Создание новых амортизаторов удара вагонов

Рассмотрены различные аспекты внедрения новой техники на железнодорожном транспорте на примере совершенствования амортизаторов грузовых вагонов – поглощающих аппаратов автосцепки.
 
Устанавливаемые на вагонах и локомотивах амортизаторы удара (поглощающие аппараты автосцепки) предназначены для снижения продольных нагрузок как при формировании состава на сортировочных горках, так и при начале движения и торможении поезда. От амортизаторов зависит сохранность подвижного состава: технико-экономический анализ показывает, что на устранение повреждений вагона за срок его службы затрачиваются средства, превышающие его первоначальную стоимость. Велик ущерб и от повреждений грузов; опасны также аварии, возникающие вследствие действия экстремальных продольных нагрузок в поезде. В последние годы участились случаи разрыва автосцепок; реже, но имеют место случаи разрыва рам вагонов.
 
Для Брянского института транспортного машиностроения (БИТМ, в настоящее время Брянский государственный технический университет, БГТУ) вопросы совершенствования поглощающих аппаратов традиционны. Начало было положено работами выдающегося ученого и основателя кафедры «Динамика и прочность машин» профессора Л.Н. Никольского еще с 50-х гг. прошлого столетия. В дальнейшем основные теоретические и практические вопросы создания новых перспективных поглощающих аппаратов были развиты в работах автора и А.П. Болдырева, а также А.Т. Харитонова, В.П. Тихомирова, А.С. Осипова, Ю.В. Игнатенко, Д.Д. Полякова, А.Г. Стриженка, В.В. Ионова, П.Ю. Шалимова, Т.Н. Прилепо, А.М. Гурова и других сотрудников кафедры. Были опубликованы четыре монографии и десятки научных статей, посвященных различным аспектам расчета, проектирования и испытаний поглощающих аппаратов. Практический выход деятельности этой научной школы нашел отражение в новых конструкциях, по
которым было получено 9 авторских свидетельств и 12 патентов на изобретения. Силами сотрудников БИТМ в 60 х гг. прошлого века был создан резинометаллический поглощающий аппарат Р-2П, предназначенный для пассажирских вагонов и электропоездов. Его разработчик – к.т.н. А.Т. Харитонов в 1962 г. был отмечен золотой медалью Выставки достижений народного хозяйства (ВДНХ). В 80-х гг. был принят к эксплуатации на грузовых вагонах пластинчатый фрикционно-пружинный аппарат
с металлокерамическими элементами ПМК-110А. Автор этих строк был отмечен в 1988 г. Серебряной медалью ВДНХ и дипломом Всесоюзного конкурса за лучшие работы по повышению надежности машиностроительной продукции.
 
К середине 80-х гг. БИТМ и кафедра «Динамика и прочность машин» наряду с ВНИИЖТ и Днепропетровским институтом инженеров транспорта входили в группу наиболее авторитетных научных организаций по проблемам продольной динамики вагонов и поездов. БИТМ принимал участие в разработке технических требований к перспективным
поглощающим аппаратам, в разработке норм расчетов на прочность вагонов и другие нормативные документы. Практически все разработки кафедры координировались Главным управлением вагонного хозяйства (ЦВ МПС) и ежегодно включались
в планы новой техники МПС.
 
Финансирование НИР кафедры шло по двум направлениям: за счет включения в план на выделение средств на новую технику МПС и в форме хозяйственных договоров с вагоностроительными заводами, в числе которых были Брянский машиностроительный завод (БМЗ), Бежицкий сталелитейный завод (БСЗ), «Азовмаш» (г. Мариуполь),
«Абаканвагонмаш» (г. Абакан) и др. Это позволило расширить производственную и экспериментальную базу кафедры, обеспечивающую оперативное проведение разнообразных испытаний, а также позволяло использовать другие базы, в том числе
ВНИИЖТ. Особую сложность представляли дорогостоящие эксплуатационные и поездные динамические испытания, которые обычно поручались Министерством путей сообщения Днепропетровскому институту инженеров транспорта. Так, при отработке поглощающих аппаратов ПМК-120А и ПМК-110А, созданных на кафедре, такие испытания проводились неоднократно. Поезд оснащался десятками опытных поглощающих аппаратов, вагонами-лабораториями с всевозможной испытательной аппаратурой, в ходе испытаний были задействованы десятки исполнителей, в том числе
и сотрудники БИТМ.
 
