О технологических уровнях и поколениях современных грузовых вагонов: методологический взгляд от Анны Орловой

Системный экскурс в развитие конструкционной мысли в грузовом вагоностроении России с 1980-х годов до современности провела глава дирекции научно-технического развития «Объединенной вагонной компании» (НПК ОВК) и гендиректор ВНИЦТТ, доктор технических наук Анна Орлова. Он лег в основу ее доклада «Основные вехи развития и перспективы современного вагоностроения» на прошедшей в июле юбилейной 20-й научно-практической конференции «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты», а затем был отражен в статье на страницах газеты «Евразия Вести», вышедшей в июле.

В рамках проведенной работы Анна Орлова предложила классификацию текущего парка вагона по техническим уровням и поколениям, а также представила возможную градацию отличий подвижного состава по конструктивным особенностям тележек, грузоподъемности и объему кузовов. Публикации включили и взгляд в будущее – на поколения инноваций, получившие обозначения Альфа, Бета и Гамма, на примере перспективных вагонов от самой НПК ОВК.

ROLLINGSTOCK публикуют статью признанного эксперта отрасли из газеты «Евразия Вести» в полном объеме, с минимальной редактурой, но дополнением иллюстрациями и рядом тезисов из сборника материалов прошедшей конференции.

История

В первую очередь в своих рассуждениях хотелось бы ограничиться теми временными рамками, которые применимы к активно эксплуатируемому на путях колеи 1520 мм парку грузовых вагонов.

На сегодняшний день наибольший объем парка российских железных дорог (ориентировочно 80% от 1407 тыс. единиц) имеет осевую нагрузку 23,5 тс, а порядка 270 тыс. грузовых вагонов, или примерно каждый пятый вагон, имеют осевую нагрузку 25 тс.

На железных дорогах СССР, а впоследствии и на железных дорогах России прослеживается постоянная тенденция к увеличению максимальной расчетной статической осевой нагрузки (далее – осевой нагрузки). Осевая нагрузка 23,5 тс была установлена в 1988 году, однако за два года до этого Министерством тяжелого и транспортного машиностроения СССР был утвержден перспективный типаж «Вагоны грузовые магистральные на 1986–2000 годы», предусматривавший создание нового поколения грузовых вагонов с повышенной осевой нагрузкой 25 тс, с увеличенной на 6–12 т грузоподъемностью и вместимостью при снижении удельной металлоемкости на 6–12% для разных типов вагонов. Перспектива также была заложена в применении увеличенных габаритов, таких как Тпр по ГОСТ 9238.

МПС России продолжило это направление, разработав с участием ВНИИЖТ в 2001 году «Общие технические требования к грузовым вагонам нового поколения» (далее ТТ-2001), поставив задачу создания универсальных (и специализированных) вагонов нового поколения на нагрузки от оси на рельсы 25 тс при конструкционной скорости 120 км/ч. Одновременно шла речь о создании специализированных вагонов с осевой нагрузкой 20 тс для конструкционной скорости 140 км/ч, специализированных полувагонов на нагрузку от оси на рельсы 30 тс при конструкционной скорости 100 км/ч. В требованиях к тележке появилось применение двухрядных конических кассетных подшипников, цельнокатаных колес с ободом повышенной твердости, безремонтный пробег узлов трения 8 лет. Требования к сроку службы вагона, боковых рам и надрессорных балок были увеличены до 32 лет. Здесь же впервые появились перспективные характеристики поглощающих аппаратов автосцепки классов от Т1 до Т4 в зависимости от энергоемкости, требования к повышению эффективности тормоза вагонов через применение потележечного торможения (один тормозной цилиндр и авторегулятор на каждую тележку вагона).

Для вагонов с назначенным сроком службы 32 года и назначенным ресурсом 4 млн км была предложена система технического обслуживания и ремонта с проведением ТО-1 (обслуживание автотормозного оборудования и наружный осмотр автосцепки в условиях депо) через 500 тыс. км пробега; ТО-2 (техническое обслуживание буксовых узлов и автотормозного оборудования, полный осмотр автосцепного устройства, замена трущихся деталей тележки, диагностирование колесных пар и литья) через 1000 тыс. км пробега или через 8 лет; ПР (плановый вид ремонта с заменой узлов и деталей, а также ремонт кузова по техническому состоянию) после 2 млн км или 16 лет.

