Своя колея

Раздвижные колесные пары — альтернатива многочасовой процедуре замены тележек под вагонами при переходе на железнодорожную колею другого типоразмера.

Ширина железнодорожной колеи стандартна — 1520 мм, не больше и не меньше. Но это в Украине и ряде других стран. А вообще в мире можно найти вариант на любой вкус: от полу­игрушечных детских железных дорог шириной в 60 см до сверхгрузовых путей с межрельсовым расстоянием в 9 метров. Различные типоразмеры сложились в разных странах исторически, а сейчас, в век глобализации и экономической интеграции, ученые и инженеры бьются над преодолением этих барьеров.

О перспективах применения раздвижных колесных пар рассказывает академик Транспортной академии Украины, заслуженный изобретатель Украины, декан факультета систем рельсовых коммуникаций Восточно­украинского национального университета имени Владимира Даля (г. Луганск), кандидат технических наук профессор Валентин Могила.

— Вариантов решения проблемы несколько. Можно проложить совмещенный, с третьим рельсом, путь — это сравнительно просто в плане технического исполнения и дешево. Но на практике его реализовать не удается — слишком сложны развязки на станциях и разъездах. Можно пойти другим путем — «перешить» все линии на единый типоразмер. Но для этого необходимы огромные вложения и уйма времени, плюс на переделываемых путях придется останавливать движение, а это большие убытки для железной дороги и неудобства для пассажиров.

— А какие варианты приемлемы?

— Реалистичных вариантов немного: либо пересадка пассажиров и перезагрузка грузов в новый состав, либо замена тележек или колесных пар на имеющемся составе, либо же применение колесных пар с автоматической регулировкой расстояния между колесами.

Сейчас чаще других применяется второй вариант. Выглядит это так: состав подходит на распределительный двухколейный путь, из-под вагонов поочередно удаляются одни тележки, а на их место устанавливаются другие. Весь процесс занимает от 3 до 8 часов.

Вариант с раздвижными колесными парами предпочтителен. И дело тут даже не в элементарном удобстве для пассажиров и оперативности доставки грузов. В ряде случаев это единственный вариант, обеспечивающий необходимый уровень безопасности. Например, при перевозке токсичных веществ, где каждая лишняя разгрузка-загрузка — потенциальная техногенная угроза.

— Проблема различных типоразмеров возникла не сего­дня. Наверняка в мире наработаны определенные технические решения.

— Есть несколько альтернативных конструкций раздвижных колесных пар. Одно из наиболее простых решений — две пары колес на одной оси. Диаметр колеса наружной пары меньше, чем внутренней, так что рельсы широкой колеи должны быть выше, чем узкой. К сожалению, для перехода между колеями 1435 и 1520 мм такая схема не подходит: разница в ширине — 85 мм — намного меньше ширины колеса с гребнем — 140 мм.

Интерес представляют системы с односторонним изменением ширины колеи: они дают ощутимый выигрыш в полезном пространстве — есть куда установить тяговый редуктор, электродвигатель, дисковые тормоза. Но, с другой стороны, возникает нежелательное перераспределение масс, а также опасная односторонняя концентрация нагрузки и напряжения.

Много внимания сейчас уделяется системам с раздвижной осью. В одной из наиболее удачных японских конструкций данного типа ось вообще разделена — фактически речь идет о роторах двух электродвигателей! Но это требует и другого качества колеи — гораздо более высокого, чем даже в Евросоюзе. Так что пока такая разработка нашла применение лишь в Японии. Кроме того, раздвижные оси подходят только для пассажирского транспорта: в грузовых составах нагрузки на ось очень высоки — до 21 тонны, поэтому оси должны быть монолитными.

— Существуют ли раздвижные колесные пары для грузовых составов?

— В 1999 году была разработана испанская система Таlgо. Ось в ней телескопического типа — из двух коаксиальных трубчатых элементов, способных раздвигаться и фиксироваться в двух положениях. Особенностью конструкции является «нечувствительность» оси к вертикальным нагрузкам — во время смены межколесного расстояния специальная гидравлическая система поочередно снимает вертикальную нагрузку с каждой колесной пары и перераспределяет ее на другие.

Кроме Таlgо есть еще польская система SUW-2000. Она обладает большей универсальностью: и по нагрузкам — применима как к пассажирским, так и к грузовым составам, и по типоразмерам — позволяет переходить с 1435 мм не только на 1520, но и на 1668 мм.

— В сентябре 2006 года сошел с рельсов вагон поезда Краков — Киев. Там была польская система?

— Да. У SUW-2000 есть слабое место — раздвижная втулка цангового типа, которая отвечает за фиксацию колес на оси в одном из положений. При эксплуатации отдельные ее элементы могут отламываться и отпадать. Обычно это не представляет угрозы, но иногда отломившаяся деталь остается в пазу, и тогда колесную пару невозможно заблокировать. Инцидент 2006 года обошелся без жертв, но Украина тогда отменила этот поезд и предоставила список требований безопасности, которые должны быть соблюдены для получения разрешения.

Но в целом эта система наиболее изучена и отработана. Сейчас польские специалисты разработали дополнительное устройство SECSUW — систему датчиков, расположенных на оси и информирующих о фиксации или нефиксации колес. По пути усовершенствования польской системы пошел и Государственный научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта в Киеве.

— Почему именно Польша стала центром разработки раздвижных колесных пар?

— В Польше в силу исторических причин сегодня сосуществуют два типоразмера колеи. Основной — общеевропейский, 1435 мм. Но сохранились и участки советского образца — 1520 мм, некогда использовавшиеся для поставки угля и руды из СССР. Вообще, проблематика раздвижных колесных пар актуальна в тех странах, где есть колеи разных типоразмеров. Вот в Испании четыре типоразмера, причем наиболее популярен «нестандартный» — 1668 мм. В Японии наряду с широкими востребованы горные узкоколейные дороги — 1067 мм.

— Ученые вашего факультета разработали свою систему. Это тоже усовершенствование польской или в ней реализованы другие идеи?

— Системы SUW-2000 і Talgo требуют локомотивной тяги, поэтому на станциях, где стыкуются колеи разного типоразмера, неизбежны остановки для замены локомотива. Хотя самим вагонам останавливаться теоретически не обязательно. Мы поставили задачу создать мотор-вагонный состав, который мог бы перестраиваться с одной колеи на другую на собственной тяге, без остановки и переформирования.

Наша система ориентирована на минимальные изменения конструкции имеющегося тепловоза — 2ТЕ116. Контур колесного центра остается практически неизменным — его нужно только дополнить укрепляющими элементами. Причем эти элементы увеличивают массу колесной пары незначительно — настолько, что нет необходимости в обязательном перерасчете динамических показателей локомотива.

Преимущество нашей конструкции — отсутствие потребности в дополнительных силовых приводах, так как на втулках и пружинах нет значительных сил. Основная сила — центробежная, вот почему фиксация колес возрастает при увеличении скорости движения.

— А какие-либо недостатки вашей конструкции выявлены?

— Путь от идеи до готового изделия долог и сложен. Сначала готовится проект, потом строится математическая модель, на которой проводятся теоретические эксперименты. После создается и испытывается опытный образец. И только потом делается натурный образец, который проходит полный комплекс испытаний. Требования, сами понимаете, жесточайшие, особенно по показателям надежности и без­опасности.

Мы сейчас находимся на этапе теоретических, модельных исследований. Разработан математический аппарат, описывающий работу раздвижной колесной пары на колее одной и другой ширины. Получены три патента. Потенциально слабые места нашей конструкции — шлицевые соединения, пружины в «ответственных» местах… Но чтобы все это досконально проверить и устранить возможные проблемы, нужна поддержка проекта.

— Ну, если даже вы, координатор европейской группы экспертов по проблемам железнодорожного транспорта, сетуете на недостаточную поддержку…

— Действительно, в 2004 году в Силезском технологическом университете в Катовице под патронатом Евросоюза была создана научная группа для разработки общеевропейских проектов по проблемным местам железнодорожного транспорта. В нее вошли специалисты из 13 европейских стран, а координаторами избраны ректор нашего университета профессор Александр Голубенко и я. И главной задачей тогда определили именно разработку раздвижных колесных пар. Мы подготовили материалы соответствующего проекта с полным научно-техническим и экономическим обоснованием. Но, к сожалению, «Укрзалізниця» дала проекту отрицательный отзыв.

— Слишком сложные технические решения?

— Нет, как раз с технической точки зрения реализовать проект несложно. «Лугансктепловоз», к примеру, готов внедрить его хоть сейчас — был бы интерес «сверху», подкрепленный соответствующим госзаказом.

Суть официального отказа сводилась к банальному: Украине сейчас не до раздвижных колесных пар. Конечно, поменять тележки под вагонами технически проще и дешевле, чем конструкторское исполнение всего состава. Да, для внедрения раздвижных колесных пар нужны значительные начальные капиталовложения. Но в долгосрочной перспективе этот вариант себя оправдывает.

Позиция «Укрзалізниці», в принципе, понятна: основной потребитель услуг железнодорожного транспорта у нас — Россия, а там колея такого же типоразмера. Так что переход с одного размера колеи на другой — проблема скорее Европы, вот пусть там, мол, и занимаются этой темой.

После такого отношения к проекту в стране-координаторе интерес к разработкам уменьшился. Последние 4—5 лет по раздвижным колесным парам практически нет научных публикаций… Но я глубоко убежден: проблема различных типоразмеров колеи — общая, и решить ее можно только сообща.