poster444

Проблема «колесо — рельс»: Заметки инженера-практика

В настоящее время на железных дорогах России продолжаются поиски более совершенных методов борьбы за снижение интенсивности износа рельсов и колесных пар подвижного состава. Проблема, как известно, давно вышла за рамки локальных производственных бед и превратилась в одну из основных общесетевых, в значительной мере влияющих на рост расходов предприятий и дорог в целом.

Некоторые научные работники пытаются убедить нас, практиков, долгие годы проработавших в локомотивных и вагонных депо, дистанциях пути, в том, что причинами резкого повышения износа более полутора десятка лет назад стали многочисленные факторы изменения конструкции локомотивов, вагонов и пути. Теперь же многим стало совершенно ясно, что основной причиной этого явилось непродуманное и неправильное решение МПС о сужении колеи с 1524 до 1520 мм без изменения допусков, размеров и профиля рабочей части колесных пар (расстояние между внутренними гранями бандажей, естественно, осталось тем же). Это решение, как говорится в учебниках и пособиях (например, «Учебник монтера пути» автора И.И. Зубова), было принято «в целях уменьшения виляния колесной пары, а следовательно, и уменьшения боковых сил воздействия колес на рельсы, особенно при высоких скоростях, и связанного с этим износа рельсов, ходовых частей подвижного состава, создания устойчивого пути в плане и спокойного хода подвижного состава».

Отлично сформулировано, но на практике оказалось все совершенно не так. Новое взаимодействие колеса и рельса (или рельса и колеса, кому как нравится) обнаружилось в годы, когда я был начальником моторвагонного депо Москва II. До этого в течение 18 лет я уже работал в разных депо и 15 из них последовательно осматривал, замерял и наблюдал за техническими изменениями колесных пар, будучи мастером по ремонту электровозов, заместителем начальника депо по ремонту, начальником депо Москва-Пасса- жирская-Киевская, в котором были почти все виды локомотивов (но профилирующая работа — эксплуатация и ремонт пассажирских электровозов). Так что опыт был не кабинетный и не теоретический.

В депо Москва II вновь пришлось серьезно заниматься наблюдениями за колесными парами, делать контрольные замеры, проверки выполнения технологий осмотра и ремонта, брать на себя ответственность за выпуск электропоездов на линию, когда у ремонтников возникали спорные вопросы по замерам или браковочным параметрам.

Были и случаи схода вагонов с рельсов. Здесь уже приходилось до тонкостей проверять все узлы, из-за которых мог произойти сход. К счастью, за 5 лет моей работы не было сходов по вине работников депо. А ведь это надо было доказать!

И вот в то время (1982 — 1987 гг.) мы стали замечать, что не только возросла интенсивность износа колесных пар (и рельсов тоже), но и изменился сам характер износа, особенно гребней бандажей моторных и цельнокатаных колесных пар прицепных вагонов, по сравнению с тем, что был ранее. Причину этих явлений мы поняли несколько позже именно по изменившемуся характеру износа. Попробую показать это на упрощенных эскизах. На рис. 1 изображено положение колесной пары локомотива или вагона и рельса, а также характер износа, который мы наблюдали при ширине колеи 1524 мм. Вначале прокат рос по кругу катания, затем более медленно начинал расти износ гребня. Обточку колесных пар, в основном, вели по предельным размерам проката или по обнаруженным случайным браковочным признакам.
Так, колеса электровозов ЧС2 депо Москва-Пассажирская-Киевская обтачивали при прокате 6 мм, а примерно одной трети их инвентарного парка — не более 5 мм. Из-за тонкого гребня обточек почти не было, а уж подрез гребня или зарождение остроконечного наката были событиями, из ряда вон выходящими — их использовали для наглядной технической учебы слесарей и командного состава депо. Поэтому мы так хорошо знали характер износа и могли прогнозировать ремонтные операции по колесным парам (далее для сокращения — КП).

Характер износа КП совершенно изменился после постепенной перешивки колеи. Быстрее рос износ самого гребня — уже на первых технических обслуживаниях (ТО-3) после эксплуатации новых или обточенных КП было видно, что износ гребня растет в геометрической прогрессии. И это при пробеге между ТО-3 электропоездов в 5 — 6 сут. Прокат же стал расти медленнее. Причем, износ гребня наблюдался как бы по касательной плоскости к внутренней (рабочей)поверхности гребня. Ремонтникам при достижении предельного размера толщины гребня (в нашем случае 25 мм) теперь приходилось на станках для обточки снимать больший по толщине слой металла. Ресурс КП резко сократился.

Стало ясно, что причина этому — сужение рельсовой колеи. Гребень КП как бы «завис» на головке рельса, особенно там, где колея сузилась еще больше по старым допускам и особенно при движении в кривых. Схематично это показано на рис. 2.
Мало того, появилась и другая «болезнь». В положении «зависшего» гребня на головке рельса и взаимного давления металла гребень с внутренней стороны стал вытягиваться тоже по касательной плоскости к вершине гребня, образуя «пленочный наклеп» и остроту в сторону вершины (рис.З).
Это явление теперь называют остроконечным накатом (?!), хотя определение остроконечного наката в действовавшей тогда Инструкции № ЦТ/2306 (для краткости не даю ее полного наименования) было только визуальным, но совершенно иным. Машинисты и ремонтники, работавшие с паровозами, называли его «вторым гребнем» (рис. 4).

Так называемый «остроконечный накат» узаконили в своем новом обличии как браковочный признак. Теперь необходимо было его снимать всеми доступными способами: переносными наждачными машинками, на станках и приспособлениях. А так как он начал появляться уже при первых поездках, то работы явно прибавилось. Он стал даже «причиной» сходов с рельсов локомотивов и вагонов, когда истинную причину не находили или не хотели искать там, где это было не выгодно.

Многие, естественно, предложили исследовать это явление. Насколько оно опасно? Устно и письменно периодически такой вопрос ставился и перед высшими руководителями департаментов министерства (ЦТ, ЦВ МПС), научных институтов. Сущность проблемы была и в том, что раз это остроконечный накат и он опасен, то необходимо дать его четкое определение в инструкции и установить геометрические браковочные параметры, т.е. шаблонное обеспечение. Ведь одному человеку с его ощущением кажется, что острота есть, а другому — нет. Лично я считал и считаю этот «остроконечный накат» не опасным.

Прошло несколько лет в бесполезных спорах и переписке. А расходы все росли. Дело дошло до того, что на Московской дороге издали указание: обточку первых КП электропоездов (головных вагонов) при обнаружении «остроконечного наката» проводить на станках с выкаткой КП!

Был период, когда появилась телеграмма заместителя министра (если не ошибаюсь, Б.Д. Никифорова), где говорилось, что такой «накат» не опасен, если он не больше высоты гребня. Однако это совершенно правильное решение отменили. Потом во вновь изданной инструкции № ЦТ/4351 (1985 г.) для КП был введен шаблон, который экспериментально использовали вагонники. Шаблон разделил «новый остроконечный накат» на опасный и не опасный. Однако правильное решение грамотных специалистов опять тут же отменили. Стали вновь снимать «остроконечный накат» всеми способами, и сейчас снимают. Но износ гребня продолжался, и в эксплуатации появились КП с гребнями,изображенными на рис. 3 (последняя стадия).

Вот такой-то гребень стал действительно опасным, если учесть, что характер износа рельса тоже изменился (см. рис. 1 и 2 — цветные пунктирные линии). Совокупность «острого гребня», так мы его назвали, и ступенчатого бокового износа рельса, вероятно, и приводила к сходам с рельсов подвижного состава, особенно на станциях с «кривыми» маршрутами стрелочных улиц, где в основном работают электропоезда. Но такую форму гребня мы браковали только интуитивно, так как высота его в большинстве случаев была неизменной, значит по толщине он оставался таким же. А если дело доходило до уменьшения высоты, то по шаблону толщина гребня даже увеличивалась!. Только после нескольких лет «страданий» был разработан шаблон модели УТ1, которым можно выявить опасную форму гребня (крутизны гребня). Он узаконен Инструкцией № ЦТ/329 в 1995 г.

Мы все, и я, в частности, были рады такому решению, так как за эти долгие годы, работая заместителем начальника и главным инженером службы локомотивного хозяйства Московской дороги, участвуя в расследованиях случаев схода, нередко не мог доказать, что колесная пара локомотива или электропоезда исправна, хотя интуитивно это чувствовал. И я неоднократно высказывался на заседаниях Научно-технического совета МПС о необходимости создания нормального шаблона и определения понятия «остроконечный накат».

Все, что я написал выше — это не о борьбе с последствиями, а только экскурс в историю, чтобы была понятней причина.

Серьезная борьба в сетевом значении с интенсивным ростом износа КП и рельсов началась в 1994 г. с известного указания министра путей сообщения (тогда Г.М. Фадеева) № 151/Ц от 25.11.1994 г. Указанием предусматривалось: считать главным направлением работы по снижению интенсивности износа гребней колесных пар и бокового износа рельсов широкомасштабное внедрение технических средств и технологии луб- рикации боковой поверхности головки с использованием передвижных рельсо- смазывателей, а также прикрытием горловин станций стационарными путевыми лубрикаторами, при одновременном приведении пути и подвижного состава в состояние, отвечающее действующим нормативным документам.

Для сохранности колес вагонов и локомотивов поручалось организовать в вагонных и локомотивных депо участки по наплавке гребней и их плазменному упрочнению. Путейцы должны были провести сплошную проверку соблюдения норм содержания пути по ширине колеи и принять меры к недопущению ее сверхнормативного сужения. Сбор статистических данных и координация действий были поручены ВНИИЖТу. Пока заработал весь механизм, пик износа локомотивных КП пришелся как раз на 1995 и начало 1996 гг. Потом появился еще ряд указаний, ежемесячно МПС проводило селекторные совещания, поэтому служба локомотивного хозяйства Московской дороги была не только участником проводимых мероприятий, но и свидетелем всех сетевых дел по этой проблеме.

Не перечисляя всего сделанного на сети дорог и, в частности, на Московской, отмечу только, что борьба с последствиями сужения колеи (в основном) обошлась миллиардными затратами, точной величины которых, по-моему, не знает никто. Сколько будут стоить продолжающиеся научные,технические и организационные мероприятия, естественно, тоже никто не знает.

Вот о том, чего мы достигли и что ждет нас в будущем, хотелось бы поговорить далее, не претендуя, конечно, на абсолютную правоту. К обсуждению проблемы на страницах нашего журнала призываю специалистов разных направлений.

Итак, на нашей дороге, считаю, много сделано путейцами, естественно, под первичным нажимом руководства магистрали и, прежде всего, заместителя начальника дороги — главного ревизора по безопасности движения Г.В. Павликова. Мы, локомотивщики, это сразу «почувствовали» опять же по характеру текущего износа КП и по замерам. Было заменено много рельсов с боковым износом, допуски ужесточены, производили проверки конструкции колеи на звеносборочных базах и обнаруженные дефекты, известные до этого и ставшие известными потом, медленно, но устраняли. Вторым эффективным средством борьбы с износом стала лубрикация, смазывание рельсов и колес. Правда, очень слабо внедрялась стационарная лубрикация, т.е. со стороны пути. Боюсь ошибиться, но она пока не прижилась.

Основные мероприятия по лубрикации проводили локомотивщики. Служба не пошла на внедрение на дороге рельсовых лубрикаторов на базе дрезин, а совместно с ВНИТИ (г. Коломна) делали локомотивные лубрикаторы (локомотив-лубрикатор). В настоящее время на основных грузонапряженных направлениях дороги работают 18 электровозов и тепловозов с лубрикационными установками для смазки рельсов. На этих же направлениях эксплуатируется около 400 локомотивов с бортовыми лубрикаторами АГС-8 конструкции «Фромир» (г. Ростов-на-Дону), смазывающих гребни локомотивов.