Важно отметить, что помимо технических характеристик ТТ-2001 также содержали экономические характеристики эффективности:
- повышение производительности вагона не менее чем на 5%;
- сокращение на 5% числа вагонов для освоения требуемого объема перевозок;
- экономию не менее 6% эксплуатационных расходов.

Согласно ТТ-2001 основными массовыми типами вагонов виделись полувагоны, крытые и платформы. Анализ сегодняшнего распределения парка вагонов по типам показывает, что наиболее массовыми являются полувагоны (47%), цистерны (20%), платформы (15%), хопперы (11,5%), прочие типы вагонов составляют менее 10% парка и не оказывают существенного влияния на его эффективность.

Содержание ТТ-2001 в той или иной части далее транслировалось, уточнялось и трансформировалось в программных документах:
- Комплексная программа реорганизации и развития отечественного локомотиво- и вагоностроения, организация ремонта и эксплуатации пассажирского и грузового подвижного состава на период 2001–2010 годов Подпрограмма «Грузовые вагоны» (МПС России, 2001 год);
- Постановление Правительства России от 5 декабря 2001 года № 848 «О Федеральной целевой программе «Модернизация транспортной системы России (2002–2010 годы)»;
- Распоряжение Правительства России от 17 июня 2008 года № 877-р «Об утверждении Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года»;
- Стратегия инновационного развития РЖД на период до 2015 года (Белая книга РЖД, дата официального опубликования 30.03.2011) и Программа инновационного развития РЖД на период до 2015 года (утверждена советом директоров РЖД, протокол № 13 от 24.06.2011);
- СТО РЖД 10.002-2015 «Вагоны грузовые инновационные. Правила оценки экономической эффективности» (утвержден Распоряжением РЖД от 26.04.2016 № 768р);
- Распоряжение Правительства России от 17.08.2017 № 1756-р об утверждении «Стратегии развития транспортного машиностроения РФ на период до 2030 года».

Все эти программные документы отмечают необходимость перехода на осевую нагрузку 25 тс для массовых типов грузовых вагонов с обеспечением повышения грузоподъемности, объема перевозимого груза, а также снижением затрат на техническое обслуживание и ремонт за счет повышения межремонтных периодов основных составных частей вагонов-тележек, автосцепного и автотормозного оборудования. В части дальнейшего развития тяжеловесного движения осевая нагрузка специализированных вагонов для маршрутных поездов была снижена с 30 до 27 тс, поскольку именно 27 тс/ось была определена как не превышающая уровень воздействия на железнодорожную инфраструктуру и способствующая сохранению долговечности существующей конструкции железнодорожного пути.

Для скоростных грузовых перевозок были сделаны попытки создания специализированных вагонов-платформ с осевой нагрузкой 20 и 23,5 тс для конструкционной скорости 160 и 140 км/ч, которые, однако, столкнулись с неготовностью инфраструктуры к эксплуатации грузовых поездов в графике пассажирских в условиях недостаточной пропускной способности.

Предложенная в ТТ-2001 система технического обслуживания и ремонта с ТО-1, ТО-2 и ПР в процессе разработки вагонов нового поколения трансформировалась в более привычный и соответствующий Правилам технической эксплуатации вид с проведением одного (через 8 лет и 1 млн км пробега) или двух (через 6 лет и 500 тыс. км пробега) деповских ремонтов и капитального ремонта через 16 лет или 2 млн км пробега.

Термин «инновационный грузовой вагон» впервые появился в рамках программ стимулирования вывода на сеть вагонов с осевой нагрузкой 25 тс в 2016 году. В результате сложилась практика, что термин этот несет на себе техническую нагрузку о достигнутых в 2016–2017 годах характеристиках грузовых вагонов с осевой нагрузкой 25 тс: межремонтный период не менее 500 тыс. км пробега или 4 года, применение кассетных конических подшипников. Дальнейшая привязка термина к экономическим показателям вагона для владельца инфраструктуры произошла в «Методике оценки экономической эффективности эксплуатации грузовых инновационных вагонов на железнодорожной инфраструктуре Российских железных дорог» (утверждена приказом Минтранса России от 23.10.2017 №457) и ГОСТ Р 70581-2022 «Инновационный железнодорожный подвижной состав. Критерии инновационности и порядок разработки», которые также создали механизм стимулирования эксплуатации на сети грузовых вагонов с осевой нагрузкой 25 тс отдельных моделей.

Поколения грузовых вагонов

Оценивая эксплуатируемый в настоящее время парк вагонов колеи 1520 мм, а также достигнутые различными предприятиями вагоностроения технические характеристики массовых типов продукции, видится возможность выделения «технических уровней (УТ)» либо «поколений» грузовых вагонов, определив которые можно просмотреть ретроспективу и спрогнозировать перспективы развития. Как и в классификации поколений человечества, границы между уровнями могут быть размытыми по отдельным показателям, а несколько поколений могут существовать одновременно.

Вагоны УТ-0 (поколение Ноль) – это типовые вагоны с осевой нагрузкой 23,5 тс на тележках тип 2 с зазорными боковыми скользунами и цилиндрическими буксовыми подшипниками. К УТ-1 (поколение Х) отнесены вагоны с осевой нагрузкой 23,5 тс на тележках тип 2 с улучшенными техническими характеристиками, обеспечивающими повышенную до 350 тыс. км пробега износостойкость и соответствующие межремонтные периоды до 4 лет. Вагоны могут переходить с уровня УТ-0 на УТ-1 как при изготовлении, так и при модернизации тележки в ремонте с использованием проекта М1699 разработки ПКБ ЦВ РЖД. Возможен и обратный переход. То есть граница между поколением Ноль и поколением Х размыта. С учетом того что меняется только тележка, грузоподъемность и объем кузова близки и не приводят к росту эффективности перевозки.

К УТ-2 (поколение Y) отнесены инновационные вагоны первого поколения, обеспечивающие межремонтные периоды 6 лет или 500 тыс. км пробега после постройки. Выпускавшиеся НПК ОВК до 2025 года включительно инновационные вагоны первого поколения на тележках модели 18-9855 могут быть отнесены к УТ-3 (поколение Z), поскольку они отличаются от поколения Y повышенной износостойкостью ходовых частей, увеличенной долговечностью автотормозного и автосцепного оборудования и, как результат, увеличенными до 8 лет или 1 млн км межремонтными периодами. При этом объем и грузоподъемность в поколениях Y и Z близки друг к другу, а по отношению к поколению Ноль в полувагонах дают прирост 8% по грузоподъемности.

Хотя поколения Y и Z инновационных вагонов создавались по ТТ-2001, во многом заложенные в этот документ показатели, требования и технические характеристики были переосмыслены, уточнены и нашли отражение в новых стандартах:

- в ГОСТ 4835, ГОСТ 33200, ГОСТ 10791 внесены колесные пары РВ2Ш-957-Г, уточненные размеры осей РВ2Ш, цельнокатаные колеса из стали марки Т с криволинейной формой диска;
- характеристики кассетных подшипников закреплены ГОСТ 32769;
- с применением ГОСТ 32400 достигнуты повышенные требования к качеству литья по дефектам, взамен норматива ударной вязкости KCU внедрен KCV–60, назначенные сроки службы боковых рам и надрессорных балок устанавливает разработчик с подтверждением по ГОСТ 33939 и ГОСТ 34502, всеми изготовителями достигнуты показатели не ниже 32 лет;
- стандартами ГОСТ 34434, ГОСТ 9246 предусмотрены исполнения тормозных систем с безрезьбовыми соединениями, потележечным торможением, повышенными требованиями к эффективности;
- в ГОСТ 32913 заложены типы поглощающих аппаратов в зависимости от их энергоемкости и рекомендации по применению;
- в стандартах общих технических условий на основные типы грузовых вагонов (ГОСТ 10935, ГОСТ 26686, ГОСТ 26725, ГОСТ 10674, ГОСТ 5973, ГОСТ 30243.2, ГОСТ 35024, ГОСТ 34765 и др.) предусмотрено исключительно климатическое исполнение УХЛ-1, снято ограничение на использование сталей повышенных классов прочности либо других материалов, например алюминиевых сплавов, при выполнении критериев прочности и устойчивости конструкций.

Выполненные наработки и достигнутый на предыдущих уровнях опыт позволил ОВК приступить к разработке второго поколения инновационных грузовых вагонов – поколения Альфа.

Полувагон с разгрузочными люками модели 12-6744 сочетает лучшие технико-экономические характеристики: грузоподъемность 77 т (+2 т к модели 12-9853 поколения Z, дополнительно до 550 т груза по сравнению с составом из типовых аналогов с осевой нагрузкой 23,5 тс поколения Ноль), объем кузова 94 м³ (+ 2 м³ к модели 12-9853 поколения Z). Кузов полувагона изготовлен из комбинации стали 09Г2С и высокопрочной стали с пределом текучести 420 МПа, т.е. впервые выполнено одно из перспективных требований ТТ-2001 по снижению материалоемкости на 6-12% (снижение на 8%). В феврале 2026 года стартовал серийный выпуск полувагона 12-6744 на автоматизированных линиях ТВСЗ (Тихвинский вагоностроительный завод, входит в НПК ОВК) с планом годового производства более 5000 единиц. Сегодня составы полувагонов 12-6744 уже работают на благо повышения пропускной способности Восточного полигона.

Для вагонов-хопперов основным признаком принадлежности к техническому уровню является объем. К поколению Альфа отнесены следующие разработки НПК ОВК — вагон-хоппер модели 19-9591 и модели 19-9592.

Вагон-хоппер модели 19-9591 – универсальное транспортное решение для эффективной перевозки как тяжеловесных, так и легковесных минеральных удобрений. Увеличенный при сохранении стандартной базы вагона до 107 м³ (+6 м³ к серийной модели 19-9835-01 поколения Z) объем кузова и повышенная грузоподъемность 77,3 т (+0,6 т) обеспечивают перевозку в поезде, сформированном из новых хопперов, дополнительно свыше 400 т груза по сравнению с составом из типовых аналогов.

Вагон-хоппер модели 19-9592 – универсальное транспортное решение для эффективной перевозки зерна – обладает увеличенным при сохранении стандартной базы вагона объемом 127 м³ (+7 м³ к серийной модели 19-9549 поколения Z) и повышенной грузоподъемностью 76,2 т (+0,2 т), что обеспечивает эффективную перевозку всех видов зерновых грузов, в том числе низкой плотности.

Все новые модели вагонов имеют срок службы 32 года и межремонтный период 8 лет или 800 тыс. км пробега, показатель по пробегу гармонизирован со сроками ремонта всех применяемых комплектующих, в первую очередь кассетных подшипников.

На перспективу в поколениях Y, Z или Альфа востребовано увеличение эффективности в нефтебензиновых цистернах – существенный прирост объема на 5-7 %, которого можно добиться, например, за счет применения высокопрочных сталей в конструкции котлов.

В вагонах использована тележка модели 18-9855 с осевой нагрузкой 25 тс, которая совершенствовалась на протяжении 15 лет эксплуатации на колее 1520 мм под вагонами всех типов. В выпускаемой в настоящее время конструкции тележки применяется усовершенствованная конструкция боковой рамы и надрессорной балки, обеспечивающая повышение качества литых деталей. Все изнашиваемые поверхности защищены износостойкими элементами с ресурсом не менее 1000 тыс. км и снабжены индикаторами износа, которые упрощают контроль ее технического состояния в эксплуатации, а также определение годности деталей в плановых ремонтах.

К УТ-5, или поколению Бета, отнесены выполненные ОВК в 2017–2018 годах разработки первых моделей полувагонов для осевой нагрузки 27 тс, которые были использованы для проведения испытаний инфраструктуры на воздействие сформированных из них поездов. По результатам проведенных испытаний инфраструктуры на участке Свердловской железной дороги между станциями Качканар и Смычка был сделан вывод, что воздействие от поездов, сформированных из вагонов с осевой нагрузкой 27 тс, на путь и искусственные сооружения не отличается от вагонов эксплуатационного парка с осевой нагрузкой 23,5 тс и не приводит к росту выхода из строя элементов инфраструктуры, существующая система технического обслуживания пути позволяет эффективно поддерживать его в нормативном состоянии. Именно поэтому дальнейшего улучшения провозной способности железных дорог можно добиться внедрением осевой нагрузки 27 тс с разработкой следующего поколения инновации Гамма.

Сегодня возможности инфраструктуры магистральных железных дорог по осевой нагрузке и габаритам, а также инфраструктуры погрузки-выгрузки по конструкциям эстакад и вагоноопрокидывателей заставляют вагоностроителей развивать поколения X, Y, Z, Альфа, совершенствуя вагоны всех типов по объему и грузоподъемности.