Рецепт надежного вагона

Какие технологии в вагоностроении направлены на повышение надежности подвижного состава? На чем сейчас акцентируется внимание разработчиков и поставщиков комплектующих? Как повысить надежность при проведении ремонтов? Как приживаются на сети технологии умного вагона? Попытаемся обобщить то, что делается на сети в этом направлении.

Ремонт, инновации и конкурентная среда

Производители запчастей обратили внимание на неприятную тенденцию: парк на сети обновился, тем не менее в 2020-м его состояние стало ухудшаться. В III квартале текущего года аналогичные высказывания появились и среди ответов грузовладельцев на опрос, который проводит журнал «РЖД-Партнер» в рамках исследования «Индекс качества услуг на железнодорожном транспорте», – на фоне падения арендных ставок на вагоны операторы стали экономить буквально на всем, в том числе и на ремонтах. В результате при ремонте активизировалась практика замены бракованных деталей на бэушные. А поскольку, согласно статистике, примерно каждый вагон ежегодно отцепляют в ТОР, то неудивительно, что состояние парка стало ухудшаться. Это заметили и в ОАО «РЖД»: выпущены поправки в нормативы, которые призваны ограничить оборот ранее использовавшихся деталей при ремонтах. Однако находятся способы обойти введенные ужесточения действующих правил. Например, на железных дорогах столкнулись с тем, что вновь изготовленная деталь может и не проходить по параметрам изготовителя. Скажем, в ремонтном депо при замене неповоротного башмака грузовой колодки опирались на свои стандарты, которые отличались от заводских. Проблема в том, что в депо заманивают клиентов более дешевыми расценками, а это может затрагивать качество запчастей. Кроме того, предложение новых деталей, которые заметно продлевают ресурс вагонов, оказывается ограниченным. Вот и возникает необходимость идти в обход.

Для примера возьмем тормозные системы. Среди наиболее типичных неисправностей в ОАО «РЖД» называют утечки сжатого воздуха из-за различных трещин и вздутий воздуховодов и распределителей, ослабления герметичности их соединений. Причины могут быть разные. Скажем, на станциях иногда нарушают правила и отогревают замерзшие воздухораспределители пламенем, что не разрешается. Или пытаются устранить неполадки на месте. Между тем ряд соединений нельзя вскрывать вне заводских условий, чтобы не допустить трещин в их резьбе. Но на появление дефектов могут влиять и устаревшие производственные технологии, не обеспечивающие защиты от рисков нарушения герметичности систем. Между тем даже внешне незаметный подсос внешнего воздуха в пневматику повышает риски засорения систем и, соответственно, вероятность отказов.

Не все заводы используют современные технологии, которые обеспечивают высокую надежность воздухораспределителей и воздуховодов. Например, специальные устройства для точного (электронного) дозирования нагрузки при завинчивании гаек (недожим приводит к появлению при эксплуатации недостаточной герметичности соединения, а пережим – к микротрещинам в резьбе). Некоторые экономят на процедурах проверки резинотехнических изделий. Тем не менее ужесточение требований ОАО «РЖД» к надежности тормозных систем при развитии тяжеловесного движения заставляет заводы совершенствовать арматуру железнодорожных тормозных пневматических систем и усиливать процессы заводских испытаний при участии комиссий из представителей ОАО «РЖД», ВНИИЖТ и ООО «ИЦПВК». К работе привлекаются и представители операторского сообщества. Расширяется практика присвоения условного номера клеймения после устранения выявленных замечаний. Однако есть предприятия, которые занимаются только сборкой тормозных систем, и формально они не обязаны предъявлять закупаемые ими запчасти на инспекторский контроль. Это вопрос внутреннего аудита, а его качество определяет состояние конкуренции на рынке.

В 2020 году профицит подвижного состава эксперты оценили в 15–20% от величины парка. Соответственно железнодорожная отрасль вступила в период и низкого спроса на запчасти. Профицит производственных мощностей просматривается и на ближайшие 2–3 года. Как следствие – ожидаются подвижки на рынке поставщиков запчастей и оборудования для вагонов. В стратегическом плане больше шансов выжить у поставщиков более эффективной продукции с увеличенным ресурсом. Но что касается текущей ситуации, то некоторые из игроков готовы идти на демпинг за счет качества запчастей. И с этим сложно бороться.

Впрочем, нельзя рассматривать ситуацию упрощенно. Скажем, при развитии тяжеловесного движения и контейнерных экспрессов в ОАО «РЖД» столкнулись со слабыми местами у пневмотормозов, традиционно применяемых в грузовом вагоностроении. Такие тормозные системы хорошо поддаются автоматизации, но в длинных составах и при скоростных перевозках (в контейнерных экспрессах) в ряде случаев зафиксирована недостаточная скорость срабатывания. Этого недостатка нет у электрических тормозов, использующихся в пассажирских вагонах и локомотивах. Однако такие системы не годятся для грузовых вагонов. В этом плане появились перспективные разработки для скоростных платформ для контейнерных и контрейлерных перевозок – электропневматические тормоза. Причем аналогичные устройства могут быть применены и на других типах подвижного состава. Тем не менее все не так просто.

Вспомним выданные перевозчиком позитивные оценки буксовым кассетным подшипникам. Они послужили поводом для издания в 2019 году Минтрансом России приказа, согласно которому с 2021-го при ремонте вагонов должны были устанавливаться комплектующие кассетного типа. Предполагалось, что к 2027 году на сети не останется вагонов на роликовых подшипниках. Однако в итоге российское правительство отменило действие приказа Минтранса, напомнил вице-президент союза производителей подшипников «Межреспубликанский союз «Подшипник» Александр Боков.

Во-первых, не все готовы платить повышенную цену. Во-вторых, на железных дорогах ЕС с успехом используют разные типы подшипников. Как выяснилось, у кассет есть не только сильные, но и слабые стороны. Скажем, по сравнению с роликовыми цилиндрическими подшипниками кассетные конические изделия могут иметь более высокую рабочую температуру нагрева буксовых узлов. Причем в колесных парах вагона это происходит неравномерно по направлению движения – в зависимости от нагрузок одни греются сильнее, чем другие. Это выяснилось при осмотрах колесных пар с подшипниками кассетного типа с инфракрасными лучевыми термометрами. В результате для кассетных подшипников в ОАО «РЖД» была выпущена инструкция, в которой допускается нагрев деталей последних на 10 градусов больше, чем для роликовых подшипников. В связи с этим у некоторых клиентов возник вопрос: то ли подобными мерами на сети пытаются снизить отцепки в ТОР вагонов с кассетными подшипниками и таким образом поддержать имидж их надежности, то ли кассетные подшипники действительно выдерживают более высокий нагрев и при этом способны служить дольше? Как бы то ни было, само по себе появление инноваций – еще не повод для отказа от применения и совершенствования других технологий. Жизнеспособность новинки решает конкурентная среда.

Акцент на надежность

Тема надежности и ресурса – довольно болезненная для перевозчика, который оказался между Сциллой и Харибдой. С одной стороны, он взял на себя обязательство создать условия для уменьшения отцепок в ТОР, а с другой – при помолодевшем парке возникла проблема с загрузкой вагоноремонтных мощностей из-за падения спроса на плановый ремонт. В связи с этим вагонниками ОАО «РЖД» предложено увеличить пробег вагона без ТОРа с 160 до 210 тыс. км, но при этом ввести еще один плановый ремонт. Однако это, в свою очередь, заставляет поставщиков задуматься, как продлить ресурс своих комплектующих, чтобы в таком случае получить конкурентные преимущества на рынке вагоностроения. Ведь, как отметили, например, в компании «Новотранс» (компания имеет собственный вагоноремонтный дивизион, состоящий из 5 предприятий), тогда качество услуги в депо должно быть таким, чтобы вагон проходил между двумя плановыми ремонтами без отцепки в ТОР. Без повышения ресурса запчастей, считает представитель еще одной операторской компании, сложно внедрить сервисные контракты, которые применяются в других секторах железнодорожной отрасли.

Как полагают в ООО «ИЦПВК», повышенный ресурс запчастей вагона снижает стоимость его жизненного цикла в целом. За счет чего этого можно добиться? Как уже было сказано, с помощью новых технологий. Это означает не только применение инновационных инженерных решений, но и использование современных материалов.

В качестве примера, по данным ООО «ИЦПВК», следует привести испытания колес из стали повышенной твердости с увеличенной глубиной закалки. Как показали результаты подконтрольной эксплуатации, степень износа колес из такого материала значительно ниже, чем из обычной стали.

Согласно исследованиям Массачусетского технологического института и Центра транспортных технологий США (TTCI), наиболее оптимальным является соотношение твердости колеса и рельса, близкое к 1. Попытки увеличить твердость колес могут привести к преждевременному износу верхнего строения пути. Соответственно усиление колес должно корреспондироваться с модернизацией железнодорожной инфраструктуры. А сейчас закупка колес из стали повышенной твердости составляет уже около 30%.

Другой пример – разработка резины с повышенным показателем износостойкости и сроком эксплуатации. Она необходима для прокладок, амортизаторов, элементов поглощающих аппаратов (для компенсации продольных динамических усилий при движении), деталей для тормозных систем вагонов. Однако на Западе ее уже теснят современные полимеры и композиты.

В ноябре 2019 года на заседании научно-производственного совета НП «ОПЖТ» пришли к выводу о необходимости расширения спектра применения современных композитов. Если ранее они использовались в основном для изготовления корпусов объектов железнодорожной инфраструктуры для замены металла, то сейчас речь идет о разработках в вагоностроении.

Ранее были попытки внедрить композиты для корпусов вагонов. Однако пока что такой подвижной состав оставался невостребованным: доски и металл проще ремонтировать, а для композитов требуется специальное оборудование. Сейчас композиты стали активнее применять в составе различных узлов вагонов – на замену как резины, так и металла.

Когда вагоны поумнеют?

Сильное влияние на вагоностроение оказала цифровизация. Российское законодательство обязывает в ряде случаев устанавливать спутниковые системы позиционирования только на тяговый подвижной состав (в случае перевозок опасных грузов и твердых бытовых отходов). На вагоны предписано навешивать электронные пломбы ГЛОНАСС/GPS при транспортировке транзита с Украины. Однако эти два нормативных акта сами по себе подталкивают к идее объединения бортовых датчиков локомотива и электронных устройств на вагонах.

Необходимость в таких решениях у ОАО «РЖД» возникает при необходимости ведения тяжеловесных поездов с распределенной тягой. В них локомотивы должны быть связаны по радиоканалу. Однако в таком случае требуются еще и системы управления тормозами с различными опциями, включая систему расширенной диагностики состояния оборудования вагона с передачей информации на локомотив. Правда, набор этих опций влияет на стоимостные показатели вагонов. Если клиент хочет возить груз длинносоставными маршрутами, то он, скорее всего, согласится на такой вариант.

Летом текущего года на научно-техническом совете ОАО «РЖД» обсуждали концепцию создания цифрового грузового вагона. В идеале он должен обеспечивать полный контроль состояния его основных узлов. В этом заинтересован перевозчик. Правда, как отметили ученые, клиент вряд ли согласится оплачивать лишние опции, скажем, контроль за целостью и износом автосцепок, надрессорных балок и боковых рам.

Операторы, со своей стороны, вряд ли согласятся с применением электропневматических тормозов в качестве стандарта для грузового движения: с их точки зрения, то, что выглядит оправданным для контейнерных экспрессов, выглядит излишеством для полувагонов. Хотя в ОАО «РЖД», в свою очередь, уже давно указывают на основной недостаток пневматических автотормозов – запаздывание действия тормозов хвостовых вагонов по отношению к головным, что создает повышенные нагрузки при ведении длинносоставных поездов.

Вывод чисто прагматический: цифровизация должна соотноситься не только с удобством для перевозчика, но и с тарифной политикой для клиентов. Если ОАО «РЖД» заинтересовано в определенных опциях, то это не означает, что их безоговорочно примет рынок. Должен быть определенный стимул приобретать вагоны, которые будут «дружественными к пути». Вот, скажем, если перевозчик предложит скидки к тарифу – тогда и расклад будет иным.

И все же, как считают в ОПЖТ, необходимо определить основные техникоэкономические показатели грузового вагона XXI века. Например, ими могут быть такие: межремонтный пробег от постройки до первого деповского ремонта – до 1,2 млн км, расстояние следования в составе поезда от места погрузки до места выгрузки без технического обслуживания – не менее 10 тыс. км.

Для создания конструкторской документации на инновационные вагоны необходима опережающая разработка нормативно-технической документации в виде соответствующих межгосударственных стандартов и норм проектирования. С учетом того, что многие технические решения и инновационные материалы будут применяться впервые, производителям инновационного подвижного состава уже сегодня необходимо проведение соответствующих НИОКР и испытаний, включая численное моделирование. Крайне важен опыт эксплуатации вагонов нового поколения, по результатам которой можно использовать хорошо зарекомендовавшие себя отдельные узлы и детали.

В таком случае через АС «Электронный инспектор» изготовитель может сформировать электронный паспорт качества на продукцию, защищенный квалифицированной электронной подписью как со стороны службы качества предприятия-изготовителя, так и со стороны организации, осуществляющей инспекторский контроль. Цифровизация в железнодорожной отрасли позволит решить и такие прикладные вопросы, как снижение количества отцепок по причине износа элементов колесных пар – за счет внедрения предиктивного технического обслуживания. Теоретически в информационных системах ОАО «РЖД» аккумулируется ряд данных о вагоне: его местоположение и маршруты следования. Значит, вполне можно прогнозировать, например, износ гребней с учетом плана и профиля пути, образование выщербин по кругу катания колеса. В принципе, осталось главное – научить машину предлагать время и место обслуживания подвижного состава. Это можно сделать в рамках проектов цифровой железной дороги, если консолидировать усилия владельцев подвижного состава, АО «ВНИИЖТ» и АО «ВНИКТИ». В таком случае можно снизить количество отцепок не менее чем на 50%, считают в ОПЖТ.

В том же русле следует рассматривать и совершенствование средств диагностики. В ОАО «РЖД» на крупных сортировочных станциях внедряют системы автоматизированного контроля состояния подвижного состава. Планируется в течение двух ближайших лет разместить на сети дополнительно 26 интегрированных постов автоматизированного приема и диагностики подвижного состава (ППСС) на важнейших сортировочных станциях.

По данным компании «Транстелеком», такие посты оснащены системой «Техновизор» для контроля технического состояния узлов подвижного состава. Другие технологии помогают вести мониторинг габаритов, геометрии и дефектов поверхности катания колес, контролировать вес вагона, устанавливать факты смещения груза. Интегрированные посты оперируют информацией с видеокамер, ультразвуковых и инфракрасных датчиков. Это позволяет сократить простой подвижного состава в парке прибытия на 30%. Ранее создание автоматических постов контроля было нацелено на решение наиболее простых задач – выявление неисправностей, которые имеют визуальные признаки (оценка состояния ЗПУ, люков, дверей, бортов, кузовов, мониторинг га­баритов, размещение и крепление грузов на открытом подвижном составе, выявление перегруза и загрязнения вагонов после их выгрузки). Например, действующие с 2015 года системы диагностики и контроля состояния подвижного состава позволяют еще до поступления вагонов в Лужский узел получить информацию от объективных средств контроля об их техническом состоянии. На некоторых участках пути достаточно давно используют автоматизированную систему коммерческого осмотра поездов и вагонов (АСКО ПВ), датчики и видеокамеры.

Однако в АСКО ПВ обычно поступали изображения с камер, на основании которых компьютер выдавал подсказки, помогавшие работнику станции просматривать и диагностировать дефекты. Недавно к ним добавили систему распознавания номеров вагонов с функцией искусственного интеллекта. Интегрированную АСКО ПВ 3D М научили создавать 3D-модель, а АСКО ПВ 3.0 – использовать для анализа данные как от видеокамер, так и от 16-лучевых лазерных сканеров. Были попытки использовать и алгоритмы нейронных сетей, а также встроить в АС коммерческого осмотра подвижного состава элементы интернета вещей (считывание сигналов с электронных пломб и датчиков посредством LPWAN – беспроводной технологии передачи данных на дальние расстояния). Кроме того, некоторые разработчики встраивают в новые модели дефектосканов принципы компьютерного зрения. Среди других новинок следует назвать комплекс технических средств по обнаружению перегретых букс, к которому можно подключить еще до 15 подсистем дистанционного контроля.

Создание ППСС рассматривается в русле интеграции самых разных технологий для дистанционного контроля состояния вагонов. В частности, комплекс позволяет контролировать положение фрикционных клиньев, толщину тормозных колодок, выявлять провисание автосцепок, дефекты букс и поверхности катания колес. Правда, пока не удалось реализовать функции для выявления более сложных дефектов, например, в литье и тормозных системах. На данный момент их устанавливают с помощью аппаратуры неразрушающего контроля на вагоноремонтных предприятиях. До дистанционной диагностики тут еще далеко.

По данным ОАО «РЖД», в перспективных разработках, позволяющих использовать данные автоматической диагностики для планирования ремонтов, уже участвуют 17 крупных операторов. Внедрение комплексов автоматизированной диагностики создает среду для эксплуатации на сети умных вагонов. Точнее, в холдинге говорят о создании цифрового грузового вагона, способного вписаться в цифровые проекты РЖД. В идеале такой подвижной состав должен иметь средства для беспроводного обмена информацией типа интернета вещей для онлайн-контроля его технического состояния и дислокации. Более четких критериев для бортовых систем, на основе которых можно было бы сформировать технико-экономические обоснования проектов для внедрения на практике совместно с участниками рынка железнодорожных перевозок, на данный момент нет. Вывод очевиден: вопрос из теории каким-то образом следует выводить на путь практической реализации.

МНЕНИЯ

Евгений Семенов, исполнительный директор союза «Объединение вагоностроителей»

«В подвижном составе уже сейчас необходимо закладывать возможности использования интеллектуальных систем, включая бортовую телеметрию, электронные тормоза, обеспечивающие повышение ходовой скорости, – то, что мы вкладываем в понятие «умный вагон». Однако в текущих условиях необходима поддержка со стороны государства по обеспечению субсидий покупателям грузовых вагонов с улучшенными техническими характеристиками, проведению НИОКР в прорывных областях (например, в сфере разработки умных вагонов), обеспечивающих системный эффект для всех участников перевозочного процесса».

Михаил Пимоненко, директор НП «Северо-Западный информационноаналитический центр транспортной логистики»

– Инновационные решения в логистике – это новые сервисы, в том числе с использованием новых моделей подвижного состава. Однако они не будут востребованы у клиентов без развитой сервисной базы, отработанной и понятной технологии перевозок. Клиент должен видеть и экономический эффект от использования новых опций, которые открываются для него и владельца вагона. Между тем, согласно статистике, если доля вагонов повышенной грузоподъемности в 2016 году составляла 70%, то в 2019-м она снизилась до 36%. Это указывает на то, что без создания определенных условий на РЖД, повышающих эффективность работы железнодорожной инфраструктуры, стимулирования поставок на сеть новых вагонов с наиболее эффективными параметрами для владельца инфраструктуры клиент будет стремиться к традиционным схемам перевозок с привлечением обычных, наиболее дешевых вагонов.

