Технологии, снижающие повреждаемость колесных пар
М.А. РОЖКОВ, заместитель генерального директора по техническому развитию АО «Трансмашхолдинг»
Для специалистов АО «Трансмашхолдинг» одним из приоритетных направлений исследований является решение вопросов, связанных с износом в системе «колесо — рельс». В этой работе мы активно сотрудничаем с Дирекцией тяги ОАО «РЖД» — в частности, определяя ресурс бандажей колесной пары.
Целевой ресурс бандажей колес изначально определяется при проведении испытаний, в том числе на Экспериментальном кольце АО «ВНИИЖТ» в Щербинке, по сути — в идеальных условиях. Однако главными ресурсными испытаниями является реальная эксплуатация тягового подвижного состава, и получаемые на полигонах фактические данные по ресурсу колес существенно отличаются от целевых параметров.
Основным фактором, снижающим ресурс бандажа, приводящим к обточкам колёсных пар и преждевременной замене бандажей, является износ гребня. По данным Дирекции тяги ОАО «РЖД», в 2021 г. по причине износа гребня произошло 72 % обточек. Соответственно, это — ключевой фактор, над снижением показателей которого мы работаем.
Важнейшим фактором, влияющим на износ гребня локомотивного колеса, является план пройденного локомотивом пути. На тех полигонах, где количество и общая протяженность кривых выше, выше и темп износа гребня. Существенную роль играют фактические параметры движения локомотивов в кривых, при входе и выходе из них — скорость, сила тяги, величина непогашенного ускорения и др.
Интенсивность износа гребней и рельсов зависит от трибологических характеристик структуры сталей бандажа и рельса — марок сталей, наличия термоупрочненных слоев и т.д.
Важное значение имеет наличие в зоне трения смазывающих веществ, т.е. эффективность и качество рель-сосмазывания, исправность работы системы гребнесма-зывания на локомотиве. Рельсовое полотно и верхнее строение пути, взаимодействуя с экипажной частью локомотива, образуют сложную динамическую структуру, геометрические и жесткостные параметры которых сильным образом влияют на износ пары «колесо — рельс».
Усилия, возникающие в точке контакта колеса и рельса, вместе с характеристиками стали контактирующих тел определяют темпы износа каждого из этих тел — гребня бандажа и боковой поверхности головки рельса. Кроме того, известно негативное влияние термоциклических напряжений, возникающих от нагрева металла бандажа при контакте с тормозными колодками при торможении. Это влияние может приводить к возникновению термоциклических трещин. В некоторых случаях возможно непосредственное воздействие колодок на гребень, увеличивающее интенсивность его износа.
Важным фактором, которому уделяется большое внимание в ГК ЛокоТех, является ресурсосбережение при обточках бандажей, недопущение снятия излишнего металла при обточках. В ГК ТМХ проводится целый ряд научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в целях увеличения ресурса бандажей локомотивов и уточнения его нормирования. Основными направлениями НИОКР в данной области являются:
- > виртуальные испытания экипажных частей эксплуатируемых локомотивов с различными профилями обточки с целью подбора оптимальных профилей для различных полигонов эксплуатации;
- > трибологические испытания различных сочетаний бандажных и рельсовых сталей;
- > разработка и испытания бандажей с повышенными требованиями по стойкости их металла к износу.
- ООО «ЛокоТех» реализует целый ряд мер по повышению ресурса бандажей в эксплуатации:
- V увеличение доли колесных пар, упрочняемых после обточки магнитно-плазменным методом;
- V внедрение лазерного упрочнения бандажей;
- V ужесточенный контроль за исправностью систем гребнесмазывания на локомотивах;
- V применение тормозных колодок с глубоким зацепом;
- V внедрение ресурсосберегающих мероприятий при обточках (актуализация инструкции по осмотру, освидетельствованию, ремонту и формированию колесных пар локомотивов и моторвагонного подвижного состава и руководств по эксплуатации локомотивов);
- V и целый ряд других мероприятий.
Результаты практических экспериментов, лабораторных и виртуальных исследований позволили ТМХ сформировать позицию о необходимости новых подходов к нормированию ресурсов бандажа.
Применение рельсов повышенной износостойкости и твердости снижает износ самого рельса, но износ колеса при этом в большинстве случаев повышается. Результаты трибологических исследований, проведенных в ТМХ в 2022 г., показывают что применение рельсов повышенной твердости в сочетании с бандажами из стали марки 2 ведет к ускоренному износу последних.
Учитывая сегодняшнюю ситуацию, Трансмашхолдинг сформулировал два предложения.
Первое. Признать необходимость перехода на нормирование ресурса бандажа в единицах выполнения локомотивом работы в тонно-километрах с учётом особенностей полигона эксплуатации, протяженности кривых и доли уложенных в данных кривых рельсов повышенной износостойкости (дифференцированно термоупрочненных рельсов марок ДТ370, ДТ400ИК и др.).
Второе. При развитии сети железных дорог, разработке и внедрении новых марок рельсовых и колесных сталей необходимо стремиться к минимизации общих затрат на износ в паре «колесо — рельс». Мировая практика показывает что, например, оптимальное соотношение твердостей рельса и колеса лежит в диапазоне 1,1 -1,3 (металл рельса на 10 — 30 % тверже металла колеса). Отслеживание как этого, так и других важных для пары «колесо — рельс» параметров, позволит не допустить увеличения затрат на поддержание как железнодорожной инфраструктуры, так и локомотивного комплекса.
