Повышение эффективности системы "Путь-подвижной состав"
 

Повышение эффективности системы "Путь-подвижной состав"

Мировой опыт показывает, что использование современных технических средств лубрикации системы колесо-рельс позволяет эффективно воздействовать на величину потребляемых топливно-энергетических ресурсов, повысить сроки службы колес и рельсов, формировать условия безопасного движения поездов в кривых участках пути и снижать уровень шумового воздействия на окружающую среду.

В настоящее время железнодорожные компании мира реализуют две основные технологические схемы лубрикации системы колесо-рельс: рельсо-смазывание и гребнесмазывание. В подавляющем большинстве случаев эти две схемы применяют как дополняющие друг друга в зависимости от условий эксплуатации. Типичным примером совместного использования технологий рельсо- и гребнесмазывания является вариант, при котором рель-сосмазывание участков главных и станционных путей дополняется греб-несмазыванием тягового подвижного состава, работающего на этих участках.

При технической реализации технологии рельсосмазывания главных путей применяют локомотивы и вагоны-рельсосмазыватели. Смазочные материалы (СМ) наносятся непосредственно на боковую поверхность головки рельсов всего обслуживаемого участка пути, обеспечивая тем самым наличие смазочного слоя в контакте всех набегающих на рельс колес проходящего подвижного состава.

Технология рельсосмазывания станционных путей базируется на применении путевых стационарных рельсосма-зывателей, устанавливаемых в горловинах станций и узлов для нанесения СМ непосредственно на гребни колес проходящего подвижного состава и защиты стрелочных переводов от износа.


Технология гребнесмазывания поддерживается бортовыми гребне-смазывателями различных типов (для локомотивов, моторвагонного подвижного состава, вагонов), обеспечивающими подачу смазочного материала непосредственно на гребни колес подвижного состава, на котором они установлены.

На ряде дорог успешно реализуется инновационная технология стержневого гребнерельсосмазывания (ГРС) [1 ] (рис. 1), при которой смазочный материал ротапринтно-контакт-ным способом наносится на гребень колеса с последующим активным переносом на боковую поверхность головки рельсов. При этом лубрикация системы колесо-рельс может проводиться любым типом подвижного состава (локомотивы, моторвагонный подвижной состав, вагоны и др.). t тличительной особенностью тех-

ч •' нологий рельсо- и гребнесмазывания является то, что подавляющее большинство технических средств лубрикации (локомотивные рельсосмазы-ватели ВНИИЖТ, ВНИКТИ, вагоны-рель-сосмазыватели, стационарные путевые рельсосмазыватели СПР, бортовые гребнесмазыватели АГС) используют способы дистанционной (бесконтактной) лубрикации,разработанной еще в 90-х годах прошлого века. Бесконтактная схема нанесения СМ работает на жидких (полужидких) и пластичных СМ, эффективность которых в открытых узлах трения ограничена.

Можно выделить ряд существенных недостатков технических средств лубрикации, реализующих бесконтактную схему нанесения СМ, снижающих эффективность ее использования.

- Ограничение скорости движения базового подвижного состава при лубрикации. Реализация технологического процесса рельсосмазывания главных путей может осуществляться при скорости не более 60 км/ч из-за воздействия ветровой нагрузки и ухудшения условий движения базового подвижного состава вследствие попадания части СМ в зону реализации тягового усилия, т.е. в зону контакта колеса с рельсом. При существующей интенсивности перевозочного процесса это ограничение не позволяет современным передвижным рельсосмазывателям с автоматической подачей СМ обеспечить необходимую эффективность без специальных окон в расписании движения даже при включении рельсосмазывателей в состав организованных пассажирских поездов (почтово-багажных, багажных, межрегиональных пассажирских и, возможно, пригородных).

- Низкие эксплуатационные свойства жидких, полужидких, пластичных смазочных материалов в условиях их применения в контакте колесо-рельс.
Данные СМ не отвечают требованиям к смазочным материалам, утвержденным распоряжением ОАО «РЖД» 24.02.2010 № 375р. К числу существенных недостатков этих СМ, используемых для лубрикации контакта колесо-рельс, относятся:

- непроизводительный расход СМ за счет разброса его центробежными силами и ветровой нагрузки и, как итог, интенсивное загрязнение (замасливание) элементов пути и подвижного состава, в том числе тяговых поверхностей колес локомотивов и рельсов;

- жидкие СМ не эффективны в открытых узлах трения. Жидкий смазочный материал эффективно работает в тех условиях, где есть возможность образования масляного клина, т.е. в закрытых узлах трения в режимах граничного и жидкостного трения (в зубчатых передачах, подшипниках скольжения и др.). Создание таких режимов трения в открытом узле трения колесо-рельс исключено;

- малая несущая способность (до 500 МПа) и слабая адгезия к металлу рельса (смываемость дождем), зависимость физико-механических свойств жидких и полужидких СМ от температуры, деструкция состава, расслоение на компоненты, плохая прокачивае-мость пластичных СМ по системам подачи при отрицательных температурах, ограниченный срок хранения;

- ограниченный ресурс используемых СМ из-за низкого уровня показателя «невыдавленный объем». Низкая несущая способность СМ по мере прохождения поездов приводит к истиранию смазочного слоя задолго до следующего прохода рельсосмазывателя, особенно на участках со сложным профилем пути;

- в динамике рабочее состояние жидких смазочных материалов-покрытий не успевает полноценно сформироваться. Жидкие смазочные материалы-покрытия для эффективности после нанесения на поверхность трения требуют времени на образование рабочего состояния, т.е. они должны высохнуть.

Анализ требуемых выходных трибо-характеристик СМ и условий их нанесения показывает, что для защиты рельсов и колес требуются специальные СМ типа твердых смазок-покрытий, подобные тем, что используются в кузнечно-прессовом производстве и соответствующие системы их подачи. Такие смазочные материалы представляют собой твердые сухие антифрикционные покрытия, обладающие высокой несущей способностью и выдерживающие контактные нагрузки до 2 — 3 ГПа. Ввиду того, что контактные нагрузки в контакте колесо-рельс могут достигать уровня пластической деформации металла, в случае, когда давление в узле трения превышает предел пластической деформации СМ, вызываются такие дефекты, как остроконечный накат у колеса, изменение геометрии рельсов, наплывы нижней части головки рельсов и др.

Учеными Ростовского государственного университета путей сообщения (РГУПС) совместно со специалистами Северо-Кавказской дороги разработана технология контактно-ротапринтного стержневого греб-нерельсосмазывания, получившая название «ГРС-РАПС» [2], которая лишена вышеперечисленных и ряда других недостатков.

В основе технологии ГРС-РАПС лежат два базовых принципа:

создание технических средств лубрикации контакта колесо-рельс, не имеющих эксплуатационных ограничений по типу базового подвижного состава, скорости движения при нанесении СМ, пределов температурного диапазона и др.;

обеспечение на протяжении всего жизненного цикла взаимодействия подвижного состава и пути оптимальных трибологических характеристик в системе колесо-рельс путем формирования в зоне фрикционного контакта колесо-рельс многофазного смазочного слоя, устойчивого к внешним воздействиям в широком диапазоне эксплуатационных факторов.

Для реализации базовых принципов технологии ГРС-РАПС ученые РГУПСа создали ряд инновационных продуктов:

гребнерельсосмазыватели (ГРС) — системы подачи твердых смазочных составов контактного типа, базирующиеся на патентованном аккумулятив-но-ротапринтном (контактном) способе нанесения смазочных стержней РАПС на боковую поверхность головки рельса при помощи гребней колес подвижного состава [1]. Этот способ исключает влияние на процесс лубрикации центробежных сил и ветровой нагрузки, а также ограничения по скорости движения базового подвижного состава (до 300 км/ч), необходимость технологических окон для выполнения работ по лубрикации;

- смазочные стержни РАПС (разовое антифрикционное покрытие-смазка) оболочечного и безоболочечного типов, предназначенные для работы в тяжелонагруженных открытых узлах трения, какими являются контакты гребней колес с боковой поверхностью головки рельсов. Смазочные стержни РАПС соответствуют требованиям на СМ, применяемые для лубрикации рельсов, а также гребней колес подвижного состава.

Смазочные стержни РАПС представляют собой специальные смазочные элементы, состоящие из твердой внешней оболочки, обеспечивающей необходимый уровень дозирования и фрикционное натирание наноматериалов. Внутри оболочки находится вязкопластичный СМ, состоящий из многофазной среды с микрокапсулами, заполненными присадками функционального назначения [3].
Отличительные характеристики смазочных стержней РАПС:

высокая устойчивость к климатическим условиям (работа при 100%-ой влажности, температуре окружающей среды от -60 до +120 °С), практическая несмываемость смазочного слоя;

- устойчивая работа смазочного слоя при нагрузках до 3 ГПа и 100%-ом скольжении, разовое нанесение на боковую поверхность рельса обеспечивает пропуск до 18 тыс. колес при сохранении защитных антифрикционных свойств.

Производителем обеспечивается три стадии (фазы) жизненного цикла при работе смазочных стержней РАПС: фаза хранения, фаза нанесения и рабочая фаза.

В фазе хранения благодаря тому, что СМ «упакован» в твердую внешнюю оболочку смазочного стержня РАПС, а активные компоненты в микрокапсулы, обеспечивается длительный, практически без ограничений, срок хранения, при постоянстве состояния смазочной композиции, а также термостойкость до 120 °С.

В фазе нанесения необходимое количество СМ наносится на гребень колеса ротапринтно-контактным способом за счет истирания смазочного стержня РАПС. В качестве систем подачи используются различные типы гребнерельсосмазывателей ГРС.

Процесс формирования рабочей фазы происходит в результате контактного взаимодействия гребня колеса и рельса при наличии на гребне колеса смазочного материала РАПС. Под воздействием параметров PVT (нагрузка, скорость, температура) в контакте гребень колеса — головка рельса ранее нанесенный слой смазочного материала РАПС трансформируется в тонкий (10 — 50 Нм) граничный слой твердосмазочной пленки, состоящей из вторичных износостойких структур повышенного ресурса смазочного действия.

настоящее время создано семейство смазочных материалов РАПС для реализации технологий гребне-смазывания и гребнерельсосмазывания в различных эксплуатационных условиях. Специалисты РГУПС ведут по-
стоянные комплексные исследования с целью повышения триботехнических характеристик смазочного материала РАПС, а также для определения показателей качества смазочных стержней.


Одной из проблем формирования таких показателей является то, что для твердых СМ антифрикционных нанопокрытий смазочных стержней РАПС не применимы требования и стандарты для испытаний пластичных и жидких СМ. Так, стандарты, регламентирующие методы определения пенетрации, эффективной вязкости пластичных смазок не могут быть распространены на смазочные стержни, которые по своему физическому состоянию представляют твердые без-оболочечные стержневые элементы или имеющие твердую оболочку, заполненную твердой (вязкопластичной) смазочной композицией. Физически определить показатель пенетрации по ГОСТ 5346—78 и эффективной вязкости по ГОСТ 26581—85 для смазочных стержней не представляется возможным. Широко используемый метод определения трибологических характеристик жидких и пластичных СМ по ГОСТ 9490—75 также не может быть распространен на смазочные стержни, ввиду специфики испытаний на четырехшариковой машине трения (ЧШМ).

В процессе испытаний по ГОСТ 9490—75 образцы находятся в постоянном контакте с исследуемым СМ, т.е. не реализуется схема «разового нанесения», применяемая во всех технологиях рельсосмазывания. Испытания на ЧШМ предполагают нагрев смазочного стержня до критической температуры, при которой произойдет переход его из твердого состояния в пластичное или жидкое. В таком агрегатном состоянии можно провести испытания, но при полном изменении первоначальных свойств смазочных стержней, определяющих их эксплуатационные характеристики. Ввиду этого специалистами РГУПС разработан проект ГОСТа для определения трибологических характеристик твердых смазочных материалов, применяемых для смазывания трущихся поверхностей узлов трения механических систем.

Можно выделить ряд показателей, характерных для смазочных стержней, используемых в системах ГРС, которые дают информацию потребителю об их эффективности:

♦ снижение коэффициента трения в контакте колесо-рельс после нанесения СМ на гребень колеса (показатель износостойкости и энергоэффективности);

ресурс смазочного слоя, сформированного на гребне колеса и боковых гранях рельса при переносе смазки (стойкость к истиранию под воздействием подвижного состава);

несущая способность как показатель нагрузки на контакте рабочих поверхностей, при которой остаточная деформация менее прочного элемента узла трения достигает допустимого значения;

коэффициент перехода (Кп) как показатель способности смазочного материала к переносу на рельсы.

ля реализации способа лубрикации ГРС-РАПС разработаны три технологические схемы гребнесмазы-вания (рис. 2): гребнесмазывание ГС (схема 1), гребнерельсосмазывание ГРС (схема 2), гребнерельсосмазывание посредством автоматизированных устройств АГРС (схема 3).

Гребнесмазывание ГС предусматривает нанесение ограниченного объема СМ, необходимого для защиты гребня колеса (схема 1, рис. 2). Ресурс одного стержня по этой схеме для стержней РАПС-2 составляет 600 — 700 км, РАПС-Нанотех — 7000 — 8000 км. Емкость бункера системы ГРС-20.07 составляет 9 стержней (рис. 3). Конструкция ГРС-20.07 сертифицирована и серийно поставляется через Росжел-дорснаб на сеть дорог ОАО «РЖД».

Схема гребнерельсосмазывания ГРС (схема 2, рис. 2) посредством маневровых локомотивов или локомотивов, работающих на участках с короткими плечами оборота, предназначена для рельсосмазывания при расходе смазочного материала РАПС до 100 г на 1 км пути (рис. 4). Конструкция ГРС-40.05 сертифицирована и серийно поставляется через Росжелдорснаб на сеть дорог ОАО «РЖД».


Схема АГРС (схема 3, рис. 2) базируется на автоматизированных греб-нерельсосмазывателях с управляемым процессом дозирования СМ и бункером повышенной емкости (40 и более стержней).

Стержневые гребнесмазыватели РГУПС поставляются централизовано, имеют сертификаты. Схема установки ГРС предусматривает защиту от износа гребня каждого колеса локомотива. ГРС работают в автоматическом режиме, не требуют затрат на создание заправочных устройств, стендов настройки.

Перезарядка смазывающих стержней занимает мало времени. Кассетный способ зарядки стержнями РАПС-2 обеспечивает возможность периодического обслуживания при выполнении текущего ремонта в объеме ТР-1.

Для оценки эффективности технологии ГРС-РАПС по распоряжению руководства ОАО «РЖД» в локомотивном депо Туапсе Северо-Кавказской дороги в 2006 г. проводились сравнительные испытания технических средств лубрикации (рис. 5). За восемь месяцев средняя удельная интенсивность износа гребней бандажей колесных пар локомотивов ВЛ10, оснащенных ГРС, составила 0,3 мм на 10 тыс. км пробега. Без применения гребнерельсосмазывания величина износа гребней бандажей колесных пар локомотивов составляет в среднем 2 мм на 10 тыс. км, т.е. ресурс бандажей колесных пар увеличился в 2,4 раза. Количество обточек на 1 млн. км пробега по сравнению с аналогичным периодом 2005 г. сократилось на 53,2 %, средний пробег между обточками составил более 47 тыс. км, что на 81 % больше, чем за аналогичный период 2005 г.


Особенностью работы данных систем является контактный способ подачи твердого СМ, который сводит к минимуму возможность попадания смазочного вещества в зону реализации тягового усилия. При этом практически нет ограничений по скорости базового подвижного состава, так как в этом случае ветровая нагрузка, динамика взаимодействия пути и экипажной части не оказывают влияние на точность нанесения СМ.

Использование автоматических гребнерельсосмазывателей исключает специальные технологические окна в графиках движения для пропуска локомотивов рельсосмазывателей, использование операторов, осуществляющих управление процессом нанесения СМ, уменьшает влияние человеческого фактора на эффективность лубрикации.

(Окончание следует)

Доктора технических наук В.В. ШАПОВАЛОВ, И.А. МАЙБА, П.Н. ЩЕРБАК,
профессоры РГУПС, канд. техн. наук А.Л. ОЗЯБКИН,
доцент, инж. Э.Э. ФЕЙЗОВ

В статье не указано , что в Туапсе ГРС работали в режиме рельсосмазки (Стержни прижимались к гребню при помощи пружин - ресурс стержней-20-30 км пробега) -
расход смазочных стержней - до 80 г на один километр.
а АГС подавали порядка 7 г.на км.

(пробег между заправками баков АГС- 3000км)
Одновременно проходили испытания ГРС касетного типа в депо Пенза 3. (прижатие стержней к гребню за счёт собственного веса) ЭФФЕКТ грс -0

Тема перенесена
 

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin