Мир испытаний

Константин Рыжов, генеральный директор Тверского института вагоностроения и ВЭЛНИИ.

Создание новой техники невозможно без проведения ее испытаний. Комплекс исследований необходим для оценки надежности и безопасности железнодорожного транспорта, его функциональных характеристик и эргономики. В периметре ТМХ действуют два независимых испытательных центра — Тверской институт вагоностроения (ТИВ) и Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения (ВЭЛНИИ). Слоган одного из них — «Живите в своем мире. Испытывайте — в нашем» — максимально точно определяет специфику работы и ее значение. Расскажу об этом подробнее.

Железные дороги в России имеют протяженность более 100 тысяч км и расположены в четырех климатических поясах. Таким образом, для железнодорожной техники в нашей стране характерно многообразие эксплуатационных условий, в том числе с повышенными силовыми и вариативными температурными нагрузками. Вот почему так важна глубокая и качественная оценка конструктивных и эксплуатационных характеристик продукции в лабораторных, стендовых условиях. Она гарантирует выпуск на линию безопасной, надежной и комфортной как для пассажиров, так и для эксплуатирующих организаций техники.

Инфраструктура и компетенции специалистов испытательных центров ТМХ дают возможность создавать условия, характерные для реальной эксплуатации, в том числе и самые экстремальные. ТИВ и ВЭЛНИИ обладают единым управляющим и координационным органом, что обеспечивает работу испытателей в режиме одного окна для всех предприятий ГК «ТМХ», связанных с разработкой и производством железнодорожной техники и ее компонентов.

ТИВ: моделируем любые нагрузки

В 2026 году Тверской институт вагоностроения отметит свой 65-летний юбилей. Основой текущих компетенций компании стала научно-технологическая база, сформированная на разных этапах деятельности организации.

В настоящее время институт проводит исследовательские, предварительные и сертификационные испытания пассажирских и грузовых вагонов, электропоездов, вагонов метро, ходовых частей подвижного и тягового состава, тормозного и другого оборудования подвижных единиц железнодорожного транспорта. Ключевыми компетенциями ТИВ, с учетом специфики задач по подтверждению соответствия продукции ТМХ и действующей области аккредитации испытательного центра, являются статические и динамические испытания кузовов и рам пассажирских вагонов, электропоездов и вагонов метро, стендовые усталостные испытания рам ходовых частей всех видов подвижного состава, испытания компонентов на воздействие внешних повреждающих факторов (вибрация, климатика), пожарные испытания, испытания тормозного оборудования, функциональные испытания дверей, тормозов, различных приводов, проведение климатических и акустических испытаний.

Выполнение всех исследований возможно благодаря оснащению специализированным стендовым оборудованием. В большинстве случаев это стенды, снаряженные гидравлическими и (или) электрическими силовыми актуаторами и приводами, обеспечивающие приложение к исследуемым конструкциям силового воздействия, характерного для нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации. Состав и характеристики стендового оборудования формируют технологический суверенитет испытательной организации и обеспечивают объем исследований, требуемый для создания и сертификации железнодорожной техники ТМХ.

Конечно, приходится балансировать на грани экономической эффективности организации и реализации собственных технологических возможностей при отработке запросов на проведение испытаний. Есть минимальный объем испытаний, которые проводятся в обязательном порядке на различных этапах внедрения новой продукции, будь то исследовательские работы или предварительные и сертификационные испытания. Оборудование для такого вида испытаний, с учетом линейки продукции предприятий ТМХ, конечно, должно быть в составе технологической базы испытательного центра. Другое дело — редкие испытания, требующие дорогостоящего оборудования. Здесь мы привлекаем партнерские испытательные центры.

Рассмотрим основные виды испытаний, которые позволяют создавать безопасную и эффективную железнодорожную технику предприятиям ТМХ.

Целью статических испытаний является экспериментальная оценка напряженно-деформируемого состояния несущих элементов конструкции кузова вагона при действии продольных, а также вертикальных и ремонтных нагрузок. Продольные нагрузки реализуются на специализированном стенде, оборудованном гидравлической силовой системой и силоизмерительными устройствами. Стенд позволяет обеспечивать продольные нагрузки растяжения до 250 тс, сжатия до 350 тс и испытывать вагоны длиной до 28 м.

Фактически стенд имитирует состояние вагона в составе груженого поезда при маневровых работах, а также при движении с максимальной конструкционной скоростью в виде квазистатического нагружения. Как выглядит сам процесс. Вагон устанавливается на стенд. С одной стороны с помощью элементов автосцепного устройства объект испытаний закрепляется стационарно, с другой — через поглощающий аппарат вагона осуществляется силовое воздействие с помощью гидравлического цилиндра. Для реализации нагрузок на зону торцевой стены используется рамная конструкция, оборудованная на одной из концевых балок стенда. Для измерения величин напряжений элементов конструкции кузова вагона применяется многоканальная микропроцессорная тензометрическая система с датчиками, позволяющая регистрировать уровень напряжений в металле различных элементов, сечений изделия.

Важнейшей компетенцией ТИВ в разрезе общей потребности ТМХ является возможность проведения усталостных испытаний рам ходовых частей пассажирских вагонов, электропоездов, локомотивов и вагонов метро. Подобные испытания проводятся на портальных стендах усталостных испытаний. Оборудование предназначено для проведения статических и усталостных испытаний крупногабаритных деталей и узлов железнодорожного транспорта, которые проводятся с целью подтверждения показателей прочности и оценки срока их службы.

Каждая испытательная машина состоит из силовой рамы с колоннами и поперечной балки, пазовых плит для крепления испытуемых изделий и оснастки, гидравлических пульсаторов с пультами управления и приводной гидростанцией. Комплексное нагружение создается гидроцилиндрами номинальным усилием в диапазоне от 50 до 1000 кН с помощью специальных приспособлений.

Испытательные стенды позволяют исследовать изделия длиной до 6 м, шириной до 3 м и высотой до 1 м с одновременным приложением нагрузок в различных плоскостях. Основными объектами испытаний выступают рамы тележек тяговой и вагонной железнодорожной техники. Максимальные нагрузки, реализуемые стендом: статическая — 2 МН (200 тс), динамическая — 1,1 МН (110 тс). Частота нагружения — 4–5 Гц. Потребляемая мощность — до 65 кВт. Стенд оснащен датчиками силы и перемещений.

При усталостных и ресурсных исследованиях данные стенды позволяют реализовать все нагрузки по направлению и усилию, соответствующие реальным эксплуатационным условиям испытуемых изделий. Фактически в стендовых условиях проверяются надежность и ресурс важнейшего элемента подвижного состава — рамы тележки путем имитации накопления повреждающего воздействия за проектное время службы.

Кроме комплекса силовых испытаний, для оценки работоспособности и надежности изделий характерны климатические испытания и исследования по оценке вибростойкости. Данный набор оборудования является эффективным средством проверки работоспособности и надежности узлов и компонентов транспортных систем. По сути, происходит имитация вибрационного воздействия, характерного при движении по железнодорожным путям, на различные компоненты, устанавливаемые в кабине, кузове или подвагонном пространстве.

Климатическая камера позволяет проводить испытания при повышенной температуре +90 °C, пониженной температуре –70 °C, а также при повышенной влажности до 98%. Объем камеры составляет 9,7 м3, что делает ее эффективным решением для испытания крупногабаритных компонентов и сборок, а также для одновременного тестирования нескольких объектов. Уникальное сочетание экстремальных температурных режимов и высокой влажности позволяет проводить всестороннюю оценку стойкости материалов и изделий к самым суровым условиям эксплуатации. Камера обеспечивает реализацию условий, необходимых для точной оценки влияния климатических факторов на различные характеристики, такие как прочность, долговечность, а также электрические параметры.

