Методы модернизации российских тепловозов (на примере Республики Саха)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Международный межакадемический союз

На правах рукописи

Специальность: 05.02.22 - Организация производства

Автореферат

на соискание ученой степени кандидата технических наук в форме научного доклада

МЕТОДЫ МОДЕРНИЗАЦИИ РОССИЙСКИХ ТЕПЛОВОЗОВ

Шимохин В.В.

Москва 2011 г

Работа выполнена в ОАО «Железные дороги Якутии»

Научный руководитель:

доктор технических наук Рукин Михаил Дмитриевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Спиридонов Эрнст Серафимович доктор технических наук, профессор, лауреат государственных и правительственных премий Славинский Зиновий Михалевич

Защита состоится « » 2011 года в часов на заседании диссертационного совета Д.011.024.МАИ. 032 Высшей Межакадемической аттестационной комиссии.

С диссертацией в форме научного доклада можно ознакомиться в диссертационном зале совета Д.011.024.МАИ 032.

Диссертация в форме научного доклада разослана 2011 г.

Учёный секретарь диссертационного совета Доктор технических наук, профессор, академик МАИ Г.Е.Лазарев

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Железнодорожный транспорт вносит существенный вклад в развитие и техническое перевооружение широкого спектра отраслей экономики: машиностроение, электротехническую, металлургическую промышленности, также строительный комплекс. Благодаря последовательной работе по обновлению и развитию железнодорожного транспорта, развернутой в последние годы, ОАО «РЖД» удалось переломить тенденцию нарастания физического и морального износа производственной базы отрасли.

По итогам 2010 года компания добилась: - оборот грузового вагона ускорен к уровню прошлого года почти на 3,8 часа; - средний вес грузового поезда увеличен на 31 -тонну; - среднесуточная производительность локомотива выросла на 66 тыс. тонно-км брутто; - средняя участковая скорость увеличена на 1,3 км/час.

В условиях значительного спада объемов перевозок задача комплекса управления перевозочным процессом - организовать перевозочную деятельность с минимальными издержками по всем подразделениям ОАО «РЖД».

Среди наиболее важных направлений - улучшение качества использования подвижного состава и увеличение пропускной способности на важнейших направлениях. Особое внимание уделено экономии наиболее расходной статьи компании - использованию тяговых ресурсов. С этой целью обеспечивается ежесуточная оптимизация размеров парка локомотивов под фактический объем перевозок.

Одновременно реализуются мероприятия по расширению полигонов вождения тяжеловесных поездов.

С начала 2011 года на 27% увеличено количество отправленных поездов весом 8000 тонн (всего проведено 3313 поездов, +710), и на 24% - соединенных поездов (5613, + 1088 поездов).

Содержание тепловозов является одним из самых капиталоемких в системе ОАО «РЖД». На долю тепловозов ОАО «РЖД» приходится 12,5% основных средств железнодорожного транспорта, что составляет 53,6 млрд. руб., в том числе, 42 млрд. руб. - стоимость тягового подвижного состава, и 26% - расходы на эксплуатацию. На начало 2010 года свой ресурс выработали более 2700 магистральных и 3200 маневровых тепловозов.

ОАО «РЖД» проводит работу по разработке новых типов тепловозов. Сертифицирован магистральный тепловоз с асинхронными тяговыми двигателями 2ТЭ25А «Витязь» с дизелем стандарта «EURO-3». Это первый отечественный тепловоз с асинхронным тяговым приводом с высокими тягово-энергетическими свойствами. По параметрам минимального воздействия на верхнее строение пути этот локомотив не имеет равных в мире.

Модернизация локомотивов России, в том числе и Якутии, и создание новых, более экономичных тепловозов, должна сопровождаться мерами по обеспечению их качественного содержания за счет совершенствования системы технического обслуживания, текущего и капитального ремонта. Выполнение перевозочной работы до решения проблемы обновления тепловозного парка осуществляется благодаря реализации ряда мер по повышению надежности работы тепловозов за счет широкого внедрения прогрессивных технологий их ремонта с внедрением диагностических средств. Актуальность решаемой проблемы состоит в существенных затратах трудоресурсов на восстановление и обновление локомотивного парка и снижения времени доставки грузов за счет малой скорости подвижного состава. Одним из перспективных направлений решения этой проблемы является использование имеющихся и создание новых систем диагностирования тягового подвижного состава, позволяющее снизить затраты на поддержание требуемого уровня надежности.

Объектом исследования является тепловоз и, банк технических данных об испытаниях отдельных узлов тепловозов Якутии. Предметом исследования является техническое состояние тепловозов, затратные средства на содержание, ремонт и модернизацию их.

Постановка проблемы. Основные проблемы и задачи, затрагиваемые в этой работе, отражены в ряде основополагающих документов федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России (2010-2012гг.), «Комплексной программе реорганизации и развития отечественного локомотиво-и вагоностроения, организации ремонта и эксплуатации пассажирского и грузового подвижного состава на период до 2012 г.», распоряжения Президента ОАО «РЖД» №181 «Дополнительные меры по повышению уровня обеспечения безопасности движения в локомотивном хозяйстве» от 13.01.2006 г.

Основным направлением работ по совершенствованию системы технического обслуживания и ремонта тепловозов является увеличение межремонтных пробегов, стремление максимально приблизить их предельные значения к технически обоснованному ресурсу базовых деталей и узлов. К числу мер, повышающих эффективность эксплуатации тягового подвижного состава, следует отнести внедрение бортовых, переносных и стационарных средств технического диагностирования узлов и агрегатов, систем с формированием банка данных о состоянии тепловозов и их узлов с целью дальнейшего перехода на систему ремонта и технического обслуживания по фактическому состоянию.

Необходимость на современном этапе рационального использования ресурсов, как в области эксплуатации, так и при решении задач организации диагностического процесса работы и ремонта тепловозов определяет актуальность поставленной в работе проблемы.

Выполнению исследований способствовало участие автора в разработке научных проектов по модернизации железных дорог Якутии.

Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы - разработка новых методов и средств повышения эффективности работы и ремонта тепловозов, в том числе, за счет перевода их на сжиженный газ.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- провести комплексный анализ основных направлений реформирования и особенностей функционирования тепловозов Якутии;

- провести анализ состояния и эффективности использования основных средств при реформировании и модернизации тепловозов;

- выполнить качественный и количественный анализ возможностей и условий для сохранения на тепловозе смеси дизельного топлива и сжиженного нефтяного газа;

- разработать методику оценки надежности работы тепловоза как технической системы, состоящей из конечного количества подсистем, узлов и деталей, с целью определения наиболее эффективных методов и средств для контроля текущего технического состояния тепловоза и прогнозирования уровня его эксплуатационной надежности и экономичности;

- разработать математическую модель для оценки эксплуатационных показателей дизелей тепловозов при работе на дизельном топливе, сжиженном нефтяном газе и его смесях с дизельным топливом и присадками;

Научная новизна работы заключается в следующем: - предложен критерий для количественной оценки эффективности функционирования системы технического диагностирования, состоящей из принятого комплекса диагностических средств и методов; - предложена математическая модель для оценки эксплуатационных показателей дизелей тепловозов при работе на смеси дизельного топлива и сжиженного нефтяного газа; - разработана методика для комплексной оценки влияния состава используемого топлива на экономические и экологические показатели работы тепловозов..

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены с применением методов подобия и анализа размерностей. Методы решения поставленных задач описываются с помощью дифференциальных уравнений волнового движения жидкости в трубопроводах высокого давления. При обработке экспериментальных данных использовались методы теории вероятности и математической статистики. Разработка математических моделей основана на применении теории математической статистики, корреляционного анализа, метода решения транспортных задач с использованием линейного программирования.

Практическая значимость и достоверность научных положений и результатов, полученных в диссертационной работе. Полученные в этой работе результаты позволяют с применением теории модернизации технических систем осуществлять прогноз и оценку современного состояния тепловозов парка Якутии. Результаты проведенных исследований внедрены на Якутских железных дорогах.

Апробация работы. Основные результаты и выводы диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на всесоюзных, всероссийских и международных совещаниях, в том числе, на Международной научно-технической конференции «Модернизация тепловозов. Пути решения»,г.Якутск,2007г.; на Международной научно-технической конференции «Современные технологии модернизации тягового подвижного состава для предприятий железнодорожного транспорта и частных операторов», г. Киров, 2010 г., на Международной научно-технической конференции «Перспективы развития железных дорог Якутии», Якутск, 2011 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано девять статей.

Структура и объем работы. Диссертация в форме научного доклада включает текст - 40 стр,, состоящий из введения, пяти глав и заключения, списка основных публикаций по теме диссертации, а также содержит в общей сложности 12 графических иллюстраций, 9 таблиц и список цитированной литературы из 12 наименований.

Фактический материал. В основу работы положены материалы, собранные и обработанные автором в 2002-2011 гг. при изучении общего состояния проблемы модернизации тепловозов Якутии, материалы Международных и всероссийских конференций. В процессе выполнения работы автор диссертации использовал данные по испытаниям тепловозов, их ходовых частей и используемых дизелях. При написании третьего раздела работы автором детально проанализированы литературные данные по локомотивам. При их анализе автор пользовался любезными консультациями Тиссена В.А., С.В.Голофаева, генерального директора МК «ТРАНСМАШ», Аржакова Н.И., начальника отдела железнодорожного транспорта Министерства транспорта и дорожного хозяйства республики САХА (Якутия).

Предшествующие исследования. Кроме перечисленных выше материалов, автор проанализировал данные по модернизации железных дорог в Хабаровске, на Урале, в Сибири, на Дальнем Востоке и т.д. Имена предыдущих исследователей приведены в соответствующих разделах диссертации и в списке использованной литературы. Основы представлений о железнодорожных проблемах заложены в работах исследователей, работавших в 50-е - 90-е годы прошлого века. Среди них большую значимость имеют труды ученых старшего поколения: Федоренко Н.П., Рыбальского В.И., Вагнера Г., Митрофанова Г.Д., Жинкина Г.Н., Соколина В.П., Воропаева В.И., и многих других исследователей. В 90-е годы прошлого века и по настоящее время следующее поколение ученых развивало построения своих учителей и предшественников: Авилов В Д, Бервинов В И, Беленький А Д, Володин А И, Воробьев А А, Горский А В , Гаскаров Д В , Григорьев И Б , Исаев И П, Кузьмич В Д, Камаев В А, Кузнецов Т. Ф , Киселев В И, Малоземов Н А , Носырев Д Я , Осяев А Т , Павлович Е. С., Подшивалов А.Б., Сковородников Е И, Тартаковский, Четвергов В А, Чанкин В В., Волков Б.А., Иванов М.И., Спиридонов Э.С., Клыков М.С., Переселенков Г.С., Григорьев Н.П., Рукин М.Д., Болотин А.В., Славинский З.М., Миронов Л.А., Татаринов А.И., Загородский В.Н., и др. Основные защищаемые положения. 1. Методы анализа современного состояния тепловозов Якутии. 2. Прогнозные рекомендации по совершенствованию тепловозов. 3. Математическая модель для оценки эксплуатационных показателей дизелей тепловозов при работе на смеси дизельного топлива и сжиженного нефтяного газа.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ.

Глава 1. Проблемы модернизации тепловозов при работе в условиях низких температур.

Накопленный опыт эксплуатации тепловозов и фундаментальных знаний работы их позволяет обозначить и определить пути решения производства и модернизации надежности и долговечности узлов, оборудования и систем тепловозов для работы в условиях низких температур. Формируется полигон и вся инфраструктура «Железных дорог Якутии», где имеется целый ряд особенностей (географические, климатические, геологические, демографические), не имеющих аналогов в мировой практике [8].

Ниже сформулированы основные цели и задачи ОАО «ЖДЯ» с позиции «Проблем модернизации тепловозов»: - обеспечение и устойчивая реализация силы тяги локомотивов при энергооптимальных режимах вождения поездов на полигоне «ЖДЯ»; - обеспечение безопасности движения поездов с установленными скоростями в условиях повышенного динамического воздействия на путь и подвижной состав; -снижение эксплуатационных потерь от повреждений и износов пар трения в системе «экипаж - путь» и от весьма затратной планово-предупредительной системы технического обслуживания и текущих ремонтов (ППС ТО и ТР).

Универсальность имеющихся проектов модернизации тепловозов и их оборудования, реализация тягово-сцепных характеристик, планово-предупредительная система ТО и ТР рассчитаны: - на европейский Север с отрицательными температурами не ниже - 45°С и положительными температурами среднеазиатского региона, где + 45°С; - на традиционные схемы оборота локомотива и плечи обслуживания локомотивными бригадами; - на отжившую затратную систему ТО и ТР.

1. Эффективная работа тепловоза зависит от устойчивой работы дизеля, которая обеспечивается: - постоянными температурными параметрами топливно-воздушной смеси, поступающей в цилиндры, независимо от температуры наружного воздуха (от + 35°С до - 60 + 63°С) и барометрического давления; - температурой теплоносителей дизеля (масло и вода), которые должны находиться при этом в заданных пределах (76 -г- 86 С). Для реализации эффективности модернизации необходимо иметь бортовую автоматическую систему измерения и регулирования мощности ДГУ в зависимости от температуры окружающей среды и барометрического давления.

2.Анализ технического состояния тепловозного парка сети ж.д. России свидетельствует о том, что положение с неисправностями тепловозов в пути следования, неплановыми ремонтами по видам оборудования в абсолютных значениях составляют (табл.1):

Неисправности тепловозов и неплановые ремонты.

Табл.1.

№ п/п	Наименование вида оборудования	Сеть
1	Коленчатый вал и ЦПГ	1291
2	Воздухонагнетатель - турбокомпрессор	478
3	Система охлаждения и холодильные устройства	971
4	Привод силовых механизмов	511
5	Тяговый генератор	185
6	ТЭД	526
7	КП и буксы	201
8	МОП	166
9	Автотормозное оборудование	132
10	Прочие	1953
11	Всего по сети	6414

Эти статистические данные являются свидетельством конструкционных и технологических недоработок при создании локомотивов и их модернизации. Простой тепловозов на неплановых ремонтах по сети ж.д. России составил 654 тыс. часов в год. .

3. Особого внимания требуют система охлаждения воды и масла дизеля, а также воздухоохладитель (в летний период) и подогреватель воздуха - в зимний период. Ведутся работы по совершенствованию системы охлаждения тепловозов для работы в условиях низких температур, для северного широтного хода Дальневосточной железной дороги филиала ОАО «РЖД». В этом направлении имеется целый комплекс проблем и решений, которые следует реализовывать и оценивать на эффективность.

Наряду с отводом тепловой энергии от теплоносителей, не менее важной остается проблема утилизации и аккумулирование тепловой энергии, чтобы можно было ее использовать при отстое локомотива или движении на выбеге, для поддержания температурных параметров узлов, устройств и систем.

4. Эффективная работа тепловозов зависит от уровня автоматической системы регулирования и согласования характеристик передачи мощности (дизель - тяговый генератор - система возбуждения - ТЭД).

4.1.Весьма неудачна модернизация тепловозов ТЭ10МК с заменой дизеля 1 ОД 100 на Д49, с сохранением тягового генератора ГП-311,который рассчитан по магнитной системе на 850 об/мин якоря, а номинальная частота оборотов коленчатого вала дизеля Д49 -1000 об/мин. Оснащение проекта системой УСТА-04 и УСТА-05, фирменного сопровождения, а также низкий квалификационный уровень обслуживающего персонала, отсутствие методик, оснастки, оборудования, испытания, настройки гидромеханических регуляторов дизеля (7РС) и согласование их характеристик с программой УСТА лишают привлекательности эту систему и снижают эффективность проекта.

Работа дизеля Д49 на номинале - равном 850 об/мин, требует повышенного расхода топлива, чтобы обеспечить тяговые электродвигатели мощностью 1830 - 1840 кВт. Работа дизеля при 850 об/мин снижает мощность с 2206 до 1872 кВт.

4.2.При замене дизеля 1ОД 100 на Д49 нарушается развеска тепловоза (рассредоточение нагрузки по осям и колесам осей). Результаты исследований проблемы и состояния развески свидетельствуют, что все локомотивы, прошедшие модернизацию по циклу МЛП (КРП) имеют отклонения в нагрузке по осям до 12 - 14 %, а между колесами одной оси 8 - 10%. Такая развеска не позволяет реализовать паспортные тягово-сцепные качества тепловозов из-за его повышенной склонности к буксованию. Результаты тягово-сцепных испытаний показали, что из-за нарушения развески недоиспользуется на каждой локомотиво-секции 15-18% тяговых возможностей.

Для исправления ситуации требуется: - при модернизации по замене дизеля 1 ОД 100 на Д49 или 7FDL необходимо менять генератор ГП-311 на ГС-501, чтобы полностью использовать мощность дизеля; - всем проектам необходимо выполнять тщательную развеску, чтобы отклонение нагрузок было в пределах 2-3%, с учетом диаметров колес и характеристик рессорного подвешивания; - для условий низких температур целесообразно планировать использование бесколлекторных тяговых электродвигателей.

4.3. Особого внимания к себе требует экипажная часть тепловозов: буксовые узлы, колесно-моторные блоки, моторно-осевые подшипники, колесные пары, т.е. оборудованию, от которого зависит безопасность движения.

Второе десятилетие железные дороги России несут чрезмерные незапланированные расходы по причине интенсивного износа как движителей - колесных пар подвижного состава, так и рельсов. «Железный СПИД», как его называют эксперты, ежегодно требует по ОАО «РЖД» громадных затрат, чтобы обеспечить перевозочный процесс и безопасность движения.



Рис.1. Комплекс факторов, влияющих на теорию модернизации транспортного парка Якутии.

Все факторы свидетельствуют о слабых конструктивных решениях, недостаточном внедрении новых перспективных материалов и технологий, отсутствии инновационных и фундаментальных научных разработок, унифицированных деталей и узлов экипажной части, их высокой износостойкости надежности и долговечности.

На основании аналитических, лабораторно-стендовых и эксплуатационных исследований работы колесно-моторных блоков и их связей с рамами тележек установлены и определены конструктивные, технологические и физико-механические недостатки резинотехнических деталей, которые применяются в экипажной части тепловозов ТЭ10, ТЭ116, ТЭП70 и 2ТЭ70. Инновационные и фундаментальные разработки требуют адаптации к работе в условиях Крайнего севера с привлечением к процессу исследований специалистов «Института физико-технических проблем Севера СО РАН Республики Саха (Якутия).