Олег Бочаров, заместитель министра промышленности и торговли РФ

«Спустя 1,5 года после разработки первой версии Минпромторг и Росстандарт актуализировали перспективный план стандартизации в области передовых производственных технологий на 2018–2025 гг. Документ предусматривает разработку свыше 120 нормативнотехнических документов, регулирующих сквозные технологии современной цифровой промышленности. Разработка стандартов, предусмотренных планом, нацелена на ускоренное внедрение передовых технологий в РФ. В том числе государство готово поддерживать предприятия транспортного машиностроения при проведении работ и изысканий, направленных на повышение глобальной конкурентоспособности российской промышленности и проведение политики импортозамещения».

Борис Бобров, управляющий директор ООО «Алтайский сталелитейный завод»

– АСЛЗ является производителем клина и износостойких элементов. Мы знаем о клине все, клин для нашего завода – монопродукт, это высокоэффективное производство. Мы понимаем, что себестоимости клина ниже, чем у нас, в РФ нет, если все делать по ГОСТу. Но это также означает, что если собственнику предлагается клин по бросовым ценам, то ему предлагают совершенно точно контрафакт, выполненный с нарушением технологии. И зачем брать на себя такие риски и ставить под угрозу безопасность движения? Конечно, существуют клиенты, которые вопреки сложной рыночной ситуации инвестируют в качество ремонта, чтобы обеспечить надежность подвижного состава. Таким клиентам мы предложили свою новую разработку – клин ВАГР, который хотя на 25% и дороже стандартного клина, но при качественной сборке тележки обеспечивает межремонтный пробег в 320 тыс. км.

Александр Хоблов, начальник управления технической политики АО «Вагонная ремонтная компания – 2»

– На сегодняшний день инновационным считается подвижной состав с улучшенными техническими характеристиками, на тележках, оборудованных износостойкими элементами, с колесными парами на кассетных подшипниках, с тормозным оборудованием и поглощающими аппаратами, имеющими увеличенный межремонтный период. Основными производителями таких вагонов в РФ являются Тихвинский вагоностроительный завод, «Уралвагонзавод» и «Алтайвагон». Основные инновационные узлы – это тележки моделей 18-9855,18-9810, 19194-1, 18-9800. Поглощающие аппараты классов Т-2, Т-3. Тормозное оборудование – «Кнорр-Бремзе», АО «НПК «Ритм», АО «Трансмаш». Каccетные подшипники колесных пар – Brenko, SKF, Тimkin. Собственники от таких вагонов ожидают снижения стоимости их ремонта и технического обслуживания. Но это не совсем так. Срок службы кассетных подшипников 16 лет, и при каждом среднем ремонте они подлежат замене, а ремонт может производиться лишь в сервисных центрах, которые имеют на сегодня только производители подшипников и Тихвинский ВСЗ. У поглощающих аппаратов срок службы 32 года, но сервисных центров на ремонтных предприятиях практически нет, а их открытие проблематично, в связи с тем, что нет согласия от производителей на передачу технической документации. Есть, например, поглощающие аппараты класса ПМКП 110, которые нет смысла восстанавливать, так как они за срок эксплуатации полностью себя окупают, а стоимость новых невысока (23 тыс. руб.). С точки зрения их ремонтопригодности в конструкции при реновации подлежат замене почти все детали, а их накопление в депо и перевозка в сервисный центр съедят всю рентабельность по восстановлению. Тормозное оборудование, имеющее увеличенные межремонтные сроки, также подлежит ремонту в специализированных центрах производителей. Например, воздухораспределители «Кнорр-Бремзе» могут ремонтироваться в единственном на всю страну центре в Санкт-Петербурге, поэтому при выполнении ремонта вагонов их приходится заменять на типовые воздухораспределители № 483 при согласовании с заводом – изготовителем вагонов.

https://www.rzd-partner.ru/