Проблема развития высокоскоростного экологически чистого наземного транспорта носит общенациональный характер. Ее решение позволило бы существенно улучшить ситуацию с организацией перевозок пассажиров на основных направлениях сети железных дорог, обеспечить увеличение пассажирооборота, сократить потребность в подвижном составе и в результате поднять престиж отечественных железных дорог и государства в международном аспекте.

ОАО Российские Железные Дороги и Сименс заключили договора о проектировании, поставке и техническом обслуживании восьми высокоскоростных электропоездов. Односистемные электропоезда постоянного тока серии ЭВС1 предназначены для эксплуатации на линии Москва – Санкт-Петербург с максимальной скоростью 250 км/ч. Для эксплуатации на линии Москва – Нижний Новгород предусмотрена поставка 4 электропоездов в двухсистемном варианте серии ЭВС2.

© Сименс, 2007

Технические требования к электропоездам были утверждены ОАО РЖД 31 мая 2005 года. В разработке этого документа принимали участие около 200 российских специалистов из профильных научно-исследовательских институтов, центрального аппарата РЖД, проектно-конструкторских бюро и эксплуатационных предприятий РЖД. Ключевым требованием было полная совместимость новых высокоскоростных электропоездов с действующей российской инфраструктурой железных дорог. Однако при разработке требований также был детально изучен мировой опыт высокоскоростного движения, большую поддержку оказали железнодорожные компании и исследовательские организации Германии, Испании и Франции. Это позволило учесть как положительный, так и негативный опыт, накопленный в этих странах в области скоростных перевозок.

Контрактом (подписан в мае 2006 г.) было предусмотрено, что конструкторские, проектные работы и изготовление электропоездов будут осуществлены компанией Сименс в Эрлангене и Крефельде в тесной кооперации с российскими специалистами. Электропоезд должен быть оборудован Российскими приборами безопасности движения, интегрированными в систему управления поезда. В соответствии с контрактом компания Сименс отвечает за получение всех необходимых сертификатов и допусков. В течение 2008-2009 года предуматривалось проведение комплекса испытаний, стендовые испытания комплектующих должны быть проведены частично на заводах изготовителях в европейских странах при участии экспертов из России, частично в России российскими испытательными центрами. Климатические испытания должны быть проведены в специализированной климатической камере компании Арсенал в Вене (Австрия).

Ответственность за проведение текущего технического обслуживания поездов в существующих депо в Санкт-Петербурге, Москве и Нижнем Новгороде и обеспечение необходимой эксплуатационной готовности электропоездов в соответствии с дополнителным контрактом (подписан в апреле 2007 г.) также возложена на компанию Сименс. Предусматривается участие в процессе технического обслуживания и ремонта персонала ОАО РЖД, обученного компанией Сименс. ОАО РЖД обеспечивает проведение комплексной модернизации моторвагонного депо Металлострой в Санкт-Петербурге, в котором должно быть смонтировано специальное оборудование и применены новейшие технологии.

Российские нормативные документы (законы, стандарты, нормы безопасности) не предусматривали специалтных требований безопасности для подвижного состава с конструкционной скоростью более 200 км/ч, было принято решение максимально использовать зарубежный опыт. В течение 2006-2008 года проведены специальные научные исследования и испытания, целью которых было сравнение российских и европейских нормативов и обоснование выбранных проектных параметров. Основная проблема применения европейских нормативных документов заключается в существенных различиях методик измерения и оценки показателей. Целью выполняемых во ВНИИЖТе исследований было сравнение результатов испытаний, полученных по российским и европейским методикам. Специалисты ВНИИЖТа провели или приняли участие в двух десятках совместных испытаний в различных европейских странах и в России практически по всем направлениям исследований.

Проведенная работа позволила существенно продвинуться в разработке отечественных нормативных документов для скоростного и высокоскоростного движения. Были разработаны вновь или откорректированы соответствующие стандарты и нормы безопасности на подвижной состав и инфраструктуру. К 2009 году Министерством транспорта были утверждены более 20 норм безопасности на электропоезда и другие технические средства железных дорог, содержащие специальные требования для сертификации, а также нормативные документы, регулирующие вопросы эксплуатации высокоскоростных поездов со скоростями до 250 км/ч.

