Юрій Дьомін: Спроби застосування системи TALGO для вантажних вагонів не дали позитивних результатів

Основні напрямки наукових досліджень професора Юрія Васильовича Дьоміна: стійкість руху та автоколивання багатовимірних механічних систем змінної структури; динаміка і міцність залізничного рухомого складу та машинобудівних конструкцій; техніка й технології інтермодальних та інтероперабельних перевезень у міжнародному сполученні. Під його науковим керівництвом розроблено низку проєктів, серед яких зокрема такі, що стосуються розвитку рухомого складу типу «Схід-Захід», а саме: визначення умов допуску до експлуатації на залізницях України вагонів, обладнаних розсувними колісними парами; розробка технічних засобів прискореного переходу вантажними вагонами стиків колій 1520/1435 мм; створення вагонів нового покоління, в тому числі вагонів типу «Схід-Захід», а також візків з поліпшеними динаміко-експлуатаційними якостями; комплексні дослідження зі створення перспективного вагонного парку для перевезень міжнародними транспортними коридорами.

В умовах воєнного стану та майбутнього повоєнного відновлення вітчизняної економіки постають нагальні завдання забезпечення ефективного залізничного сполучення України з країнами ЄC. При цьому першорядного значення набуває інтероперабельність перевезень залізницею вантажів у міжнародному сполученні. Для прискорення міжнародних вантажних перевезень конче необхідним є створення комплексу технічних засобів для організації безперевантажувальних перевезень.

З професором Дьоміним ми поспілкувалися про часи впровадження польської системи автоматичної зміни ширини колії SUW 2000 та про перспективи подібних систем для розв’язання логістичних завдань, які постають перед Україною сьогодні.

Проблема різниці залізничних стандартів у світі існує давно. Розкажіть загалом про системи автоматичної зміни ширини колії (AGCS): які існують основні типи та чим вони відрізняються?

Перш за все треба відзначити, що системи автоматичного переходу рухомим складом з колії однієї ширини на іншу під загальною назвою Automatic Gauge Changeover Systems (AGCS) постійно знаходяться в центрі уваги дослідників у галузі транспортного сполучення між країнами, залізниці яких відрізняються за устроєм та конструкцією колій. Використання АGCS знижує ризики, пов’язані з перестановочними і перевантажувальними операціями, значно скорочує час транзиту. До європейських систем автоматичного переходу рухомим складом стиків колій 1435/1668 мм і 1435/1520(1524) мм, що були виготовлені «в металі» та доведені до практичного використання, відносяться: іспанські системи TALGO і BRAVA, болгарська система БТ, німецька DBAG/Rafil і польська SUW 2000.

Система TALGO відпрацьована для пасажирського рухомого складу зчленованого типу. Перебудова ходових частин системи TALGO на потрібну ширину колії здійснюється на колієперевідних пристроях з розвантаженням коліс. Ходові частини системи TALGO являють собою двоколісні візки, на які спираються два сусідні у складі вагони. Колеса в таких візках обертаються незалежно одне від одного. Для належного вписування в криві ці візки оснащено системами радіальної установки коліс на півосях. Починаючи з кінця 60-х років минулого століття, поїзди TALGO забезпечують безпересадкове сполучення між Іспанією, Францією та Швейцарією. Крім того, поїзди цього типу виконують внутрішні пасажирські перевезення з переходом з мережі залізниць колії 1668 мм на колії 1435 мм і у зворотному напрямку. Спроби застосування системи TALGO для вантажних вагонів не дали позитивних результатів.

Наприкінці минулого століття іспанською фірмою CAF розроблено нову систему автоматичної зміни ширини колії BRAVA. Цю систему призначено як для немоторного, так і для тягового рухомого складу, що дає змогу безупинного переходу поїздів через колієперевідний пристрій зі швидкостями руху до 40 км/год.

Вироблялися подібні системи і в Болгарії. Для перевірки можливості застосування ходових частин з розсувними колісними парами (РКП) болгарського виробництва Львівською залізницею 1994 року було придбано 10 візків оснащених системою БТ (болгарська технологія – ред.). Цими візками було обладнано п’ятивагонну рефрижераторну секцію, яку піддавали динамічним та експлуатаційним випробуванням. Працездатність механізму автоматичної зміни положення коліс відповідно до ширини колії перевірялася на перевідному пристрої, який знаходився на ст. Батьово. За результатами ходових динамічних випробувань було виявлено ряд недоліків візків, через які вони не були допущені до експлуатації на залізницях України.

