Admin

Требования к перспективным элементам инфраструктуры, ремонту и обслуживанию пути

КОРЕНЬКОВ Д.А., ОАО «Российские железные дороги», первый заместитель начальника Департамента технической политики,
ИВАННИКОВ М.А., ОАО «РЖД», начальник отдела Департамента технической политики, ЗАГИТОВ Э.Д., АО «ИЦ ЖТ», главный конструктор по инфраструктуре

В конце августа 2018 г. на совещании у министра промышленности и торговли Российской Федерации причастным организациям, в том числе ОАО «Российские железные дороги», было дано поручение подготовить программу мероприятий по созданию новых элементов верхнего строения пути с повышенными эксплуатационными характеристиками.
В этих целях Правлением ОАО «РЖД» было принято решение организовать на базе АО «Инжиниринговый центр железнодорожного транспорта» (АО «ИЦ ЖТ») специализированное подразделение по разработке и внедрению перспективных решений в области путевой инфраструктуры. В качестве пилотного проекта для данного подразделения определены научно-исследовательские и опытно-конструкторские задачи по теме «Разработка конструкции и технологий содержания железнодорожного пути, обеспечивающих наработку 2,5 млрд т груза брутто пропущенного тоннажа».
Этапность реализации проекта определена Дорожной картой, утвержденной ОАО «РЖД» от 04.02.2021 № 212/р. Согласно Дорожной карте и календарному плану НИОКР до апреля 2023 г. должны быть выполнены основные объемы работ по созданию конструкторской документации, математических моделей и проведению расчетов новых конструкций пути.
В 2023 г. запланировано изготовить опытные образцы, провести их лабораторные испытания и уложить участки новой конструкции на Экспериментальном кольце в Щербинке.
В 2024 г. должны быть уложены участки для подконтрольной эксплуатации и разработана система технического обслуживания пути.
В 2025 г. предполагается завершить технико-экономическое обоснование и выбрать наиболее эффективные варианты.
Кроме того, по отдельным графикам необходимо подготовить новые и актуализировать действующие нормативные документы, а также провести мероприятия по обязательному подтверждению соответствия новой продукции требованиям Технического регламента Таможенного Союза ТР ТС 003/2011.
В период с 2026 по 2035 гг. предусмотрено внедрение новой конструкции пути на особо грузонапряженных линиях, протяженность которых составляет около 16 тыс. км (рис. 1).
В 2021 г. состоялся первый набор персонала в инфраструктурное подразделение АО «ИЦ ЖТ», были воплощены в жизнь начальные этапы проекта. Поскольку проект достаточно сложный и наукоемкий, реализовать его силами и компетенциями одной организации довольно сложно, поэтому для его успешного осуществления привлекли ведущие российские центры компетенций, в том числе:
ПКБ И;
ОАО «РЖД»;
профильные НИИ и вузы (АО «ВНИИЖТ», МИИТ, ПГУПС, СТУПС и Санкт-Петербургский политехнический университет);
производителей и разработчиков элементов и конструкций верхнего строения пути (ЕВРАЗ, АО «Новосибирский стрелочный завод», АО «Муромский стрелочный заводы, АО «БетЭлТранс»).
Сотрудничество с ведущими центрами компетенций позволит эффективно использовать накопленный опыт и успехи перечисленных организаций.


ОАО «РЖД» 21 сентября 2021 г. утвердило Технические требования (№ 1508) к конструкции железнодорожного пути и системе его технического обслуживания, обеспечивающей наработку пропущенного тоннажа 2,5 млрд т груза брутто (рис. 2).
В рамках данного проекта основные усилия направлены на создание:

• рельсов с повышенным ресурсом;
• скреплений, обеспечивающих высокую стабильность подуклонки и ширины рельсовой колеи;
• шпал и брусьев с подшпальными прокладками, создающих более равномерное распределение поездных нагрузок на балластный слой;
• балластного слоя, сохраняющего стабильное положение путевой решетки в условиях интенсивного движения поездов;
• подбалластных защитных слоев, повышающих прочность и стабильность основной площадки земляного полотна;
  
• системы технического обслуживания и мониторинга конструкции пути, позволяющей эффективно поддерживать надежность конструкции пути.

Остановимся на некоторых положениях Технических требований.
Конструкция пути должна выдерживать нормативный срок эксплуатации в следующих базовых условиях:

• максимальная разрешенная скорость обращения грузовых поездов — до 90 км/ч, контейнерных и пассажирских — до 140 км/ч;
• масса поезда, в том числе соединенного, может быть от 6 тыс. до 16 тыс. т (при этом продольные силы квазистати-ческого характера в грузовых поездах не должны превышать критериев, установленных СТО ОАО «РЖД» 1.07.002-2010 «Инфраструктура железнодорожного транспорта на участках обращения грузовых поездов повышенного веса и длины. Технические требования»);
• в общем потоке подвижного состава статические осевые нагрузки должны соответствовать: 27 тс — 20 %, 25 тс — 50 %, 23,5 тс - 20 %, менее 23,5 тс - 10 %;
• грузонапряженность — в диапазоне от 80 до 200 млн т-км груза брутто/км в год.
• Современная конструкция пути должна отвечать следующим требованиям:
• обеспечивать оптимальный модуль упругости пути по критерию минимизации напряжений в балластном слое;
• минимизировать эксплуатационные расходы жизненного цикла;
• гарантировать безопасность движения поездов с учетом проведения технического обслуживания и ремонтов пути при значении коэффициента заполнения пропускной способности на участке укладки не менее 0,85—0,9 и соответствующих этому значению возможных технологических перерывах в движении поездов.

Требования к рельсам. В зависимости от плана пути необходимо укладывать рельсы с различными эксплуатационными свойствами (различного назначения):

• на прямых участках и в кривых радиусом более 650 м — рельсы с повышенной контактно-усталостной прочностью (общего назначения);
• в кривых радиусом 650 м и менее — рельсы с повышенной износостойкостью и контактной выносливостью;
• на прямых участках и в кривых радиусом более 650 м с продолжительным действием отрицательных температур воздуха (более 6 мес) и годовой амплитудой температуры рельсов более ПО °C — специализированные рельсы с характеристиками низкотемпературной надежности.

Рельсы по химическому составу, физико-механическим свойствам, классам точности профиля, прямолинейности, качеству поверхности должны обеспечивать высокую вероятность безотказной работы колеи (эксплуатационную стойкость) не ниже 0,95 до их смены при плановых видах ремонта по дефектам, не связанным со сваркой, наплавкой, боковым износом, а также ненормативным механическим и термомеханическим воздействием подвижного состава на рельсы.
Требования к узлу промежуточного рельсового скрепления. Скрепления должны гарантировать стабильность ширины рельсовой колеи и повышенную удерживающую способность, подтвержденную испытаниями при горизонтальной составляющей нагрузке не менее 80 кН для скреплений, применяемых в кривых радиусом менее 650 м и не менее 65 кН для скреплений в прямых и кривых радиусом 650 м и более.
Допускаются изменения ширины колеи без учета износа рельса до 2 мм на первые 100 млн т груза брутто и не более 7 мм при наработке тоннажа, регламентирующего плановую сплошную замену рельсов, а также снижение средней величины монтажного прижатия не более 8 % при наработке первых 100 млн т груза брутто и не более 15 % при наработке тоннажа, регламентирующего плановую сплошную замену рельсов.
Вертикальная статическая жесткость в узле скрепления допускается в диапазоне от 150 до 400 МН/м, при этом необходимо обеспечить соблюдение оптимального модуля упругости конструкции пути по критерию минимизации напряжений в балластном слое, а также ресурс упругих прокладок в конструкции скрепления и подшпальных прокладок.


