ТИПАЖ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПЕРСПЕКТИВНОМУ ПОДВИЖНОМУ СОСТАВУ ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ ПАССАЖИРОВ

О.Н. Назаров, к.т.н., заместитель директора ВНИИЖТ

В общем объеме работы железнодорожного транспорта пассажирские перевозки занимают относительно небольшую долю - менее 15%. Однако с уверенностью можно утверждать, что по работе именно пассажирского комплекса, учитывая его большое социальное значение, главным образом формируется общественное мнение о железных дорогах в целом.

Пассажирские перевозки традиционно убыточны. А в последнее время усилилась конкуренция с воздушным транспортом и автомобильным общего пользования. Статистические данные свидетельствуют, что в этом соревновании мы теряем свои позиции, с 1996 г. железнодорожный транспорт перестал быть приоритетным видом транспорта в пассажирских перевозках (рис.1).

Рис. 1

Сегодня на железные дороги приходится 40,5% выполняемого всеми видами общественного транспорта пассажирооборота (рис. 2).

Рис. 2

В 2001 г. пассажирооборот в дальнем следовании составил 112 млрд. пасс-км, а в пригородном сообщении - 45,9 учитываемых млрд. пасс-км. В соответствии с прогнозами развития народного хозяйства ожидается и последние два года уже наблюдается рост объема пассажирских перевозок. До 2010 г. прогнозируется увеличение пассажирооборота не менее чем на 13%. Прогнозируемое количество отправленных пассажиров по сети железных дорог по данным ГипротрансТЭИ во всех видах сообщений в 2005 г. возрастет относительно 2001 г. на 7,9 %, в 2010 г. - на 15,3 %, а пассажирооборота на 6,1 и 13,4%.

Конкурентоспособность железнодорожного транспорта в пассажирских перевозках определяется многими факторами, такими как скорость, надежность, ритмичность, безопасность, удобство, комфорт, тариф и рядом других. При этом технический и качественный уровень пассажирского подвижного состава играет ключевую роль.

Совершенно очевидно, что существующий парк пассажирского подвижного состава устарел. Решить проблему его обновления можно только существенным увеличением объемов поставок вагонов нового качества.

В 1996 г. была принята "Федеральная целевая программа разработки и производства пассажирского подвижного состава нового поколения на предприятиях России до 2005 г." и утвержден типаж пассажирского подвижного состава. В рамках реализации этой программы освоено серийное производство отечественных купейных пассажирских вагонов и пригородных электропоездов. В последние годы промышленностью изготовлены и предъявлены на испытания ряд новых образцов пассажирского подвижного состава: скоростные пассажирские вагоны моделей 61-4170 и 9510, купейные СВ модели 61-4174, электропоезда ЭД4, ЭД4МК, ЭД4Э, ЭД9М, ЭД6, ЭТ2А, ЭН3, ЭМ2И, ЭС250 (Сокол), рельсовый автобус РА1, дизель-поезд ДЛ2. И хотя некоторые из них еще не доведены до эксплуатационной готовности, проведенная работа продемонстрировала возможности отечественной промышленности и позволила по-новому оценить перспективы использования пассажирского подвижного состава на сети железных дорог, применения в конструкции новых систем и оборудования. На основе этого опыта и из анализа зарубежных данных именно в последние годы появились новые аргументы "за" или "против" внедрения на наших железных дорогах тех или иных технических решений.

Зарубежный опыт показывает, что технико-экономические и потребительские свойства пассажирского подвижного состава определяются условиями их эксплуатации. Как правило, железнодорожные компании покупают небольшие по численности серии вагонов. Однако эти вагоны сконструированы и оборудованы с учетом всех специфических требований заказчика. В этих условиях для существенного уменьшения капитальных затрат была предложена и получила широкое развитие концепция модульных платформ, когда подвижной состав фактически комбинируется из типоразмерного ряда унифицированных модулей различного назначения. Сегодня это - типовое решение, предлагаемое практически всеми ведущими мировыми производителями подвижного состава для перевозки пассажиров.

В нашей стране преобладала тенденция создания "универсального" подвижного состава. Эта идея была привлекательной в советские времена благодаря сравнительно низким затратам на организацию крупносерийного производства вагонов. При этом следует отметить, что из-за неэффективного или нецелевого использования вагонов эксплуатационные расходы значительны.

Например, в связи с острым дефицитом дизель-поездов в пригородном сообщении велика доля полигонов, обслуживаемых тепловозной тягой с вчетверо большим расходом топлива. Электропоезда, предназначенные для пригородных перевозок, нередко используются в местном сообщении, для которого в силу особенностей движения необходимы вагоны специального исполнения, особенно в части обеспечения комфорта и тяговых свойств.

В последнее время появились новые сегменты рынка пассажирских перевозок, где применение железнодорожного транспорта могло бы быть эффективным и конкурентоспособным. Среди них - использование электропоездов во внутригородском сообщении, особенно в крупных городах, все чаще сталкивающихся с проблемами транспортного обслуживания населения.

Началась реализация разработанной в 2000 г. концепции организации скоростного и высокоскоростного движения пассажирских поездов, предусматривающая поэтапное повышение скоростей движения до 160-250 км/ч на существующих ж.д. линиях (Москва-С.-Петербург, С.-Петербург-Бусловская, Москва-Красное, Москва-Нижний Новгород, Москва-Отрожка-Ростов) и создание соответствующего подвижного состава.

Одним из основных критериев применения того или иного типа подвижного состава на заданном полигоне должна стать его способность успешно конкурировать с другими видами транспорта (автомобильным или авиационным), т.е. иметь необходимые параметры и технико-экономические показатели, обеспечивающие заметное снижение издержек при эксплуатации и достаточную привлекательность для пассажиров.

Создание экономичного и эффективного подвижного состава для регионального и местного сообщения могло бы составить серьезную конкуренцию автомобильному транспорту общего пользования, объем перевозок которого в зоне работы железных дорог значителен (рис. 3).

Рис. 3

Актуально создание крупных интермодальных транспортных систем, где различные виды транспорта могли бы не конкурировать друг с другом, а дополнять и работать на общий результат. Основными мероприятиями являются согласование тарифов, расписаний движения различных видов транспорта и развитие инфраструктуры пересадочных узлов для обеспечения быстрой и удобной смены вида транспорта. При этом может использоваться как специализированный, так и универсальный железнодорожный подвижной состав. Преимущества для пассажиров очевидны и могут быть проиллюстрированы множеством примеров из зарубежного опыта - это уменьшение времени и снижение стоимости поездки при повышении уровня комфорта, в большинстве случаев пассажирооборот железных дорог увеличивается. Первые шаги в этом направлении сделаны и в нашей стране -реализация проекта транспортной системы в аэропорту Домодедово подтверждает реальность такого подхода.

Для специализированного подвижного состава, разработанного и оборудованного с учетом всех особенностей его эксплуатации, характерны низкие эксплуатационные расходы. Унификация оборудования уменьшает его стоимость. В этих условиях разумный компромисс между необходимой специализацией и широкой унификацией вагонов становится ключевым фактором снижения стоимости жизненного цикла подвижного состава и повышения эффективности пассажирских перевозок.

Типаж подвижного состава является основным документом, устанавливающим выбор основных типов подвижного состава исходя из потребностей железных дорог, определяющий их основные нормативные показатели, габариты и требования к унификации оборудования, безопасности движения, жизнеобеспечению и совместимости с системами железнодорожного транспорта и определяющим приоритеты в поставках.

Основные задачи, которые решались при разработке нового типажа моторвагонного подвижного состава и пассажирских вагонов локомотивной тяги, заключаются в определении ключевых подходов, обеспечивающих:

• выполнение всех требований пассажиров, включая безопасность, скорость и комфорт;
• повышение эксплуатационной надежности подвижного состава, снижение расходов на техническое обслуживание и ремонт;
• уменьшение удельного расхода топлива и электроэнергии;
• уменьшение стоимости разработки и изготовления подвижного состава.

При разработке типажа учитывалось, что в настоящий момент сложились все предпосылки к существенному повышению качества пассажирского подвижного состава, и что поставленные задачи могут быть решены только при использовании современных достижений науки и техники:

• новых технологий изготовления кузовов облегченной конструкции с увеличением срока службы до 40 лет, оборудованных унифицированными герметизированными межвагонными переходами, сцепными устройствами жесткого типа, в том числе с автоматическим соединением пневматических магистралей и электрических цепей;
• новых конструкций экипажной части, позволяющих повысить скорость движения, уменьшить уровень шума, динамическое воздействие на путь и улучшить плавность хода;
• комплексных бортовых микропроцессорных систем управления, обеспечения безопасности движения, автоведения и диагностики, унифицированных с аналогичными системами локомотивов;
• нового эффективного тормозного оборудования, обеспечивающего максимальную интеграцию с микропроцессорной системой управления и широкое применение противоюзной защиты;
• экономичных силовых установок нового поколения для дизель-поездов с улучшенными экологическими характеристиками;
• современного тягового электропривода с системами электрического рекуперативного торможения практически до полной остановки, в том числе с применением на дизель-поездах накопителей энергии;
• систем питания цепей собственных нужд с применением высоковольтных статических преобразователей;
• эффективных систем жизнеобеспечения с широким использованием кондиционирования воздуха, экологически чистых туалетов, информационных систем, автоматического контроля посадки-высадки, устройств, обеспечивающих комфортный и беспрепятственный проезд инвалидов.

В соответствии с отечественным и зарубежным опытом целесообразно разделять следующие основные виды массовых пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте (табл. 1):

• дальние прямые (ДП);
• местные межобластные и внутриобластные (МП);
• пригородные (ПРГ);
• туристические и экскурсионные (ТУЭ);
• внутригородские (ГП).

Таблица 1 - Основные эксплуатационные характеристики пассажирских перевозок

Известно, что реальные пассажиропотоки по дальности проезда в значительной степени "размыты", т.е. между видами перевозок нет четких границ. Пассажир выбирает (и должен иметь возможность выбирать) тот вид и режим поездки в нужный ему пункт, который для него удобнее и выгоднее. Поэтому для общесетевого использования целесообразно сохранить принцип формирования поездов на основе оптимального набора базовых вагонов. Конструкция базовых вагонов должна обеспечивать возможность качественного обслуживания пассажиров при минимальной численности поездной бригады, удобное и безопасное передвижение пассажиров и обслуживающего персонала (в том числе со специальными тележками) по составу поезда.

В типаже впервые введено понятие классности вагонов, под которой понимается уровень комфорта проезда пассажира, определяемый объемно-планировочными решениями, потребительскими качествами и набором предоставляемых услуг (табл. 2). Планировка вагона, размеры пассажирских и служебных помещений определяются с учетом эргономических показателей. Система обеспечения микроклимата должна обеспечить различные параметры микроклимата в вагоне: комфортные - для вагонов классов "люкс", первого и второго и допустимые - для вагонов третьего и четвертого классов.

Таблица 2 - Показатели классности пассажирских вагонов

Рекомендуемая область применения вагонов пассажирского подвижного состава по видам перевозок представлена в табл. 3. Отечественный опыт убедительно доказал, что массовые перевозки в пригородном сообщении можно обеспечить только с помощью моторвагонного подвижного состава. Имея рассредоточенную тягу и обладая высокими ускорением и замедлением, лишь они в условиях частых остановок могут обеспечить высокую техническую скорость, требуемую провозную и пропускную способность, а также минимальный расход топлива и электроэнергии. Последовательное выведение локомотивной тяги из пригородных перевозок должно стать основной задачей пассажирского хозяйства.

Таблица 3 - Рекомендуемая область применения пассажирских вагонов по видам перевозок

*- дизель-поезд на базе вагонов электропоездов, **- рельсовый автобус

Типажом предусмотрено создание пассажирских вагонов локомотивной тяги двух основных видов - спальных и с креслами для сидения в двух вариантах исполнения: купейного и салонного типа. Вагоны специального назначения включают в себя вагоны-рестораны, кафе-буфеты, почтовые, багажные, для туристических перевозок, вагон-салон повышенного комфорта и ряд других.

Конструкционная скорость вагонов 160 и 200 км/ч. Предусмотрено оборудование вагонов жесткой автосцепкой, герметизированными межвагонными переходами, экологически чистыми туалетами и установками кондиционирования воздуха. Предусматривается применение как централизованного электроснабжения, так и автономного от подвагонного генератора.

Назначенный срок службы вагона с кузовом из малоуглеродистой или низколегированной стали - 20 лет, а вагона с кузовом из коррозионно-стойких материалов - 40 лет. При сроке службы 20 лет через 10 лет в условиях депо производится полная замена внутреннего интерьера вагона без смены внутреннего оборудования. При сроке службы 40 лет через 20 лет предусматривается проведение капитально-восстановительного ремонта на заводе-изготовителе с полной заменой внутреннего и энергетического оборудования, а через каждые 10 лет, как и в первом варианте, обновление в депо внутреннего интерьера вагона.

Принципиальным отличием моторвагонного подвижного состава является необходимость обеспечения требуемых тяговых свойств, которые описываются системой показателей, таких как составность поезда, ускорение при разгоне, замедление при торможении, удельная мощность, расчетная длина перегона, расчетная техническая скорость. Основные показатели расчетного режима движения электропоездов приведены в таблице 4. Определение расчетного режима движения при создании новых электропоездов преследует цель обеспечить запас в загрузке их электрооборудования по сравнению с реальными условиями движения электропоездов на линии, который необходим для обеспечения работоспособности оборудования при возникновении нештатной ситуации.

Таблица 4 - Типы электропоездов и их основные параметры

*- в скобках для электропоездов переменного тока

Конструкция моторвагонного подвижного состава должна предусматривать возможность формирования его с различным числом вагонов и различным соотношением моторных и прицепных вагонов, что необходимо для гибкой адаптации тяговых свойств поезда под условия эксплуатации. В условиях неравномерности пассажиропотока обеспечение возможности обращения короткосоставных сцепов на участках с меньшими пассажиропотоками, а также в вечерние и ночные часы на всех участках, может дать значительное сокращение эксплуатационных расходов за счет экономии электроэнергии и уменьшении затрат на обслуживание подвижного состава. Однако требование обеспечения возможности изменения составности поездов в течение суток влечет за собой необходимость применения автоматических комбинированных автосцепок для соединения пневматических и электрических цепей.

В типаже помимо широко распространенных ныне пригородных электропоездов представлены также электропоезда местного сообщения с конструкционной скоростью 160 км/ч и высокоскоростные с конструкционной скоростью 250 км/ч. Особое внимание при проектировании высокоскоростных электропоездов должно быть уделено экипажной части, принципиально новым видам тормозного оборудования, системам пневмоподвешивания вагонов, проблеме токосъема и уменьшению аэродинамического сопротивления движению.

Впервые введен тип электропоездов для городского сообщения. Это вызвано, в частности, необходимостью по заказу правительства Москвы разработки подвижного состава для обеспечения перевозок пассажиров по Малому кольцу Московской ж.д. Такие решения принимаются и на других дорогах. Наиболее перспективным может быть использование городских электропоездов в крупных городах, таких как Москва, Санкт-Петербург, Екатеринбург, Новосибирск, Нижний Новгород, Волгоград, Владивосток, Минеральные Воды и некоторых других.

Электропоезд городского сообщения предназначен для обеспечения массовых перевозок пассажиров на сравнительно короткие расстояния (до 60 км) с короткими перегонами (1...3 км), высоким ускорением при разгоне и замедлением при торможении (0,8...1,0 м/с²), максимальной скоростью в эксплуатации 100 км/ч. Для сокращения времени остановок на высоких платформах и увеличения пассажировместимости предусматривается применение кузовов со специальной планировкой салона и тремя широкими двустворчатыми автоматическими дверями, расположенными с каждой стороны.

Принципиальной особенностью типажа является требование о применении на электро- и дизель-поездах энергосберегающего тягового привода в основном с использованием асинхронных двигателей. Электрооборудование электропоездов постоянного тока напряжением 3 кВ и переменного тока 25 кВ, 50 Гц должно быть максимально унифицировано. В основу унификации моторных вагонов должно быть положено использование силового модуля с системой управления, включающего в себя один трехфазный инвертор и два асинхронных тяговых двигателя. По заявке железных дорог предусмотрено создание двухсистемных электропоездов местного сообщения и высокоскоростных.

Испытания опытного образца электропоезда ЭД6 показали высокую эффективность примененных технических решений. За счет уменьшения расхода электроэнергии и объема работ при ремонте и обслуживании прогнозируется общее снижение эксплуатационных расходов в пассажирском хозяйстве приблизительно на 25%.

При этом необходимо отметить, что, как и для локомотивов нового поколения, очень важной остается проблема обеспечения электромагнитной совместимости с устройствами связи и СЦБ, решение которой должно осуществляться в приоритетном порядке.

Дизельный моторвагонный подвижной состав представлен в типаже дизель-поездами для пригородного и местного сообщения и легкими рельсовыми автобусами (табл. 5).

Таблица 5 - Типы дизель-поездов и их основные параметры

Унификация дизель-поездов с электропоездами распространяется на кузова, рамы и экипажную часть. При создании дизель-поездов в максимальной степени должно использоваться силовое оборудование (включая тяговые электродвигатели), узлы и схемные решения, используемые на электропоездах. Это позволит значительно снизить затраты и сократить сроки проведения работ.

Для Российских железных дорог наиболее приемлемой концепцией создания дизельного подвижного состава для пригородного сообщения следует признать модульную конструкцию с расположением силового оборудования (дизель, тяговая передача) под кузовом.

В качестве силовой установки перспективных дизель-поездов планируется использовать газотурбинную силовую установку (возможно со свободнопоршневым генератором газа) и передачу мощности переменного тока. В совокупности с облегченной конструкцией вагонов это позволит обеспечить высокое значение среднего ускорения при разгоне.

В качестве базовой конструкции при разработке и легких автомотрис и дизель-поездов на их базе принят рельсовый автобус РА1-002. Рельсовые автобусы предназначены для использования на линиях с малыми пассажиропотоками. Основная составность - три вагона: головной вагон с кабиной управления и силовой установкой, прицепной вагон, головной вагон с кабиной управления и силовой установкой.

Легкий дизель-поезд может быть получен из нескольких рельсовых автобусов. Предусматривается возможность его формирования с различным числом вагонов и различным соотношением моторных и прицепных вагонов, что необходимо для снижения эксплуатационных расходов при различных пассажиропотоках.

Для участков местного сообщения в перспективе планируется создать дизель-поезд нового поколения, отличительными особенностями которого кроме повышения уровня комфорта являются:

• высокая удельная мощность - не менее 7,8 кВт/т;
• повышенная до 140 км/ч максимальная скорость движения;
• высокое значение среднего ускорения при разгоне - 0,8 м/с²;
• нагрузку от колесной пары на рельсы при максимальной населенности - не более 140 кН.

Планировка салонов и комплектация оборудования должна выбираться в зависимости от класса вагонов для обеспечения требуемого уровня комфорта. Кондиционирование воздуха должно предусматриваться во всех вагонах.

Представленные типы дизельного моторвагонного подвижного состава позволят охватить весь спектр существующих и перспективных пригородных, региональных и местных пассажирских перевозок на неэлектрифицированных и малодеятельных линиях.

Разработанный типаж позволит гарантированно удовлетворить потребности в пассажирских перевозках на ближайшие 15-20 лет. Для этого пассажирский подвижной состав нового поколения должен отвечать новым экономическим критериям. Общие технико-экономические показатели должны быть улучшены в результате реализации следующих основных технических и технологических решений:

• использования каждого типа вагонов только в той области применения, где это целесообразно и экономически обосновано;
• внедрения принципиально новых систем, обеспечивающих необходимую производительность подвижного состава и повышающих стабильность выполнения графика движения и имеющих эксплуатационную надежность, которая позволит перейти на техническое обслуживание и ремонт по техническому состоянию систем;
• снижения стоимости разработки и изготовления подвижного состава благодаря унификации оборудования;
• увеличения нормативного срока эксплуатации основных несущих конструкций до 40 лет;
• снижения расходов на техническое обслуживание и ремонт, улучшения показателей надежности и ремонтопригодности, уменьшения трудоемкости ремонта, применения интеллектуальных систем диагностики;
• уменьшения по сравнению с серийным подвижным составом удельного расхода электроэнергии и топлива на 25-30% благодаря применению интеллектуальных систем управления, энергосберегающего тягового электрооборудования с рекуперативным торможением во всем диапазоне скоростей и меньшей массы тары вагонов;
• внедрения поездов различной составности в зависимости от пассажиропотока (экономия эксплуатационных расходов за счет рационального использования парка и уменьшения расхода электроэнергии и топлива) и применения оптимального соотношения числа моторных и прицепных вагонов в составе моторвагонного поезда в зависимости от условий эксплуатации;
• улучшения комфорта проезда пассажиров и условий работы поездных бригад.

Обязательная реализация каждого из представленных типов вагонов не предусматривается, выбор конкретных серий, определение полигона их использования и требуемых параметров, а также заказ необходимого количества вагонов является самостоятельной технико-экономической задачей. При этом до освоения производства подвижного состава нового поколения изготовление серийно выпускаемых в настоящее время вагонов может быть продолжено. Таким образом, железным дорогам предоставляется возможность оптимального выбора подвижного состава из предлагаемой промышленностью гаммы продукции в соответствии со специфическими потребностями предполагаемого полигона его использования.

Железнодорожный транспорт, 2003, No2, с.14-20.