Prerequisites for the Creation of a High-Speed Container Transport System

Cover Page

Abstract


The new scope of application for vehicles equipped with magnetic suspension is the fright container transportation. In order to realise the transit potential of the country, the increase in mean speed of the container trains is required. Objective. The purpose of the work is to explore the possibilities to develop the highspeed transport system equipped with magnetic suspension for container transportation along Eurasian land bridge. Methods. The following methods and analysis have been used as research instruments: case study, computer modeling, transport geography and technical and economic analysis. Results. The market analysis results of the transit container transportation have shown that the major challenge for Russian transit development is the constrained traffic capacity of the existing transport corridors. The drastic solution of the problem can be the construction of a new high-speed transport system. The following factors determining the conditions for the creation of the new transport system have been identified: the use of the Azov-Black sea basin transportation facilities, provision of the accessibility of the northern areas; the development of technical solutions ensuring the design of the transport system with low cost infrastructure. The combined traction levitation system has been developed based on the extremely simple design of the linear switched reluctance motor. The experimental researches of the full-functional physical model of the transport platform have been performed. The assessment of investment project efficiency has shown that despite large start-up investment in the track infrastructure, the project has positive economic effect. Practical importance. The computer model of the combined traction levitation system based on the linear switched reluctance motor has been designed. The concept of the new transport system construction has been introduced taking into account the characteristics of the supposed operating test sites in poorly developed areas. The high-speed route has been proposed connecting the Azov-Black sea basin with the Pacific coastline and completely passing through the territories of Russia including some northern regions. The transit potential assessment has shown that due to the transit time reduction it is possible to attract the container freights with traffic volume of 1.52 million in twenty-pounds equivalent.

Введение Общей тенденцией развития мировой транспортной системы является ускорение транспортного процесса, достигаемое формированием транспортных коридоров, совершенствованием транспортно-логистической структуры перевозок, повышением скорости движения транспортных средств [1]. К 2000 г. сформировались работоспособные технические решения для высокоскоростного транспорта с магнитным подвесом. В частности, запущена первая коммерческая линия в Японии Tobu Kyuryo Line [2], высокоскоростная транспортная система на магнитном подвесе Transrapid в Шанхае [3], транспортная система UMT в Южной Корее [4]. На начальном этапе, когда виды скоростного транспорта только появились, разработчики стремились продемонстрировать возможности новой технологии, установить рекорды скорости движения. В качестве основного критерия приняли маршрутную скорость, оставив в тени экономические и социальные эффекты. При попытке довести проекты до конкурентоспособного вида выяснилось, что есть только два транспортных коридора, на которых можно обеспечить окупаемость системы магнитолевитационных транспортных систем (МЛТС): во Франции и в Японии. Они проходят через густонаселенные районы с очень плотным движением и были созданы до того, как начал преобладать автомобильный транспорт. Идет интенсивный поиск локальных транспортных коридоров, обеспечивающих окупаемость системы. Известны многочисленные проекты внедрения МЛТС [5] в США, Великобритании, Г ермании, Японии, Китае, Иране, Индии и др. Созданы компании для развития МЛТС, например, The Northeast Maglev (TNEM), США, сотрудничающая с Central Japan Railway Company (JR Central, Япония) в вопросах внедрения SCMAGLEV в Соединенных Штатах; U.S. - Japan MAGLEV, работающая над внедрением японской высокоскоростной системы на основе сверхпроводящего эффекта компании JRC (SCMAGLEV) [6]. Таким образом, в мировой практике этот вид наземного транспорта до сих пор широко не используется из-за высоких затрат на строительство и недостаточно интенсивного пассажиропотока. Развитие технологии высокотемпературной сверхпроводимости породило новые возможности для МЛТС. Это нашло отражение в книге James Powell «The Fight for Maglev: Making America the World Leader in 21st Century Transport» [7]. В ней предложена грузовая МЛТС, использующая эффект высокотемпературной сверхпроводимости. Наиболее привлекательной сферой грузовых перевозок являются контейнерные перевозки конвейерного типа [8]. 6 ТЕХНОЛОГИИ И ПРОЕКТЫ Ранее в США фирма General Atomics создала транспортную грузовую платформу на магнитном подвесе для системы контейнерных перевозок конвейерного типа [9]. В настоящее время в России разрабатывается магнитолевитационная конвейерная линия, ориентированная на обработку контейнерных грузов в терминале порта Усть-Луга1. Проект реализуется на базе новой магнитоле-витационной технологии «МагТранСити» [10]. Новое применения МЛТС в сфере грузовых перевозок требует переосмысления концепции их построения с учетом характеристик предполагаемого полигона эксплуатации. В стратегии развития железнодорожного транспорта до 2030 г. особое внимание уделено транзитным контейнерным перевозкам [11]. Территория Российской Федерации является естественным мостом, связывающим Европу со странами Азиатско-Тихоокеанского региона. Для реализации полного транзитного потенциала страны ставится задача повысить маршрутную скорость контейнерных поездов. В настоящее время транспортное пространство развивается, главным образом, за счет ликвидации разрывов и «узких мест» путем реконструкции и строительства отдельных участков транспортной сети. Основным проектом считается строительство скоростной железной дороги для ускоренной доставки контейнеров из Китая, Центральной и Восточной Азии в Европу - Трансъевразийской контейнерной магистрали. Такая магистраль позволит организовать контейнерные перевозки со скоростью 140-160 км/ч, увеличит провозную и пропускную способность Восточного полигона железных дорог России. Идея создания Евразийского сухопутного моста с использованием технологии магнитного подвеса возникла давно [12], однако до настоящего времени не исследовалась возможность использования МЛТС для скоростных контейнерных перевозок по Евро-Азиатскому сухопутному мосту. Цель нашей работы - исследовать возможность создания высокоскоростной транспортной системы с магнитным подвесом для контейнерных перевозок по Евро-Азиатскому сухопутному мосту. 1. Постановка задачи Основные задачи данной работы: • оценить ситуацию на рынке контейнерных перевозок; • выявить факторы, определяющие условия создания новой транспортной системы; • спрогнозировать объем контейнерных транзитных перевозок новой высокоскоростной транспортной системы; • выявить факторы, определяющие маршрут трассы; 1 http://port-ustluga.ru/en. 7 TECHNOLOGIES AND PROJECTS • исследовать технические решения, обеспечивающие реализацию проекта; • оценить эффективность инвестиционного проекта. 