Конечно, дело это хлопотное и требует больших затрат, но другого выхода пока нет. Много вопросов возникает у эксплуатационников и ремонтников локомотивных депо, особенно осенью и весной (не говоря уж о зиме). Взять хотя бы процесс приготовления смазки. Он далеко не совершенен. В качестве компонента используется бензин,что и опасно, и вредно для обслуживающего персонала. Не совершенен и сам процесс нанесения смазки именно на боковую поверхность головки рельса. Не буду уточнять далее, так как все преимущества и недостатки лубрикации хорошо отражены в публикациях ВНИИЖТа.

Например, на проходившей в ноябре 1998 г. научно-технической конференции по ресурсосберегающим технологиям на железнодорожном транспорте в МГУПСе (МИИТе) с участием ведущих специалистов МПС, институтов и представителей дорог, особенно ярким был доклад Л.И. Бартеневой из ВНИИЖТа «Технология лубрикации — решающий аспект в борьбе с износом,..». Этот вопрос также поднят в журнале «Локомотив» № 2 за 1998 г. одним из пионеров внедрения лубрикации на нашей дороге — начальником локомотивного депо Бекасово А.А. Сашко (см. статью «Смазка колесных пар и рельсов», авторы А.А.Сашко, А.А. Трусков). Он также в прошлом году опубликовал очень интересную работу по этой проблеме «Исследование и выбор рациональных методов снижения износа бандажей КП локомотивов», где наряду с лубрикацией анализируется геометрическое состояние «колесные пары — тележка электровозов», а также выбор оптимальных профилей бандажей, что является вторым необходимым средством уменьшения износа.

В службе локомотивного хозяйства Московской дороги мнение о лубрикации также было едино. Она дала наибольший эффект сокращения износа КП.

Третьим эффективным средством, на мой взгляд, является не только оптимальный профиль бандажа, но и оптимальные способы обточки колесных пар при восстановлении профиля. Опытные мастера локомотивных бригад и токари колесных станков очень давно и постоянно использовали возможные допуски по профильным шаблонам оставлением «черновин», изменение уклонов. Инструкция по колесным парам 1996 г. (сокращаю название) дает депо широкие возможности использования различных профилей и размеров бандажей. Но, увы, мы делаем это тоже вынужденно. Сужая гребень, т.е. оставляя его в меньших размерах по толщине, мы как бы искусственно расширяем колею.

Есть ли эффект от работ по изменению геометрии ходовой части локомотивов? Безусловно, он таковым будет, если у нас появятся для этого хорошие технические средства. Пока их почти нет, за исключением, пожалуй, лазерного метода определения геометрических размеров относительных величин соосности, например, тележек и КП. Мы внедрили в нескольких депо метод, предложенный учеными фирмы «Измерон» (г. Воронеж), но его необходимо быстрее совершенствовать, не боясь некоторых расходов.
Большинство же разногласий сейчас вызывает целесообразность применения упрочнения бандажей КП локомотивов. Здесь следует сначала вновь обратиться к итогам недавней научно-практической конференции в МГУПСе.

В материалах конференции по проблеме «колесо — рельс» отчетливо прозвучало, что основные способы борьбы с износом заключаются в комплексе мер: лубрикация, упрочнение гребней разными способами, их наплавка. Остальное же нужно, но менее эффективно. Так, в тезисах доклада заместителя руководителя Департамента локомотивного хозяйства МПС сказано: «Для локомотивного хозяйства комплексное применение технических средств лубрикации, создание участков плазменного упрочнения и восстановления гребней колесных пар позволило не только сократить потребление электроэнергии и дизельного топлива на тягу поездов, но и уменьшить износ гребней колесных пар и за счет этого снизить объемы их ремонта и закупки бандажей. Только в 1997 г. получен экономический эффект в размере 270 млн. руб., при этом средний износ гребней за несколько лет внедрения уменьшился в 2 — 3 раза и составил 0,55 мм на 10 тыс. км пробега».

