Эксплуатационные испытания бандажей повышенной твердости
 

Эксплуатационные испытания бандажей повышенной твердости

Для увеличения срока службы локомотивных бандажей специалистами ОАО «ВНИИЖТ» и ОАО «ЕВРАЗ НТМК» была разработана бандажная сталь повышенной твердости марки 4. Это новая сталь с повышенным содержанием углерода, легированная хромом и с уровнем твердости 320 — 360 НВ на глубине 20 мм от поверхности катания бандажа. В сравнении с серийными бандажами марки 2 бандажи марки 4 имеют более высокую твердость по всей глубине рабочего слоя. Основные цели разработки бандажей марки 4 схематично показаны на рис. 1.

В период с 2004 по 2006 гг. бандажи марки 4 успешно прошли весь цикл предварительных испытаний в соответствии с требованиями ГОСТ Р 15.201—2000 и ОСТ 32.181—2001, включая лабораторные, стендовые и полигонные испытания опытной партии, а также сертификационные испытания расширенной установочной партии для возможности проведения ее подконтрольной эксплуатации на сети дорог.


Эксплуатационные испытания бандажей марки 4 были проведены в период 2006 — 2010 гг. на Горьковской, Южно-Уральской, Восточно-Сибирской и Северной дорогах. Объем установочной партии бандажей марки 4 составлял 194 шт., или 97 колесных пар. В качестве сравнительных использовались колесные пары с серийными бандажами марки 2. Изготовитель всех бандажей — ОАО «ЕВРАЗ НТМК».

Целью проведения эксплуатационных испытаний являлось сравнение бандажей марки 4 и серийных по основным показателям, определяющим срок службы бандажа, а также оценка их надежности. Колесные пары с бандажами марки 4 эксплуатировались на общих основаниях под грузовыми электровозами серий ВЛ10, ВЛ80 и ВЛ85, под грузовым тепловозом серии 2ТЭ10 и под маневровыми тепловозами серии ЧМЭЗ (всего 22 локомотива). Для возможности проведения сравнительного мониторинга бандажей по динамике износа в эксплуатации одна секция каждого локомотива была оборудована бандажами марки 4, другая секция — серийными бандажами. Распределение колесных пар по локомотивам, депо приписки и число локомотивов, а также их пробеги за время эксплуатационных испытаний приведены в табл. 1.

Наиболее тяжелые условия эксплуатации бандажей были на Восточно-Сибирской дороге, где они эксплуатировались в грузовом движении на участках с кривыми малого радиуса и при подталкивании на горно-перевалистых участках (электровозы-толкачи ВЛ80Р), а также в условиях низких температур в зимний период. На Южно-Уральской магистрали электровозы эксплуатировались в грузовом движении на длинных плечах до Куйбышевской и Московской дорог, включая участки пути со сложным планом и профилем и равнинные участки. На всех локомотивах применялись серийные тормозные колодки.

В табл. 2 и 3 приведены средние значения интенсивности изнашивания гребней и удельного проката бандажей по дорогам и сериям локомотивов. Согласно полученным результатам, бандажи марки 4 имеют стабильное преимущество перед серийными по износостойкости гребня и стойкости к износу по кругу катания на всех дорогах и типах локомотивов.

На магистральных грузовых электровозах серий ВЛ10 и ВЛ80, составляющих основной парк локомотивного хозяйства, преимущество бандажей марки 4 перед серийными по интенсивности износа гребня составляет от 20 до 40 %. На толкачах ВЛ80Р средняя интенсивность износа гребня бандажей марки 4 на 12,6 % ниже, чем серийных. На тепловозах средняя интенсивность износа гребня бандажей марки 4 на 17 — 26 % ниже серийных.

Результаты анализа статистики обточек колесных пар, приведенные на рис. 2 — 4, показывают, что на всех дорогах наблюдается схожая картина: при равном пробеге общее количество и частота обточек бандажей марки 4 в 1,5 — 2 раза ниже, чем серийных бандажей марки 2. При этом число обточек бандажей марки 4 по предельному износу гребня в 2 — 3 раза ниже, чем серийных. Кроме этого, бандажи марки 4 имеют более высокую стойкость к образованию остроконечного наката на гребне (см. рис. 2 и 3).

На Восточно-Сибирской дороге за время эксперимента всего были обточены 34 колесные пары с серийными бандажами и 44 — с бандажами марки 4. Учитывая, что на этой дороге в эксплуатации находилось неравное число колесных пар с бандажами марки 4 и серийными (32 и 12 соответственно, табл. 1), было рассчитано удельное количество обточек по отношению к числу колесных пар. Согласно диаграмме на рис. 4, всего в удельных долях произведено 2,8 обточки на одну колесную пару с серийными бандажами и 1,4 обточки на одну колесную пару с бандажами повышенной износостойкости, т.е. при равном пробеге частота обточек бандажей марки 4 в два раза меньше.

Данные по среднему пробегу колесных пар между обточками коррелируют с результатами анализа статистики обточек и показывают преимущество бандажей марки 4 перед серийными по этому важнейшему для ресурса бандажа показателю (табл. 4). Согласно полученным результатам, средний пробег между обточками колесных пар с бандажами марки 4 существенно выше, чем серийных на всех дорогах и типах локомотивов.

На магистральных грузовых электровозах преимущество бандажей марки 4 перед серийными по пробегу между обточками составляет от 20 до 55 %. На электро-возах-толкачах пробег между обточками бандажей марки 4 почти в полтора раза выше, чем серийных. На маневровых тепловозах пробег между обточками бандажей марки 4 более чем в полтора раза выше серийных.

Многообещающие результаты получены на электровозе ВЛ85-020, полностью оборудованном бандажами марки 4 (две секции по шесть колесных пар). Средний пробег между обточками колесных пар данного локомотива более чем в 2 раза превысил среднегодовое значение этого показателя для грузовых магистральных электровозов на Восточно-Сибирской дороге. Скорее всего, это связано с тем, что при прочих равных условиях степень износа бандажей в одной секции локомотива прямо пропорционально влияет на степень износа бандажей в другой секции и наоборот.


Разброс значений относительного соотношения интенсивности износа гребня и пробегов между обточками бандажей марок 2 и 4 на разных сериях локомотивов (табл. 2 и 4) связан с различиями в режимах их работы и условиях эксплуатации на каждой конкретной дороге. Наиболее объективными являются результаты, полученные для магистральных электровозов ВЛ80С на Горьковской дороге и электровозов-толкачей ВЛ80Р на Восточно-Сибирской, так как за время подконтрольной эксплуатации их бандажи подвергались обточкам в среднем 4 — 5 раз, в то время как бандажи остальных локомотивов — в среднем 1-2 раза ввиду меньшего пробега.

По завершении эксплуатационных испытаний был рассчитан средний прогнозируемый ресурс бандажей марки 4 до достижения минимально допустимой толщины (табл. 5). Согласно полученным результатам, прогнозируемый ресурс бандажей марки 4 как минимум на 20 % выше, чем серийных (на Южно-Уральской дороге). Прогнозируемый ресурс бандажей марки 4 под магистральными электровозами на Горьковской дороге и под толкачами на Восточно-Сибирской примерно в полтора раза выше, чем серийных. Преимущество бандажей марки 4 по ресурсу достигается за счет увеличенного пробега между обточками и меньшей интенсивности износа.

Таким образом, эксплуатационные испытания бандажей марки 4 на сети дорог показали их существенное преимущество перед серийными по износостойкости гребня и пробегу колесных пар между обточками, а также по среднему прогнозируемому и, соответственно, фактическому ресурсу.

Применение бандажей повышенной твердости позволило снизить в 1,5 — 2 раза частоту обточек колесных пар, при этом было произведено в 3 раза меньше обточек по причине предельного износа гребня. Наибольший технико-экономический эффект от применения бандажей марки 4 может быть получен на дорогах с тяжелыми условиями эксплуатации бандажей в грузовом движении на участках пути со сложным планом и профилем.

На основании положительных результатов эксплуатации было принято решение о проведении квалификационных испытаний бандажей марки 4 и их постановке на серийное производство. Квалификационные испытания бандажей были проведены на ОАО «ЕВРАЗ НТМК» в конце 2010 г. в соответствии с требованиями ГОСТ Р 15.201 — 2000 и ОСТ 32.181—2001. Положительные результаты квалификационных испытаний подтвердили готовность комбината к серийному выпуску бандажей марки 4, на основании чего технической и конструкторской документации на изготовление данной продукции была присвоена литера «А» — серийное производство.

Отличительной особенностью и преимуществом современного производства бандажей марки 4 на ОАО «ЕВРАЗ НТМК» является их термическая обработка методом индивидуальной управляемой закалки и отпуска на автоматической линии и оборудовании фирмы «Maerz» (закалочные столы и отпускная печь). Применение индивидуальной закалки бандажей взамен устаревшей закалки в стопах позволило устранить существенные недостатки последней, такие как неравномерность нагрева бандажей в стопе под закалку, неравномерность распределения скоростей охлаждения при замочке стопы в колодце с водой, закалка посадочной поверхности бандажа. Кроме того, индивидуальная закалка бандажей на столах дает возможность управлять скоростью их охлаждения и получать оптимальное соотношение прочностных и пластических свойств металла бандажа для обеспечения его максимальной износостойкости и сохранения надежности.

Во II квартале 2011 г. ОАО «ЕВРАЗ НТМК» провел сертификационные испытания бандажей марки 4 на соответствие требованиям Норм безопасности НБ ЖТ ТМ 02—98 и получил сертификат соответствия на данную продукцию. В настоящее время бандажи марки 4 являются сертифицированной и стандартизованной продукцией, соответствуют требованиям нового стандарта на бандажи черновые для подвижного состава ГОСТ 398—2010, и ОАО «ЕВРАЗ НТМК» готов приступить к их серийному выпуску.

Кандидаты технических наук Г.И. БРЮНЧУКОВ, ведущий научный сотрудник ОАО «ВНИИЖТ», А.В. СУХОВ, заведующий отделением ОАО «ВНИИЖТ»,
В.В. ТИМОФЕЕВ, начальник технологического бюро ОАО «ЕВРАЗ НТМК»

Тема перенесена
 

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin