НА ЗДОБУТТЯ ДЕРЖАВНОЇ ПРЕМІЇ
В.І. Большаков, директор Інституту чорної металургії ім. З. І. Некрасова НАНУ, академік НАНУ, доктор технічних наук, професор
Залізничний транспорт — одна з основних галузей, що формують бюджет економіки України. Основним джерелом доходів залізниць є прибуток від перевезення вантажів у внутрішньому та міждержавному сполученнях. Майже 55% перевезень вантажів і відповідного вантажообігу в країні здійснює залізничний транспорт.
Парк вантажних вагонів, яким здійснюється перевезення вантажів Державною адміністрацією залізничного транспорту України, налічує понад 123 тисячі вагонів. У робочому стані перебуває приблизно 95 тисяч вагонів, а інша частина парку фактично виключена з експлуатації і перебуває в запасі або ремонті. За загальних обсягів навантаження вантажів — приблизно 1 млн тонн на добу необхідна кількість вагонів повинна становити майже 145 тисяч одиниць.
Тож існує величезний дефіцит вантажних вагонів, який тільки частково ліквідується за рахунок вагонів операторських компаній недержавної форми власності або іноземних вагонів. При цьому парк вантажних вагонів, який існує, значно зношений як фізично, так і морально. Майже 80% вагонів експлуатують після призначеного терміну служби, що вимагає значних матеріальних і фінансових витрат на ремонт і технічне обслуговування.
Така ситуація з вантажним рухомим складом вимагає невідкладного оновлення парку вагонів у кількості приблизно 7 тисяч одиниць на рік, зокрема парку напіввагонів — більш ніж 5 тисяч одиниць на рік.
Згідно з даними державної статистики і за прогнозами, обсяги вантажних перевезень зростають і надалі зростатимуть. Це пов’язано зі збільшенням транзитних перевезень і з підвищенням обсягів вантажної роботи внаслідок розвитку різних галузей економіки. У зв’язку з цим на залізницях України та країн Співдружності Незалежних Держав спостерігається постійне зростання обсягів перевезень. Зростання потреб у перевезеннях вантажів неможливе без ефективної роботи залізничного транспорту, який забезпечує підприємства сировиною, будівельні майданчики — матеріалами, а також перевезення великої номенклатури готової продукції народного господарства.
На сучасному етапі оновлення та поповнення парку вантажних вагонів повинні здійснюватися на основі інноваційного підходу, тобто створення якісно нових конструкцій вагонів — вагонів нового покоління, що характеризуються вищою продуктивністю, надійністю, економічністю в експлуатації та технічному утриманні.
У зв’язку з цим розробка, освоєння виробництва та впровадження в експлуатацію сучасного рухомого складу нового покоління — дуже актуальне науково-технічне та економічне завдання державного значення для транспортного машинобудування, залізничного транспорту і народного господарства України загалом. Для успішного вирішення цього важливого завдання в країні було прийнято низку державних і галузевих програм з розвитку рухомого складу для вантажних перевезень.
На початковому етапі й у процесі розробок було виконано обширні теоретичні та експериментальні дослідження проблем конструкцій, що існують, пошук шляхів підвищення продуктивності, надійності й економічності рухомого складу в експлуатації, а також науково-технічна експертиза перспективних проектних рішень для створення принципово нових конструкцій вагонів.
У результаті багаторічної тісної співпраці фахівців та науковців Крюківського вагонобудівного заводу, Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту імені академіка
В. Лазаряна, Інституту технічної механіки Національної академії наук України і Національного космічного агентства України (ІТМ НАНУ і НКАУ), Інституту електрозварювання імені Є.О. Патона Національної академії наук України (ІЕ НАНУ), ПАТ «Рейл» та Українського науково-дослідного інституту вагонобудування (УкрНДІВ) було проведено широкомасштабні дослідження:
- великої кількості модифікацій вітчизняних і закордонних конструкцій вагонів для порівняльної оцінки їх техніко-економічних параметрів для вибору та об∂рунтування показників життєвого циклу вагонів нового покоління;
- вимог до нових конструкційних матеріалів;
- результатів розрахунку напружено-деформованого стану та ресурсу конструкцій основних вузлів вагонів для забезпечення їх рівної довговічності і тривалішого терміну служби;
- динаміки та взаємодії шляху і вагонів з новими перспективними параметрами ходових частин — візками вагонів;
- механічних властивостей, мікро- і макроструктури листового металопрокату із сталей з карбонітридним зміцненням, режимів їх зварювання, а також показників міцності й холодостійкості зварних з’єднань з цих сталей;
- результатів міцнісних, динамічних і експлуатаційних випробувань окремих вузлів і вагонів загалом.
На основі цих досліджень розроблено новаторські проектні рішення, конструкційні матеріали і технологічні процеси, які забезпечили створення вагонів нового покоління на рівні світових стандартів з високою конкурентоспроможністю на внутрішньому та зовнішньому ринках.
За результатами досліджень опубліковано понад 300 наукових праць, зокрема 7 монографій, отримано більш як 120 патентів на винаходи і корисні моделі, зокрема понад 60 патентів за кордоном. Загалом ця робота супроводжувалася захистом 7 докторських та 15 кандидатських дисертацій. Лише за останні роки розробки вагонів нового покоління брали участь у більш ніж 70 виставках в Україні та за кордоном (Росія, Білорусь, Казахстан, Узбекистан, Туреччина, Іран, Азербайджан, Німеччина), неодноразово їх відзначали нагородами європейських і вітчизняних асоціацій та промислових конкурсів.
Наукова новизна результатів розробок була також визнана і пройшла апробацію на міжнародних науково-практичних конференціях з питань залізничного транспорту, що відбулися в 2010—2012 рр. У роботі цих конференцій брала участь велика кількість як вітчизняних, так і закордонних науковців і фахівців у галузі рухомого складу.
Так, у результаті дослідно-конструкторських розробок і проведення комплексу теоретичних та експериментальних наукових досліджень було створено, освоєно у серійному виробництві та впроваджено в експлуатацію ціле сімей?ство різних типів інноваційних вантажних вагонів:
- напіввагон моделі 12-7023-01 на візках 18-7020 з осьовим навантаженням 23,5 т;
- напіввагон моделі 12-7039 на візках моделі 18-7033 з осьовим навантаженням 25 т;
- залізнична платформа моделі 13-7024 для перевезення великотоннажних контейнерів;
- типорозмірний ряд бункерних вагонів для перевезення сипких вантажів (зерна, цементу та ін.) моделей 19-7024, 19-7016 і
19-7017.
Нині на залізницях країн СНД і Балтії успішно експлуатують майже 18 тисяч вагонів нового покоління виробництва Крюківського вагонобудівного заводу.
Враховуючи високі показники надійності та економічної ефективності вагонів нового покоління в експлуатації, Українська асоціація виробників і споживачів залізничної техніки рекомендувала в 2010 році Державній адміністрації залізничного транспорту України перейти на закупівлю перспективного і ефективного рухомого складу, виробництво якого освоєно на вагонобудівних підприємствах України.
Основними складовими ефективності рухомого складу нового покоління, що експлуатується, є:
1. Питоме зменшення ваги прокату чорних металів та литва для виробництва вагонів за рахунок:
- збільшення в 1,4 раза тривалості життєвого циклу вагонів;
- зменшення коефіцієнта їх матеріалоємності з 0,336 до 0,322-0,318;
- виготовлення несучих елементів конструкції кузовів вагонів з гарячекатаних та гнутих профілів із низьколегованих сталей класу міцності 375-390 МПа, що забезпечують однакову довговічність кузова і ходових частин вагонів;
- використання роздільної гальмівної системи для кожного візка вагона, що дало змогу зменшити загальну масу системи, з одночасним підвищенням надійності роботи гальм за рахунок забезпечення рівномірнішого натиснення гальмівних колодок на колеса.
2. Зменшення питомих витрат електроенергії та палива на тягу поїздів у результаті:
- зменшення коефіцієнта тертя і опору руху вагонів до 10%;
- зменшення в 2—3 рази кутів набігання колісних пар на рейки і зменшення інтенсивності «виляння» візків;
- зниження маси тари вагонів.
3. Зменшення питомих витрат електроенергії, палива, інших видів технологічної енергії і трудових ресурсів на технічне утримання вагонів за рахунок:
- збільшення міжремонтного пробігу в 2 рази — до 500 тис. км,
- зниження середньорічних витрат на ремонт і обслуговування вагонів в 3,5 раза;
- збільшення гарантійного терміну експлуатації буксових вузлів до 8 років, або 800 тис. км пробігу, в результаті застосування дворядних касетних конічних підшипників типу TBU150х250х160;
- наплавлення ударно-тягових поверхонь автозчепів у середовищі аргону із твердістю поверхонь після наплавлення 400-500 НВ.
4. Зменшення питомих витрат електроенергії, палива, інших видів технологічної енергії й трудових ресурсів на технічне утримання рейкової колії за рахунок:
- зменшення рівня рамних сил у візках (на прямих і кривих ділянках колії R> 800 м — в 1,5—2 рази);
- зменшення впливу вагонів на верхню будову колії (рейки та елементи стрілочних переводів) у горизонтальній площині.
Ці переваги вагонів нового покоління забезпечили одержання загального економічного ефекту більше 400 млн гривень. Отримання цього ефекту стало можливим завдяки інноваційній творчій роботі промислових і наукових організацій країни, що дала змогу створити якісно новий рухомий склад за рахунок комплексного застосування новітніх конструктивних рішень, ефективних матеріалів з поліпшеними показниками міцності, зносостійкості й надійності, а також сучасних технологій зварювання та зміцнення.
Так, створення і впровадження сучасного вантажного рухомого складу нового покоління вирішує важливе народно-господарське завдання: прискорену заміну зношеного парку вантажних вагонів, істотне підвищення його продуктивності, зниження витрат на ремонт і технічне обслуговування, а також підтримку та розвиток промисловості й транспортної системи України.