Насчет денежной экономии не берусь судить. Но вот если подсчитан правильно износ гребней, т.е. 0,55 мм на 10 тыс. км пробега, то оказывается, что мы вернулись к износу, который был до сужения колеи! Точно такой же износ был на электровозах ЧС2 депо Москва-Пассажирская-Ки- евская. Эту цифру нашел в материалах наших наблюдений наработок на отказ, когда мы в 70-х годах вводили на дороге передовую тогда систему единого периодического ремонта.

Вроде бы, все правильно, но некоторые сомнения у меня остались. Все ли указанные в докладе компоненты комплекса так уж эффективны именно для снижения износа? Конечно, далеко не все.
Во-первых, мы не снизили бы интенсивность износа без хорошего содержания пути. В этой части абсолютно согласен с разработками рекомендаций по снижению интенсивного износа гребней колесных пар, выполненных учеными МГУПСа под общей редакцией профессора В.Г. Иноземцева (сообщение на конференции делал А.А. Хохлов). В них рекомендовано следующее:
«Принять п. 3.9 ПТЭ в следующей редакции: ширина колеи между внутренними гранями головок рельсов на прямых участках должна быть 1520 мм (куда уж теперь денешься! — авт.). Допускается номинальное значение ширины колеи на прямых участках пути 1524 мм.
Ширина колеи на кривых участках пути устанавливается в зависимости от радиуса кривой и должна быть при радиусе:
351 м и более — по нормам прямых участков пути;
менее 350 м до 300 м — 1530 мм;
299 м и менее — 1535 мм.

Отклонения по ширине колеи на кривых участках пути при скорости движения до 120 км/ч не должны превышать по уши- рению +8 мм, по сужению -4 мм».

К этим данным специалисты-вагонники МГУПСа пришли, сделав очень серьезный и совершенно новый вид компьютерных исследований по установлению причин износа и разработке рекомендаций. Здесь же предлагается восстанавливать гребни колес вагонов обточкой до толщины не более 30 мм, а также установить минимальную толщину гребня 23 мм вместо 25 мм, естественно, при скоростях движения до 120 км/ч, Кстати, большая часть их рекомендаций уже принята приказом МПС Ns 6Ц 1996 г.

Нам же, локомотивщикам, долгие годы оставалось и остается еще «суживать» параметры своих колесных пар за счет содержания в эксплуатации гребней бандажей не максимальной толщины 33 мм, а меньшей, в зависимости от обточки колесной пары или использования с 1997— 1998 гг. профиля бандажа ДМетИ. То же самое делали и ремонтники вагонных депо.

Теперь об упрочнении поверхностей КП подвижного состава. Во ВНИИЖТе готовили меры по борьбе с износом. Там разработали одну из форм борьбы — упрочнение магнито-плазменным методом, не имея для этого соответствующих технических средств. Мы пробовали упрочнять бандажи колесных пар грузовых тепловозов в депо Унеча и маневровых— в депо Люблино. Ни производительность плазмотронов, ни эффект нас не устраивали.

На нашей дороге плазменное упрочнение КП более производительными средствами стали применять в вагонном депо Москва III (это их совместная разработка с организациями, не связанными ранее с работой железных дорог). После того как упрочненные вагонные колесные пары стали в 3 раза, как говорят авторы этого внедрения, иметь больший пробег, началось вначале экспериментальное, а затем и массовое упрочнение бандажей КП локомотивов, а с 1998 г. — пассажирских локомотивов и электропоездов (до 1998 г. без инструкций, утвержденных Департаментом локомотивного хозяйства МПС, а с февраля 1998 г. — по утвержденной инструкции).