5.1. Феномен техники -- это колесо, которое служит опорой на рельс, движителем с наименьшим сопротивлением при качении, формирует и реализует тягу и торможение. Адекватность и хорошая сходимость научных обоснований в направлении характера и уровней параметров взаимодействия «колесо-рельс» и эксплуатационных реальностей позволяет учесть большинство факторов, влияющих на состояние оборудования и повышение эффективности тяговых свойств тепловозов как в ОАО «РЖД», так и на полигоне «ЖДЯ».

5.2. Намечены основные направления для совместной, тесной и продуктивной работы всех фирм и учреждений (согласно ГОСТ 15150-69) и Институтом физико-технических проблем Севера СО РАН Республики Саха (Якутия): - Буксовые узлы локомотивов и вагонов. Участились случаи ослабления внутренних колец подшипников, которое наблюдается в настоящее время у вагонов угольных маршрутов Нерюнгри -- Находка; - Моторно-осевые подшипники. Целесообразен переход на полиамидные материалы, не реагируют на обводнение или замерзание смазки; - стальные материалы рессорного подвешивания (пружины и рессоры) требуют адаптации для работы в условиях Крайнего севера; - в схемы рессорного подвешивания необходимо эффективнее вводить пневматические гасители колебаний и опорно-возвращающие устройства; - незамедлительной модернизации требуют шарниры буксовых поводков бесчелюстных рам тележек локомотивов. Об этом свидетельствует количество ТО-4 и технологический износ бандажей при этом, термомеханические повреждения колес и рельсов; - требуют оценки долговечности работы резиновые рукава межлокомотивных и межвагонных соединений тормозных магистралей и весь комплекс тормозного оборудования, с позиции БД и управления тормозами Проблемы подготовки сжатого воздуха для пневматических магистралей подвижного состава формируют надежность и безопасность работы подвижного состава. Необходимы исследования по оценке температурных режимов пневматических магистралей тепловозов, устойчивой работе пневмосистем, по выбору метода подготовки сжатого воздуха для предотвращения замерзания влаги, по выбору типа компрессорной установки и режимов их работы. Необходимо выбрать, оценить и адаптировать разработки эффективных устройств осушивания воздуха для тормозной магистрали; - особое внимание необходимо уделить состоянию и содержанию аккумуляторных батарей [8]/.

Глава 2. Повышение надежности подвижного состава.

В процессе проведения экономической реформы, сопровождаемой значительными изменениями в организационно-экономических структурах, принципах и методах управления с учетом различных форм собственности, практически во всех отраслях хозяйства произошло резкое падение объемов производства, снизилась экономическая эффективность, дезорганизованы процессы воспроизводства основных производственных фондов, в особенности их активной части - машин, станков, транспортных средств и т.д.

Несмотря на эти негативные факторы, объем перевозок ОАО «Акционерная компания «Железные дороги Якутии» по итогам 2010 года превысил 2 млн. тонн, а значит, по основному показателю работы перевозчик вышел на докризисные показатели.

2.1. О драйверах роста и направлениях дальнейшего развития.

Начиная с 90-х годов, получили развитие негативные процессы непропорционального выбытия основных средств в результате физического и морального старения, которые не восполнились соответствующим обновлением, в результате чего были нарушены процессы расширенного воспроизводства, когда коэффициент прироста (Кприр) фондов постоянно снижался и даже приобретал отрицательное значение.

Эти негативные процессы затронули практически все виды транспорта. Как отмечается в материалах рабочей группы Президиума Государственного Совета РФ «О транспортной стратегии Российской Федерации», «в результате нарушения производственных процессов в течение последних 10-15 лет на транспорте наблюдается устойчивая тенденция физического старения инфраструктуры транспорта и парка транспортных средств. Все большая их доля эксплуатируется за пределами установленного срока службы. В условиях Крайнего Севера в ближайшие 2-3 года более 80% действующего парка транспортных средств будет выведено из эксплуатации по причине полного физического износа. Это влечет за собой снижение уровня безопасности транспортного процесса, рост транспортных издержек и является причиной возникновения дефицита провозных и пропускных возможностей транспортной системы [1,2].

Особенно велика его роль для освоения и развития труднодоступных и отдаленных районов, в которых необходимо формировать опорную транспортную сеть круглогодичных дорог для сокращения товарных запасов, ускорения оборачиваемости их и снижения транспортной составляющей в конечной продукции профилирующих отраслей хозяйства для повышения их конкурентоспособности с целью выхода на внутренний и внешний рынки.

Именно эту роль играет и будет играть железнодорожный транспорт на Дальнем Востоке и в Якутии, обеспечивая устойчивость транспортно-экономических связей со странами Азиатско-Тихоокеанского региона и - в перспективе - формирование транспортных коридоров с реализацией транзитного потенциала.

Поэтому главным и основным условием эффективности транспортной системы регионов страны является ее надежность.

В программе «Модернизация транспортной системы России (2002-2011 годы) износ основных производственных фондов должен быть снижен с 56,7% в 2000 году до 37-39% в 2011 г. Для этого должны быть осуществлены мероприятия по увеличению поставок электровозов, тепловозов, грузовых и пассажирских вагонов, путевых машин и т.д. Так, например, поставки тепловозов за период 2002-2011 гг. должны составить 5743 ед., и в том числе за 2006-2011 гг. - 4075 ед.

Причем, в области реорганизации и развития отечественного локомотиво - и вагоностроения, организации ремонта и эксплуатации подвижного состава программные мероприятия направлены на увеличение поставок за счет локомотивов нового поколения, производимых на отечественных завозах, и модернизации существующих с продлением сроков их службы на основе технических решений, обеспечивающих высокую экономичность, современные потребительские, эксплуатационные, экологические характеристики и конкурентоспособность российского транспортного машиностроения для обеспечения соответствующего снижения себестоимости перевозок [ 4].

Себестоимость перевозок и ее снижение является результирующим показателем, определяющим целесообразность и эффективность функционирования всех видов транспорта, в том числе железнодорожного, так как при транспортном освоении территории Сибири, Дальнего Востока и Якутии очень остро стоит проблема сокращения в разы транспортной составляющей, достигающей в настоящее время 60% и выше.

