Проблемы эксплуатации локомотивов новых серий в периоды низких температур и их решения
В.А. ЕРЦЕВ, ведущий инженер,
Н.И. КОРАБЕЛЬНИКОВ, главный конструктор проекта,
Н.М. КОРНЕЕВ, инженер I категории,Проектно-конструкторское бюро локомотивного хозяйства — филиал ОАО «РЖД»
В данной статье описана проблема снижения надежности грузовых локомотивов новых серий в зимний период эксплуатации с указанием причин и лимитирующего оборудования, а также приведены примеры мероприятий, направленных на борьбу с данной проблемой.
Особенностью эксплуатации грузовых локомотивов на территории Российской Федерации является наличие климатических зон, для которых в периоды зимней эксплуатации характерно преобладание низких температур окружающего воздуха, пиковые значения которых достигают -50 °C. В такие периоды наиболее остро стоит вопрос организации бесперебойного перевозочного процесса, ведь порядка 90 % от общего объема грузов составляют углеводородные энергоносители, в том числе необходимые для поддержания тепла в домах граждан, производственных зданиях и др. [1].
В связи с моральным устареванием локомотивов, выпущенных в СССР, и окончанием их срока службы, задача бесперебойной доставки грузов по сети железных дорог все больше ложится на плечи «новых» локомотивов, доля которых на сегодняшний день составляет порядка 40 % от всего инвентарного парка. К сожалению, несмотря на применяемые передовые технологии, современный тяговый подвижной состав также подвержен негативному влиянию отрицательных температур, вследствие чего надежность локомотивного парка значительно снижается с наступлением зимнего периода эксплуатации.
Более наглядно корреляцию между надежностью техники и температурой окружающего воздуха можно наблюдать на примере локомотивов, эксплуатируемых на полигонах Свердловской, Южно-Уральской, Западно-Сибирской, Забайкальской, Красноярской, Восточно-Сибирской и Дальневосточной дорог, где температура может опускаться до -50 °C. К таким сериям относятся 2ЭС6, 2(3)ЭС10, 2(3,4)ЭС5К и ЗТЭ25К2М (введен в эксплуатацию в январе 2020 г.). Для подтверждения наших доводов рассмотрим динамику изменения отношения количества неисправностей, повлекших необходимость поставки на неплановый ремонт, к суммарному пробегу локомотивов (удельное количество отказов), по месяцам эксплуатации за последние 5 лет (рис. 1) [2].
В зимний период эксплуатации указанных локомотивов из года в год лимитирует надежность по большей части одно и то же оборудование, а именно тяговые электродвигатели (ТЭД), механическое оборудование и электроаппаратура. Для тепловозов ЗТЭ25К2М дополнительно прослеживается корреляция между надежностью системы охлаждения дизеля и снижением температуры, а в случае с 2(3)ЭС10 наиболее выраженными неисправностями в зимний период являются разгруппировки (срабатывания защиты).
Так в чем же кроются причины неисправностей этих узлов? Разберем на конкретных примерах.
Динамика отказов ТЭД и пускотормозных (тормозных для 2(3)ЭС10) резисторов рассматриваемых электровозов при достижении отрицательных температур обусловлена в большей степени снижением сопротивления изоляции отдельных элементов вследствие попадания атмосферных осадков в виде снега или образования конденсата при перемещении локомотива в отапливаемые помещения. Подобные условия влекут за собой пробой изоляционного материала и его термическое повреждение.
Исключением являются асинхронные ТЭД электровозов 2(3)ЭС10, не подверженные пагубному влиянию пониженных температур и атмосферных осадков. Однако в случае с 2(3)ЭС 10 с наступлением зимнего периода эксплуатации более чем в два раза увеличивается число неисправностей датчиков тягового привода, которые зачастую приводят к дальнейшей разгруппировке тягового преобразователя. Для ТЭД тепловоза ЗТЭ25К2М в период низких температур характерны отказы по причине разрушения подшипниковых узлов и срыва шестерни.
Неисправности механического оборудования в зимний период в основном происходят из-за повышения жесткости верхнего строения пути. Данный фактор, в первую очередь, оказывает негативное воздействие на механико-прочностные характеристики отдельных элементов экипажной части, что приводит к различным нарушениям их целостности: сквозные и несквозные трещины, сколы, изломы и др.
Для электровозов серии 2(3,4)ЭС5К низкая надежность электроаппаратуры при температурах ниже нуля градусов обусловлена неисправностями главного выключателя, вызванными его перемерзанием.
Увеличение отказов компрессорных агрегатов на рассматриваемых локомотивах в зимний период эксплуатации вызвано в основном переохлаждением сжатого воздуха и масла в теплообменниках.
Неисправности системы охлаждения дизеля тепловоза ЗТЭ25К2М в зимнее время выражены перемерзанием охлаждающей жидкости в топливоподогревателе (комплектующий узел дизеля). Кроме того, фиксировались случаи блокировки дизеля из-за превышения давления в картере дизеля при переводе тепловоза на забор воздуха из дизельного помещения при снегопадах.
На рис. 2 представлена динамика изменения удельного количества отказов оборудования локомотивов в зимний период эксплуатации.
Заводами-изготовителями совместно с сервисными компаниями, выполняющими обслуживание локомотивов, поставщиками оборудования, Дирекцией тяги и Проектно-конструкторским бюро локомотивного хозяйства ежегодно формируются программы повышения надежности. Они включают в себя, в том числе, мероприятия, направленные на минимизацию негативного влияния пониженных температур на исправную работу оборудования локомотивов.
Так, за последние несколько лет на парке электровозов 2ЭС6 были реализованы следующие мероприятия:
- установлена версия программного обеспечения системы управления электровозом МПСУиД, обеспечивающая непрерывный обдув ТЭД;
- разработаны конструктивные решения для исключения попадания осадков в зимних условиях эксплуатации ТЭД;
- внедрен токовый прогрев изоляции ТЭД;
- установлена версия программного обеспечения системы управления электровозом МПСУиД с измененным алгоритмом работы жалюзи ПТР;
- внедрена конструкция модулей ПТР, предотвращающая попадание атмосферных осадков;
- разработана усовершенствованная конструкция кожуха зубчатой передачи, снижающая вероятность возникновения трещин, нарушения герметичности и обрывов болтов крепления;
- распространена практика установки в зимний период на теплообменники МК утеплителей из упаковочной ткани.
Также на текущий год запланированы эксплуатационные испытания опытной версии программного обеспечения МПСУиД, учитывающей необходимость автоматического прогрева компрессорного агрегата.
Аналогичные технические мероприятия внедряются и на прочих рассматриваемых сериях локомотивов. Но положительной динамики можно будет достичь только совместными усилиями всех участников жизненного цикла локомотива и перевозочного процесса. В числе этих усилий, кроме технических решений, связанных с совершенствованием конструкции, должны быть организационные мероприятия, направленные на подготовку к зимнему периоду эксплуатации, а также мероприятия, направленные на контроль строгого соблюдения требований и регламентов, указанных в ремонтной и эксплуатационной документации на локомотивы.
Основой вышеуказанных мероприятий должна служить обратная связь со стороны локомотивных бригад, ведь именно они могут указать на проблемные места и оценить эффективность тех или иных решений в эксплуатации.
Библиография
1. https://rosstat.gov.ru/ федеральная служба государственной статистики.
2. ГОСТ 27.301-95 Надежность в технике. Расчет надежности.