Порядок внедрения новой техники на железнодорожном транспорте до 1991 г. рассмотрим на примере создания поглощающего аппарата ПМК-110А. Разработанная на кафедре конструкторская документация на аппарат была передана отделу
главного конструктора по вагоностроению БМЗ, который доработал ее в соответствии с технологическими возможностями БМЗ и БСЗ, разработал технические условия и всю остальную техническую документацию для постановки изделия на производство. Вся документация обязательно согласовывалась с МПС, ВНИИЖТ, ВНИИ вагоностроения
и организацией-разработчиком, которым являлся БИТМ и от имени которого обычно выступал автор этих строк.
 
Для приемки поглощающего аппарата Министерством тяжелого и транспортного машиностроения СССР (Минтяжмаш) формировалась межведомственная комиссия (МВК). Так, в 1986 г. МВК приняла решение, разрешающее установку аппаратов ПМК-110А на рефрижераторных вагонах производства БМЗ, а в следующем году – на остальных грузовых вагонах. Все акты и протоколы МВК согласовывались БМЗ, БИТМ, МПС и утверждались зам. министра тяжелого и транспортного машиностроения.
 
Серийный выпуск аппаратов был возложен на БСЗ и БМЗ, сборку и выпуск аппаратов обеспечивал БСЗ. Особую сложность составляла организация массового производства металлокерамических элементов аппарата, что было поручено БИТМ. На первых порах это производство было налажено на Людиновском тепловозостроительном заводе, однако с массовым выпуском завод не справился и по решению Минтяжмаша этот заказ был размещен на 2-х предприятиях: Мариупольском и Новокраматорском заводах транспортного и тяжелого машиностроения. Надо отдать должное министерству: без его решимости, настойчивости и постоянного контроля запустить массовое производство аппаратов за 2 года было бы невозможно. Автору неоднократно приходилось участвовать в совещаниях, которые по-деловому и требовательно велись руководителями различных главков. Разумеется, напряженными были эти 2 года и для кафедры «Динамика и прочность машин» БИТМ: постоянное решение оперативных технических и технологических вопросов, уточнение конструкторской документации, участие
в многочисленных испытаниях и т.п.
 
Финансовое обеспечение кафедры заводами и МПС было довольно скромным, авторское вознаграждение за внедрение изобретения было уже реальное и ощутимое, но носило разовый характер. Более существенным для кафедры «Динамика и прочность машин» было государственное признание научно-технических достижений кафедры: в 1989 г. приказом Минвуза РСФСР, согласованным с Минтяжмашем, на базе кафедры «Динамика
и прочность машин» при БИТМ была организована отраслевая научно-исследовательская лаборатория «Динамика, прочность и надежность транспортных машин» (ОНИЛ ДПНТМ), что позволило расширить финансовые и производственные возможности научно-исследовательских работ по созданию новой техники для транспортных машин. За период ее существования –до 1992 г. –был выполнен большой комплекс НИР, посвященных созданиюновых конструкций амортизирующего устройства вагонов повышенной энергоемкости, по заданиям БМЗ и «Абаканвагонмаша». В частности, для контейнерных платформ производства «Абаканвагонмаша» работниками кафедры «ДПМ» и ВНИИЖТ было разработано специальное устройство, включающее сдвоенные аппараты ПМК-110А, обеспечивающее безопасную перевозку в контейнерах опасных и ценных грузов. Это устройство также прошло межведомственную комиссию в 1991 г. и было рекомендовано к серийному выпуску.
 
Но наступили девяностые годы «и …прервалась связь времен». Минтяжмаш вначале был преобразован в концерн, а затем вовсе расформирован, заводы резко снизили ассигнования на новую технику. Единственной организацией, координирующей
вопросы транспорта и транспортного машиностроения, осталось МПС, его роль в период перестройки трудно переоценить: благодаря ему удалось сохранить в эти тяжелые времена все основные научные школы, связанные с железнодорожным транспортом. Опираясь на планы новой техники МПС, кафедра и организованное при ней научнопроизводственное предприятие –ООО «НПП Дипром» –продолжали работы по совершенствованию амортизирующих устройств для подвижного состава. Так, именно в 90-х гг. были разработаны и запатентованы конструкции фрикционно-полимерных, фрикционно-гидравлических и гидрополимерных поглощающих аппаратов, изготовлены
и испытаны их опытные образцы.
 
В 1995 г. был разработан и запатентован новый металлокерамический материал К-23 для аппарата ПМК-110А, обладающий более высокими фрикционными свойствами. Определенную проблему составила организация его производства в России все предыдущие производители металлокерамических материалов остались на Украине. В относительно короткий срок при участии ООО «НПП Дипром» такое производство было организовано на брянском заводе «Пересвет» (в дальнейшем ЗАО «Термотрон – Завод»). К этому времени в стране появилось новое законодательство по защите авторских прав, и именно с этим предприятием авторский коллектив впервые заключил лицензионный договор, в котором были подробно оговорены все права и обязанности обеих сторон, в том числе и финансовые.
 
И все же эти годы были очень сложными в моральном и материальном отношении. Низкий уровень зарплаты в вузе, неритмичные, часто с большими опозданиями, выплаты по хоздоговорам – все это побуждало кафедру к работам, ранее ей несвойственным: разработка технической и конструкторской документации для депо, технологические
испытания различной серийной продукции и т.п. В результате кафедре все же удалось сохранить практически весь кадровый состав и поддерживать на современном уровне материальную базу. Существенный перелом наметился в конце 90-х гг. Это время было отмечено повышенным вниманием организаций железнодорожного транспорта и вагоностроительных заводов к проблемам качества подвижного состава и, в том числе, к проблеме совершенствования межвагонных амортизирующих устройств, задаче повышения их энергоемкости, долговечности и стабильности работы. Более того, пришло давно ожидаемое осознание Министерством путей сообщения и его научных организаций, прежде всего, ВНИИЖТ, того, что поглощающие аппараты должны быть специализированными, различающимися по своим характеристикам в зависимости от того, на каком вагоне они будут эксплуатироваться. В результате совместной работы ряда научных подразделений, включая ООО «НПП Дипром», который входил к тому моменту в технопарк Брянского государственного технического университета, был разработан отраслевой стандарт ОСТ 32.175 –2001, который предусматривает разделение поглощающих аппаратов по основным техническим показателям на различные
классы, в зависимости от необходимой степени защиты вагона от продольных нагрузок.
Одновременно были существенно повышены требования к поглощающим аппаратам самого массового неспециализированного подвижного состава новой постройки. Так, оказался востребованным разработанный на кафедре и запатентованный в 1999 г. фрикционно-полимерный поглощающий аппарат ПМКП-110, удовлетворяющий требованиям вышеупомянутого стандарта по классу Т1. Авторский коллектив передал исключительную лицензию на использование изобретения организации «НПП Дипром», и она, как юридическое лицо, полностью разработала всю необходимую для внедрения техническую документацию. Интерес к новой конструкции проявило руководство Бежицкого сталелитейного завода (директором был А.М. Сухов), этот завод в то время выпускал аппараты ПМК-110А, ПМК- 110К-23 и устаревшие аппараты Ш-2-В-90. С заводом был заключен лицензионный договор, лицензиаром выступил ООО «НПП Дипром», а затем был разработан договор о порядке внедрения нового изделия. Отличительной особенностью этого договора было самофинансирование: завод за
счет собственных средств готовил производство и опытные образцы аппаратов, ООО «НПП Дипром» –за счет собственных средств финансировал весь комплекс испытаний опытных образцов. Кроме того, ООО «НПП Дипром» должен был решать вопросы комплектации аппарата и, прежде всего, организации производства важнейшего узла
аппарата –упругого комплекта из термопластовых полимерных элементов. После проведения обширного цикла испытаний наиболее перспективными оказались полимерные элементы марки «Durel» (ФРГ) и «Прогтекс» (РФ).
 
В 2004 г. под эгидой МПС (в дальнейшем ОАО «РЖД») были проведены межведомственные комиссионные испытания опытных аппаратов ПМКП-110. По их результатам конструкция аппарата была одобрена, было получено разрешение
на производство опытно-промышленной партии объемом в 10000 шт., а в 2007 г. – после проведения эксплуатационных, а затем и квалификационных испытаний с положительными результатами – аппарату была присвоена литера «А» с разрешением
производства аппаратов без ограничения объема выпуска. К настоящему времени организован выпуск поглощающих аппаратов ПМКП-110 на десяти предприятиях России, Украины и Казахстана, общий объем выпуска к концу 2012 г. Превысил 340000 шт.
 
С каждым из этих предприятий ООО «НПП Дипром» заключил лицензионный договор, а также обеспечил авторское сопровождение. Лицензионным договором предусмотрен комплекс вопросов сотрудничества, включая и обязанность перечисления лицензиару роялти, зависящее от объема выпуска. Часть объема роялти перечисляется авторскому коллективу, остальное расходуется в основном на финансирование научных разработок, новое оборудование, испытательную технику и т.п. Так, продолжается совершенствование конструкции аппарата ПМКП-110: разработан новый металлокерамический материал К-30, обеспечивающий повышенную износостойкость; совершенствуется состав и конструкция полимерных комплектов в связи с повышенными требованиями к морозоустойчивости. Все это требует большого объема разнообразных испытаний как на оборудовании ООО «НПП Дипром», так и на оборудовании ВНИИЖТ. Кроме того, ООО «НПП Дипром» также принимает участие в сертификационных, периодических и различных квалификационных испытаниях аппаратов ПМКП-110, изготавливаемых
на различных предприятиях – лицензиатах.
 
Другое направление работы кафедры «Динамика и прочность машин» БГТУ и ООО «НПП
Дипром» – создание амортизаторов удара повышенной энергоемкости класса Т2 и Т3, предназначенных для цистерн и вагонов, перевозящих дорогие и опасные грузы. Начались работы этого направления с 1992 г. с финансированием МПС и БМЗ, в дальнейшем финансирование ограничивалось грантами Министерства высшего образования, в последующем – госбюджетной тематикой того же министерства. Реальные работы в этом направлении начались с 1998 г. в связи с созданием эластомерного поглощающего аппарата ЭПА-120 (патент 1998 г.). Система самофинансирования та же, что и ранее: опытные образцы изготавливал БМЗ, ООО «НПП Дипром» проводил полный комплекс испытаний на стендах, а эксплуатационные испытания 20 опытных аппаратов обеспечивало МПС. Межведомственная комиссия одобрила результаты испытаний и конструкцию и разрешила изготовление опытной партии в 2000 шт. К сожалению, в связи с реорганизацией управления БМЗ работа в этом направлении была приостановлена,
а затем и исключена из плана. Сходная картина имела место при создании фрикционноластомерного аппарата ПМКЭ (патент 2002 г.): по результатам испытаний опытных образцов, которые изготовлялись на БСЗ. Межведомственная приемная комиссия одобрила результаты, рекомендовала изготовление установочной партии. Изготовлено было 26 аппаратов, которые прошли эксплуатационные испытания на экспериментальном кольце ВНИИЖТ с положительными результатами, но затем работы приостановились.
 
Тем не менее, ООО «НПП Дипром» продолжает работы и финансирование в этом направлении: усовершенствована конструкция аппарата ЭПА-110, получен новый патент на полезную модель, изготовлены опытные образцы и завершаются их испытания. Технико-экономический анализ показал, что аппарат имеет перспективы на рынке аппаратов класса Т2 – Т3.
 
Подводя итоги, следует признать, что система размещения новой продукции на машиностроительных заводах-изготовителях существенно осложнилась. Необходимы большие затраты организации-разработчика, и все это требует настойчивости и огромного терпения в наше непростое время.