Розробка перших варіантів німецької системи РКП почалася ще в 1965 – 67 рр., які були призначені для вантажних вагонів. У 90-ті роки німецька залізниця DB AG зацікавилася цією технологією і взяла участь у розробці останнього варіанту РКП під назвою DBAG/Rafil type V. Вагони з колісними парами DBAG/Rafil type V були успішно випробувані у країнах з різними кліматичними умовами. Нещодавно на замовлення Азербайджанських залізниць фірмою Stadler Rail AG виготовлено пасажирські вагони габариту UIC на візках з колісними парами DBAG/Rafil type V для сполучення за напрямком Баку – Тбілісі – Карс (Туреччина).

Наприкінці 90-х іспанську систему Talgo-RD кілька років активно тестувати у Фінляндії. Випробування вантажних вагонів із цією системою проводилися на кордоні зі Швецією. В результаті проєкт не був впроваджений саме через технічні труднощі взимку. Сніг та лід забивалися в складні механізми РКП та блокували їх роботу. В Україні морози бувають до -30°C. Чи змінилися технічні рішення з тих часів, чи нас чекає така ж проблема?

Основна вада технології Talgo-RD (Rueda Desplazable – «колесо, яке переставляється») полягає у використанні води як мастила для зменшення сили тертя ковзання буксових вузлів при русі напрямними колієперевідного пристрою. При мінусових температурах це призводить до обледеніння ходових частин, що вимагає додаткових заходів для забезпечення безпеки руху. Ця проблема стала критичною перешкодою. Механізм розблокування коліс у системі Talgo-RD дуже чутливий до накопичення льоду та снігу. Для надійної роботи взимку пункт зміни колії потребував дорогої системи дефростації (підігріву та розморожування кожного візка), що значно здорожувало експлуатацію. Пізніше там же на кордоні зі Швецією було встановлено німецьку систему зміни колії DBAG/Rafil. Вона виявилася більш пристосованою до вантажних перевезень у скандинавському кліматі.

В Україні найбільш знаною є польська система SUW 2000, адже вона пройшла шлях від випробувань до реальних рейсів. Розкажіть докладніше про технічні параметри цієї системи та результати її експлуатації.

Система SUW 2000 за принципом дії аналогічна системі DBAG/Rafil. Автором цієї системи Ришардом Маріа Сувальським на початку 90-х були запропоновані варіанти оснащення системою SUW 2000 візків як пасажирських, так і вантажних вагонів. Перебудова колісних пар на необхідну ширину колії відбувається під час руху вагона через спеціальний колієперевідний пристрій (КПП), що з’єднує колії різної ширини. КПП системи SUW 2000 встановлено 2003-го року на прикордонній ст. Мостиська-2.

Перший (презентаційний) рейс поїзда складеного з вагонів на візках оснащених системою SUW 2000 відбувся у квітні 2000-го року. Ходові динамічні випробування пасажирського і вантажного вагонів на візках польського виробництва були проведені в липні 2001-го року на ділянці Стрий – Лавочне Львівської залізниці. За результатами аналізу експериментальних даних рух вагонів оцінено як відмінний.

Одночасно з експериментальними роботами було розпочато комплексні дослідження умов допуску вагонів із РКП на залізниці колії 1520 мм. Результати проведених розрахунково-експериментальних досліджень було використано при обладнанні вагонів УЗ візками з РКП та подальшої дослідної експлуатації таких вагонів у поїзді спільного формування УЗ-ПКП. Перед запуском цього поїзда в дослідну експлуатацію було проведено контрольну технічну поїздку вагонів на візках обладнаних системою SUW 2000 з Кракова до Києва. Раніше, у вересні 2003 року, подібний вагон здійснив пробіг з Варшави через Львів та Київ до Севастополя і у зворотному напрямку.

Як здійснювалось науково-технічне співробітництво української сторони з партнерами країн Євросоюзу щодо розробки та впровадження систем AGCS?

Одночасно з проєктом пасажирських перевезень між Польщею і Україною з використанням системи SUW 2000 за фінансової підтримки Єврокомісії на базі цієї системи розроблявся міжнародний проєкт під назвою Intergauge. Мета проєкту полягала в розробці технології транспортування вантажів, особливо небезпечних продуктів, що забезпечувала б безпечне і надійне перевезення між залізницями з коліями різної ширини. Реалізацію цього проєкту здійснював консорціум у складі наукових і виробничих організацій Польщі, Словаччини, Фінляндії і України. З української сторони у розробці проєкту приймали участь ДНДЦ УЗ і ДЕТУТ. За проєктом був розроблений прототип вагона-цистерни на візках нової генерації з колісними парами системи SUW 2000 і побудований колієперевідний пристрій на станції Дорогуськ (ПКП).

За проєктом UIC/ОСЖД «Автоматичні системи переходу залізничного рухомого складу з колії однієї ширини на іншу» спільна робоча група, до складу якої входили наукові співробітники ДНДЦ УЗ, провела дослідження за темами: аналіз існуючих автоматичних систем переходу залізничного рухомого складу з колії однієї ширини на іншу; оцінка ринку при використанні подібних систем; економічна ефективність автоматичних систем з урахуванням очікуваних транспортних потоків; опис узгодженої процедури ствердження автоматичних систем переходу залізничного рухомого складу з колії однієї ширини на іншу; екологічні аспекти і чинники навколишнього середовища. Проведеними в рамках проєкту дослідженнями переконливо доведено перспективність застосування технологій AGCS.

На прикладі застосування технології DBAG/Rafil type V за участі Corporate Solutions Consulting Ltd та Systra SA в рамках проєкту «Підтримка імплементації транспортної стратегії України» проведено аналіз витрат і вигод з впровадження системи автоматичного переходу рухомим складом з колії однієї ширини на іншу. За результатами дослідження визначено перспективи розгортання системи AGCS в Україні.

Проєкт SUW 2000 в Україні фактично був згорнутий у 2016 році. Чому так сталося?

Впродовж експлуатації дослідного поїзда з 2003 року було виявлено декілька технічних проблем. Так, під час перших поїздок на поодиноких колесах з’явились дефекти у вигляді вищербин. Після регулювання гальмівних систем таких випадків більше не виникало. Серйозною проблемою виявилась втомна міцність пружинистих втулок, які утримують колеса на заданій відстані у відповідності до ширини колії. Згідно з експертним висновком робочої групи науковців в конструкцію пружинистої втулки було внесено зміни з метою підвищення її втомного опору, а саме: збільшено кількість сегментів зміненої конфігурації. Крім того, удосконалено технологію виготовлення нових втулок. Для визначення можливості подальшого використання удосконалених пружинистих втулок були проведені порівняльні випробування втулок обох типів в експлуатаційних умовах. За результатами випробувань встановлено значно поліпшену несівну здатність нової втулки у порівнянні з втулкою штатної конструкції.

Аналіз результатів експлуатації вагонів з РКП системи SUW 2000 показав, що технічні проблеми, які заважають поширенню цієї системи, значною мірою були вирішені, і що можливо створити умови, при яких зазначені транспортні засоби зможуть циркулювати безперебійно.

2016-го року внаслідок обмеженого строку служби модернізованих вагонів, браку запасних частин для ремонту ходових частин та деяких перешкод бюрократичного характеру експлуатацію дослідного поїзда прийшлося врешті-решт зупинити.

В матеріалах науково-практичної конференції Дніпровського національного університету залізничного транспорту за 2019 рік зазначено, що профілі рейок та їх нахил в Європі та в Україні суттєво відрізняються, через що відбувалося швидке зношення колеса. Чи була проблема зносу коліс SUW 2000 фатальною, чи її можна було вирішити створенням уніфікованого профілю колеса ще тоді?

З огляду на істотну відмінність за конструкцією колій з шириною 1435 мм та 1520 мм при імітаційному моделюванні динаміки руху вагонів головну увагу було приділено взаємодії коліс західноєвропейського стандарту з рейками, що застосовуються на залізницях колії 1520 мм. Особливість експлуатації систем РКП полягає в конструктивних відмінностях вагонних коліс і рейок колії 1435 мм і колії 1520 мм, зокрема, в конфігураціях робочих поверхонь. Крім того, рейки залізничної колії 1435 мм типу UIС60 встановлюють переважно з підухилом 1/40, а рейки залізничної колії 1520 мм типу Р65 – з підухилом 1/20.

Впродовж дослідної експлуатації не спостерігалось надприродних зносів поверхонь кочення коліс. Тому проблема понаднормативних зносів коліс РКП системи SUW 2000 є надуманою.

Разом з тим, з метою визначення умов покращення взаємодії коліс і рейок різних стандартів були проведені відповідні дослідження динаміки руху вагона. Розглянуто відомі варіанти профілів поверхонь кочення коліс, а саме: профіль коліс вагонів колії 1520 мм; профіль вагонних коліс західноєвропейських залізниць; профіль ДМетІ. Останній був розроблений свого часу фахівцями Дніпропетровського металургійного інституту. За результатами порівняльних досліджень відзначено практичну нечутливість динамічних показників вагона до зміни колії у разі застосування коліс з профілем ДМетІ. Ця обставина дозволила рекомендувати до розгляду профілю ДМетІ як базового варіанта уніфікованого профілю поверхонь кочення коліс розсувних колісних пар різних систем.

В тих же матеріалах ДНУЗТ також вказано, що проєктно-конструкторським технологічним бюро з проєктування та модернізації рухомого складу, колії та штучних споруд (ПКТБ) не просто розроблено, а й запатентовано власну конструкцію РКП системи ДНУЗТ. Чому її не втілено у життя?

Стосовно запатентованої РКП ДНУЗТ можна сказати, що згадане технічне рішення цікаве, але, на жаль, не було доведене до практичного використання. Кінцевим продуктом мав бути візок нової конструкції, обладнаний РКП ДНУЗТ. Оскільки передбачалось використання ідей, що були закладені в болгарську розсувну колісну пару БТ, а саме: вісь РКП – неповоротна, а колеса обертаються незалежно одне від іншого, для центрування руху такої колісної пари в рейковій колії передбачалось оснащення візка додатковими діагональними зв’язками. Крім того, залишилось невирішеним питання щодо обладнання візка системою дискових гальм з розміщенням дисків на колесах. Тільки за умови вирішення наведених проблем міг би розпочатись багаторічний процес теоретично-експериментальних досліджень щодо допуску нового візка до експлуатації. Розвиток ходових частин з РКП ДНУЗТ зупинився після смерті ініціатора цієї розробки видатного вченого-механіка доктора технічних наук, професора О.М. Савчука.

Існує думка, що системи автоматичної зміни ширини колії виправдовують себе лише у пасажирському сполученні. Чи існують розрахунки, які доводять економічну перевагу (зокрема системи SUW 2000) саме для вантажних перевезень, і для яких типів вантажів ця технологія є найбільш вигідною?

Набутий досвід застосування системи SUW 2000 переконливо свідчить про безперечні переваги такої технології пасажирських перевезень у порівняні з технологією переставляння вагонів. Відповідні дослідження проведено щодо застосування систем AGCS для вантажних перевезень. Так, за розрахунками науковця з Краківської політехніки Мацея Шкоди застосування технології на основі системи SUW 2000 у випадку міжнародних перевезень небезпечних та цінних вантажів чутливих до перевантажувальних операцій у порівнянні з переставлянням вагонів прискорить перехід рухомого складу з колії однієї ширини на іншу щонайменше у 40 разів. На основі аналізу Life Cycle Cost (вартість життєвого циклу) ним доведено доцільність застосування системи SUW 2000 для транспортування небезпечних матеріалів на відстані менше 1500 км з частим перетином пунктів стику колій 1435/1520 мм та запропоновано рекомендації щодо зниження ціни візків щонайменше на 20%. Доцільність використання системи SUW 2000 для вантажних перевезень доведено також результатами досліджень, виконаних в Академії митної служби України Кузьменком А.І.

Чи є хоч один розрахунок, де система РКП виграє у звичайного вагона, наприклад, при перевезенні кукурудзи чи залізної руди, адже ми країна із сировинною економікою?

Системи AGCS доцільно застосовувати для перевезень високовартісних і небезпечних вантажів. У цих випадках визначальним фактором є швидкість і частота переходів через стикові пункти колій 1520/1435 мм. Для безперевантажувальних перевезень вантажів сировинного походження слід застосовувати удосконалену технологію зміни ходових частин на пунктах переставляння вагонів.

За даними на середину 2025 року Іспанія закупила української агропродукції на суму $2,7 млрд. Тобто ідея «триколійного» маршруту (1520 – 1435 – 1668 мм) виглядає стратегічно привабливою для експорту, але вона створює потрійне фінансове навантаження. Чи взагалі технічно реально зробити таку систему на три ширини колії?

У свій час Сувальским розроблявся проєкт візка на три колії для здійснення скоріше демонстраційного, аніж для практичного використання, маршруту «від Лісабону до Алмати». Тобто технічно таку систему створити можна, але без економічного сенсу.

Які на Вашу думку реальні шляхи прискорення залізничних перевезень вантажів коліями різних стандартів?

Завдяки напрацювань щодо створення вагонів типу «Схід-Захід», нині можна стверджувати, що кожна з зазначених технічних проблем щодо інтероперабельних перевезень між Україною і країнами ЄС має своє відповідне вирішення шляхом реалізації наступних варіантів: адаптація вагонів колії 1435 мм до умов експлуатації на залізницях колії 1520 мм і виробництво вагонів колії 1435/1520 мм.

Перший варіант видається здійсненним у короткостроковій перспективі з можливою метою – перевезення вантажів за визначеними маршрутами в основному поїздами постійного формування з вагонів колії 1435 мм. Також можливим є включення груп таких вагонів у вантажні поїзди на залізницях колії 1520 мм. Успішні спроби організації таких перевезень були здійснені на початку 90-х років фірмами DEC (Польща) і VTG (Німеччина) за участі вітчизняних науково-технічних фахівців. Тоді з використанням вагонів-цистерн західноєвропейського типу відбулося транспортування хімічної продукції з Сєверодонецька до Гамбургу.

Для забезпечення прискореного виходу вагонів колії 1435 мм на залізниці України у якості змінних ходових частин на пунктах переставляння вагонів (ППВ) пропонується до застосування візки типу ДК2000. Головною особливістю цих візків є пристрої спирання кузова, що виконані за європейськими нормами, тобто підп’ятники сферичні, а бічні ковзуни – пружні. Таким чином, візки типу ДК2000 є взаємозамінними зі стандартними візками типу Y25 вагонів колії 1435 мм. Практичне застосування візків ДК2000 відбулося у 2004 році, коли з ППВ ст. Мостиська-2 до Харківського вагонобудівного заводу було доставлено для ремонту два вагони-хопери Австрійських залізниць (ÖВВ). Мережею залізниць України ці вагони транспортувалися на візках ДК2000.

Варіант створення вагонів колії 1435/1520 мм розрахований на перспективу як універсальний і такий, що вимагає значного парку вагонів колії 1435/1520 мм. Для переходу вагонами вказаного типу пунктів стику залізниць різних стандартів рекомендується застосування систем AGCS. Як це зазначалось вище, застосування технології AGCS доцільне у випадку міжнародних перевезень небезпечних та цінних вантажів. При цьому слід знову ж таки звернутись до унікального науково-технічного досвіду у дослідженні і застосуванні системи SUW 2000.

Сьогодні в Укрзалізниці розглядають можливість впровадження іспанських технологій автоматичної зміни колії. На вашу думку, чи варто Україні зараз фокусуватися на нових для країни іноземних проєктах, чи логічніше було б розвивати вже знайому нам польську систему, враховуючи наявний досвід?

Нагальна необхідність в активному поглибленні розвитку політичних, економічних та соціальних зв’язків між країнами ЄС та Україною обумовлює пріоритетність розвитку ефективного міжнародного залізничного сполучення. Застосування систем AGCS з метою активізації високотехнологічних транспортних процесів, включаючи інтермодальні та інтероперабельні перевезення, стане каталізатором інтеграції залізниць України до Європейської транспортної мережі. Виходячи із зазначеного цілком логічним є рішення про повернення до проєкту застосування автоматичних систем зміни ширини колісних пар при переході рухомого складу через стики залізниць різного стандарту як за шириною, так і за конструкцією. Якщо йдеться про застосування іспанської технології, вважаю недоцільним «забути» про напрацювання отримані під час роботи з системою типу SUW 2000 і натомість зайнятися новим проєктом без порівняльних техніко-економічних досліджень ефективності цих двох систем. Треба також прийняти до уваги таку обставину, що за час, який минув після дослідної експлуатації вагонів з системою SUW 2000, польською стороною удосконалено цю систему, яка тепер має назву PolSuw. На мою думку було би правильним повернутись до співпраці з польськими спеціалістами.

За інформацією УЗ проєкт автоматичної системи зміни ширини колії  планується реалізувати у два етапи. Спочатку створити два дослідних вагони та побудувати пункт зміни ширини колії, потім сформувати поїзд з 30–35 вагонів європейського габариту та протестувати його. За розрахунками УЗ це має зайняти 2-2,5 роки. Яка ваша думка щодо цього?

Мені невідомі результати техніко-економічного обґрунтування згаданого проєкту та дані робочого плану його реалізації. Вважаю, що оголошені наміри недостатньо обговорені фахівцями з техніки і технологій інтероперабельних перевезень. Було б корисним спочатку отримати експертні висновки щодо доцільності розроблення цього проєкту.