2. Материалы и методы исследования Основные источники информации, использованные при подготовке: транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2030 года1, обзор морского транспорта (периодического издания ЮНКТАД)2, доклад Европейской экономической комиссии ООН (ЕЭК ООН) по ЕвроАзиатским транспортным связям3, материалы Комитета по внутреннему транспорту (КВТ) ЕЭК ООН4, материалы Координационного совета по Транссибирским перевозкам (КСТП)5, информация операторов контейнерных поездов Китай - Европа - РЖД6, Транс Контейнер7, DB Schenker8, Far East Landing Bridge (FELB)9. В качестве исследовательского инструментария использованы методы ситуационного анализа, компьютерного моделирования, транспортной географии, технико-экономического анализа. 3. Результаты 3.1. Оценка ситуации на рынке контейнерных перевозок Сегодня основная часть грузов, доставляемых из Азии в Европу и обратно, перевозится морским транспортом, с этим связан резкий рост контейнерного грузооборота между двумя континентами. Второе место по стоимости обслуживаемых поставок занимает воздушный транспорт, а замыкают список железные дороги. Из-за того, что в схеме доставки грузов преобладает морской транспорт, постепенно исчерпывается резерв пропускной способности североевропейских портов. В связи с этим многие логистические компании в Европе и Азии начали все чаще использовать для транспортировки товаров на европейский рынок порты южного Средиземноморья. При поставках через южную Европу крупные морские суда, следующие из Азии, проводят в пути на три-четыре дня меньше. В современных условиях существующая 1 https://www.mintrans.ru/activity/detail.php?SECTION. 2 http://unctad.org/en/PublicationsLibrary/rmt2014_ru.pdf. 3 https://www.unece.org/fileadmin/DAM/trans/main/eatl/docs/EATL_Report_Phase_II-Ru.pdf. 4 http://www.unece.org/trans/main/eatl.html. 5 http://icctt.com/transsib. 6 www.rzdlog.com. 7 www.trcont.ru. 8 https://www.dbschenker.com. 9 www.felb.world. 8 ТЕХНОЛОГИИ И ПРОЕКТЫ пропускная способность портов становится недостаточной, и некоторые из них уже приближаются к предельному объему грузооборота. Самая большая проблема Евро-Азиатского морского транспорта -очень продолжительное время перевозки. Альтернативой морскому транспорту являются наземные перевозки, способные удовлетворить значительную часть ожидаемого в будущем дополнительного спроса на транспортные услуги. Расстояние по суше между Европой и Азией, как правило, короче расстояния по морю, особенно если пункты отправки и назначения груза лежат в глубине обоих континентов. Железнодорожное сообщение становится оптимальным способом обеспечения связи портов с внутренними районами материка. Эффективная эксплуатация таких железнодорожных маршрутов, как Транссибирская магистраль1 и северный Трансазиатский коридор2 через территорию Китая, позволит создать весомую дополнительную провозную способность и сформировать нишевой спрос на ускоренные перевозки [13]. Сегодня маршрутная скорость контейнерных поездов по Транссибу составляет 1550 км/сут. Это достигнуто в основном за счет повышения маршрутной скорости путем сокращения количества и продолжительности технологических операций с поездными формированиями, что, несомненно, повышает конкурентоспособность данного вида перевозок. В то же время стремление к достижению максимально возможной технической скорости ограничивается потерями остальной части грузового движения по Транссибу. Следующий вопрос связан с объемом перевозок. В директивных документах Российской Федерации, касающихся транспортной стратегии, заявленный объем транзитных перевозок по Транссибирской магистрали в 2030 г. должен составить 1,44 млн двадцатифутового эквивалента (ДФЭ). Однако главной проблемой планов увеличения транзитного потока грузов является пропускная способность Транссибирской магистрали. После реконструкции магистрали к 2018 г. совокупная пропускная способность составит 185 млн т в год. При этом доля контейнерного транзита может возрасти до 0,5 млн ДФЭ, что явно недостаточно для освоения планируемых объемов перевозок. Оценка транзитного потенциала Российской Федерации в отношении товаропотоков между Азией и Европейским союзом показывает, что за счет сокращения времени транзита на 25-30 % можно привлечь грузы с морского пути. При этом общая доля сухопутного евразийского транспорта может быть увеличена с 1,9 до 18,5 %. В табл. 1 приведены данные прогноза распределения объемов контейнерного транзита между коридорами. 1 http://www.trans sib. ru/cat-geo. htm. 2 http://www.unescap.org/sites/default/files/tarsc-fulltext_1980.pdf. 9 TECHNOLOGIES AND PROJECTS Таблица 1 Распределение объемов контейнерных перевозок между транспортными коридорами, % Транспортный коридор 2020 год Транссибирская железная дорога 8,1 Северный Трансазиатский коридор 6,0 Маршрут через Суэцкий канал 81,5 Прочие маршруты 4,4 Итого 100 Полагая, что среднегодовой прирост объема перевозок Трансиба составит 5,6 %, и используя данные о морских контейнерных перевозках из Азии в Европу в 2016 г. (15,3 млн ДФЭ)1, можно вычислить ожидаемый объем перевозок по Транссибу в 2020 г. Он может составить 1,52 млн ДФЭ. Таким образом, прогнозируемый объем транзитных контейнерных перевозок существенно превышает заявленные директивные показатели. Кардинальным решением проблемы может стать строительство новой скоростной транспортной системы со скоростью передвижения контейнерных грузов не менее 2500 км/сут. Это совпадает с выводами Европейской экономической комиссии. Так, в докладе «Евро-Азиатские транспортные связи» отмечено, что существует потребность в диверсификации нынешних и в открытии новых альтернативных маршрутов между Европой и Азией и в дальнейшем развитии транссибирского сообщения. Новая транспортная система поможет увеличить пропускную способность железных дорог для грузовых перевозок, будет способствовать прямому бесперегрузочному сообщению между Европой и Азией, а при соответствующей прокладке маршрута может обеспечить доступность транспортных услуг по перевозке грузов в районах Крайнего Севера, Сибири, Дальнего Востока и в удаленных регионах России. 3.2. Факторы, определяющие условия создания новой транспортной системы 3.2.1. Предполагаемый маршрут трассы Геополитический фактор. В складывающихся геополитических реалиях целесообразно рассмотреть вопрос стратегического использования Россией транспортных возможностей Азово-Черноморского бассейна в долгосрочном периоде [14]. Кроме того, для снижения политических рисков желатель 1 World Maritime Review, 2016. 10 ТЕХНОЛОГИИ И ПРОЕКТЫ но, чтобы маршрут был проложен по территории одной страны с начальными пунктами на Тихоокеанском побережье России и с конечными пунктами в крупных логистических центрах Азово-Черноморского бассейна. Фактор транспортной доступности северных территорий. Стратегически необходимо приоритетное строительство новых линий большой протяженности в малоосвоенных северных регионах Российской Федерации в широтном направлении севернее Транссиба и БАМа, где находятся перспективные месторождения полезных ископаемых [15]. Технико-экономический фактор. Из-за больших расстояний и высокой удельной стоимости эстакадного путепровода МЛТС необходимо при выборе трассы реализовать концепцию минимального расстояния. Эстакадный путепровод МЛТС, в отличие от железных дорог, не требует расчистки тайги, выравнивания грунта, обхода естественных наземных препятствий. Обеспечивается гибкое включение путевой структуры в ландшафт, что создает предпосылки для спрямления трассы. С учетом основных факторов, определяющих предполагаемый маршрут трассы, можно наметить следующий маршрут: начальный пункт - на Тихоокеанском побережье, конечный пункт - один из портов АзовоЧерноморского бассейна. Южные порты России находятся на пересечении мировых торговых путей, через них проходят несколько транспортных коридоров, кроме того, это наиболее короткий путь от крупнейших промышленных центров России в Европу, страны Ближнего Востока, Азии. В качестве начального пункта маршрута на тихоокеанском побережье можно выбрать морской порт Ванино1 (рис. 1а). Это - транспортный узел, связывающий воедино железнодорожный, морской и автомобильный пути сообщения. Через Ванино поставляются грузы в северо-восточные регионы России, в Японию, Южную Корею, Китай, Австралию, США и другие страны. Выгодное географическое расположение порта открывает выход к морю грузам, идущим по Байкало-Амурской и Транссибирской железнодорожным магистралям. Конечный пункт целесообразно выбрать в районе Таманского полуострова, так как в соответствии со «Стратегией развития морской портовой инфраструктуры России до 2030 года»2 предполагается существенно увеличить грузооборот морских портов Азово-Черноморского бассейна за счет строительства нового морского порта Тамань3 суммарной мощностью к 2030 г. более 100 млн т в год. Предполагаемое местоположение порта - район мыса Панагия (рис 1б), расположенного на юго-западе Таманского полуострова Ближайший железнодорожный узел - город Крымск. 1 http://www.vaninoport.ru. 2 http://www.rosmorport.ru/media/File/State-rivate_Partnership/strategy_2030.pdf. 3 http://taman-seaport.ru. 11 TECHNOLOGIES AND PROJECTS :v Комсомол ьск*ма*Амуре СоЙТСКіЯ,* / rf **/* "7 irfés /#Южж>-С*халинск 'фі1* ' ✓ Владивосток Рис. 1. Географическое положение начального (а) и конечного (б) пунктов маршрута На рис. 2 показан предполагаемый маршрут высокоскоростной трассы МЛТС. б а Рис. 2. Маршрут высокоскоростной трассы МЛТС Предполагаемый маршрут трассы МЛТС характеризуется весьма большой протяженностью (около 7 тыс. км), потенциально имеет значительную полосу варьирования, ширина которой может составлять нескольких сотен километров в зависимости от особенностей рельефа местности, инженерно-геологических условий, местоположения благоприятных створов пересечения крупных рек, а также от сейсмических и других неблагоприятных условий на участках направления магистрали. 12 ТЕХНОЛОГИИ И ПРОЕКТЫ Маршрут учитывает ключевые факторы: связывает Азово-Черноморский бассейн с побережьем Тихого океана, полностью проходит по территории Российской Федерации, затрагивая северные территории (до 60 ° с. ш.), а его протяженность на 25 % короче протяженности имеющихся маршрутов. 3.2.2. Техническая реализация транспортной системы Необходимость создания высокоскоростных грузовых транспортных систем, имеющих обособленный путь с эстакадной прокладкой, вынуждает искать технические решения, позволяющие снизить затраты на создание и эксплуатацию МЛТС. Предполагаемая трасса проходит через удаленные малообжитые труднодоступные районы (водные преграды, горные хребты, заболоченную местность и т. д.) с холодным климатом. В этих условиях необходимы транспортные системы с низкозатратной инфраструктурой и технические решения, обеспечивающие бесперебойность транспортного потока по магистрали. Наибольшая величина первоначальных инвестиций связана с существенными капиталовложениями при возведении путевой инфраструктуры для МЛТС. Это обстоятельство отпугивает потенциальных инвесторов. Однако если на хорошо освоенных территориях с развитой транспортной инфраструктурой экономическая эффективность МЛТС определяется конкурентной средой, то в северных труднодоступных районах для обеспечения устойчивых грузопотоков над снегом и зонами интенсивного водородного износа конструкций высокоскоростные грузовые транспортные системы эстакадного типа на магнитном подвесе по существу безальтернативны. В России ЗАО «НТЦ ПРИВОД-Н»1 в рамках Федеральной целевой программы разрабатывает элементы транспортной системы с магнитным подвесом, ориентированной на высокоскоростную транспортировку контейнерных грузов по слабо освоенным северным территориям. Разработчики проекта выдвинули гипотезу о возможности создания простой комбинированной тягово-левитационной системы на основе предельно простого варианта линейного реактивного индукторного двигателя (ЛРИД), способного одновременно обеспечивать левитацию, тягу и курсовую стабилизацию. Такая комбинированная тягово-левитационная система позволяет использовать пассивную дискретную путевую структуру со сниженной материалоемкостью. Кроме того, простота конструкции напрямую связана с важнейшими эксплуатационными показателями, такими как живучесть и надежность системы. 1 http://privod-n.ru. 13 TECHNOLOGIES AND PROJECTS Функциональная схема комбинированной системы левитации и тяги, выполненная на основе линейного реактивного индукторного двигателя, показана на рис. 3. Рис. 3. Функциональная схема комбинированной системы левитации и тяги: 1 - система управления; 2 - силовой ключ преобразователя; 3 - тягово-левитационный модуль Система управления 1 генерирует коммутационную функцию K(t), управляющую переключением силовых ключей преобразователя 2. Под действием напряжения питания Ud преобразователь 2 формирует фазные токи ik в обмотках тягово-левитационного модуля 3. При этом создаются сила тяги Fx и подъемная сила Fz. Под действием силы тяги Fx объект перемещается со скоростью Vx, преодолевая силу сопротивления движению fx (блок 4). Подъемная сила Fz обеспечивает левитацию объекта, компенсируя вес объекта Р и действие возмущающих сил fz (блок 5). Под действием этих сил объект перемещается в вертикальном направлении со скоростью Vz. Сигнал зазора z формируется на выходе блока 6 путем интегрирования скорости вертикального перемещения Vz, сравнивается с заданным значением z^ в блоке 7, а сигнал ошибки Az подается на вход системы управления. Кроме этого, при формировании коммутационной функции K(t) используются сигналы Vx, Vz, ik и сигнал задания скорости движения Vx зад. Особенностью математической модели комбинированной системы тяги и подвеса является описание потокосцепления фазного контура как функции трех переменных: У к = f (к X z )> 14 ТЕХНОЛОГИИ И ПРОЕКТЫ где ik - ток в контуре; x - координата горизонтального перемещения; z - координата вертикального перемещения. В общем виде математическая модель представляет систему уравнений, описывающих: • баланс напряжений в электромагнитных контурах; • процессы электромеханического преобразования энергии; • уравнения движения объекта. п , OV к (h > x> z) dik ( cty к Ok > x> z) dx cty к (ik, X z) dz uk = h •R +---+---+ ' dL Fx = ElT Jvк (Ік > x> z)di к=1 ox y O dt \ OX dt Oz dt J i=const z=const Fz =Zir Jvк (ік. x>z)di к=1 OX У O d2 x , m--- = Fx - fx ; Ґ i i=const z=const ^2 x J Xd2 z dt2 2 m dt = Fz - m • g - fz где ik - ток электромагнитного контура; x - координата перемещения в горизонтальном направлении; z - координата перемещения в вертикальном направлении; Yk - потокосцепление электромагнитного контура; k - номер электромагнитного контура; b - количество электромагнитных контуров; g - ускорение свободного падения; m - масса левитирующего объекта; R - активное сопротивление контура; uk - напряжение, подводимое к электромагнитному контуру; Fx - горизонтальная сила, создаваемая электромагнитным контуром; Fz - вертикальная сила, создаваемая электромагнитным контуром; fx - сила сопротивления движению; fz - возмущающее воздействие. На базе математической модели тягово-левитационной системы разработана ее компьютерная реализация в графической среде имитационного 15 TECHNOLOGIES AND PROJECTS моделирования Simulink. Компьютерная модель позволяет моделировать динамические режимы работы. На рис. 4 представлены результаты моделирования электромеханических процессов в тягово-левитационной системе. Приведены осциллограммы мгновенных значений фазных токов в обмотках тягово-левитационного модуля, мгновенных значений сил по координатам x, y, z. Фазные токи ik формируются таким образом, чтобы суммарное подъемное усилие, создаваемое фазными контурами, обеспечивало левитацию объекта, а суммарное тяговое усилие - заданную скорость движения. На рис. 4 показано, что при воздействии возмущения по координате y возникает сила бокового смещения Fy, обеспечивающая курсовую стабилизацию движущегося объекта. ^ ф і -£Э S її В Й 1 їм *lc но, Л ”■ і, A j \ \1\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ не_ V/ V/ \/ V \/ \/ \/ \/ 1/ 1/......\/- \/ • \/ W _ 1 I 1 - ' і і 1 і j-і тт у\ /\ л А А А А А А А А Fx, Н /Л/ \ Г\ \ f\ / \/\/\ (\ (\ (\ «ВС- / \/ \ / \/ \ /■ \ / \ / \/ \/ \г Г V / \ / ИКС -/ \ / \ /\ |\ / \ /\ / \ /\ /\ / V ....../ \...... 1 \ і V....../ \ 1 1 1 .... IV* «I.V :І1ЮОООос^ 1 1 1 •яке - • і • .........;.....................!....................... . І 1 1 1 1 1 1 1 *г9 aj. “ 1 А\ л 1 , L л л • І:-11 YVYVVA/VVVVVA л A/YYYYY^A/wvwwywww. і і і і і ^АААААД/г'c ' і ' і і Рис. 4. Осциллограммы электромеханических процессов По результатам компьютерного моделирования процессов в комбинированной системе тяги и подвеса разработаны основные технические решения. Для экспериментальной проверки концепции была изготовлена полнофункциональная физическая модель транспортной платформы, проведены экспериментальные исследования системы. Основная цель эксперимента - проверить возможности совмещения в одном объекте функций левитации и тяги. Подобие процессов, протекающих в физической модели, обеспечивается подобием конфигурации магнитной системы макета тягово-левитационного модуля, выполненного в масштабе 1:7, идентичностью топологии схем силовых преобразователей модели и объекта, идентичностью алгоритмов управления и структуры системы управления. Транспортная платформа оснащена четырьмя тягово-левитационными модулями. 16 ТЕХНОЛОГИИ И ПРОЕКТЫ На рис. 5 показана функциональная схема модуля. Обмотки L1, L2, L3 модуля ^1 включены в силовую схему полумостовых преобразователей UZ1-UZ3, которые получают питание от аккумуляторной батареи G1. Система управления формирует алгоритм коммутации силовых ключей VT1, VT2 преобразователей UZ1-UZ3, обеспечивающий левитацию объекта и его линейное перемещение вдоль путевой структуры. На вход системы управления поступают сигналы, пропорциональные токам в обмотках Ia1, hu Ic1 от датчиков тока ТА1-ТА3, воздушного зазора 51 от датчика зазора В1, а также логические сигналы, фиксирующие положение полюсов магнитной системы модуля относительно путевых элементов от блока датчиков положения BL1-BL3. Рис. 5. Функциональная схема модуля Конструктивно тягово-левитационный модуль полностью автономен и может быть адаптирован к различным конструктивным формам транспортной платформы. На рис. 6 показан общий вид физической модели транспортной платформы. Модель содержит четыре тягово-левитационных модуля, установленных на транспортной тележке; платформу с электронным оборудованием; дополнительную технологическую платформу, на которой располагается груз при экспериментах. Во время экспериментов модель переводили в левитирующее состояние. Для этого в обмотки тягово-левитационных модулей подавали постоянный ток, регулируемый по величине в функции величины воздушного зазора между полюсами модулей и путевыми элементами. Далее запускали систему привода, при этом переключались токи в фазных обмотках по сигналам датчиков положения. При этом транспортная платформа бесконтактно перемещалась вдоль путевой структуры. 17 TECHNOLOGIES AND PROJECTS Рис. 6. Общий вид физической модели На рис. 7 приведены осциллограммы электромеханических процессов при переходе тягово-левитационной системы из режима левитации в режим левитирующего перемещения вдоль путевой структуры. На осциллограммах показаны фазные токи модулей I1a-I4c, сигналы датчиков зазоров 51-54, сигналы датчиков положения Da, Db, Dc. Рис. 7. Осциллограммы электромеханических процессов 18 ТЕХНОЛОГИИ И ПРОЕКТЫ Исследования физической модели транспортной платформы продемонстрировали ее работоспособность [16]. По результатам исследований предложена концепция построения грузовой МЛТС для эксплуатации на слабо освоенных территориях. Предлагаемая МЛТС должна содержать пассивную путевую структуру эстакадного типа и сцепные составы, состоящие из автономных транспортных платформ для перемещения контейнеров. Каждая платформа оснащается легкосъемными тягово-левитационными модулями и электрохимическими накопителями энергии. Подвижной состав может получать энергоснабжение как от автономных энергетических установок, так и от контактной сети. На рис. 8 показано поперечное сечение транспортной платформы. На рис. 8 показаны: путевое полотно 1, опирающееся на опору 2; транспортная платформа 3, оснащенная колесными блоками 4, 5 для транспортировки платформы вдоль путевого полотна; передаточные устройства 6, 7, связывающие статоры линейных двигателей 8, 9 и транспортную платформу 3; элементы ротора 10, 11, установленные в ряд на путевом полотне 1 с шагом, равным полюсному делению линейного двигателя; роликовые катки 12, 13, ограничивающие боковое смещение платформы относительно путевого полотна. На поверхности путевого полотна 1 вмонтированы стальные пластины 14, 15, которые являются посадочной поверхностью для колес 4, 5 транспортной платформы 3. з Рис. 8. Поперечное сечение транспортной платформы: 1 - путевое полотно; 2 - опора; 3 - транспортная платформа; 4, 5 - колесные блоки; 6, 7 - передаточные устройства; 8, 9 - статоры линейных двигателей; 10, 11 - элементы ротора; 12, 13 - роликовые катки; 14, 15 - стальные пластины; 16, 17 - преобразовательные устройства 19 TECHNOLOGIES AND PROJECTS При подаче импульсов тока в обмотки статоров линейных двигателей от преобразовательных устройств 16, 17 возникает силовое взаимодействие U-образных магнитопроводов статора и ротора через регулируемый по величине воздушный зазор. Создается тяговое, подъемное и боковое стабилизирующее усилие, которое передается через передаточные устройства к транспортной платформе. Это обеспечивает бесконтактное перемещение транспортной платформы вдоль путевой структуры. Контейнерный поезд, составленный из 22 транспортных платформ, описанных выше, общей массой 1800 т может транспортировать 43 единицы 40-фунтовых контейнера с маршрутной скоростью 180 км/ч. Скорость передвижения контейнерных грузов - не менее 3600 км/сут. Чтобы реализовать прогнозируемый годовой объем транзитных контейнерных перевозок в 1,52 миллиона ДФЭ, необходимо, чтобы контейнерные поезда следовали с интервалом, равным примерно 0,5 ч (49 контейнерных поездов в сутки). При этом на линии в обоих направлениях одновременно должны находиться 156 контейнерных поездов. Парк транспортных платформ должен составлять 3432 единицы (без учета резерва). Таким образом, предложенная концепция построения высокоскоростного контейнерного поезда физически реализуема и обеспечивает прогнозируемый годовой объем транзитных контейнерных перевозок. 4. Оценка эффективности инвестиционного проекта Эффективность инвестиционного проекта оценивали в соответствии с Методическими рекомендациями, действующими на территории Российской Федерации. Г оризонт планирования проекта - 40 лет. Денежные потоки проектов формируют следующие статьи затрат: инвестиционные затраты, эксплуатационные расходы, платежи по налогу на имущество. В качестве основных показателей, используемых для расчетов эффективности инвестиционного проекта, выбраны: чистый доход, чистый дисконтированный доход, внутренняя норма доходности, индекс доходности инвестиций, индекс доходности дисконтированных инвестиций; срок окупаемости. Годовой экономический эффект определяется как разность между денежными потоками соответствующего года проекта с электровозом ЭП20 [17] и проекта МЛТС с ее последующим дисконтированием. Показатели эффективности проекта МЛТС приведены в табл. 2. Расчетные значения основных показателей эффективности позволяют сделать вывод, что предлагаемый проект применения МЛТС для контейнерных перевозок является эффективным. Несмотря на большую величину первоначальный инвестиций, связанных с более существенными капиталовложениями в путевую инфраструктуру МЛТС, значительная экономия эксплуатационных расходов выводит проект на положительный экономический результат. 20 ТЕХНОЛОГИИ И ПРОЕКТЫ Таблица 2 Показатели эффективности проекта МЛТС Показатель Значение Чистый доход, млн руб. 264 524,4 Чистый дисконтированный доход, млн руб. 7 555,6 Внутренняя норма доходности, % 10 Индекс доходности инвестиций 2,33 Индекс доходности дисконтированных инвестиций 1,04 Срок окупаемости (простой), лет 10,1 Срок окупаемости дисконтированный, лет 26,03 При расчетах не учитывались дополнительные денежные потоки для оператора, связанные с тарифной составляющей (от роста коэффициента производительности), а также социальные аспекты данного проекта для регионов страны, в которых будет реализован данный проект. С учетом такого мультипликативного эффекта экономическая целесообразность и привлекательность проекта заметно возрастает. Заключение Развитие транспортной инфраструктуры Российской Федерации связано с географическим положением страны как естественного транспортного коридора, соединяющего Европейский, Азиатско-Тихоокеанский регионы. Создание высокоскоростной Евроазиатской транспортной системы соответствует директивным документам, касающимся транспортной стратегии Российской Федерации по развитию потенциала евро-азиатских транспортных связей и транзитных перевозок грузов. Транспортная система может быть основана на современной магнито-левитационной технологии, позволяющей существенно снизить эксплуатационные расходы, а следовательно, и транспортные издержки за счет бесконтактного перемещения транспортной платформы относительно путевой структуры. Новая транспортная система будет способствовать высвобождению пропускной способности железных дорог для грузовых перевозок, прямому бесперегрузочному сообщению между Европой и Азией, а при соответствующей прокладке маршрута обеспечит доступность транспортных услуг по перевозке грузов в районах Крайнего Севера, Сибири, Дальнего Востока и в удаленных регионах России.

Alexander V Kireev

akireev@privod-n.ru
Closed Joint-Stock Co. “Scientific-Technical Centre PRIVOD-N”

Cand. Sci. (Eng), Associate Prof., General Director.

Nikolay M Kozhemyaka

nkozhemyaka@privod-n.ru
Closed Joint-Stock Co. “Scientific-Technical Centre PRIVOD-N”

Cand. Sci. (Eng), Technical Director.

Gennadiy N Kononov

gkononov@privod-n.ru
Closed Joint-Stock Co. “Scientific-Technical Centre PRIVOD-N”

Lead. Specialist

  • Владимиров С.А. Мировая транспортная система и логистика: основные направления развития / С.А. Владимиров // Региональная экономика и управление. - 2016. - № 2 (46). - URL: http://eee-region.ru/article/4602 (дата обращения 10.04.2017).
  • Yuyama Y. The tobu kyuryo line (popular name: linimo) a magnetic levitation system / Y. Yuyama // The 18th Int. Conf. Magnetically Levitated Systems and Linear Drives, 26-28 Oct. 2004, Shanghai, China. - URL: http://www.maglev.ir/eng/documents/papers/conferences/maglev2004/topic2/IMT_CP_M2004_T2_6.pdf (дата обращения 10.04.2017)
  • Shanghai Maglev Transrapid Technology. Presentation Siemens AG, 2007. - URL: http://www.ft.dk/samling/20061/almdel/tm/bilag/361/363482.pdf (дата обращения 27.09.2017).
  • Maglev for Urban Transit. - URL: http://www.discovery.org/scripts/viewDB/filesDB-download.php?command=download&id=950 (дата обращения 27.09.2017).
  • Wiegand D. Magnetschellbahn Moskau - Berlin: Maglev -Hocheschwindigkeits magistrale Ost-West / D. Wiegand // The Int. Mag-levboard. - München, 2010. - Juni. - Р. 237-245.
  • Superconducting Maglev the World’s Fastest Train - Coming to America. Website Company USJMAGLEV, 2012. - URL: http://www.usjmaglev.com/usjmaglev/Home.html (дата обращения 10.04.2017).
  • Powell J. The Fight for Maglev: Making America the World Leader in 21st Century Transport / J. Powell, J. Jordan, G. Danby. - USA: Create Space, 2012. - 402 р.
  • James K. Maglev Freight Conveyor Systems / K. James. - URL: http://www.maglev.ir/eng/documents/papers/conferences/maglev2008/topic1/IMT_CP_M2008_T1_5.pdf (дата обращения 10.04.2017).
  • General Atomics. Maglev Technologies. Website Company General Atomics (GA). - URL: http://www.ga.com/urban-maglev (дата обращения 10.04.2017).
  • Антонов Ю.Ф. Технология «Магтрансити» в проекте «Санкт-Петербургский Маглев» / Ю.Ф. Антонов, А.А. Зайцев, Е.И. Морозова, Ю.Ф. Хозиков // Изв. ПГУПС. - 2013. - Вып. 4. - С. 5-17.
  • Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2030 года (утв. распоряжением правительства РФ от 11 июня 2014 г. № 1032-р). -URL: http://www.mintrans.ru/activity/detail.php?SECTION_ID=2203#document_19188 (дата обращения 10.04.2017).
  • Tennenbaum J. The New Eurasian Land-Bridge Infrastructure Takes Shape, 2001. - URL: http://www.larouchepub.com/eiw/public/2001/eirv28n42-20011102/eirv28n42-20011102_016-the_new_eurasian_land_bridge_inf.pdf (дата обращения 01.09.2017).
  • The Euro-Asian Transport Links (EATL) project. - URL: http://www.unece.org/trans/main/eatl.htm (дата обращения 10.04.2017).
  • Раровский П.Е. Российский экспорт транспортных услуг в современных условиях / П.Е. Раровский // Рос. бюл. российского фонда. - 2016. -№ 5. - С. 116-131. - URL: http://www.rfej.ru/rvv/id/0003F43CB (дата обращения 27.09.2017).
  • Копыленко В.А. Расширение сети железных дорог в малоосвоенных регионах России - одна из важных задач развития железнодорожного транспорта страны в XXI веке / В.А. Копыленко, Ю.А. Быков, И.В. Турбин, В.В. Космин // Наука и транспорт. Модернизация железнодорожного транспорта (Прил. к журн. Транспорт РФ). - 2008. - № 4. - С. 4-7.
  • Kireev A.V. Starting operating mode of the combined traction levitation system of the vehicle equipped with magnetic suspension / A.V. Kireev, G.N. Kononov, A.V. Lebedev // Int. J. Power Electronics and Drive System (IJPEDS). - 2017. - № 8 (1): 176. - Р. 176-183.
  • Пархоменко А. Локомотивы нового класса EP20 нового поколения РЖД / А. Пархоменко // Railvolution. The Prof. Two-Monthly Magazine of Rail Transp. Worldwide. - Т. 12. - № 4/12. - C. 85-92. - URL: https://library.e.abb.com/public/175cd263dc51cad2c1257a860040bcd2/Railvolution04-12-ABB-Traction-transformers-EP20.pdf (дата обращения 10.04.2017).

Views

Abstract - 303

PDF (Russian) - 105

PDF (English) - 30

PlumX


Copyright (c) 2017 Kireev A.V., Kozhemyaka N.M., Kononov G.N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.