Admin

Актуальные проблемы рельсового хозяйства

БУРКОВ Д.Н., ОАО «Российские железные дороги», Центральная дирекция инфраструктуры, главный инженер Управления пути и сооружений, ВАГАНОВА О.Н., ОАО «Российские железные дороги», Центральная дирекция инфраструктуры, начальник нормативно-методологического отдела Управления пути и сооружений

Грузонапряженность отечественных магистралей неуклонно повышается, что заставляет путевую инфраструктуру работать во все более сложных условиях. Возрастающие нагрузки на верхнее строение пути и земляное полотно требуют ответных мер, направленных на функционирование железнодорожного сообщения без задержек и перерывов в движении. В первую очередь это относится к Восточному полигону, осуществляющему масштабные грузовые перевозки в Сибири и на Дальнем Востоке. Эти регионы отличаются суровым климатом, что создает дополнительные трудности для ремонта и текущего содержания пути. Восточный полигон включает четыре дороги — Красноярскую, Восточно-Сибирскую, Забайкальскую и Дальневосточную, которые обеспечивают транспортные потребности 14 субъектов Российской Федерации и обслуживают транзитные грузопотоки Восток—Запад для всей страны. Таким образом, в состав Восточного полигона входит транспортный коридор, соединяющий экономики Европы и Азии.
По состоянию на 01.01.2022 эксплуатационная длина главного пути сети ОАО «РЖД» составляет 85,6 тыс. км, в том числе по Восточному полигону — 17,2 тыс. км. Развернутая длина всех путей насчитывает 183,8 тыс. км, в том числе на Восточном полигоне — 36,6 тыс. км. Из них на пути 1 и 2 классов приходится 68,6 тыс. км, 3 и 4 классов — 57,4 тыс. км. Те же данные для Восточного полигона — соответственно 15,6 и 9,7 тыс. км.
Кроме этого, ОАО «РЖД» обеспечивает эксплуатацию 82,7 тыс. искусственных сооружений, в том числе 21,8 тыс. на Восточном полигоне. Из общего числа искусственных сооружений мосты и путепроводы составляют 30,5 тыс., из них 9,4 тыс. — на Восточном полигоне.


Просроченные километры и ремонт пути. Неуклонный рост грузонапряженности (за последнее двадцатилетие она увеличилась практически вдвое — с 23,3 до 39,8 млн т-км груза брутто/км в год) самым прямым образом влияет на интенсивность прироста участков со сверхнормативным пропущенным тоннажем. При этом динамика объемов ремонта пути за
указанный период существенно отставала от темпов увеличения протяженности участков, просроченных капитальным ремонтом, что дополнительно способствовало их росту.
Для своевременного выявления просроченных километров пути, а также искусственных сооружений, ограничивающих пропускную способность линии, ежегодно проводится инвентаризация технического состояния железнодорожных путей общего пользования. В рамках этого мероприятия, выполняемого с использованием программно-аппаратных комплексов ОАО «РЖД», анализируется состояние путевой инфраструктуры на предмет ее соответствия нормативным документам Минтранса России и ОАО «РЖД».
Итоговым документом ежегодной технической инвентаризации путей общего пользования является общесетевой перечень участков со сверхнормативным пропущенным тоннажем и сроком эксплуатации, который в дальнейшем служит исходным материалом для назначения объектов первоочередного капитального ремонта.
В приоритетном порядке капитальный ремонт проводят:

• на основных направлениях сети, включая Восточный полигон;
• особо грузонапряженных линиях;
• участках с пассажирским движением;
• путях 1 и 2 классов.
• Основные критерии назначения ремонтов пути — пропущенный тоннаж (или срок службы в годах) и одиночный выход дефектных и остродефектных рельсов (4—6 шт/км). Кроме основных существуют дополнительные критерии (в том числе по системе УРРАН):
• негодные шпалы — более 15 % на километре;
• негодные узлы скреплений — более 20 %;
• протяженность пути, пораженного выплесками, — более 5 %;
• загрязненность балласта — более 30 %;
• интенсивность отказов технических средств; остаточный ресурс элементов верхнего строения.
• Состояние пути, негативно влияющее на условия эксплуатации линии, тоже может стать причиной назначения капитального ремонта. К таким факторам относятся следующие:
• длительно действующие предупреждения об ограничении скорости;
• необходимость увеличения пропускной способности участка;
• ликвидация «барьерных» мест;
• отрицательная комплексная оценка пути по результатам осмотров.

Периодичность выполнения ремонтов пути, в соответствии с которой вычисляется их ежегодная общая потребность при перспективном и текущем планировании, определяется с учетом нормативно-го ресурса конструкции, соответствующей определен
ному классу пути.
В связи с освоением отечественной промышленностью выпуска инновационных рельсов категории ДТ (дифференцированно термоупрочненных), изменились ремонтные схемы. Если с рельсами ОТ (Т1) межремонтный период верхнего строения пути равнялся 700 млн т пропущенного груза брутто (ресурс рельсов ОТ), то с 2015 г. он увеличился вдвое, поскольку рельсы ДТ позволяют повысить наработку до 1400 млн т. Перспективная схема допускает увеличение срока между капитальными ремонтами до 2500 млн т при условии сплошной замены рельсов категории ДТ с очисткой балласта после пропуска 1400 млн т (рис. 1).
За период деятельности ОАО «РЖД» наибольший годовой объем капитальных ремонтов составил 7,4 тыс. км в 2012 г. До 2015 г. наблюдался рост протяженности участков пути с просроченным капитальным ремонтом (максимум составил 25,2 тыс. км), что объясняется сокращением объемов работ в 2014— 2015 гг. Начиная с 2015 г. удалось остановить прирост просроченных километров пути даже в условиях продолжающегося увеличения объемов перевозки грузов.
С 2014 г. при всех видах ремонтов пути укладываются рельсы только категории ДТ. Поскольку грузонапряженные линии ремонтировались в первую очередь, к 2019 г. удалось добиться превосходства протяжения путей с рельсами ДТ над ОТ (объемно закаленными) для участков с грузонапряженностью более 50 млн т-км груза брутто/км в год. По состоянию на 01.01.2022 протяжение рельсов ДТ на указанных путях составило 20,5 тыс. км, ОТ — 10 тыс. км.
Дефектность рельсов. Очень непростая ситуация складывается в путевом хозяйстве с дефектностью рельсов. Хотя в последние годы удалось добиться некоторого снижения выхода рель
сов по дефектам, обстановка продолжает оставаться серьезной. Достаточно отметить, что на современном этапе дефектность рельсов значительно, а именно на 25 %, превосходит уровень 2014 г.: в 2021 г. общий выход (замененные и лежащие в пути) составил 211545 рельсов, тогда как в 2014 г. — только 168125 (рис. 2).


Основная особенность последних лет — увеличение дефектов первой группы контактно-усталостного происхождения, преимущественно это трещины и выкрашивания металла на поверхности катания (дефект 11) и контроленепригодность (дефект 19). Так, в 2021 г. они составили 55 % от общего числа дефектов. Наблюдается их рост по годам: в 2019 г. — 48 %, в 2020 г. - 52 %.
Опыт эксплуатации рельсов категории ДТ вскрыл ряд их недостатков в сравнении с рельсами ОТ и особенно с рельсами японского производства. Главный недостаток — интенсивное развитие контактно-усталостных повреждений. При этом образование дефектов 19 зафиксировано при минимальной наработке тоннажа и даже массово наблюдалось на участках капитального ремонта 2021 г. в кривых участках радиусами 650 м и менее по внутренним нитям. Тут следует напомнить, что в соответствии с ПТЭ в кривых участках предусмотрены дополнительные замены рельсов, но при этом наработка по нижней нити в кривых радиусом менее 350 м должна составлять не менее 210 млн т груза брутто (требование гарантии для рельсов ДТ350). По факту же в 2021 г. образование контроленепригодности рельсов наблюдалось по всем дорогам при самом незначительном пропущенном тоннаже (начиная от 40 млн т груза брутто) в кривых радиусом даже более 350 м.
За годы применения рельсов категории ДТ они успели получить наработку, достаточную для объективного сравнения их свойств с рельсами категории Т1. К сожалению, приходится констатировать отсутствие преимущества рельсов ДТ относительно Т1 в части сопротивления контактно-усталостным повреждениям.
В кривых радиусом менее 450 м при грузонапряженности более 80 млн т* км груза брутто/км в год в период приработки (40—80 млн т груза брутто) образование поверхностных выкрашиваний с развитием контроленепригодности рельсов наблюдается на рельсах всех категорий.
В настоящее время проблема контактно-усталостных повреждений поверхности катания головки является основной. Особую обеспокоенность вызывает тот факт, что данная проблема касается и рельсов категории ДТ улучшенных характеристик (ДТ370, ДТ400ИК), которые по определению должны быть не только износостойкими, но и контактно выносливыми.
В ходе наблюдений за контрольными участками с рельсами различных категорий в границах Восточно-Сибирской и Забайкальской дорог, а также на основании данных приемо-сдаточных испытаний рельсов ДТ350 установлена важная зависимость: с повышением норматива твердости поверхности катания головки развитие контактно-усталостных повреждений происходит более интенсивно. С целью подтверждения данной гипотезы было проведено сравнение выхода рельсов ДТ350 прокатки 2019 и 2020 гг. по дефектам 10, 11 и 19. При этом рельсы прокатки 2020 г. были изготовлены по техническому соглашению с повышенным порогом твердости (на 10 НВ). Рост изъятий более твердых рельсов составил 43 % , в том числе по дефекту 19 — 44 %.
Анализ физико-механических свойств рельсов ДТ350 свидетельствует о постоянном росте твердости головки на уровне поверхности катания. Так, если в 2015 г. в среднем твердость головки на поверхности катания составляла 377 НВ, то в 2019 г. — 382 НВ, в 2022 г. — 394 НВ. Очевидно, что увеличение твердости отрицательно влияет на способность рельсов противостоять образованию поверхностных выкрашиваний.
Зависимость появления первых дефектов контактно-усталостного характера на поверхности катания головки от категории рельсов и пропущенного тоннажа подчеркивает пример подконтрольной эксплуатации участка I главного пути направления Самара— Челябинск с рельсами ДТ и ОТ на Куйбышевской дороге. Для сравнения были выбраны кривые радиусом 420 м с возвышением наружного рельса 90 мм, в которых наблюдалось «хроническое» выкрашивание на поверхности катания головки. Результаты следующие: для рельсов категории Т1 укладки 2009 г. наработка тоннажа до образования выкрашивания составила 362 млн т груза брутто, для рельсов ДТ350 укладки 2015 г. — 243 млн т. В 2021 г. новые рельсы ДТ350, уложенные при капитальном ремонте пути, показали еще более худшую сопротивляемость — первые признаки дефекта 19 (контроленепригодность) отмечены при наработке всего лишь 44 млн т груза брутто. И это при снижении грузонапряженности на данном участке к уровню 2017—2018 гг.
Изломы рельсов. Излом рельса — наиболее опасный вариант проявления дефектности, способный привести к тяжелым последствиям . В 2021 г. допущено 195 изломов рельсов на сети ОАО «РЖД», что совпадает с уровнем 2020 г. (рис. 3).
Излом рельса всегда является результатом развития какого-либо дефекта. Наибольшее количество изломов произошло по дефектам:
сварных стыков — 89 шт. (45,6 %);
коррозионно-усталостным в подошве рельса — 53 шт. (27,2 %);
в результате механических повреждений — 18 шт. (9,2 %);
без видимых пороков — 16 шт. (8,2 %);
усталостного характера в головке рельса — 12 шт. (6,2 %);
болтовых стыков — 5 шт. (2,6 %);
местной коррозии подошвы рельса — 2 шт. (1 %).
Анализ изломов рельсов с 2016 г. свидетельствует об увеличении их числа к 2021 г. на 107 %. Наибольшее количество изломов в 2021 г. допущено на полигонах Свердловской (27), Дальневосточной (27), Забайкальской (26) и Западно-Сибирской (24) дирекций инфраструктуры.
В текущем году уже зафиксировано 73 излома рельсов, в том числе 50 без учета дефектов сварки. Из них 23 (46 %) произошли на рельсах ДТ350, 20 (40 %) — на рельсах Т1 (ОТ350), семь (14 %) — на ДТ370ИК.


Рекламационно-претензионная работа. Актуальным остается вопрос взаимодействия службы пути с производителями рельсовой продукции в рамках рекламационно-претензионной работы. За 2021 г. в адрес заводов-производителей направлено 323 рекламационных акта на 544 рельса, в том числе в адрес АО «ЕВРАЗ ЗСМК» 270 актов на 491 рельс, из них три акта на 31 рельс категории ДТ400ИК. Несмотря на рост количества рекламаций по отношению к 2020 г. (на 79 % по актам и на 179 % по рельсам), количество признанных рекламаций осталось практически на прежнем уровне (рис. 4). Признано лишь 25 рекламаций, что на 8,6 % больше, чем в 2020 г. Наибольшее количество рельсов в гарантийный период изъято из пути в 2021 г. на дорогах Восточного полигона, а также Западно-Сибирской, Куйбышевской и Южно-Уральской дирекций инфраструктуры.
Уже за пять месяцев текущего 2022 г. в адрес заводов-производителей направлены рекламации на 223 рельса (189 в адрес АО «ЕВРАЗ ЗСМК»), несоответствующих условиям гарантии, в том числе 106 рельсов (56 %) по дефектам первой группы, что еще раз выражение подчеркивает основную проблему, складывающуюся на сегодняшний день в рельсовом хозяйстве. Из этого количества пока что признана всего одна рекламация от Южно-Уральской дороги — рельс получил дефект 19 при наработке 40,45 млн т груза брутто, тогда как гарантийная норма составляет 350 млн т. Шлифование в период эксплуатации проведено в соответствии с нормативными сроками. Рельс находился в кривой радиусом 438 м, грузонапряженность — 115 млн т-км груза брутто/км в год. Причиной выхода стала повышенная твердость металла в головке (392 НВ на глубине 10 мм).
Основная причина отклонения рекламаций заводами-производителями в 2021 г. — невыполнение профилактического шлифования рельсов. По указанной причине отклонено 130 рекламаций (40 % от общего объема отклоненных).



Согласно изменениям, внесенным в Условия гарантии на железнодорожные рельсы и порядок рекламационно-претензионной работы по гарантийным случаям (утверждены Распоряжением ОАО «РЖД» от 18 октября 2021 г. № 2232), допускаются отклонения рекламаций по дефектам 12, 22 без проведения металлографического исследования, только по факту нарушения периодичности шлифования. Данное положение является нарушением п. 2 статьи 476 ГК РФ, который прокомментирован юридической службой в следующей трактовке: «сам факт нарушения покупателем установленных правил пользования товаром не снимает с поставщика гарантийной ответственности». Поставщик должен доказать причинно-следственную связь между нарушением правил пользования и возникновением недостатка. Применительно к рассматриваемой ситуации завод-производитель должен доказать, что нарушение технических указаний по шлифованию рельсов явилось причиной возникновения дефекта.
Основные причины дефектности рельсов. Анализ выхода рельсов по дефектам всех групп ясно указывает на две основные причины повреждений — грузонапряженность и план линии. С ростом грузонапряженности значительно увеличивается дефектность рельсов. Так, на участках с грузонапряженностью менее 50 млн т-км груза брутто/км в год в среднем по сети удельный выход рельсов составляет 0,93 шт/км, а при грузонапряженности более 130 млн т-км груза брутто/км в год — 4,1 шт/км, т. е. в 4,4 раза выше.
Прямая зависимость дефектности рельсов от плана линии тоже выражена весьма ярко: если в прямых выход рельсов составляет 2,68 шт/км, то в кривых участках радиусом менее 350 м — 9,6 шт/км (в 3,6 раза выше).


Именно при высокой грузонапряженности в кривых радиусом менее 650 м по внутренним нитям наблюдается развитие дефектов контактно-усталостного характера, а также максимальная интенсивность бокового износа рельсов. Необходимость принятия первоочередных мер по снижению выхода рельсов на таких участках выражена особенно остро.
По состоянию на 01.05.2022 в главных путях эксплуатируется 85545 дефектных рельса, при этом их количество снижено к уровню прошлого года на 8382 рельса или 9 % (2021 г. — 93927 шт.). На фоне общего снижения дефектности, на четырех дорогах допущен ее рост: на Октябрьской — на 22 % (1585) по отношению к аналогичному периоду прошедшего года, Южно-Уральской — на 30 % (1369), Куйбышевской — на 15 % (331), Северо-Кавказской — на 8 % (237).
Меры по снижению дефектности рельсов. Несмотря на сложное положение с дефектностью рельсов на сети, удалось добиться некоторого успеха: с 2020 г. кривые дефектов пошли на снижение. Так, в 2021 г. выход рельсов по дефектам (включая замененные дефектные и остродефектные рельсы, а также лежащие в пути на 1 января отчетного года) составил 211545 шт, что на 7,5 % меньше, чем в 2020 г. (рис. 5). При этом необходимо учесть, что снижение происходит в условиях одновременного роста грузонапряженности. В 2021 г. в среднем по сети она составила 39,8 млн т-км груза брутто/км в год, что на 4 % выше, чем в 2020 г. (38,2 млн т-км груза брутто/км в год).


За 2021 г. достигнуто сокращение числа дефектных рельсов на 17334 шт. (с 228879 до 211545), а также снижение количества дефектных рельсов, лежащих в пути, на 3355 шт. (с 83575 до 80220).
Среди дефектных рельсов, остающихся в пути, наблюдается резкое преобладание износа и смятия головки в зоне сварных стыков (дефекты 46, 47) (рис. 6).
Сокращению количества дефектных рельсов способствовало не только проведение капитальных ремонтов пути, но и выполнение работ в рамках текущего содержания, а именно:
смена рельсов со сверхнормативным износом (6473 шт.);
устранение дефектов 46.3, 47,3 с помощью технологии алюминотермитной наплавки THR (797 шт.);
шлифовка рельсошлифовальными поездами (3756 шт.);

одиночная замена дефектных рельсов (103491 шт.), в том числе на ИССО и подходах к ним (8722 шт.).
В целях дальнейшего улучшения положения дел в рельсовом хозяйстве на 2022 г. запланированы:
шлифовка рельсов рельсошлифовальными поездами в объеме 3,8 тыс. км пути (устранение 7312 дефектных мест);
наплавка рельсов — 3220 мест.
Кроме этого, получит дальнейшее распространение новая технология алюминотермитной наплавки THR, с помощью которой ликвидируются дефекты 46.3 и 47.3, и наплавка остряков в паре с рамным рельсом по технологии NORRA. Наплавкой сварных стыков в 2022 г. планируется устранить 1773 указанных дефектов.
В 2022 г. намечено шлифование рельсов в объеме 22858 км (проходов рельсошлифовального поезда), по состоянию на 01.05.2022 подвергнуто шлифованию 10513,1 км (46 %). Выполнение годового задания позволит снизить количество дефектных мест на 7146 шт.
Анализ дефектности рельсов и смещение вектора проблемы на рост контактно-усталостных повреждений определил основные задачи, решение которых позволит снизить риски негативного влияния дефектности на организацию движения поездов:

• 1) увеличить наработку рельсов до образования дефектов контактно-усталостного характера (преимущественно по внутренним нитям в кривых) с 40 до 210 млн т груза брутто в кривых радиусом менее 350 м (в соответствии с условиями гарантии), до 350 млн т в кривых радиусом 350—650 м и до 700 млн т в прямых и пологих кривых;
• 2) повысить сопротивляемость дефектного рельса (увеличить период эксплуатации после зарождения трещины до его разрушения или достижения трещиной критического размера);
• 3) увеличить надежность ресурса рельса (у = 0,99 %)

до достижения наработки 1,4 млрд т груза брутто (с учетом выполнения дополнительных смен рельсов в кривых радиусом более 650 м согласно Правилам назначения ремонтов пути, утвержденных Распоряжением ОАО «РЖД» от 17.12.2021 № 2888р) и 0,9 млрд т в кривых радиусом менее 650 м.

Перспективный рельс. Путевое хозяйство нуждается в повышении качества рельсовой продукции, поэтому от заводов-производителей хотелось бы получить ответы на следующие вопросы:
каковы реальные перспективы выпуска инновационных рельсов с отдельного индукционного нагрева длиной 800 м;
возможно ли создание рельса одновременно качественного по показателям твердость/пластичность или требуется дифференцированный подход к укладке рельсов на наружные и внутренние нити в кривых.
Перспективный рельс, отвечающий современным потребностям путевого комплекса ОАО «РЖД», должен иметь следующие показатели износостойкости (интенсивности износа), мм/млн т груза брутто, в кривых участках пути радиусом:

• R < 350 м — не более 0,03;
• R = 35(Н650 м — не более 0,02;
• R > 650 м — не более 0,01.

Распоряжением ОАО «РЖД» от 19.11.2020 № 2365 утверждены Технические требования на рельсы новой категории, предназначенные для эксплуатации в особо тяжелых условиях Восточного полигона. Под особо тяжелыми подразумеваются следующие участки:
кривые радиусом менее 650 м;
крутые подъемы/спуски с уклоном более 5 %□;
затяжные подъемы/спуски (протяженность профиля с уклоном одной направленности более 5 км);
грузонапряженные линии — более 80 млн т-км груза брутто/км в год;
пути, функционирующие при высоких перепадах температур (годовая амплитуда более 100 °C).
Рельсы новой категории должны выдерживать следующую наработку, млрд т груза брутто, не менее:
1, 2 в прямых и кривых радиусом более 1200 м;
1, 0 в кривых радиусом 651—1200 м;
0,7 в кривых радиусом 351—650 м;
0,5 в кривых радиусом менее 350 м.
При пропуске указанного тоннажа боковой износ головки не должен превышать 15 мм.
Рельсы новой категории, обладающие повышенной сопротивляемостью износу и дефектам, помогут решить задачи обеспечения перевозок и безопасности движения в условиях растущей грузонапряженности.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК