Целесообразность создания и эффективность применения нового локомотива тепловозного агрегата

В.И. Белозёров, к.т.н., ЗАО ПКФ «Шахтрансервис»

К настоящему времени наиболее широкое применение для транспортирования горной массы на открытых разработках получили тепловозы ТЭМ7 (ТЭМ7А), оснащённые силовым агрегатом на базе дизельного двигателя с мощностью 1470 кВт (2000 л.с.). Эти локомотивы обеспечивают удовлетворительную производительность при руководящем уклоне пути до 20–25‰. Стесненные условия открытых работ обусловливают целесообразность увеличения уклона до 40‰ и более. Для обеспечения требуемой массы поезда и, соответственно, провозной способности транспортной схемы приходится применять вождение поездов по системе двух единиц. При такой системе кабина и система управления второго тепловоза не используется, многие узлы и агрегаты дублируются. Кроме того, второй тепловоз ухудшает обзор для машиниста поезда.

№3 (103) 2012

Для вождения поездов одним локомотивом необходимо увеличивать его мощность и сцепную массу.

Всесоюзным научно-исследовательским тепловозным институтом (ГУП ВНИТИ МПС России) была установлена возможность создания тепловоза мощностью 2200 кВт (3000 л.с.) на базе тепловоза ТЭМ7 с применением дефорсированного дизельного двигателя типа 16ЧН26/26 и генератора переменного тока типа ГC501A [1].

Специалисты АО «Людиновский тепловозостроительный завод» на базе ходовой части и узлов тепловоза ТЭМ7 создали грузовой тепловоз TPA1 с силовым оборудованием General Motors мощностью 3063 кВт. Создаётся аналогичный тепловоз ТЭЛ30, который комплектуется узлами и агрегатами российского производства, в частности, дизельным двигателем типа 16ЧН26/26 мощностью 3000 кВт.

Из приведенных данных видно, что возможно создавать локомотивы мощностью до 3000 кВт. Однако упомянутые грузовые тепловозы имеют кузов вагонного типа с двумя кабинами управления, что не соответствует рассматриваемым условиям их применения. При мощности, вдвое большей чем ТЭМ7 (ТЭМ7А), сила тяги при движении в длительном режиме увеличивается лишь на 27% (436 кН против 343 кН).

033 2

Увеличению силы тяги препятствует ограничение по условиям сцепления колес локомотива с рельсами. Большая сила тяги может быть достигнута при увеличении массы локомотива. Но дальнейшему увеличению массы препятствует ограничение по нагрузке колёсной пары на рельсы.

Таким образом, для увеличения силы тяги, помимо увеличения мощности, нужно повышать массу локомотива и количество осей. Реально этого можно достигнуть при использовании принципа, заложенного в тяговых агрегатах – локомотивах, состоящих из нескольких единиц. По такому принципу предлагается создать локомотив-тепловозный агрегат – TеA1, состоящий из двух тяговых единиц: тепловоза управления и моторного думпкара. Управление обеими секциями должно производиться с тепловоза управления. Моторный думпкар, в целях унификации, должен быть создан на основе ходовой части тепловоза типа ТЭМ7.

Для условий постоянного использования на открытых работах нагрузка на ось тепловозного агрегата может быть увеличена с 22,5 т до 25 т – величины, близкой к осевой нагрузке применяемых думпкаров. Следует отметить, что эта величина на 5 т меньше, чем у используемых тяговых агрегатах. Благодаря этому, масса каждой секции агрегата увеличивается до 200 т. Это позволяет увеличить силу тяги по сцеплению и, соответственно, массу прицепной части поезда на 11%.

В характерных условиях при использовании двух тепловозов ТЭМ7 (ТЭМ7А) на уклоне 40‰ поезд включает 9 думпкаров 2BC-I05 грузоподъемностью 105 т с расчетной полезной массой 945 т. Тепловозный агрегат позволяет транспортировать 10 думпкаров с полезной массой 1050 т.

Кроме того, моторный думпкар перевозит еще 70 т груза. Благодаря этому, полезная масса поезда достигнет 1120 т – на 18,5% больше, чем в базовом варианте.

Из изложенного следует, что новый локомотив должен удовлетворять техническим требованиям (табл. 1).

Табл. 1 Технические требования, предъявляемые к ТеА1

Определение экономической эффективности нового технического решения производится путем сравнения его показателей с показателями базового варианта – локомотива, состоящего из двух тепловозов ТЭМ7А, соединённых по системе двух единиц, который обладает тяговыми возможностями, близкими к рассматриваемому тепловозному агрегату ТЕА1.

В нашем случае затраты на думпкары, пути и прочее принимаются равными для обоих вариантов и не рассматриваются. Принимаются одинаковыми также статьи затрат на зарплату и на горюче-смазочные материалы.

Таким образом, экономическое сравнение вариантов проводится по величине капитальных затрат на локомотив и эксплуатационных затрат на его амортизацию и ремонт (табл. 2).

Табл. 2 Расчет затрат по сравниваемым вариантам

Для определения стоимости тепловозного агрегата использована аналогия с тяговым агрегатом ПЭ2М, выпускавшимся серийно в составе электровоза управления, тепловозной секции мощностью 1100 кВт и моторного думпкара.

По аналогии, принимаем отношение стоимости моторного думпкара к стоимости тепловоза управления – 0,35.

При определении стоимости тепловоза управления учтено сложившееся соотношение цен. Стоимость дизель-генератора с 16-цилиндровым дизельным двигателем типа 16ЧН26/26 больше стоимости дизель-генератора на основе 12-цилиндрового двигателя, установленного на ТЭМ7А, на 6 млн руб.

С учетом того, что возрастают и другие расходы: на системы охлаждения, управления и др., принимаем, что увеличение стоимости тепловоза будет в два раза больше – на 12 млн руб.

Коэффициент амортизационных отчислений при сроке службы сопоставляемых машин 20 лет равен: 1/20 = 0,05. При определении затрат на техническое обслуживание и ремонт (ТО и Р) локомотивов следует учесть значительное сокращение количества узлов и деталей тепловозного агрегата по сравнению со сцепом из двух тепловозов ТЭМ7А, в частности, дизель-генераторов, кабин, высоковольтных камер, компрессоров и вспомогательного оборудования. Из практики эксплуатации известно, что расходы на думпкар намного меньше, чем на тепловоз. На данной стадии расчетов затраты на техническое обслуживание и ремонт принимаются пропорциональными стоимости локомотивов (см. табл. 2).

Расчеты показали, что капитальные и эксплуатационные затраты на новое изделие меньше, чем на базовое. Однако требуются единовременные затраты (З) на создание нового локомотива. По сложившейся практике, они могут быть приняты равными стоимости создаваемого тепловозного агрегата, т.е. З = 97 млн руб.

Срок окупаемости T (лет) этих затрат приблизительно может быть установлен из зависимости:

033 5

где ΔК и ΔЭ – разность капитальных и эксплуатационных затрат между базовым и новым вариантами тепловозных агрегатов, руб.

В свою очередь ΔК = n Δк; ΔЭ =n Δэ,

где n – количество локомотивов, выпускаемых в расчётный год; Δк и Δэ – разность капитальных и эксплуатационных затрат между базовым и новым вариантами для одного локомотива, руб.

Как видно из приведенных зависимостей, срок окупаемости T нового локомотива зависит от объёма выпуска этих машин в год (серийности изделий). Расчёты выявили быструю окупаемость расходов на тепловозный агрегат TеA1 (табл. 3).

Табл. 3 Срок окупаемости при различных объёмах выпуска

Расчётный срок окупаемости будет ещё меньше, поскольку в этих приближенных расчетах не учтена большая производительность TеA1, транспортирующего поезд большей полезной массы, и соответствующее уменьшение затрат в расчёте на единицу продукции. Этот и ряд других факторов могут быть точно учтены при конкретных расчетах инвестиционных проектов с учетом фактора времени методом дисконтированных затрат.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Выяснительные конструкторские разработки по оптимизации исполнения маневрово-вывозного тепловоза мощностью 2206 кВт ( 3000 л.с.) с целью обеспечения максимально возможного выполнения требований заказчика при его унификации с тепловозом ТЭМ7 и другими типами тепловозов. Отчет ВНИТИ И-47-83. Коломна. - 1983, 82 стр.

Журнал "Горная Промышленность" №3 2012, стр.33