Согласно Программе модернизации, для обновления парка тягового подвижного состава необходимо до 2011 года поставить 3311 локомотивов нового поколения и модернизировать 1441 электровоз и 3865 тепловозов.

В эксплуатационных расходах локомотивного хозяйства более 40% составляют затраты на энергоресурсы, поэтому понятно, что наиболее существенным является решение проблемы расходования топливно-энергетических ресурсов и особенно - дизельного топлива на тепловозах. Показатели удельного расхода топлива, масла, повышения надежности и КПД в настоящее время дополнены необходимостью снижения вредных выбросов и уровня шума. Поэтому создание дизелей нового поколения или их модернизация являются актуальной, но в то же время, достаточно сложной технической проблемой. Методологической основой для решения этой проблемы, а также повышения надежности эксплуатируемых транспортных средств и транспортной системы в целом должен быть системный подход, как наиболее результативный метод для решения сложных технических и экономических проблем [5].

2.2. Модернизация и ремоторизация подвижного состава.

ОАО АК «Железные дороги Якутии»и локомотивное депо по ремонту локомотивов было создано с целью реорганизации хозяйства подвижного состава железных дорог, для отделения эксплуатационной деятельности от ремонтных работ. для более оперативного внедрения новой техники и создания современной базы для ремонта подвижного состава.

Техническое состояние локомотивного парка тепловозов и выполняемые им работы в объеме капитального ремонта уже не соответствует растущим требованиям, предъявляемым к железнодорожным перевозкам.

Для нынешнего состояния тепловозов характерны: -средний возраст тепловозов превышает 25 лет; - выработка ресурса, снижение надежности и резкий рост эксплуатационных расходов; - ухудшение общего технического состояния.

Поэтому возникла проблема поиска более современных путей обновления парка подвижного состава. Были сформулированы как минимум два направления исследований:

Первое направление - капитальный ремонт тепловозов с заменой двигателя или ремоторизация. Проект ремоторизации тепловозов был начат в 2004 году В течение 2004-2007 г.г. были ремоторизированы 25 тепловозов 2М62 и 16 тепловозов М62. Кроме замены двигателя старого типа 14D40 на новый 5-26DG, на тепловозе монтируются новые системы контроля работы двигателя, воздухоснабжения, измерения уровня воды, смазки гребней и автономная система обогрева, а также система контроля топлива, которая изготавливается в Литве. Во время эксплуатации тепловозов с новыми двигателями типа 5-26DG расход топлива сократился на 14-18%.

Второе направление обновления локомотивного парка - модернизация существующего парка тепловозов серии 2М62 и 2М62У. За период 2005 - 2007 г.г. модернизировано 25 тепловозов (50 секций) серии 2М62, на сегодняшний день 24 тепловоза (50 секций) уже передано в эксплуатацию. До конца 2006 года тепловоз 2М62У с шестнадцати цилиндровым двигателем CAT 3516 НВ повышенной мощности до 2260 kWt модернизирован и передан в эксплуатацию.

Модернизация тепловоза включает выполнение некоторых технических решений, что связано с установкой на тепловозы дополнительных узлов и проведением других дополнительных работ.

Выполнение технических решений, отраженных в проекте модернизации, предусматривает обеспечение: - полного соответствия модернизированного тепловоза техническим, силовым, экономическим, экологическим характеристикам и современным требованиям эксплуатации; - повышения надежности эксплуатации тепловоза, силовой установки и вспомогательного оборудования; - безотказной работы дизеля в течение 10-15 лет до первого капитального ремонта; - сокращения в два раза текущих эксплуатационных расходов на обслуживание и ремонт; - снижения расхода топлива до 35% и масла до 55%; -улучшения контроля и информационного обеспечения эксплуатации, обслуживания и ремонта тепловоза за счет установки новой микропроцессорной системы диагностики.

Реализация проекта позволила обновить парк локомотивов с эффективным использованием ограниченных финансовых ресурсов, достичь роста перевозок. Увеличенная мощность тепловоза позволила заменить тепловозы, работающие в двойном режиме, высвободить дополнительное количество тепловозов и уменьшить затраты на их эксплуатацию. При модернизации использована модульная конструкция, что позволило установить башневидную кабину машиниста и низкий капот. Тепловоз оснащен электродинамическим тормозом, автоматическим и прямодействующим пневматическим тормозом ДАКО с электроуправлением. Всего тепловоз состоит из 6 основных модулей, при их неисправности замена может производиться на рабочем месте.

Этот проект осуществлен в 2007 -- 2008 годах. Первый тепловоз модернизирован и сдан в эксплуатацию в конце 2008 года [10]. Достижение подобных результатов в выполнении программы модернизации, ремоторизации и ремонта подвижного состава за такой короткий срок осуществлено за счет привлечения инвестиционных вложений, которые успешно используются в развитии новых технологических процессов, а также в обновлении и укреплении производственно-технической базы по модернизации и ремонту подвижного состава.

2.3. Модернизация тепловозов типа ТЭ10М с использованием отечественного комплектующего оборудования.

На расширенном заседании Президиума Научно-технического совета Министерства путей сообщения Российской Федерации от 22 июня 2002 года было принято решение начать серийную модернизацию тепловозов на заводах РФ, начиная с 2003 года.

Для выполнения мероприятий модернизации передана необходимая нормативно-техническая документация, в соответствии с которой построен опытный образец, проведены приемочные испытания и приемка МВК.

В 2003-2004 г. проведены квалификационные испытания тепловоза 2ТЭ10МК-2600 из установочной серии.

По данному проекту в течение 2001-2006 годов модернизировано 187 тепловозов серии 2(3)ТЭ10М (433 секции), эксплуатируемых в 11 локомотивных депо семи железных дорог.

Результаты эксплуатации тепловозов типа ТЭ10М-К показывают, что: - по расходу дизельного топлива на измеритель перевозочной работы (кг/104 ткм.брутто) модернизированные тепловозы экономичнее тепловозов в штатном исполнении от 7,5% - 9,3% (Северная ж.д.) до 17,2% (Дальневосточная ж.д.).

по расходу моторного масла модернизированные тепловозы также существенно экономичнее тепловозов серии ТЭ10 с дизелем 1 ОД 100. Расход моторного масла тепловозами ТЭ10М-К на 100 лок.км в 2,1 -- 3,9 раза ниже, чем тепловозом в штатном исполнении по Северной ж.д. и в 2,4 раза по Дальневосточной ж.д.

Затраты на производство ТО-3 и ТР модернизированных тепловозов 2ТЭ10М-К существенно ниже в пределах выполненного пробега аналогичных затрат по не модернизированным тепловозам этой же серии с дизелем 1 ОД 100: по ТО-3 - в 2,5 раза, по ТР - в 1,7 раза, по ТРС - в 2,6 раза. Уменьшение затрат наиболее существенно по статье материалы. Так, при ТРС модернизированных тепловозов затраты на материалы практически в 3,3 раза ниже аналогичных затрат при ТРС не модернизированных тепловозов.

Необходимо отметить, что кроме продления срока службы на 15-20 лет, модернизация тепловозов ТЭ10М с использованием отечественного оборудования позволила увеличить межремонтные пробеги по сравнению с не модернизированными ТЭ10М между ТО-3 в 1,5 раза, между ТР-2, ТР-3, СР и КР в 1,33 раза, что обеспечило снижение затрат на техническое обслуживание и ремонт тепловозов.

Фактические данные по удельному расходу топлива на измеритель работы по базовому и модернизированному тепловозам 2ТЭ10 за 2005-2006г.г. приведены в таблице 1, а сравнительный анализ межремонтных пробегов - в таблице 2. Полученные в процессе эксплуатационных испытаний показатели секции тепловоза 2ТЭ10МК были использованы в качестве исходных данных для оценки финансово-экономической эффективности тепловозов 2ТЭ10М с использованием отечественного комплектующего оборудования. Технико-экономическая оценка выполнена в соответствии с действующими в отрасли методическими материалами на основе сопоставления затрат и экономии годовых эксплуатационных расходов от использования в перевозочной работе модернизированных тепловозов по сравнению с тепловозами 2ТЭ10М без модернизации.

Таблица 2.

Депо	Серия тепловоза	Удельный расход топлива, кг/104 ткм бр.	Экономия топлива с Д49 по отношению к Д100, %
Иваново Сев. ж.д.	2ТЭ10М(10Д100)	28,10	8,0
	2ТЭ10М-К(Д49)	25,85
Сольвычегодск Сев. ж.д.	2ТЭ10М(10Д100)	24,75	7,5
	2ТЭ10М-К(Д49)	22,90
Печора Сев. ж.д.	2ТЭ10М(10Д100)	28,49	9,3
	2ТЭ10М-К(Д49)	25,83
Тында ДВост. ж.д.	ЗТЭЮМ(ЮДЮО)	35,61	17,2
	ЗТЭ10М-К(Д49)	29,50
	2ТЭ10М-К(Д49)	5,72	0,86
	2ТЭ10М(10Д100)	20,2	2,87
	2ТЭ10М-К(Д49)	9,23	1,67
	2ТЭ10М(10Д100)	15,1	2,10
	2ТЭ10М-К(Д49)	3,8	0,62
Тындаында ДВост. ж.д.	ЗТЭЮМ(ЮДЮО)	20,49	3,29
	ЗТЭ10М-К(Д49)	8,54	1,88

Выполненные расчеты показали, что модернизация тепловоза 2ТЭ10М с использованием отечественного оборудования с учетом дисконтирования окупается за 8,6 года, обеспечивая доход компании ОАО «РЖД» за срок полезного использования модернизированного тепловоза 6,2 млн.руб. на секцию [2]. Проведение модернизации секции ТЭ10М с использованием отечественного оборудования обеспечивает снижение затрат жизненного цикла по сравнению с базовым тепловозом 2ТЭ10М с дизелем 1 ОД 100 без модернизации на 11,5 млн.руб. или 15,3% с учетом фактора времени.

Нормы периодичности ремонта не модернизированных и модернизированных тепловозов 2ТЭ10

Таблица 3.

Тепловоз	Техническое обслуживание ТО-3, тыс.км	Текущий ремонт, тыс.км	Средний ремонт СР, тыс.км	Капитальный ремонт КР, тыс.км
		ТР-1	ТР-2	ТР-3
не модернизированный модернизированный, с использованием отечественного оборудования	10 15	50 50	150 200	300 400	600 800	1200 1600

Характеристики 10Д100М1Б и 10Д100М2 приведены в таблице 4.

Таблица 4. Исполнение дизель-генераторов 10Д100М

Наименование	показателя	Исполнение
(мероприятия)		10Д100М1	10Д100М2
1	2	3
Показатели технического уровня
Удельный расход топлива, г/л.с.ч. (числитель - на полной мощности, знаменатель -- на 0,7 от полной мощности)	160+8 155+8	155+8 152+8
Удельный расход топлива по ISO, г/л.с.ч.	152	147
Удельный расход масла, г/л.с.ч.	1,0	0,7
Ресурсы, тыс.км пробега тепловоза	до первой переборки	300	400
	до капитального ремонта	1000	1200

На дизелях 10Д100М1Б и 10Д100М2 внедрены следующие основные конструкторско-технические мероприятия:

1. Повышение надежности: - выпускной коллектор с увеличенной толщиной внутреннего кожуха; - поршень с накаткой и верхними плитами из стали 38ХС; - компрессионные кольца хромированные; - гильза цилиндра с лазерным упрочнением зеркала; - биметаллические сталеалюминиевые шатунные вкладыши; - форсунка с сопловым наконечником со вставкой-вытеснителем; - топливоподкачивающая помпа с мехприводом.

2.Улучшение экономичности по расходу топлива и масла: - верхние поршни с приближенными к камере сгорания компрессионными кольцами; - вал привода ТНВД с прогрессивным профилем кулака; - 3-х элементные маслосъемные кольца; - гильза цилиндра с аэродинамическим профилем впускных окон.

3.Улучшение экологических показателей: - использование турбокомпрессоров ТК34Н-19 (ОАО «СКБТ») и ТК34Н-15 (ПДЗ) с фрезерованным колесом компрессора, которые имеют к.п.д. на уровне 0,60.. .0,61, что дает снижение дымности до 8-9%; - механический регулятор с корректором пуска для уменьшения дымления дизеля и выброса несгоревшего топлива за счет ограничения при пуске подачи топлива.

