных достижений в практику требует тщательного анализа и ревизии состояния железных дорог государства и учёта зарубежного опыта по реформированию с целью повышения конкурентных преимуществ отечественного железнодорожного транспорта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