Большой комплекс работ был связан с реконструкцией инфраструктуры действующих линий Санкт-Петербург - Москва и Москва - Нижний Новгород. Модернизировано верхнее строение пути, стрелочные переводы, мосты, контактная сеть, тяговые подстанции, станции, системы сигнализации и связи.

© Сименс, 2008

Первый электропоезд ЭВС2 изготовлен и доставлен в Россию в октябре 2008 года. Последующие поезда изготавливались с интервалом не более 2 месяцев. Доставка осуществлялась морским паромом из порта Зассниц (Германия), куда вагоны доставлялись с завода автомобильным транспортом, через порты Балтийск (Калининградская область) и Усть-Лугу (Ленинградская область), и далее перевозились по железной дороге в депо Металлострой. Компоновка поезда на путях 1520 мм из отдельных вагонов в 10-вагонный состав осуществлялась в порту Балтийск. В депо Металлострой осуществлялась наладка и настройка систем собранных электропоездов. Последний восьмой электропоезд прибыл в Россию 25 декабря 2009 года.

Концепция поезда Velaro RUS основывается на концепции Velaro, разработанной компанией Сименс для Испанских железных дорог и примененной также при разработке электропоездов для Китая. Для условий России концепция была серьезно доработана, при этом учитывались рекомендации российских специалистов, основанные на 20-летнем опыте эксплуатации электропоездов ЭР200 и поездов Невский экспресс с электровозами ЧС200.

Произведены конструкционные изменения тележек для ширины колеи 1520 мм и адаптация к конструктивным особенностям верхнего строения пути. Диапазон рабочих температур электропоезда - от -40 до +40°C - существенно отличается от испанского и китайского проекта и стал самым значимым фактором, который повлиял на общую конфигурацию и компоновку оборудования и систем, а также на примененные комплектующие. Предусмотрено применение специальных марок стали и материалов, отвечающих требованиям прочности для температурных диапазонов до -50°C. Это касается всех компонентов, применяемых снаружи кузова, в частности крепёжных элементов, резиновых прокладок и пластмассовых элементов. Низкие температуры и особые условия в России в зимнее время требуют применения более высокого уровня герметизации подвагонного пространства от проникновения снега, а также установку дефлекторов в подвагонном пространстве для защиты от снега и льда. На токоприемниках предусмотрены пневматические цилиндры короткого хода, обеспечивающие отрыв примерзшего полоза токоприемника в опущенном состоянии. Для предотвращения попадания снега в подвагонное пространство через систему охлаждения воздухом предусмотрен забор воздуха для охлаждения тяговых компонентов с боковой стороны крыши вагона.

Дизайн головного вагона электропоезда отличается аэродинамической формой, оптимизированной под высокую скорость, что особенно важно для уменьшения перепада давления в салонах при въезде в тоннели на высокой скорости. На Немецких и Испанских железных дорогах кабина машиниста рассчитана на одного машиниста, при этом компромис между комфортом пассажиров и машиниста был решен в пользу пассажиров, для машиниста возможность вставать на рабочем месте не предусматривалась, несмотря на требования стандарта UIC 651. На линии Москва - Санкт-Петербург тоннели отсутствуют, поэтому, учитывая российские нормотивы, в кабине машиниста предусмотрено место для помощника, а также возможность управления машинистом в положении стоя. Соответствующее изменение конструкции головного вагона и формы лобового стекла было достаточно сложной задачей.

В отношении динамики и прочности экипажной части проблемы при согласовании параметров возникали по вопросам оценки сопротивления усталости рамы тележки и несущей способности кузова при действии продольных сил. Имеются существенные различия в нормативных требованиях: в европейских странах показатели для оценки прочности определяются расчетным путем, в России окончательное заключение о соответствии подвижного состава нормативным требованиям дается по результатам комплекса натурных испытаний.

Одной из важнейших проблем является разработка профиля круга катания колес, поскольку профиль головки российских рельсов существенно отличается от европейского. Для определения реально возможных границ изменения подуклонки рельса на линии Санкт-Петербург — Mосква проведены соответствующие измерения и оценена вибронагруженность элементов пути, выполнены стендовые испытания для определения параметров подуклонки при использовании скреплений различных типов. В России применяются отличные от европейских габариты подвижного состава, различаются даже методики их расчета. Очевидно, что российский подвижной состав с широким кузовом имеет значительно больше возможностей для оптими- зации внутреннего пространства пассажирских салонов и существенного увеличения его производительности, поэтому российский вариант электропоезда выгодно отличается от европейских аналогов шириной кузова.

Для решения проблем обеспечения токосъема на линии постоянного тока на участке Лихославль – Калашниково Октябрьской железной дороги в 2005-2007 годах проводились испытания со скоростями движения до 260 км/ч по взаимодействию нескольких вариантов конструкции контактной сети с российскими и немецкими токоприемниками. Проведенные исследования позволили обосновать требования к разрабатываемым конструкциям контактной подвески и токоприемникам для высоких скоростей движения. Были спроектированы и испытаны различные конструкции контактной подвески, в которых использованы новые элементы, и в частности специально изготовленный бронзовый контактный провод. Созданы методики, позволяющие оценить динамические параметры системы токосъема для высокоскоростного движения, а также возможность одновременного применения на линии разных систем токосъема для высокоскоростного и обычного движения.

Также сложными задачами при разработке явились обеспечение российских требований к электромагнитной совместимости с устройствами связи и СЦБ, санитарно-гигиенические и противопожарные требования. Таким образом, электропоезда ЭВС1 и ЭВС2 с технической точки зрения мало общего имеют с широко распространенными в Германии электропоездами ICE3 и существенно отличается от испанского и китайского варианта Velaro.

© Олег Назаров, 2009

Был проведен комплекс приемочных испытаний для подтверждения соответствия требованиям технического задания, а также сертификационные испытания для подтверждения соответствия нормам безопасности. Кроме того, 59 компонентов в соответствии с российскими законами также подлежали сертификации. Работа по сертификации компонентов и проведению их приемочного контроля была начата еще в 2007 году до начала сборки первого электропоезда. Частично испытания компонентов (тележка, компрессор, тормозные рукава, предохранители, высоковольтные выключатели, колесные пары и др.) проводились в России.

Впервые для России комплекс климатических и санитарно-гигиенических испытаний подвижного состава проводился в уникальной климатической камере Вена-Арсенал на вагонах электропоезда ЭВС2-04. Были проверены все режимы работы систем электропоезда при предельных температурах -40 и +40°C, что позволило существенно сократить сроки проведения испытаний (в России обычно испытания затягиваются из-за необходимости ожидания соответствующих погодных условий). В камере также была проверена работа внешних дверей, автосцепного устройства, токоприемника и некоторых других систем.

В период с марта по ноябрь 2009 года проведен полный комплекс ходовых испытаний, необходимых для сертификации и получения допуска на российскую инфраструктуру. С 15 марта по 3 апреля 2009 года на Экспериментальном кольце ВНИИЖТ в Щербинке проводилась наладка систем электропоезда на постоянном и переменном токе, а также первый этап предварительных испытаний со скоростями движения до 120 км/ч. Была подтверждена возможность проведения испытаний на действующей линии.

После загрузки мерного груза поезд был направлен в депо Металлострой, в середине апреля начались предварительные ходовые испытания на участке Бурга - Березайка Окт. жд. с поэтапным повышением скорости движения до 275 км/ч. При этом проводились измерения параметров взаимодействия поезда с объектами инфраструктуры (путь, стрелочные переводы, контактная сеть, системы сигнализации, связи), проводились контрольные торможения и настройка токоприемников. Несколько поездок было проведено до Нижнего Новгорода, где настраивались токоприемники переменного тока и отрабатывался алгоритм работы систем при смене рода тока без остановки и с остановкой поезда по станции Владимир.

2 мая 2009 года в опытных поездках была достигнута скрость 280 км/ч, а 6 мая был установлен абсолютный рекорд скорости движения для Российских железных дорог - 291 км/ч (Предыдущий рекорд 271 км/ч был достигнут при ипытаниях тепловоза ТЭП80 в 1993 году). При этом критичные к скорости параметры взаимодействия с инфраструктурой не превышали допустимых по безопасности величин. Были проведены поездки с частично отключенными демпферами виляния тележек (имитация их неисправности).

Для подтверждения эксплуатационной надежности на каждом поезде проводился контрольный пробег 5000 км. В результате предварительных испытаний установлена возможность движения электропоезда с конструкционной скоростью, а для некоторых видов испытаний со скоростью 275 км/ч (в соответствии с программой и методикой). Параллельно с испытаниями электропоезда проводились испытания новых объектов инфраструктуры, определялись "узкие" места, имеющиеся "запасы" по времени хода и прорабатывались этапы дальнейшего повышения скоростей движения на направлении. Минимальное время хода между Москвой и Санкт-Петербургом, которое было достигнуто в процессе этих работ, составило 3 часа 18 минут.

На электропоезде ЭВС2-01 проводились приемочные и сертификационные испытания по воздействию на путь и стрелочные переводы, динамико-прочностные, аэродинамические и тормозные на Октябрьской, Московской, Горьковской железных дорогах и на скоростном полигоне ВНИИЖТ Белореченская - Майкоп. На электропоезде ЭВС2-02 проводились тягово-энергетические, тепловые испытания электрооборудования, испытания защит и электромагнитной совместимости на экспериментальном кольце в Щербинке, а также на Октябрьской и Горьковской дорогах. На электропоезде ЭВС2-03 проводились все виды стационарных испытаний в депо Металлострой и на Щербинке.

В ходовых испытаниях принимали участие испытательные центры ВНИИЖТ, ВНИИЖГ, ВНИКТИ, НИИАС и ВЭлНИИ. Практически все испытания российских специалистов дублировались немецкими испытательными центрами, что позволило убедиться в достоверности получаемых данных.

Объективности ради следует отметить, что выявляемые при испытаниях недостатки достаточно оперативно устранялись специалистами компании Сименс. Общая степень готовности электропоезда и проработка конструкции оказалась на достаточно высоком уровне, существенно лучше, чем у отечественных изготовителей подвижного состава. Приемочная комиссия состоялась в депо Металлострой 2 декабря 2009 года. Сертификат соответствия электропоезда требованиям безопасности был подписан 4 декабря 2009 года и торжественно вручен представителям компании Сименс и РЖД 11 декабря.

После внесения небольших доработок в конструкцию и корректировки программного обеспечения по результатам испытаний 17 декабря 2009 года началась коммерческая эксплуатация электропоездов с пассажирами. Трагические события, связанные с террористическим актом против "Невского экспресса" буквально накануне запуска в эксплуатацию Сапсана, не позволили провести намеченное торжественное открытие высокоскоростного движения в России.

Запуск электропоездов в эксплуатацию прошел в рабочей обстановке и стал хорошим подарком жителям России к Новогодним праздникам. Были запущены 3 пары поездов ежедневно в 6-45 и 19-00 c графиковым временем хода 3 часа 45 минут, а также дневной поезд в 13-00 с 4 промежуточными остановками и временем хода 4 часа 15 мин.

С января 2010 года в течение 6 месяцев будет проводиться подконтрольная эксплуатация поездов, которая необходима для доведения до заданного уровня и подтверждения показателей надежности, ремонтопригодности и готовности, т.е. тех параметров, которые в процессе приемочных испытаний не проверяются. Это также очень ответственный этап приемки продукции. При подконтрольной эксплуатации ведется мониторинг работы поездов, проводится тщательный анализ всех отказов оборудования, факторов влияния климатических воздействий, оценивается техническая оснащенность депо, пунктов оборота, отрабатывается система и технология технического обслуживания и ремонта.
Дополнительные материалы и статьи в библиотеке

© Андрей Заручейский, 2009

Продолжение следует...