Эти мероприятия обеспечили минимальный удельный расход топлива 155 г/л-с-ч при 70% мощности от номинального, удельный расход масла 0,7...0,8 г/л.с.ч, при этом у дизелей 10Д100М1Б и 10Д100М2 устранены следующие существенные недостатки дизелей 1 ОД 100: - повышенные нагароотложения на деталях выпускного тракта; - разжижение масла топливом; - выброс с отработавшими газами несгоревшего топлива и повышенная дымность; - течи по водяной системе.

Основные положения этих мероприятий направлены на дальнейшее совершенствование дизеля 10Д100М1Б за счет улучшения характеристик воздухоснабжения при использовании приводного нагнетателя 2-й ступени с повышенным КПД колеса компрессора до 80%, управляемых систем наддува; топливной аппаратуры с регулированием подачи топлива и угла опережения подачи топлива; снижение расхода масла за счет использования 5-элементных маслосъемных колец, электронизации двигателя с использованием электронного регулятора и систем впрыска топлива с электронным управлением, использование новых технологий обработки зеркала гильзы цилиндра и наружных поверхностей поршня, самоочищающихся масляных фильтров и т.п.

Таким образом, в условиях эксплуатации на железных дорогах ОАО РЖД модернизированные дизели 1ОД 100 обеспечили на тепловозах типа ТЭ10 повышение эксплуатационной экономичности на 4...5%, увеличение ресурса дизельного масла в 2 раза, уменьшение нагароотложений в газовыпускном тракте на 30...50%, снижение дымности выхлопных газов в 1,3... 1,5 раза, сокращение трудозатрат на техническое обслуживание и текущий ремонт дизеля на 20...25%. Модернизация дизеля 10Д100 позволит эксплуатировать его на железных дорогах ОАО РЖД еще не менее 15 лет [3].

С учетом наличия ремонтной базы, знания и освоенности дизеля 1ОД 100 в эксплуатации, модернизация тепловозов типа ТЭ10 более совершенными дизелями 1ОД 100 наиболее целесообразна как по времени, так и по затратам.

Глава 3. Модернизация тепловозов по программе обновления подвижного состава.

3.1. Модернизация магистральных тепловозов.

В связи с необходимостью оздоровления локомотивного парка, начиная с конца 1995 года, рассматривались вопросы модернизации эксплуатируемых тепловозов. До этого времени использовались в основном физически и морально устаревшие модели локомотивов, построенные по техническим требованиям 60-х годов прошлого века, для которых характерны недостаточный уровень надежности, высокие затраты на ремонт и техническое обслуживание, что негативно сказалось на деятельности всей железнодорожной отрасли в целом.

Наиболее сложная ситуация сложилась по парку магистральных тепловозов, на долю которого приходится более 48% работы локомотивного хозяйства, износ магистральных тепловозов составлял более 70%, хотя его соответствующее состояние должно характеризоваться степенью износа не более 40%.

В этой связи принято решение о проведении комплексной модернизации, предложенной компанией «Дженерал Электрик» (GE).. Компания GE предложила модернизацию тепловозов серии ТЭ10 приписного парка с установкой дизель-генератора и вспомогательного оборудования по самым последним разработкам и достижениям. Основой процесса модернизации явилась замена дизель-генераторной установки и вспомогательных систем. При этом используется передача переменно-постоянного тока с микропроцессорной системой управления (Bright Star™Sirius) вместо электрической передачи постоянно-постоянного тока. Имеющийся дизель-генератор и его системы заменены на унифицированный силовой модуль Super Skid, состоящий из дизеля 7FDL12 с электронной системой впрыска топлива, оборудованного необходимыми датчиками и интерфейсом для системы управления Bright StarrMSirius™, тягового генератора переменного тока с выпрямителем, вспомогательного генератора, возбудителя, вентилятора оборудования, компрессора тормозной системы, вентилятора радиатора, управляемой электромагнитной муфты, радиатора системы охлаждения дизеля с жалюзи и другого необходимого оборудования.

Компания GE обеспечила комплексную поставку запасных частей для обслуживания нового дизеля и генератора. Модернизированным тепловозам был присвоен индекс 2ТЭ10МК (таблица 5).

Таблица 5. Технические характеристики тепловозов.

Наименование характеристик	2ТЭ10	2T310MK(GE)
Тип дизеля	10ДН20,7/2хдвухтактн ый, однорядный дизельный двигатель 25.4 (10Д100)	7FDL12E
		45° расположение цилиндров, 12 цилиндровый 4-хтактный дизельный двигатель, электр. впрыск топлива 22,9/26,7
Мощность силовой установки, кВт	2206	2462
Осевая характеристика секции	Со --Со	Со -- Со
Тип электрической передачи	Постоянная	Переменно-постоянная.
Конструкционная скорость, км/ч	100	100
Нагрузка от оси на рельс, т	23	23
Тип тягового двигателя	ЭДН 8	ЭД118АМ(ОЕ)
Мощность тягового электродвигателя, кВт	305	326
Системы управления тяги	-	Система онтроля сцепления Bright Star™Sirius™
Обороты коленчатого вала дизеля, об/мин	850	1050
Впрыск топлива	Механ.	Электрон.
Удельный эффективный расход топлива г/кВт*ч	228	195
Расход дизельного масла на угар, % к расходу топлива	2,38	0,4
Расход дизельного топлива на холостом ходу, кг/ч	21,8	15,6
Диагностика, системы для записи данных, контроля бдительности машиниста	-	Система управления на основе микропроцессора Bright Star™Sirius™, Wabtec

Выполненные расчеты показали, что модернизация тепловоза 2ТЭ10М с использованием отечественного оборудования с учетом дисконтирования окупается за 8,6 года, обеспечивая доход компании ОАО «РЖД» за срок полезного использования модернизированного тепловоза 6,2 млн.руб. на секцию [2]/.

Проведение модернизации секции ТЭ10М с использованием отечественного оборудования обеспечивает снижение затрат жизненного цикла по сравнению с базовым тепловозом 2ТЭ10М с дизелем 1 ОД 100 без модернизации на 11,5 млн.руб. или 15,3% с учетом фактора времени.

Эксплуатационная эффективность модернизированных тепловозов 2(3)ТЭ10М-К Северной и Дальневосточной ж.д. в части расхода дизельного топлива на тягу поездов.

В процессе эксплуатации выявлены преимуществами проведенной модернизации: - отсутствие дымности при трогании с места и наборе позиции за счет обратной связи турбокомпрессора с подачей топлива; - отсутствие многочисленных валопроводов, влияющих на технику личной безопасности обслуживающего персонала и локомотивных бригад; - автоматическая защита дизеля от перегруза, нежелательных явлений без вмешательства человеческого фактора; герметичность системы дизеля, исключающий утечку воды, масла и топлива; - использование полной мощности дизеля без боязни выхода из строя турбокомпрессора и валопроводов; - замкнутый цикл системы охлаждения дизеля, что исключает дополнительный расход воды; - снижение буксования колесных пар, что позволило использовать модернизированные секции на полную мощность;

Компания GE обеспечила комплексную поставку запасных частей для обслуживания нового дизеля и генератора. Модернизированным тепловозам было присвоен индекс 2ТЭ10МК. Благодаря использованию локомотивов 2ТЭ10МК значительно улучшены эксплуатационные показатели парка вследствие снижения расхода топлива и масла, повышения надежности и увеличения интервалов технического обслуживания и ремонта.

На 2 этапе модернизации (2004-2005) заключен длглвор с компанией GE о поставке 54 комплектов модернизации по проекту DualSkid.

На 3 этапе (2006-2007 год) модернизации по проекту SuperSkid заключен с компанией GE договор о поставке 200 комплектов модернизации. При этом использованы унифицированные силовой модуль Super Skid™ в целях облегчения монтажа и обслуживания тепловоза в эксплуатации. До конца 2007 года 254 комплектов дизель-генераторных установок установлены на 254 секции тепловозов и введены в эксплуатацию.

На 4-м этапе (2007-2011годы) проведена модернизация тяговых двигателей и 150 секций тепловозов. Для реализации полной мощности дизеля требовалось увеличить мощность тяговых двигателей. Согласно проведённого анализа, замена изоляции с класса F на класс Н и одновременное увеличение поперечного сечения меди позволило улучшить электромеханические характеристики тяговых двигателей. Модернизация тяговых двигателей позволила более полно использовать возможности управления силой тяги, обеспечиваемой микропроцессорной системой GE типа Bright Star™Sirius™.

Коротко о результатах модернизации. На сегодняшний день парк магистральных тепловозов в грузовом движении составляет 139 единиц модернизированных локомотивов. В процессе эксплуатации модернизированных тепловозов проведен анализ эффективности использования модернизированных тепловозов, который дал следующие результаты:

По итогам работы тепловозов с 21 февраля 2004 года по 31 марта 2011 года объем грузоперевозок всеми тепловозами грузового движения эксплуатационных локомотивных депо составил 98 746,830 млн.ткм брутто (тонно-километр брутто), из них 68 122,340 млн.ткм брутто выполнено модернизированными тепловозами серии 2ТЭ10МК. Введение модернизированных тепловозов позволило увеличить критические весовые нормы грузовых поездов по одному из участков - от 3500 до 4000 тонн, по второму участку - от 4000 до 4500 тонн, по третьему участку - от 3200 до 3800 тонн. За счёт повышения весов поездов и удлинения плеч работы локомотивов сокращение потребного парка к базовому составило 19 локомотивов [4]..

В результате проведённого расчёта установлено, что общий экономический эффект в год от модернизации 1 ед. тепловоза составил 6215582 рубля в год.

3.2. Модернизация тепловозов - выполнение программы обновления тягового подвижного состава.

После распада СССР, а вместе с ним централизованной системы обеспечения железной дороги новым подвижным составом и его капитальных ремонтов на специализированных заводах, перед железной дорогой стал целый ряд проблем. На территории отсутствовали производственные мощности, позволяющие осуществлять капитальный ремонт тягового подвижного состава. Практически все локомотивостроительные заводы оказались за рубежом, и железная дорога осталась один на один со своими проблемами. Руководством железных дорог РФ было принято решение о развитии капитальных видов ремонта ТПС на базе существующих на дороге локомотивных депо, требующее серьезной проработки и колоссальных финансовых вложений. В результате проведенной работы на железной дороге создана мощная база ремонта локомотивов и моторвагонного подвижного состава, построены, реконструированы или обновлены здания, цехи и участки ремонта в локомотивных депо, что позволило на протяжении многих лет не отправлять подвижной состав на ремонт за пределы РФ.

Процесс совершенствования системы ремонта локомотивов является на железных дорогах РФ постоянным. За последние годы специалистами локомотивного хозяйства в базовых депо железных дорог освоены виды ремонта: капитальные ремонты КР-2 с полной заменой электропроводки грузовым тепловозам 2ТЭ10, пассажирским тепловозам ТЭП70.

Для сокращения эксплутационных расходов, улучшения качества ремонта, снижения трудозатрат на железной дороге внедрятся диагностические комплексы и приборы для определения технического состояния подшипников качения узлов и агрегатов подвижного состава, лазерные системы для контроля и восстановления геометрических параметров тележек тепловозов.

Однако, даже самая современная система ремонта не может обеспечить потребности железной дороги в новом подвижном составе, соответствующем современным требованиям по экологии, экономии топливно-энергетических ресурсов, безопасности движения. Обновление подвижного состава требует серьезных финансовых затрат, не может быть осуществлено только приобретением новых локомотивов.

Поэтому одним из способов решения проблемы обновления тягового подвижного состава является, как уже отмечалось, современная модернизация тепловозов. Созданная на железной дороге база ремонта позволяет ее производить.

За время эксплуатации модернизированных тепловозов 2М62(У) были выявлены некоторые недостатки проекта модернизации: - имеют место отказы в работе датчиков частоты вращения коленчатого вала; - выходы из строя валопроводов; - отсутствие на расширительных баках водяной системы мерного стекла, что не позволяет осуществлять постоянный контроль уровня охлаждающей жидкости дизеля. В результате возникла необходимость производить доработку существующего проекта в локомотивных депо в процессе проведения модернизации.

В современных условиях, когда объем грузоперевозок на железных дорогах растет ежегодно примерно до 10%, а локомотивный парк продолжает стареть, опять остро встает вопрос увеличения парка тягового подвижного состава и обновления существующего. Однако в настоящее время в России серийное производство грузовых локомотивов отсутствует [5].

...