Разработки лидера отечественного производства железнодорожных колес
А.О. Ладыченко, заместитель начальника управления по продажам и развитию железнодорожной продукции ЗАО «ОМК»
А.В. Сухов, заведующий отделением «Транспортное материаловедение» ОАО «ВНИИЖТ»
Несмотря на двукратное сокращение объемов железнодорожных грузоперевозок в России, которое привело к снижению темпов обновления и ремонта подвижного состава и падению спроса на колесную продукцию, лидер отечественного производства железнодорожных колес — ОАО «Выксунский металлургический завод» продолжает программу модернизации производства и освоения самой современной продукции с прицелом на будущие потребности железных дорог.
Сегодня Выксунский завод — крупнейший в Европе колесопрокатный комплекс. Он включает в себя сталеплавильное производство и линию по выпуску цельнокатаных колес из вакуумированной стали.
Мощности колесопрокатного комплекса ОАО «Выксунский металлургический завод» позволяют ежегодно изготавливать более 850 тыс. железнодорожных колес для российских производителей и на экспорт. На предприятии освоено свыше 140 типоразмеров колес для грузовых и пассажирских вагонов, локомотивов, электропоездов метрополитена.
Наличию такой номенклатуры товара предшествовала масштабная совместная работа с главным потребителем колесной продукции — ОАО «Российские железные дороги», а также сотрудничество с профильными институтами ОАО «ВНИИЖТ» и ЦНИИчермет.
В июле 2002 г представители Министерства путей сообщения и Объединенной металлургической компании (ОМК, управляющей компании ОАО «Выксунский металлургический завод») подписали соглашение о долгосрочном сотрудничестве. ОМК обязалась повысить объемы производства и качество цельнокатаных железнодорожных колес. МПС гарантировало закупку колес нового поколения на восьмилетний период (до 2010 г.).
Результаты не заставили себя долго ждать. Уже в 2003 г было освоено производство, а с 2004 г. начат массовый выпуск колес с твердым ободом (320 — 360 HB на глубине 30 мм от поверхности катания).
В настоящее время на сети дорог эксплуатируется свыше 2,6 млн. колес повышенного качества и твердости. Как показало сравнение количества отцепок вагонов в текущий ремонт по неисправностям колесных пар, стойкость колес с повышенной твердостью обода к возникновению дефектов более чем в 1,5 раза выше, чем у стандартных колес марки 2, произведенных по ГОСТ 10791.
В результате внедрения колес с твердостью обода 320 — 360 НВ на сети дорог резко сократились объемы текущего отцепочного ремонта вагонов по неисправностям колесных пар (рис. 1), в том числе:
- по выщербинам — в 1,8 раза;
- по дефектам гребня — в 3,4 раза.
Кроме того, в период с 2004 по 2009 гг. на 2,6 млн. эксплуатирующихся колес повышенной твердости не было ни одного случая усталостного излома. Это подтверждает их безусловную безопасность.
Наряду с решением задачи повышения безопасности и срока службы колес специалисты ОАО «Выксунский металлургический завод» и ОАО «РЖД» активно работали над возможностью повышения осевых нагрузок. Результатом этой деятельности стали разработка и сертификация колес нового поколения с криволинейным диском и повышенной твердостью обода.
Такие колеса способны выдерживать нагрузку до 25 — 30 тс на ось, что позволяет увеличивать загрузку вагона от 12 до 35 %. При этом усталостная прочность и эксплуатационная стойкость криволинейных колес с твердым ободом превышают аналогичные показатели колес с плоскоконическим диском.
Преимущество использования данных колес было продемонстрировано на II Международном железнодорожном салоне «ЭКСПО 1520», проходившем в сентябре 2009 г в г. Щербинка. На стенде ОАО «Рославльский ВРЗ» были представлены колесная пара тележки 18-9800 с S-образным диском, прошедшая ходовые испытания на специализированном полувагоне для перевозки угля (модель 12-9828) и колесная пара тележки 18-100 с аналогичным пробегом в 110 тыс. км (рис. 2). Колеса с S-образным диском отличались от серийных с плоскоконическим диском почти полным отсутствием износа гребня и дефектов поверхности катания.
Специалисты ОАО «Выксунский металлургический завод» разработали колеса нового поколения из стали марки «Л» для пассажирских вагонов. Эти колеса (ТУ 0943-20201124323—2005) отвечают повышенным требованиям безопасности в сочетании с экономичностью их использования.
Эксплуатационные испытания показали двукратное превышение износостойкости этих колес в сравнении с аналогичными показателями применяемых в настоящее время колес, производимых по ГОСТ 10791. Колеса из стали марки «Л» сертифицированы РС ФЖТ и готовы к поставке на сеть.
Сегодня в колесопрокатном комплексе ОАО «Выксунский металлургический завод» созданы все условия для производства колес нового поколения грузовых и пассажирских вагонов с улучшенными потребительскими свойствами, не имеющих аналогов в России, в том числе колес из бейнитной стали и из микролегированной стали с твердостью обода до 360 — 390 НВ. Серьезные надежды возлагаются на освоение новейших низконапряженных конструкций колес для грузового и пассажирского движения стран с колеей 1520 мм, разработанных на заводе.
Качественное изменение сортамента продукции потребовало глубокой модернизации производственных процессов. В сталеплавильном цехе колесопрокатного комплекса ОАО «Выксунский металлургический завод» были введены в эксплуатацию печь-ковш и вакууматор.
В колесопрокатном производстве установлен современный пильный комплекс, позволивший снизить расходный коэффициент металла и стабилизировать вес заготовки. Запущена установка дробеметного упрочнения колес и автоматическая линия механической обработки колес.
Основным сдерживающим фактором роста производительности и качества до недавнего времени оставался участок термообработки. Модернизация технологического процесса термообработки позволила к настоящему времени существенно повысить равномерность и точность нагрева колес, обеспечить однородность, стабильность структуры и механических свойств стали.
На участке термообработки внедрена современная система управления, контроля и архивации параметров закалки. Она позволяет формировать электронный паспорт процесса изготовления каждого колеса.
Система считывает и подает информацию на пульт управления. Оператор видит номер каждого колеса и плавки, пригодность колеса к дальнейшей обработке. Это исключает возможность передела некондиционной продукции.
Одним из немногих факторов, сдерживающих процесс освоения и постановки на производство колес нового поколения с улучшенными потребительскими свойствами, является отсутствие нормативной базы для их сертификации и сложность процедуры ее разработки и утверждения.
Качество выпускаемой продукции жестко контролируется на всех этапах производства. В ближайшем будущем планируется распространить этот контроль и на эксплуатацию.
Для этого ОАО «Выксунский металлургический завод» совместно с ОАО «НИИАС» и ОАО «РЖД» разрабатывает систему мониторинга жизненного цикла колес. Внедрение данной системы позволит в режиме реального времени проводить мониторинг потребительских свойств колес, находящихся в эксплуатации. Стоимость жизненного цикла будет рассчитываться на основании фактических данных.
В настоящее время ОАО «Выксунский металлургический завод» разработало программу инновационного развития в части производства цельнокатаных колес и дальнейшего повышения качества на 2010 — 2015 гг. Программа предусматривает освоение перспективных видов продукции, ориентированных на оптимизацию процессов взаимодействия в трибосистеме колесо-рельс. В целом она направлена на дальнейшее сокращение контактно-усталостных дефектов и доведение ресурса колеса до 1,5 млн. км. Реализация данной программы позволит придать мощный импульс инновационному развитию железнодорожной отрасли России.
