TRACKMOBILE®
привод стальных железнодорожных колес
против
резиновых пневматических шин
Анализ рассматривает сравнение концепций применения тягового привода мобильных вагонных тягачей TRACKMOBILE и тягачей с ведущими пневматическими резиновыми шинами в области экономики использования, эксплуатации, тягового усилия и коэффициента сцепления.
ЭКОНОМИКА:
Клиенты, использующие машины с приводными колесами на пневматических резиновых шинах сообщают, что «срок жизни» шин намного короче, чем ожидалось и составляет от 1 до 6 месяцев (за исключением машин с низким коэффициентом использования). В среднем клиенты вынуждены менять комплекты шин 3 – 4 раза в год. Стоимость каждой шины составляет не менее 30 тысяч рублей, что приводит к стоимости комплекта от 120 – 280 тыс рублей. Если менять шины 4 раза в год, то только на шины потребуется тратить от 480 тысяч до 1 миллиона 120 тыс рублей в год.
Тракмобили используют стальные железнодорожные колеса по цене 90 тыс. рублей. При этом обычный срок использования составляет 5 – 10 лет, в зависимости от интенсивности работы.
ЦЕНА КОЛЕС:
Замена резиновых колес за пять лет будет стоить от 2 млн 400 тыс до 5 млн 600 тыс рублей. Плюс дополнительные расходы за шиномонтаж и потери от простоя машины.
Замена стальных колес TRACKMOBILE за пять лет будет стоить 360 тыс. рублей
Резиновые колеса изнашиваются гораздо быстрее, чем стальные. Любые ведущие колеса при большом весе поезда будут проскальзывать время от времени, но резиновые шины будут дополнительно изнашиваться и даже разрушаться при проезде и тем более при проскальзывании на острых деталях рельсового пути (остряки стрелок, контррельсы, остроконечный накат) особенно на изношенных путях и в кривых.
TRACKMOBILE разработал и использует систему MAX-TRAC – противо-пробуксовывание колес и антиблокировка колес при торможении, первым применив ее в железнодорожной маневровой работе. Эта система позволяет еще больше продлить срок службы колес.
ЭКСПЛУАТАЦИЯ:
Тракмобили более маневренны и надежнее стоят в рельсовой колее.
TRACKMOBILE разрабатывает свои машины с практически самой короткой колесной базой – как на железнодорожных колесах, так и на автомобильных. Это дает много преимуществ.
Конструкция железнодорожных мостов является определяющей, потому что они предназначены для выполнения основной функции машины – движение в рельсовой колее. Короткая колесная база важна, поскольку она позволяет Тракмобилю лучше вписываться в кривые малого радиуса и при этом стабильно оставаться на рельсах, двигая большой вес поезда. Железнодорожные мосты расположены строго по оси движения корпуса машины, как оси на одной локомотивной тележке. Тележки на локомотивах сделаны поворотными, чтобы вписываться в кривые, но база одной тележка мала и позволяет колесам не сойти с рельсов в кривых. При этом железнодорожные мосты Тракмобиля имеют достаточную степень свободы движения вверх-вниз при установке в раму машины для компенсации неровностей рельсового пути.
Аналогичный принцип используется в конструкции автодорожных колес Тракмобиля. Короткая колесная база позволяет обеспечить высокую маневренность в условиях жестких ограничений переездов для постановки на путь и снятия машины с железнодорожного пути. Внутренний радиус поворота примерно составляет 3,65 м для Викинга, 4,42 м для Геркулеса и 5,31 м для Титана.
Машины с приводом от резиновых шин конструктивно берут начало от полноприводных грузовиков или тракторов с дополнительным набором железнодорожных направляющих катков. Существовало много различных типов машин, но, несмотря на их многочисленные модификации, они все имеют изначальные недостатки конструкции.
Их колесная база намного больше. Внутренний радиус поворота типичного аналога примерно на 9 метров больше и увеличивается на более крупных конструкциях. Добавим, что по ширине машины составляют почти 3 метра и наружный радиус поворота становится 12 м. Таким образом, для разворота такой машине требуется около 25 метров. Последние, самые современные машины могут оснащаться полноуправляемыми колесами, что позволяет уменьшить радиус разворота, но даже в этом случае он значительно больше, чем у Тракмобилей.
При большой колесной базе, тягачи-аналоги также испытывают трудности и на рельсах. У них 8 колес, которые всегда склонны к прямолинейному движению, в то время, как рельсовая колея в кривой вызывает значительные боковые силы, что может привести к сходу.
Ниже приведено сравнение по величине колесной базы в железнодорожном и автодорожном режимах между Тракмобилем и его типичным аналогом с тяговым усилием около 12 тонно-сил:
ЖД режим Автомоб. режим
TRACKMOBILE HERCULES 3,22 м 1,66 м
Аналог (примерно) 4,8 м 2,4 м
ТРАКМОБИЛИ ЛЕГЧЕ В ПРИМЕНЕНИИ
Конструкция Тракмобилей позволяет с легкостью управлять машиной одним оператором. При постановке машины на железнодорожную колею оператор хорошо видит обе железнодорожные оси со своего кресла. Став на путь, оператор поднимает автоколеса, сцепляется с вагоном и приподнимает автосцепку при помощи гидравлики, чтобы увеличить сцепной вес машины (Weight Transfer). Функция MAX-TRAN помогает автоматически остановить подъем автосцепки при достижении максимального переноса веса, что особенно полезно при работе с порожним или частично груженым вагоном. С такой конструкцией вагонного тягача оператор может посвятить все свое внимание безопасности и эффективности маневровой работы.
Тягачи на резиновых шинах часто требуют двух человек для постановки машины на рельсы, так как невозможно увидеть направляющие колеса рельсовой колеи с позиции оператора. После постановки на рельсы оператор опускает направляющие катки, которые забирают до 22% веса машины от ведущих резиновых шин чтобы удерживать машину в колее. Оператор должен постоянно контролировать давление прижима направляющих колес, чтобы обеспечивать максимально возможный вес на резиновые колеса и вовремя снижать его, передавая вес на опорные катки, когда возникает опасность схода машины с колеи на сложных рельсовых участках. Это заставляет его сосредотачиваться на дополнительных задачах, отрывая внимание от управления перемещения вагонов.
Еще один момент, на который необходимо обратить внимание, это когда сильно изношенные резиновые колеса наезжают на автосбрасыватели, контррельсы, детали стрелочных переводов. Эти детали рельсового пути, возвышающиеся над поверхностью рельса никак не влияют на стальные колеса, но резиновые шины при наезде на них будут быстро приподниматься. Аналогичная ситуация будет проявляться при наезде на слежавшийся, утрамбованный снег на переездах. В этих случаях сильно возрастает вероятность схода машины с рельсов. Автоматическая система контроля давления прижимания опорных катков просто может не успеть отреагировать на резкое изменение положения ведущих колес. Тем более это опасно, когда такое регулирование осуществляется вручную. Усугубить положение может режим движения поезда накатом или при торможении, когда состав подталкивает тягач сзади.
ТРАКМОБИЛЬ ОБЕСПЕЧИВАЕТ СТАБИЛЬНОЕ СЦЕПЛЕНИЕ С РЕЛЬСАМИ
Производители вагонных тягачей на резиновых шинах утверждают, что коэффициент трения резина/сталь гораздо больше, чем коэффициент трения сталь/сталь. И поэтому тяговые возможности их машин больше.
Это могло бы быть абсолютно верно в «идеальных», лабораторных условиях. Но машины на рельсах работают в реальных условиях, далеких от идеальных. Вот реальный тест сравнения тяговых возможностей вагонных тягачей с различными типами привода ведущих колес, проведенный независимой компанией Canadian Pacific Railway в 1983 году, когда они выбирали, машины с каким типом привода приобрести:
В ПРИЛОЖЕНИИ смотри графики, построенные на основе этих тестов.
Результаты показывают, что резиновые шины быстро теряют сцепление, когда рельсы становятся мокрыми (12,5/20 – на 40% с мокрыми рельсами). Применение песка иногда может помочь улучшить сцепление, но он же ухудшает сцепление на сухих рельсах. Тестируемая машина, по документам производителя, имеет сцепной вес 19,5 тонн и силу тяги 14,9 тонно-сил на сухих рельсах. На практике ее сила тяги резко менялась и никогда не показала декларируемого параметра (только 60% от заявленного).
Следует отметить, однако, что результаты всех испытываемых образцов резко варьировались. Возможно, это происходило из-за быстро меняющихся погодных условий, манипуляциями с весом состава и давлением в шинах.
Современный Trackmobile Titan способен выдать тяговое усилие в 15 тонно-сил при использовании переноса веса на одну автосцепку и 22,6 тонно-сил при использовании двойного переноса веса. Без переноса веса тяга Титана достигает 7,5 тонно-сил. Trackmobile подразумевает в своих расчетах коэффициент сцепления 0,33 при использовании песка на сухих рельсах.
В приведенном выше тесте старая модель Trackmobile 11TM выдала 14 – 15,88 тонно-сил тяги без песка на мокрых, обледеневающих рельсах. Это составляет 88% от декларируемой силы тяги в гораздо более худших условиях, чем заявлено. А с применением подачи песка под колеса 11TM достиг 21,31 тонно-сил = 135% от заявленного тягового усилия! Таким образом, мы можем утверждать, что даже при плохих условиях, если будем применять песок, то достигнем и даже превзойдем заявленные тяговые возможности.
Аналогичные результаты были показаны на тесте и старой моделью 95TM. При заявленной силе тяги в 11,3 тонно-сил с передачей веса на одну сцепку и 18 тонно-сил на две сцепки, машина показала 95% заявленных возможностей при любых перечисленных выше условиях.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ:
Принципы, заложенные в конструкции машин 1982 года выпуска, применяются и в современных моделях. Сегодняшние Тракмобили обеспечивают БОЛЕЕ СТАБИЛЬНОЕ СЦЕПЛЕНИЕ, они ЛЕГЧЕ В УПРАВЛЕНИИ и более ЭФФЕКТИВНЫ в применении.
АНАЛИЗ ТЯГОВЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ
Таблица Тяговых возможностей аналогов на резиновых шинах:
модель
вес
Тяговое усилие
Аналог mod.1
16 556 кг.
11 113 кг.сил.
Аналог mod.2
18 144 кг.
12 020 кг.сил.
Аналог mod.3
20 185 кг.
12 927 кг.сил.
Аналог mod.4
25 512 кг.
14 515 кг.сил.
Аналог mod.5
26 135 кг.
16 329 кг.сил.
Аналог mod.6
27 757 кг.
18 143 кг.сил.
Аналог mod.7
31 000 кг.
20 411 кг.сил.
Trackmobile сейчас выпускает следующую линейку продукции:
модель
вес
Тяговое усилие на 1 сцепке
Тяговое усилие на 2 сцепках
Viking
34,360 кг.
12 253 тн.сил.
19 363 тн.сил.
Viking с балластом
38,910 кг.
12 934 тн.сил.
20 344 тн.сил.
Hercules
35,720 кг.
12 874 тн.сил.
20 284 тн.сил.
Hercules с балластом
40,000 кг.
13 454 тн.сил.
20 863 тн.сил.
Titan
50,850 кг.
15 013 тн.сил.
22 452 тн.сил.
Тяговое усилие рассчитывается путем умножения сцепного веса вагонного тягача на коэффициент сцепления ведущих колес. Но сравнение машин с резиновыми шинами и Тракмобилей должны быть скорректированы по следующим причинам:
Сцепной вес машин с резиновыми шинами должен быть уменьшен (часто до 22% - на вес, приходящийся на опорные катки). Затем, обычно производителями используется коэффициент сцепления 0.86 – на основе лабораторных данных о трении пары резина-сталь. В реальных условиях коэффициент сцепления ниже (см. ПРИЛОЖЕНИЕ).
Trackmobile имеет возможность увеличить сцепной вес машины путем гидравлического подъема автосцепки и переноса части веса вагона на ведущую ось Тракмобиля. В этом режиме до 22 450 кг может быть добавлено к сцепному весу машины. Если вагоны будут сцеплены с Тракмобилем с двух сторон, то всего сцепной вес может быть увеличен почти на 45 тонн.
КОЭФФИЦИЕНТ СЦЕПЛЕНИЯ:
Ниже приведено сравнение коэффициентов сцепления резиновых шин с рельсами и стальных железнодорожных колес с рельсами, какое обычно встречается на WEB-сайтах производителей машин на резиновых колесах и в их рекламных проспектах:
Резиновые шины
коэфф. сцепления
Стальные колеса
коэфф. сцепления
Идеальные условия – чистые рельсы, теплая погода, идеальная прямая рельсовая колея.
86%
33%
Благоприятные условия, чистые сухие рельсы, ухоженная прямая колея
63%
25%
Сухие рельсы, частичное нарушение геометрии колеи
55%
18%
Скольские, влажные рельсы, изношенная колея
40%
15%
На рельсах снег или лед, средне или плохо уложенная колея
30%
11%
*Источники данных: Производители резиновых шин; Железнодорожные компании
Ниже приводится письмо, полученное Trackmobile от технического департамента компании Goodyear, которое иллюстрирует совершенно другие данные по коэффициенту сцепления резиновых шин. Здесь самый высокий показатель сцепления резиновых колес со сталью равен 0,6 что на 30% ниже показателя, который обычно используется производителями вагонных тягачей на резиновых колесах. Их расчеты, сделанные, похоже, для идеальных условий, требуют пересчета и должны быть рассчитаны на обычные, не идеальные условия.
С другой стороны, Trackmobile в своих расчетах консервативно использует коэффициент 0,33 для вычисления тяговых усилий. Наши собственные тесты показали, что этот показатель равен и даже в большинстве случаев больше 0,33. Даже когда реальные погодные условия или состояние пути может повлиять на снижение тяги, применение подсыпки песка под колеса позволяет восстановить коэффициент трения (даже не до 0,33, как мы используем в своих расчетах, а значительно выше!).
ВЫВОД:
Trackmobile использует консервативный, но реальный подход в своих расчетах. Наши тестовые показатели часто превышают заявленные цифры, но иногда могут встречаться условия, в которых эти высокие показатели могут не быть достигнуты, по крайней мере, без применения песка. Поэтому мы применяем цифру 0,33 которая достижима практически в любых условиях.
С другой стороны, наши конкуренты, использующие привод от резиновых шин, применяют в своих расчетах коэффициент 0,86 – максимально теоретически возможный. А данные от компаний Goodyear и Canadian Pacific Railway показывают, что таких показателей практически невозможно достичь на постоянной основе. Это одно из объяснений, почему они предлагают к продаже машины больших размеров, чем требуется по их расчетам. Корректное сравнение машины любого производителя тягачей с резиновыми шинами должно учитывать анализ стоимости эксплуатации и необходимости постоянной частой замены шин.
Железнодорожная техника 