В комплексе все это оборудование формирует важнейшее конкурентное преимущество Тверского института вагоностроения и обеспечивает проведение фундаментальных исследований железнодорожной техники ТМХ. Этот инструмент имитации эксплуатационных нагрузок в стендовых условиях — фактически макет реального железнодорожного мира.

ТИВ: у каждого своя задача

Структурно Тверской институт вагоностроения состоит из нескольких отделов, которые сфокусированы на определенных видах испытаний.

Особое место занимает отдел противопожарных мероприятий и новых материалов, в свое время ставший одной из первых организаций в отрасли железнодорожного транспорта, которые занимаются вопросами пожарной безопасности. В 2017 году отдел в качестве экспертной организации, состоящей из органа по сертификации и испытательной лаборатории, прошел процедуру подтверждения компетентности на право проведения работ по подтверждению соответствия продукции требованиям пожарной безопасности в системе добровольной сертификации Национального союза организаций в области обеспечения пожарной безопасности. Отдел проводит сертификационные испытания по проверке систем пожарной безопасности и систем пожаротушения, натурные огневые испытания на полноразмерном макете вагона, оценку пожаробезопасных свойств материалов, применяемых в интерьерах железнодорожной техники, теплотехнические испытания и испытания микроклимата.

Отдел исследований ходовых частей и тормоза проводит комплексные динамико-прочностные испытания всех моделей пассажирских вагонов производства Тверского вагоностроительного завода, вагонов электропоездов и метрополитена, различных моделей вагонов спецназначения, а также стендовые испытания тормозного оборудования, ресурсные испытания торсионных стабилизаторов, элементов ходовых частей, испытания по шуму и инфразвуку.

Отдел систем жизнеобеспечения пассажирских вагонов проводит испытания пассажирских вагонов, электропоездов и составных частей железнодорожного транспорта. Основное направление — проверка климатических характеристик и параметров электромагнитной совместимости продукции, стендовые испытания компонентов на климатическое и механическое воздействие (вибрацию).

Отдел кузовов и компонентов железнодорожной техники выполняет экспериментальные исследования и оценку статической прочности несущих металлоконструкций вагонов, весовых показателей, осуществляет проверку пассажирских, грузовых и специальных вагонов на действие ударных нагрузок, испытания таких компонентов, как пассажирские кресла и кресла машиниста, оси, колесные пары, воздушные резервуары, тормозные диски, литые компоненты, пружины, двери и пр.

Историческая принадлежность ТИВ к направлению разработки подвижного состава позволила сохранить уверенные компетенции по проектированию, что в условиях испытательной организации позволяет самостоятельно выполнять конструирование и изготовление стендового оборудования и оснастки, а также участвовать в разработке межгосударственных стандартов.

В штате организации работают 40 профильных специалистов — инженеров-испытателей, а всего 118 человек. Спецификой работы испытательного центра является то, что по критериям аккредитации профильных исследовательских организаций проведением сертификационных испытаний железнодорожной техники могут заниматься только специалисты, имеющие опыт проведения работ в области испытаний не менее трех лет. Таким образом, формирование и поддержание штата квалифицированных специалистов, допущенных к проведению сертификационные испытаний, является актуальной задачей. В конечном счете специфика оборудования понятна, его производство, поставку, модернизацию и ремонт могут выполнить многие поставщики. А вот вырастить уникальных специалистов в области испытаний железнодорожной техники, обеспечить им достойные условия труда — задача гораздо более сложная.

Стратегической целью для института являются контроль, организация и сопровождение испытаний продукции производства ТМХ. Дирекция по планированию и обеспечению испытательной деятельности ТИВ находится в постоянном контакте с управлениями предприятий ТМХ, координирующими постановку на производство новой продукции и ее сертификацию. Изменение планов предприятий по испытаниям незамедлительно отражается на оперативном плане работы испытательных центров.

Еще одним элементом работы испытателей является взаимодействие с ОАО «РЖД». Плановая работа испытательных центров заключается во взаимодействии с научными филиалами железнодорожной администрации — ВНИИЖТ и ВНИКТИ — в части организации и проведения работ на полигонах ходовых испытаний — Экспериментальном кольце в Щербинке, скоростном испытательном перегоне Белореченская — Майкоп Северо-Кавказской железной дороги и перегоне Голутвин — Озеры. А оперативная работа состоит в постоянной коммуникации с различными департаментами ОАО «РЖД» по согласованию программ и методик испытаний, оформлению различных телеграмм как основных распорядительных документов любого мероприятия на железнодорожных путях.

Комплексный подход позволяет осуществлять оперативное реагирование на различные внеплановые события и обстоятельства, возникающие при проведении исследований, оптимизировать загрузку испытательных мощностей института, что в конечном итоге приводит к повышению эффективности проведения испытаний и снижению их стоимости. В разрезе общей миссии ТМХ испытательные центры работают в направлении повышения безопасности и качества продукции.

ВЭЛНИИ: надежный фундамент энергетического дивизиона

В городе Новочеркасске, на базе одноименного электровозостроительного завода в 1958 году был основан Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электровозостроения. Направление его деятельности заключалось в разработке новых электровозов в частности и развитии всей индустрии тягового электрического подвижного состава в целом. С 2012 года, когда весь НИОКР, связанный с развитием электровозостроения, был выведен в периметр компании «ТМХ — Инжиниринг», ВЭЛНИИ сфокусировался на испытаниях. Основным направлением деятельности института сейчас является обеспечение работ по проведению проектных исследований и сертификации в первую очередь электротехнической продукции производства ТМХ.

ВЭЛНИИ занимает особую роль в индустрии железнодорожных испытаний. Фактически без деятельности этого испытательного центра, в котором работают 127 человек, невозможен выпуск электродвигателей, преобразователей и различных электрических коммутаторов, что в конечном счете исключает развитие продуктовой линейки дивизионов тягового подвижного состава ТМХ.

Сердце испытательного центра — машинный зал. Электромеханические источники питания обеспечивают генерацию электрического тока в тех параметрах, которые необходимы для исследований всего многообразия электрических машин и аппаратов, устанавливаемых на актуальные модели электровозов.

Электрический ток нужных характеристик подается на испытательные поля уже непосредственно на исследуемые изделия — двигатели, генераторы, преобразователи, аппараты. Испытательные стенды посредством специальной измерительной аппаратуры снимают показатели с изделий, подвергнутых испытаниям.

Текущие мощности ВЭЛНИИ, являющиеся во многом уникальными для отечественных предприятий, позволяют проводить испытания всей линейки тяговых электродвигателей производства Энергетического дивизиона ТМХ.

ВЭЛНИИ — один из немногих испытательных центров в России, который проводит вибропрочностные испытания объектов массой до 5,5 т с созданием ускорений до 30 g, а также испытания крупных тяговых двигателей и агрегатов, используемых в большинстве железнодорожных локомотивов. Это и двигатели, и редукторы, и моторно-редукторные блоки в сборе.

Испытательный центр ВЭЛНИИ имеет возможность проводить климатические испытания крупногабаритных объектов в камере объемом 30 м3. Диапазон воспроизведения температуры — от –70 °С до +85 °С, влажности — от 10% до 98%. Полезный объем — 2700 мм х 4000 мм х 2900 мм.

В настоящее время ВЭЛНИИ прорабатывает программу масштабной модернизации машинного зала с целью обеспечения испытаний перспективной техники с учетом стратегии технического развития ТМХ на горизонте до 2035 года.

Благодаря специализированной инфраструктуре, сильным компетенциям и обширному опыту персонала испытательные центры создают свой уникальный мир — своего рода сцену для пилотного прогона «спектакля», который затем продукция ТМХ будет играть в реальной жизни. Насколько этот «спектакль» станет успешным для разработанной конструкции, заблаговременно оценивается в испытательных центрах, которые выступают последним звеном процесса сертификации продукции.

Опубликовано в журнале «Вектор ТМХ»