Упрочнение ведется в депо Унеча, Вязьма, Рыбное с выкаткой КП, а в депо Москва-Сортировочная и Рыбное — без выкатки. На это уходят огромные затраты — на приобретение установок, содержание штата и даже своеобразного «мозгового центра», где обрабатывается и анализируется информация из депо по замерам колесных пар, выдаются рекомендации для депо.

Но позвольте спросить: зачем же такие колоссальные затраты, когда, по моему мнению, нельзя приписывать такое увеличение пробега только упрочнению КП? К примеру, в докладах на вышеупомянутой конференции в МГУПСе, а также на технико-экономическом совете по локомотивному хозяйству Московской дороги в ноябре 1998 г. показаны и другие работы (например, лубрикация, изменение профиля гребня и др.), способствующие значительному снижению износа.

Вот, например, цитата из сравнительного анализа А.В. Горского и А.А. Воробьева (МИИТ) «Оценка эффективности технологических методов снижения интенсивности износа бандажей КП»: «Анализ полученных результатов показал, что плазменное упрочнение почти в два раза снижает скорость нарастания проката и практически не влияет на интенсивность износа гребней. Применение рельсосмазывателя АГС-8 в два с лишним раза снижает скорость износа гребней электровозов ВЛ10У депо Бекасово. Но наибольший эффект достигается за счет лубрикации рельсов специальным устройством, установленным на локомотиве, который периодически смазывает рельсы на участке». Оценка, естественно, идет по локомотивам депо Бекасово Московской дороги.

Что касается проката, то здесь авторы, по-моему, не правы, так как плазменное упрочнение делается только на внутренней поверхности гребня и переходной кривой к поверхности катания (не доходя до поверхности круга катания). Со всем остальным — согласен. И своими личными замерами 10 электровозов ЧС2 депо Москва-Курская и Москва-Сортировочная убедился, что такое плазменное упрочнение бандажей КП локомотивов не эффективно и экономически не выгодно. К тому же, сейчас появились случаи разрывов упрочненных бандажей по непонятным причинам. И это срочно надо исследовать, чтобы предотвратить возможные аварии. Конечно, здесь требуется серьезный и объективный анализ — статистический, экономический и научный (изучение структуры металла бандажа после упрочнения).

Нельзя автоматически, без серьезных исследований, переносить эффективный метод упрочнения цельнокатаных с меньшей твердостью колес на бандажные КП. Эффект от упрочнения колес вагонов существует. А если все вагонные колеса «обуть» в бандаж, то эффект был бы изумительным. Но наши предки были не глупы, не сделав этого. Слишком дорого. Упрочнение же бандажей не дает такого эффекта, какой хотят нам представить. Поэтому на данном этапе, без глубокого исследования оптимальных соотношений твердости колеса и рельса, считаю упрочнение бандажей неправильным решением.

И по этому поводу есть экспертное заключение «Инструкции по плазменному поверхностному упрочнению цельнокатаных колесных пар и бандажей», выданное профессором МГУПСа, заведующим кафедрой «Технология сварки, материаловедение, износостойкость деталей машин» С.Н. Киселевым. В частности, в нем говорится, что рекомендация на упрочнение сделана без учета воздействия плазменной обработки на напряженно-деформированное состояние колес, особенно бандажей локомотивов, находящихся после изготовления в сложном напряженном состоянии. Кроме того, по имеющимся данным плазменное упрочнение не приводит к заметному увеличению ресурса колес.

Думается, нужно все подсчитать в совокупности, и как можно быстрее. Во что же обойдутся и уже обошлись расходы на борьбу с последствиями и во что они еще обойдутся в будущем? А может, еще не поздно найти «середину»? Глубокий и быстрый анализ технической и экономической стороны проблемы мог бы исключить глобальные ошибки. Самое же главное, что мы боремся с последствиями, а не с причинами интенсивного износа. Так считают многие научные работники, так считаем и мы, практики.

СЦБот

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin