НВЦ «Вагоны» - 25 лет инноваций

НАУЧНО-ВНЕДРЕНЧЕСКИЙ ЦЕНТР «ВАГОНЫ» – 25 ЛЕТ РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИЯ ИННОВАЦИЙ В ПОДВИЖНОМ СОСТАВЕ

Бороненко Ю.П., Цыганская Л.В. (ФГБОУ ВО ПГУПС, АО «НВЦ «Вагоны», г. Санкт-Петербург, Россия)

Научно-внедренческий центр «Вагоны» (ГУП НВЦ «Вагоны») был создан в 1996 году, как Государственное унитарное предприятие в составе ПГУПС. Приказ о его создании был подписан Первым заместителем Министра путей сообщения РФ Мошенко О.А. в декабре 1995 года, а регистрация предприятия была произведена 18 июля 1996 года. Эту дату можно считать датой основания НВЦ «Вагоны».

Согласно приказу МПС РФ, Научно-внедренческий центр создавался для выполнения научно-исследовательских, опытно-конструкторских и внедренческих работ в области модернизации подвижного состава и разработке новых конструкций. Слова «научно-внедренческий» сопровождают деятельность НВЦ «Вагоны», ведь внедрение научных достижений в области железнодорожного транспорта стало основной специализацией компании.

В статье анализируются основные работы, выполненные НВЦ «Вагоны» в течение 25 лет (1996−2021 гг.), в которых НВЦ «Вагоны» предложил новые научно-обоснованные технические решения, которые вошли в практику железнодорожного транспорта.

Модернизация вагонов-платформ

Первые разработки НВЦ «Вагоны» по совершенствованию подвижного состава для перевозки лесоматериалов касались замены съемного оборудования ВО-118 и ВО-162 на более легкое, позволяющее увеличить полезный объем и не требующего ручного труда по соединению и разъединению увязочных стяжек. В результате впервые на железной дороге появилась типовая конструкция вагона с лесными стойками и торцевой стеной модели 13-401-06 и 13-4012-06 в зональном габарите [1]. Модернизированные платформы 13-401 и 13-4012 оказались существенно лучше новых специализированных платформ 13-198. НВЦ «Вагоны» была предложена  модернизация этих платформ, позволившая увеличить массу погруженного леса на 7 т [2]. В качестве дальнейшего совершенствования для стоек лесовозов было предложено использовать высокопрочные стали с пределом текучести более 1000 Мпа. Использование в конструкции стали Raex AR400 позволило снизить массу тары оборудования для перевозки лесоматериалов без торцевой стены почти в 2 раза, а с торцевой стеной – в 3 раза (модели 13-4012-23 и 13-401-23) [3]. Наиболее эффективным оказался проект 13-926-01, имеющий полезный объем 160 м³.

Развитие съемного оборудования достигло своего апогея в 2006 году, когда был разработан проект съемного оборудования для перевозки круглых лесоматериалов, металлических труб, металлопроката, металлических труб и крупнотоннажных контейнеров [4].

В дальнейшем, в связи с заградительными мерами по экспорту леса, введением ТР ТС и изменением тарифов, интерес у операторов к съемному оборудованию уменьшился, но идея осталась. Вагоны продолжают успешно эксплуатироваться.

Применение вагонов-платформ со съемным оборудованием в зональном габарите погрузке стало противоречить требованиям ГОСТ 9238 для новых вагонов, поэтому для решения этого противоречия были разработаны платформы 13-9956-06 и 13-9956-07 с изменяющимся габаритом лесных стоек, что позволило увеличить объем перевозимых лесоматериалов до 120 м³[5].

НВЦ «Вагоны» впервые предложил дооборудовать универсальные платформы под перевозку контейнеров стандарта ISO и под перевозку рефрижераторных контейнеров с установкой съемного оборудования для их электроснабжения [6].

Разработка вагонов для перевозки автоприцепов и автомобилей

Первой работой, которую выполнил НВЦ «Вагоны» в 1996 году, было создание платформы для перевозки контрейлеров на базе существующей платформы для перевозки контейнеров модели 13-9004. Следующей работой НВЦ «Вагоны» в этом направлении стала модернизация платформ модели 13-9009 для автоприцепов [7]. Опыт эксплуатации этих платформ, несмотря на улучшение конструкции после модернизации, оказался отрицательным. Железная дорога не смогла представить необходимый уровень привлекательности обслуживания из-за проблем с заезда автопоездов и таможенных трудностей на границах [8]. Но, цель - вернуть автопоезда и автомобили на железную дорогу − осталась.

В 2013 году была предложена новая конструкция платформы модели 13-9938 для контрейлеров с поворотным кругом [9], а затем платформы с погрузочными корзинами 13-6907. За создание этой конструкции на Международном конкурсе Союза «ОВС» научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области грузового вагоностроения 2019 года был присужден Диплом III степени. Широкого распространения такие вагоны пока не получили, но по нашему мнению, перевозка автоприцепов железнодорожного транспортом является перспективным направлением.

НВЦ «Вагоны» спроектировал первый в России крытый вагон модели 23-469-08 для перевозки легковых автомобилей на двух ярусах. Ранее автомобили перевозились на открытых двухъярусных платформах, где наблюдались случаи вандализма и хищений при перевозках. В дальнейшем, были разработаны крытые вагоны для перевозки автомобилей моделей 11-9772, 11-9773, 11-9778, а также вагон модели 11-9948 в габарите Тпр [10]. В этом вагоне, кроме увеличенного габарита Тпр, были использованы новые конструктивные решения и новые материалы, позволившие улучшить технико-экономические показатели. Накопленный опыт разработки вагонов для автомобилей НВЦ «Вагоны» передал другим вагоностроителям, когда их вагоны были остановлены из-за появления трещин.

Создание длиннобазных платформ

НВЦ «Вагоны» с первых дней создания занимается анализом потребностей перевозчиков для выявления перспективных направлений совершенствования вагонов. Одним из новых принципиальных решений явилось создание длиннобазной платформы модели 23-469-07 для перевозки двух контейнеров длиной 40 футов [11]. Эти платформы получили широкое распространение. На базе данной платформы были разработаны модификации по проекту 469-07 М 00.0000 для перевозки листового проката и для перевозки колесной техники (проект 469-МН – 05.00.000.00.

Успешная эксплуатация этих платформ вызвала интерес других вагоностроителей к созданию аналогичных длиннобазных платформ по собственной документации для производства, но у них возникли проблемы с прочностью менее, чем через 2 года эксплуатации. Для выхода из создавшейся ситуации НВЦ «Вагоны» передал свой опыт отработки конструкций, который в дальнейшем был включен в нормативные документы по проектированию и испытаниям длиннобазных вагонов.

Разработки вагонов-хопперов

НВЦ «Вагоны» разработаны несколько вагонов-хопперов, в том числе и хоппер-дозатор для Кубы. Наиболее инновационная конструкция – это вагон для перевозки глинозема, алюминиевой продукции и тарно-штучных грузов модели 12-97-65 [12]. Этот вагон представляет гибрид полувагона и хоппера. За счет съемной крыши, бункеров, решетчатого пола и усиленных торцевых стен, вагон позволяет попеременно перевозить глинозем на заводы по перевозке алюминия, а в обратном направлении – готовую продукцию. Порожний пробег у такого вагона отсутствует.

Сочлененные вагоны

НВЦ «Вагоны» в 2008 году была разработана первая на колее 1520 мм сочлененная платформа модели 13-470-01 [13] в виде сцепа из двух 18-метровых секций с установкой съемного оборудования для перевозки трех 40-футовых контейнеров. Связь между секциями осуществлялось посредством соединительного устройства SAC-1. Крайние контейнеры установлены на раму через стандартные фитинговые упорки. Средний контейнер опирается на две турникетные опоры, каждая из которых установлена на свою раму через две беззазорные опоры и шкворень с возможностью поворачиваться вокруг него. Это самая длинная платформа в мире.

При ее создании были решены основные методические вопросы расчета устойчивости сочлененных вагонов от выжимания и опрокидывания, прохождения горбов сортировочных горок, которые в дальнейшем вошли в Нормы проектирования вагонов. В дальнейшем, совместно с ФГБОУ ВО ПГУПС, была разработана скоростная сочлененная платформа для ОАО «Рузхиммаш». Внедрение этих перспективных вагонов сдерживается отсутствием отечественного устройства сочленения. Поэтому АО «НВЦ «Вагоны» было разработано новое устройство сочленения, которое успешно прошло испытания.

Разработка вагонов-цистерн

Первые разработки цистерн относились к созданию технологии капитального ремонта с продлением срока полезного использования. Затем был проведен ряд работ по созданию цистерн с котлами переменной кривизны. Первая такая цистерна была создана совместно с ОАО «Рузхиммаш». Однако, трудности изготовления котлов переменной кривизны, так и не позволили внедрить такие цистерны в серийное производство. Для увеличения вместимости цистерн было предложено использовать межвагонное пространство. Вагон-цистерна двухсекционная в габарите Тпр представляет собой сцеп из двух секций, соединенный беззазорным сцепным устройством SAC-1Rus с сохранением шага между устройствами слива−налива [14]. Это самая большая цистерна в мире.

Разработка новых тележек

В конце 90-х годов XX века стало очевидно, что создание новых инновационных вагонов требует разработки новой тележки.

По заказу МПС РФ НВЦ «Вагоны» в 1999–2001 гг. участвовал в попытке создания типоразмерного ряда тележек для нового поколения грузовых вагонов [15]. Увеличение осевых нагрузок при сохранении конструктивной схемы тележки ведет к увеличению воздействия на путь, усиление которого требует значительных затрат и времени. Поэтому, в те годы считалось актуальным создание тележки с надбуксовым подвешиванием.

Для перспективных грузовых вагонов с увеличенной осевой нагрузкой совместно с ОАО «ВНИИТрансмаш» была разработана и изготовлена тележка с надбуксовым подвешиванием и с осевой нагрузкой 25 тс. В тележке была уменьшена неподрессоренная масса на 920 кг по сравнению с тележкой 18-100 и применены гидравлические гасители колебаний [16]. Для скоростных грузовых вагонов была спроектирована тележка с осевой нагрузкой 20 тс с двойным рессорным подвешиванием, жесткой рамой и люлечным подвешиванием [17].

Тележки не показали существенного улучшения ходовых качеств и снижения динамической нагрузки на путь, но отличались сложностью конструкции и высокой стоимостью. Возникла идея добиться положительных результатов на трехэлементной тележке. Используя результаты исследований и расчетов в конструкцию трехэлементной тележки ввели буксовое подвешивание и пространственный клин, а также самоцентрирование колесных пар. При этом, коэффициент вертикальной динамики для боковой рамы снижался почти в 2 раза.

НВЦ «Вагоны», совместно с ОАО «МЗТМ» (Мариупольский завод тяжелого машиностроения), разработал тележку модели 18-1711 со сварной рамой и полиуретановыми накладками над буксой [18]. Тележка показала хорошие ходовые качества, но прочность сварной боковой рамы оказалась недостаточной.

Следующая попытка создать новую трехэлементную тележку со сниженным воздействием на путь была предпринята в 2003 году. Был изготовлен опытный образец тележки модели 18-9750 с полиуретановыми вставками, но до испытаний на железнодорожных путях дело не дошло [19]. В связи с ликвидацией МПС РФ и передачей парка грузовых вагонов собственникам, ОАО «РЖД» перестало финансировать дальнейшие работы по созданию тележки.

В 2008–2010 гг. по заказу вновь созданной компании «Объединенная вагонная компания» АО НВЦ «Вагоны», на базе эскизного проекта разработанного фирмой «Барбер» (США), разработал проекты тележек моделей 18-9810 и 18-9855 [20]. Для повышения надежности тележки было принято решение отказаться от применения амортизирующих устройств в соединении букса–рама. Основные технические решения были заимствованы у фирмы «Барбер». Данные тележки показали хорошие ходовые качества, а по воздействию на путь, тележка модели 18-9855 с осевой нагрузкой 25 тс оказалась не хуже тележки 18-100 с осевой нагрузкой 23,5 тс. Тележки успешно прошли испытания, были сертифицированы и запущены в серийное производство. Однако, идея сделать тележку со сниженным воздействием на путь у НВЦ «Вагоны» и ПГУПС сохранилась.

По заказу ОАО «Рузхиммаш», в рамках гранта Минобразования РФ, ФГБОУ ВО ПГУПС и АО «НВЦ «Вагоны» разработали проекты нового типоразмерного ряда тележек с осевыми нагрузками 20 тс (скоростная), 23,5 тс (дружественная к пути) и 27 тс (для большегрузных вагонов) [21]. В настоящее время очевидно, что разработать и поставить на производство три инновационные тележки за период 3 года является непосильной задачей. Завершение работ осложнялось введением новых ГОСТов, сменой руководства ОАО «Рузхиммашщ» и другими внешними факторами.

НВЦ «Вагоны» по-прежнему считает, что концепция была заложена правильная и необходимо продолжать работы в соответствие с принятыми принципиальными решениями. В текущем 2021 году НВЦ «Вагоны», ФГБОУ ВО ПГУПС и РМ Рейл планируют завершить эту работу. Тележка модели 18-9891 сейчас проходит испытания, и есть надежда на появление в России еще одной тележки, обеспечивающей не только лучшие ходовые качества, но и снижение расходов на эксплуатацию собственникам вагонов и владельцу инфраструктуры.

В 2021 году АО «НВЦ «Вагоны» отмечает свой юбилей – 25 лет со дня основания. Оглядываясь назад, можно сказать, что работа «от идеи – до внедрения» показала свою жизненность. НВЦ «Вагоны» прошел путь от небольшого научного центра, состоящего из молодых специалистов – выпускников вуза, работающих над улучшением существующих вагонов, до предприятия с опытными научными и конструкторскими кадрами, способных решать самые сложные задачи создания нового инновационного подвижного состава.

_____________________________________________________________________________________________________________________________

Из материалов XV Международной научно-технической конференции «ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ XXI ВЕКА (ИДЕИ, ТРЕБОВАНИЯ, ПРОЕКТЫ)