09 июля 2020 14:46

Может ли колесо быть гибким

Испытания на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа определят судьбу необычного изобретения

Проблема взаимодействия колеса и рельса существует столько же, сколько сами железные дороги. За это время написаны сотни научных работ, ежегодно проводятся международные форумы, на которых идёт речь о том, как увеличить ресурс колеса и рельса. Но кардинальное решение проблемы пока не найдено.
Между тем она становится всё более острой. Специалисты утверждают, что за последние 30 лет износ металла в системе «колесо – рельс», особенно гребней колёсных пар, стал ещё более агрессивным. Они связывают это с тем, что произошло сужение традиционной колеи с 1524 до 1520 мм. Следовательно, нужен либо возврат к прежней ширине колеи, либо поиск каких-то новых технических решений. Одно из них предложил доцент кафедры «Подвижной состав электрических железных дорог» Омского государственного университета путей сообщения Валерий Шилер – так называемое «гибкое колесо». Недавно им заинтересовалась государственная корпорация «Ростех».

Валерий Викторович не случайно назначил мне встречу в фойе Омского университета путей сообщения, где на почётном месте красуется макет знаменитого паровоза Черепановых. Он считает, что хрестоматийные теории взаимодействия колеса и рельса нужно оставить там, где стоит первый паровоз – в музее, а самим идти дальше, к иным способам достижения высоких скоростей. По мнению учёного, это можно преодолеть лишь одним путём: сделать колесо «гибким».

Однажды он, будучи ещё аспирантом Омского института инженеров железнодорожного транспорта, попробовал схематически разложить на составляющие силы в системе «колесо – рельс». Решение пришло подобно озарению: колёса в стандартной паре нужно «развязать» между собой! И более того, каждое колесо разделить на две части: гребневую и цилиндрическую, то есть дать им возможность вращаться независимо друг от друга. Цилиндрическая часть должна принять на себя всю вертикальную нагрузку от вагона, обеспечив опорную функцию. Гребневые же части колёс, жёстко соединённые между собой на оси, должны обеспечивать вписывание колёсной пары в колее. При этом будут устранены паразитные проскальзывания, которые в обычной паре работают на износ металла, а за счёт поперечного перемещения точки контакта по всей поверхности круга катания колеса происходит её равномерный и более «заторможенный» износ.
«Итак, что же мы получим в сухом остатке? – размышляет учёный. – Вероятность наката гребня на рельс предположительно уменьшится в 5–6 раз. К тому же за счёт отсутствия эффекта «закручивания» колёс напряжение в металле колёсной пары должно уменьшиться до 30%». Значит, при использовании тех же самых материалов осевую нагрузку можно увеличить. Но главное – открывается прямой путь к высокоскоростному движению, причём, что особо важно, – отпадает необходимость в замене верхнего строения пути.

По его мнению, скорости 250 км/ч для грузовых и от 350 до 500 км/ч для пассажирских поездов не составят проблемы для колёсных пар нового типа даже при движении их по обычному пути.
– Гибкое колесо может применяться как в грузовых, так и в пассажирских вагонах, – говорит научный руководитель Сибирского научного центра мониторинга РИА, главный конструктор НПЦ «Динамика», доктор технических наук, академик Российской инженерной академии Владимир Костюков. – И что немаловажно, его внедрение не потребует доработки элементов ходовой части подвижного состава и усовершенствования инфраструктуры.

Заявку о своём открытии Валерий Викторович сделал ещё в советские времена, в середине 80-х, после того как все расчёты проверил на моделях колёсных пар. Но вскоре в стране начались трудные времена, стало не до новаций. Тем не менее он не оставил свою идею.

Первый натурный макет «инновационной» колёсной пары был сделан ещё в 2003 году. К тому времени «гибкое» колесо получило ещё одну существенную доработку: бандаж на колёсный центр стали устанавливать посредством резиновой прокладки. В результате во всей полуторатонной конструкции колёсной пары «необрессоренными» остались только два тонких стальных бандажа. За счёт этого ещё более улучшаются эксплуатационные характеристики.
– Цилиндрическая часть имеет возможность вращения в подшипниках относительно оси, что существенно снижает износ поверхности катания и увеличивает межремонтный пробег колёсных пар, – поясняет профессор кафедры «Электропоезда и локомотивы» МИИТа доктор технических наук Анатолий Савоськин.

Да, такая конструкция будет примерно на 80% дороже обычной колёсной пары (стоимость вагона при этом возрастёт всего на 12%). Зато посчитайте, какая экономия будет в процессе её дальнейшей эксплуатации, в том числе за счёт снижения потребляемой энергии на тягу поездов – до 30%, повышения скорости движения, а также за счёт продления сроков службы как самого колеса, так и верхнего строения пути. Такие аргументы приводит омский учёный своим оппонентам.

Но даже эти потенциальные преимущества в нынешних реалиях играют, как ни странно, против самого изобретения в целом. Ведь рельсы сегодня относятся к инфраструктуре, а колёса – принадлежат владельцам вагонов, операторским компаниям, и это нынче разные зоны ответственности. Руководство ОАО «РЖД» вроде и проявляет заинтересованность к ноу-хау омского изобретателя. Но компания уже не закупает вагонную продукцию. А тому же «Уралвагонзаводу» нужен крупный заказ, чтобы подготовить производство для изготовления таких колёс. Стало быть, новой конструкцией колёсной пары должны всерьёз заинтересоваться собственники вагонов. Но для этого нужны сертифицированные образцы колёсных пар. А для этого, в свою очередь, необходимо опытное производство, своя научно-производственная база, чтобы можно было самостоятельно изготавливать колёсные пары, а потом их сертифицировать. На это всё нужны немалые средства. Где всё это взять изобретателю?

Да и разве это дело учёных-разработчиков? Реализацией технических новшеств во всём мире занимаются совсем иные структуры. А у нас их нет. Нелегко и добиться официального признания своего изобретения. Пока среди специалистов по этому поводу много скепсиса.
– Геометрия по такому колесу очень жёсткая, как при его создании, так и при эксплуатации. Расстояние между внутренними гранями, как и все остальные обязательные параметры, будет очень сложно обеспечить, – считает генеральный директор ООО «Инновационное вагоностроение» Сергей Барбарич. – Поэтому, считаю, авторам идеи «гибкого колеса» необходимо спуститься на землю, то есть приблизиться к реалиям. И прежде всего соотнести свою разработку с возможностями нашего промышленного комплекса. Ведь конструкции колёсной пары с независимым вращением колёс в мире ещё не было.

Но ведь в мире много чего раньше не было – ни космических кораблей, ни высокоскоростных поездов…
– В любом случае нужно видеть, как такие колёсные пары поведут себя на практике, – резюмировал главный научный сотрудник ВНИИЖТа доктор технических наук Юрий Ромен.

Лёд тронулся в 2011 году, когда после презентации идеи «гибкого колеса» на Международной выставке высокотехнологичной техники и вооружения в Омске её признали лучшей инновационной идеей. Валерий Шилер получила грант от правительства Омской области на разработку конструкторской и технологической документации для изготовления опытных образцов колеса нового типа. Собранные с миру по нитке к 2014 году 16 млн руб. пошли на изготовление на омских предприятиях первых трёх опытных колёсных пар. Ныне они уже прошли этапы стендовых испытаний. Следующий важный этап – это предстоящее нынешней весной испытание новых колёс на Экспериментальном кольце ВНИИЖТа в Щербинке, где им вынесут официальный вердикт.

Для отца «гибкого колеса» Валерия Шилера и для всех его соратников – это судьбоносная веха. Впрочем, он сам не сомневается в успехе своего детища. Вот только сетует: не затянулся бы его путь на железнодорожную колею ещё лет на 15–20 – уж очень хочется ещё при жизни увидеть своё изобретение работающим на благо железных дорог страны.

Сергей Евсеев,
спец. корр. «Гудка»
Москва – Омск – Москва




Оставить комментарий
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
  1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12 13
14 15 16 17 18 19 20
21 22 23 24 25 26 27
28 29 30 31