Гамма-процентный ресурс скреплений должен составлять не менее 99 % при наработке первых 250 млн т груза брутто (подтверждается по требованию владельца инфраструктуры при ресурсных испытаниях) и не менее 95 % — на весь период гарантийных обязательств.
В рамках проекта разрабатывается несколько новых конструкций стрелочной продукции, в том числе стрелочных переводов, съездов, уравнительных стыков и приборов.
Рекомендуемый ресурс уравнительных стыков и приборов должен составлять не менее 625 млн т груза брутто, а рекомендуемый срок службы — не менее 15 лет.
Требования к стрелочному переводу. Шпалы и брусья следует изготавливать из тяжелого бетона по ГОСТ 26663— 2015. Необходимо соблюдать следующие требования:
класс прочности бетона на сжатие должен быть не менее В50 — для шпал, армированных проволокой (струнной арматурой), и брусьев; не менее В60 — для шпал, армированных стержневой арматурой;
шпалы должны обеспечивать повышенное сопротивление сдвигу в балласте;
гамма-процентный ресурс шпал должен составлять не менее 95 % на 2,5 млрд т груза брутто пропущенного тоннажа;
ресурс брусьев должен быть рассчитан на не менее чем 1250 млн т груза брутто.
Конструкция в целом должна быть устойчива к образованию трещин в зонах расположения закладных элементов, концов шпал и брусьев.


Техническими требованиями определено, что конструкционная скорость движения поездов по стрелочному переводу на боковой путь должна составлять:

• для диспетчерских съездов на главных путях — не менее 60 км/ч;
• на главных путях станций для ответвления на приемоотправочные пути — 50 км/ч.

Рекомендуемый ресурс металлических частей стрелочного перевода и съезда предусматривается в диапазоне 625— 750 млн т груза брутто при движении 20 % всего вагонопо-тока на ответвленное направление стрелочного перевода.
Разработанные предварительные схемы ремонтов (рис. 3) предполагают как повышение наработки тоннажа между капитальными ремонтами пути, так и увеличение периодов между промежуточными видами ремонтов. При этом регламентировано, что техническое обслуживание и ремонтные работы должны осуществляться по фактическому состоянию пути с учетом предиктивного анализа данных диагностики
и мониторинга, в том числе с применением технологий цифровых двойников объектов путевой инфраструктуры.
Периодичность диагностики пути по объему и составу данных должна обеспечивать возможность выполнения предиктивного анализа изменения состояния элементов путевой инфраструктуры с необходимой степенью детализации и глубины прогнозного срока.
Многое сделано в рамках задания «Разработка технических требований к инфраструктуре выделенных пассажирских линий и технико-технологических требований к организации внутригородских и межрегиональных пассажирских перевозок». На основании результатов моделирования с учетом выбранных на первом этапе критериев надежности пути (недопущение на основной площадке земляного полотна сжимающих напряжений выше 80 кПа при осевых нагрузках 18—24 тс), определено три типа схемы верхнего строения пути (см. таблицу) для внутригородских выделенных пассажирских линий и межрегиональных выделенных пассажирских линий.
Для реализации 2-го и 3-го вариантов приняты следующие решения:
провести полный цикл испытаний и сертификации рельсов типа Р50 категорий ДТ350/ДТ350СС под скорость движения поездов до 200 км/ч;
модернизировать отдельные элементы скреплений с последующим испытанием и сертификацией для рельсов Р50.


Все должно быть выполнено в соответствии с ГОСТ 33477—2015 «Система разработки и постановки продукции на производство. Технические средства железнодорожной инфраструктуры. Порядок разработки, постановки на производство и допуска к применению».
Следующим этапом реализации проекта предусмотрены полигонные испытания при различных эксплуатационных скоростях (до 200 км/ч) и осевых нагрузках, соответствующих пассажирскому движению, по итогам которых в дальнейшем провести сравнительный анализ жизненного цикла исследуемых конструкций. На основании полученных данных можно будет определить, как быстро накапливаются неисправности колеи для каждого типа верхнего строения пути, а также сделать окончательные выводы по схемам капитального ремонта, специфике текущего содержания выделенных пассажирских линий в зависимости от предполагаемых скоростей движения, максимальных осевых нагрузок.
В соответствии с Генеральной схемой развития сети железных дорог ОАО «РЖД» на период до 2030 г. и на перспективу до 2036 г. и Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2035 г. предполагаемая общая протяженность железнодорожного пути пассажирских и внутригородских межрегиональных линий, на которых предусмотрена укладка выделенных линий, составит 9,83 тыс. км пути. С 2024 г. на экспериментальном кольце АО «ВНИИЖТ» будут организованы полигонные испытания выбранной схемы пути.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК