Своя колія

Розсувні колісні пари — альтернатива багатогодинній процедурі заміни візків під вагонами у разі переходу на залізничну колію іншого типорозміру.

Ширина залізничної колії стандартна — 1520 мм, не більше й не менше. Але це в Україні ­й деяких інших країнах. А взагалі у світі можна знайти варіант на будь-який смак: від напівіграшкових дитячих залізниць  60 см завширшки до надвантажних колій із міжрейковою відстанню в 9 метрів. Різні типорозміри визначилися в різних країнах історично, а зараз, у вік глобалізації та еконо­мічної інтеграції, учені та інженери б’ються над подоланням цих бар’єрів.

Про перспективи застосування розсувних колісних пар розповідає академік Транспортної академії України, заслужений винахідник України, декан факультету систем рейкових комунікацій Східноукраїнського­ національного університету­ імені Володимира Даля ­(м. Луганськ), кандидат технічних наук професор Валентин Могила.

— Варіантів вирішення проблеми декілька. Можна прокласти суміщену, із третьою рейкою, колію — це порівняно просто щодо технічного виконання й дешево. Але на практиці реалізувати це не вдається — занадто складні розв’язки на станціях і роз’їздах. Можна піти іншим шляхом — «пере­шити» всі лінії на єдиний типо­­розмір. Але для цього необхідні­ величезні вкладення й багато часу, плюс на коліях на час їх реконструкції доведеться зупиняти рух, а це великі збитки для залізниці й незручність для пасажирів.

— А які варіанти прийнятні?

— Реалістичних варіантів небагато: або пересадка пасажирів і перезавантаження вантажів у новий склад, або заміна візків або колісних пар на наявному складі, або ж застосування колісних пар із автоматичним регулюванням відстані між колесами.

Зараз частіше від інших застосовується другий варіант. Виглядає це так: потяг підходить на розподільний двоколійний шлях, з-під вагонів по черзі забирають одні візки, а на їхнє місце встановлюють інші. Весь процес триває від 3 до 8 годин.

Варіант із розсувними колісними парами кращий. І справа тут навіть не в елементарній зручності пасажирів та оперативності доставки вантажів. У деяких випадках це єдиний варіант, який гарантує необхідний рівень безпеки. Наприклад, під час перевезення токсичних речовин, де кожне зайве розвантаження-завантаження — потенційна техногенна загроза.

— Проблема різних типорозмірів виникла не сьогодні. Напевно у світі напрацьовані якісь технічні рішення.

— Є декілька альтернативних конструкцій розсувних колісних пар. Одне з найпростіших — дві пари коліс на одній осі. Діаметр колеса зовнішньої пари менше, ніж внутрішньої, тож рейки широкої колії повинні бути вище, ніж вузької. На жаль, для переходу між коліями 1435 і 1520 мм така схема не годиться: різниця в ширині — 85 мм — набагато менше ширини колеса із гребенем — 140 мм.

Інтерес становлять системи з однобічною зміною ширини колії: вони дають відчутний виграш у корисному просторі — є куди встановити тяговий редуктор, електродвигун, дискові гальма. Але, з іншого боку, виникає небажаний перерозподіл мас, а також небезпечна однобічна концентрація навантаження й напруги.

Багато уваги зараз приділяється системам із розсувною віссю. В одній із найвдаліших японських конструкцій цього типу вісь узагалі розділена — фактично йдеться про ротори двох електродвигунів! Але це вимагає й іншої якості колії — набагато вищої, ніж навіть у Євросоюзі. Тож поки така розробка застосувується лише в Японії. Крім того, розсувні осі годяться тільки для пасажирського транспорту: у вантажних потягах навантаження на вісь дуже великі — до 21 тонни, тому осі мають бути монолітними.

— Чи існують розсувні колісні пари для вантажних потягів?

— У 1999 році була розроб­лена іспанська система Таlgо. Вісь у ній телескопічного типу — із двох коаксіальних трубчастих елементів, здатних розсовуватися й фіксуватися у двох положеннях. Особливістю конструкції є «нечутливість» осі до вертикальних навантажень — під час зміни міжколісної відстані спеціальна гідравлічна система по черзі знімає вертикальне навантаження з кожної колісної пари й перерозподіляє її на інші.

Крім Таlgо є ще польська сис­тема SUW-2000. Вона має більшу універсальність: і за навантаженнями – її можна застосовувати як до пасажирських, так і до вантажних поїздів, і за типо­розмірами — дозволяє переходити з 1435 мм не тільки на 1520, а й на 1668 мм.

— У вересні 2006 року зійшов із рейок вагон поїзда Краків — Київ. Там була польська система?

— Так. У SUW-2000 є слабке місце — розсувна втулка цангового типу, яка відповідає за фіксацію коліс на осі в одному з положень. Під час експлуатації окремі її елементи можуть відламуватися й відпадати. Звичайно це не є небезпечним, але іноді відламана деталь залишається в пазу, і тоді колісну пару неможливо заблокувати. Інцидент 2006 року обійшовся без жертв, але Україна тоді скасувала цей поїзд і надала список вимог безпеки, яких треба дотримуватись для одержання дозволу.

Але в цілому ця система найбільш вивчена й відпрацьована. Зараз польські фахівці розробили додатковий пристрій SECSUW — систему датчиків, які розташовані на осі й інформують про фіксацію або нефіксацію коліс. Шляхом удосконалення польської системи пішов і Державний науково-дослідний інститут залізничного транспорту в Києві.

— Чому саме Польща стала центром розроблення розсувних колісних пар?

— У Польщі з історичних причин сьогодні співіснують два типорозміри колії. Основний — загальноєвропейський, 1435 мм. Але збереглися й ділянки радянського зразка — 1520 мм, які колись використовувалися для поставки вугілля­ й руди із СРСР. Узагалі, проб­лематика розсувних колісних пар актуальна в тих країнах, де є колії різних типорозмірів. От в Іспанії чотири типорозміри, причому найпопулярніший «нестандартний» — 1668 мм. ­У Японії поряд із широкими затребувані гірські вузькі колії 1067 мм завширшки.

— Учені вашого факультету розробили свою систему. Це теж удосконалення польської чи в ній реалізовані інші ідеї?

— Системи SUW-2000 і Talgo вимагають локомотивної тяги, тому на станціях, де стикуються колії різного типорозміру, неминучі зупинки для заміни локомотива. Хоча самим вагонам зупинятися теоретично не обов’язково. Ми поставили завдання створити мотор-вагонний поїзд, який міг би переходити з однієї колії на іншу на власній тязі, без зупинки й переформування.

Наша система орієнтована на мінімальні зміни конструкції наявного тепловоза — 2ТІ116. Контур колісного центру залишається майже незмінним — його треба тільки доповнити зміцнювальними елементами. Причому ці елементи збільшують маси колісної пари незначно — настільки, що немає необхідності в обов’язковому перерахунку динамічних показників локомотива.

Перевага нашої конструкції — відсутність потреби в додаткових силових приводах, бо на втулках і пружинах немає значних сил. Основна сила — відцентрова, от чому фіксація коліс зростає за збільшення швидкості руху.

— А якісь недоліки вашої конструкції виявлені?

— Шлях від ідеї до готового виробу довгий і складний. Спочатку готується проект, потім будується математична модель, на якій проводяться теоретичні експерименти, після чого створюється й випробовується дослідний зразок. І тільки потім робиться натурний зразок, який проходить повний комплекс випробувань. Вимоги, самі розумієте, надзвичайно жорсткі, особливо з показників надійності та безпеки.

Ми зараз перебуваємо на етапі теоретичних, модельних досліджень. Розроблено математичний апарат, який описує роботу розсувної колісної пари на колії однієї та іншої ширини. Отримано три патенти. Потенційно слабкі місця нашої конструкції — шліцьові з’єднання, пружини у «відповідальних» місцях… Але щоб усе це досконально перевірити й усунути можливі проблеми, потрібна підтримка проекту.

— Ну, якщо навіть ви, координатор європейської групи експертів із проблем залізничного транспорту, нарікаєте на недостатню підтримку…

— Дійсно, 2004 року в Силезькому технологічному університеті в Катовіце під патронатом Євросоюзу була створена наукова група для розроблення загальноєвропейських проектів із проблемних місць залізничного транспорту. До неї ввійшли фахівці з 13 європейських країн, а координаторами­ обрані ректор нашого університету професор Олександр ­Голубенко і я. І головним завдан­ням тоді визначили саме розроблення розсувних колісних пар. Ми підготували матеріали відповідного проекту з повним науково-технічним і економічним обґрунтуванням. Але, на жаль, «Укрзалізниця» дала проекту негативний відгук.

— Занадто складні технічні рішення?

— Ні, саме з технічної точки зору реалізувати проект нескладно. «Луганськтепловоз», приміром, готовий упровадити­ його хоч зараз — аби був інтерес­ «згори», підкріплений відповідним держзамовленням.

Суть офіційної відмови була банальною: Україні зараз не до розсувних колісних пар. Звичайно, заміна візків під вагонами технічно простіша й дешевша, ніж конструкторське виконання всього поїзда. Так, для впровадження розсувних колісних пар потрібні значні початкові капіталовкладення. Але в довгостроковій перспективі цей варіант себе виправдовує.

Позиція «Укрзалізниці», у принципі, зрозуміла: основний споживач послуг залізничного транспорту в нас — Росія, а там колія такого ж типорозміру. Тож перехід з одного розміру колії на інший — проблема скоріше Європи, от нехай там, мовляв, і займаються цією темою.

Після такого ставлення до проекту в країні-координаторі інтерес до розробок зменшився. Останні 4—5 років із розсувних колісних пар майже нема наукових публікацій… Але я глибоко переконаний: проблема різних типорозмірів колії — спільна, і вирішити її можна тільки спільно.