Admin

Лубрикация в локомотивном хозяйстве: прошлое, настоящее, перспективы

в.с. коссов, д-р техн, наук, профессор, генеральный директор,
Ю.А. ПАНИН, канд. техн, наук, заведующий отделом динамики,
А.В. ТРИФОНОВ, канд. техн, наук, заместитель заведующего отделом динамики,
А.С. ПОНОМАРЕВ, заведующий лабораторией отдела динамики,
А.Ю. ПАНИН, инженер I категории отдела сертификации, АО «Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава» (АО «ВНИКТИ», г. Коломна)

История развития инновационных решений в локомотивостроении — тема обширная и глубокая. Вся история развития локомотивов была сплошным внедрением инноваций, а точнее бесчисленного их множества. Локомотивостроение развивается, и его развитие идет в направлении совершенствования основных узлов локомотива. Это и тяговый привод с преобразователями напряжений, и ходовая часть, и тормозная система, и силовой агрегат и многие другие узлы.
Нужно заметить, что еще в 1955 г. [1] само понятие «локомотив» было иным (локомотивами называли и тепловозы, и мотовозы, и автомотрисы) [1]. За сто лет развития локомотивы претерпели радикальные изменения — появились двух-, трех- и четырехосные тележечные экипажи, более чем в сто раз выросла мощность локомотивов, совершен переход на привод переменного тока. Интересно рассмотреть историю одного из инновационных решений, которое по сути не является принадлежностью только локомотива, поскольку может быть реализовано и на специальном подвижном составе, но, тем не менее, при реализации его на локомотиве последний приобретает улучшение технических характеристик или экономию ресурсов, затрачиваемых на реализацию перевозочного процесса. Рассмотрим развитие таких инновационных технологических систем для локомотива, как гребне-смазывание и рельсосмазывание.
Эти технологии, на первый взгляд, кажутся изученными вдоль и поперек и, возможно, даже вызовут некий скепсис. Однако за рубежом они вполне эффективны, в отличие от практики применения их на отечественных железных дорогах, и имеют как экономический эффект (снижения затрат на обточку колесных пар), так и социальный (уменьшение максимального уровня внешнего шума не только от локомотивов, но и от поездов в целом).

Актуальность развития систем гребне-смазывания и рельсосмазывания базируется на таких нормативных документах, как, например, «Стратегия научно-технологического развития холдинга „РЖД" на период до 2025 года и на перспективу до 2030 года» [2], где одной из перспективных целей обозначено повышение тяговых свойств локомотива на 10 — 15 %, или «Экологическая стратегия ОАО„РЖД" на период до 2020 года и перспективу до 2030 года» [3], где п. 6.2 предусмотрены «Целевые ориентиры ОАО „РЖД" в области защиты от шума».
Системы гребнесмазывания и рельсосмазывания, трибология, наука о динамике подвижного состава — все они имеют свою историю, свое развитие. И началась эта история, как минимум, во времена создания колеса.
Родоначальником науки о трении можно считать Леонардо да Винчи, который в конце XV века сформулировал и вывел закон о силе трения. Да Винчи первым в истории человечества установил, что для того чтобы сдвинуть тело, лежащее в горизонтальной плоскости, необходимо приложить силу, равную примерно четверти веса этого же тела, т.е. между силой вертикальной и силой горизонтальной существует зависимость, в которой присутствует коэффициент, равный по значению 0,25. Сейчас этот коэффициент принято называть коэффициентом трения.
В трудах да Винчи отдельно упоминалось, что силу, которую необходимо приложить для страгивания предмета с места, можно уменьшить путем введения в зону трения посторонних тел качения или смазочного материала [4]. Таким образом, речь идет о силе трения.
В 1785 г. Ш. Кулоном сформулирован первый закон трения качения, в котором постулируется: для данной пары материалов произведение коэффициента трения качения на радиус тела качения есть величина постоянная, а сила сопротивления перекатыванию равна произведению коэффициента трения качения на частное от деления нормальной силы на радиус колеса [5].

Совершенствование математического аппарата и развитие механизмов для нужд зарождающейся тяжелой промышленности привели к качественному и количественному скачку в науке о трении. Однако даже в XIX веке, когда уже появились первые сотни километров железных дорог, когда первые десятки железнодорожных составов уже начали стачивать гребни колес и боковые гра
ни головок рельсов в кривых участках пути, вопрос о трении в зонах контакта колес с рельсами еще не ставился.
Впервые на трение между колесом и рельсом железнодорожного подвижного состава в 1908 г. обратил внимание Жозеф Надаль в своей работе «Паровозы» [4]. Он сформулировал условие безопасности движения подвижного состава в кривом участке пути, которое включает в себя зависимость между направляющей силой, нагрузкой от колеса на рельс, углом наклона гребня колеса и коэффициентом трения в зоне контакта гребня колеса с рельсом, обеспечивающей условия недопущения вкатывания гребня колеса на поверхность катания головки рельса. Впоследствии эта зависимость получила название «критерий Надаля».

В 1926 г. Ф.В. Картер выдвинул гипотезу о наличии зоны упругого скольжения колес — псевдоскольжения (крипа) [6]. Согласно его гипотезе в зоне контакта колеса с рельсом сила трения изменяется пропорционально относительному скольжению, т.е. отношению скорости скольжения к скорости качения. Применение гипотезы псевдоскольжения (крипа) сделало возможным описание движения колесной пары линейными дифференциальными уравнениями, что значительно облегчило их анализ. Это послужило мощным толчком в развитии теории боковых колебаний железнодорожных экипажей.
Отсюда пошло развитие науки о динамических процессах взаимодействия подвижного состава и пути. Изучению этих процессов в XX веке уделяли большое внимание известные российские ученые Н.Е. Жуковский, К.Ю. Цеглинский, а также зарубежные исследователи Н. Клингель, X. Хейман и другие [7—10]. Ими решен ряд фундаментальных задач механики подвижного состава. На основе полученных знаний, в ходе изучения процессов взаимодействия подвижного состава и пути сформировались основные направления, по которым начала развиваться наука о динамике подвижного состава.
Износ колес и рельсов неразрывно связан с проблемой снижения силового воздействия подвижного состава на путь и с середины XX столетия находится в зоне особого внимания ученых. Оценка возможности вкатывания гребня колеса на рельс в кривой со времен «рождения» критерия Надаля является важным направлением отраслевой науки. Этому направлению посвящено много работ, методических решений и программных продуктов, позволяющих моделировать прохождение подвижным составом кривых участков пути при различных трибологических состояниях контактных поверхностей головок рельсов и колес.

В настоящее время существует несколько программ, разработанных для автоматизированного анализа технических систем на основе моделирования их системами твердых тел. Наибольшее распространение получили системы ADAMS и DADS, MEDYNA.
В Брянском государственном техническом университете (БГТУ) разработан программный комплекс «Универсальный механизм» (UM) для автоматизированного моделирования кинематики и динамики системы твердых тел. В дальнейшем на базе этого комплекса и на основании результатов натурных испытаний локомотивов, полученных во ВНИКТИ, в БГТУ создан специализированный программный комплекс «UM Loco» для моделирования динамики рельсовых экипажей [11].
Современные компьютерные технологии позволяют управлять трибологическим состоянием зон контактов колес с рельсами, что позволяет разработчикам подвижного состава определять на стадии проектирования технические характеристики экипажа локомотивов, например — в части воздействия на путь при различных климатических и погодных условиях.
Бурное развитие науки о динамике подвижного состава и науки о трении связано с очередной промышленной революцией на протяжении всего XX века и первой киберреволюцией рубежа XX — XXI веков.
Как уже упоминалось, еще со времен массового внедрения тягового подвижного состава на паровозной тяге обозначилась проблема износа боковых граней головок рельсов в кривых участках малого радиуса и при прохождении стрелочных переводов. Кроме того, гребни колес паровозов также приходили в негодность по причине их подрезов.
Современная точка зрения на то, что паровоз — это машина, смазываемая маслом во множестве открытых точек, из-за чего машинное масло, стекающее на путь с паровоза и вихревыми потоками заносимое на рельс, смазывало зону контакта гребня колеса с рельсом, устраняя тем самым подрез гребня, верна лишь отчасти.
Смазывание рельсов в таком случае происходило неконтролируемо. Имело место попадание смазки не только на боковую грань головки наружного рельса в кривой, но и на поверхности катания головок обоих рельсов, что приводило к пробуксовке паровоза. Пробуксовка особенно опасна в кривых малого радиуса, когда гребни набегающего на рельс колеса превращаются в наждачные круги, которые, изнашивая металл на боковой грани головки рельса, при этом изнашиваются и сами.


Проблема износов гребней колес тягового подвижного состава была выявлена еще при зарождении паровозной тяги и сохраняется по настоящее время. Только возможности современной науки значительно превосходят возможности науки рубежа XIX — XX веков. Инженеры и ученые пред
лагали и предлагают к реализации различные системы для лубрикации зон контактов колес с рельсами. И в этой связи интересен исторический срез развития технологий лубрикации.
Понятие лубрикации — современное. Для ученых начала XX столетия существовали два слова с одним смыслом: «смазывание» и «смазка», обозначавшие процесс нанесения смазочного материала на поверхность. Сегодня, наверное, уже не определить, кто первым в России ввел в научный обиход слово «лубрикация», но этот термин позволил устранить путаницу, возникавшую при употреблении слов «смазывание» и «смазка». Теперь специалисты, услышав слово «смазка», однозначно понимают, что речь идёт о смазочном материале, а не о процессе его нанесения на поверхность.
С ростом нагрузок от подвижного состава на рельс, с увеличением его скоростей и интенсивности движения поездов более актуальными стали вопросы безопасности движения в контексте изучения причин сходов подвижного состава с железнодорожного пути, особенно в кривых участках.
Условие безопасности движения подвижного состава в кривом участке пути, выдвинутое Жозефом Надалем, базировалось не только на соотношении вертикальной и боковой сил паровоза и не только на угле наклона гребня колеса, но также на коэффициенте трения в зоне контакта гребня колеса с боковой гранью головки рельса. Из критерия Надаля следует, что чем ниже коэффициент трения в указанной зоне, тем ниже возможность всползания гребня колеса на поверхность катания головки рельса, а значит — повышается безопасность движения подвижного состава.
Получается, что снижение коэффициента трения в зоне взаимодействия гребня колеса с боковой гранью головки наружного рельса в кривой обеспечивает не только повышенный срок службы колес подвижного состава и рельсов в кривых, но и, в первую очередь, безопасность движения на железных дорогах.
Именно поэтому ученые начала XX века приступили к техническому решению задачи снижения коэффициента трения в зоне контакта гребня колеса с боковой гранью головки наружного рельса в кривой. При этом наука того времени не придавала значения тому, какой смазочный материал будет применен в технологии лубрикации рельсов или гребней колес подвижного состава. Считалось, что можно применять даже воду. Инженеры и ученые стали разрабатывать различные устройства и приспособления для лубрикации и рельсов, и гребней колес.



Надо заметить, что зарубежные частные железные дороги на протяжении ста лет планомерно, не отказываясь от лубрикации рельсов или гребней колес, продолжали внедрять, эксплуатировать и совершенствовать системы гребне- и, особенно, рельсосмазывания независимо от перехода с паровозной тяги на тепловозную или электрическую [12].
Зарубежный и отечественный опыт XX века по внедрению и эксплуатации технологий лубрикации зон контактов колес с рельсами в кривых участках пути демонстрирует два основных направления.
Прежде всего, это технологии гребне-смазывания и второе — это технологии рельсосмазывания. При этом каждое из направлений развивается по нескольким ветвям.
Так, технологии гребнесмазывания имеют три основных ветви развития.

• Нанесение на гребень колеса жидкого смазочного материала под давлением, либо по принципу эжекции.
• Принцип поджатия в кривом участке пути смазывающего стержня к гребню.
• Гребнесмазыватели, идея которых заключается в нанесении такого смазочного материала на гребень колеса, который в процессе контакта с боковой гранью головки рельса в кривой переносился бы на рельс, тем самым обеспечивая низкий коэффициент трения под колесами всего состава, идущего за локомотивом.

Технологии рельсосмазывания разделились на две основные ветви.
Первая — направление стационарных рельсосмазывателей. Стационарные рель-сосмазыватели устанавливались в горловинах станций для прикрытия всех стрелочных переводов и иногда в кривых малого радиуса, но в тех местах, куда можно оперативно доставить обслуживающую бригаду.
Технический уровень, сводящий все идеи создания и управления стационарными рельсосмазывателями к простой механике нажатия колеса на подающий смазочный материал клапан [4], не мог обеспечить бесперебойную работу стационарных рельсосмазывателей не только на удаленных от путейских баз кривых участков пути, но даже и в станционных горловинах.
Перманентные сложности с дозаправкой смазочных емкостей стационарных рельсосмазывателей, застывание смазочного материала в зимний период, отказ техники по причине поломок и засоров, «замазучи-вание» окружающего пространства из-за невозможности точного дозирования смазки — все это привело к тому, что путейским работникам, призванным обеспечивать бесперебойную работу стационарных рельсосмазывателей, было выгодней их просто отключать или не ремонтировать, чем решать многочисленные проблемы.
Подобное происходило как внутри нашей страны, так и за ее пределами. В наше время, когда появились высокие технологии, на помощь путейцам пришла электроника. Принцип решения этих проблем наглядно виден на примере стационарного рельсосмазывателя производства ООО «Машиностроитель» [4].

Возникающие проблемы стационарных рельсосмазывателей вынужденно обратили внимание разработчиков на подвижной состав, за которым ведется непрерывное наблюдение и обслуживание. Так стало развиваться второе направление лубрикации рельсов — передвижные рельсосмазыва-тели, которые разделились по типам транспортных средств — локомотивы-рельсо-смазыватели, дрезины-рельсосмазыватели, вагоны-рельсосмазыватели.
Технология лубрикации рельсов передвижными рельсосмазывателями выгодна тем, что позволяет смазывать боковую грань головки рельса по всей протяженности кривой и не только боковой грани головки рельса, но и поверхностей катания головок рельсов, о чем будет сказано далее.
Основными представителями передвижных рельсосмазывателей являются рель-сосмазыватели, оборудованные на базе различных локомотивов (до 2010-х годов в ОАО «РЖД» их было около четырехсот единиц). Кроме локомотивов, встречаются еще рельсосмазыватели, оборудованные на путейских дрезинах.
Сейчас второе по количеству место на дорогах ОАО «РЖД» занимают вагоны-рельсосмазыватели, когда-то изготавливавшиеся ВНИИЖТом, ВНИКТИ и некоторыми пассажирскими вагонными депо. В настоящее время их серийно изготавливает ЗАО «ТВЕМА».
В конце 1990-х годов учеными было обращено внимание на смазочный материал, который должны были наносить гребнесма-зыватели и рельсосмазыватели. На первых порах для гребнесмазывателей и рельсосмазывателей предлагались смазки на основе отработанного машинного масла, но по причинам низкой износостойкости и заброса смазки на поверхность катания головок рельсов от них отказались и начались поиски смазочных материалов с высокой износостойкостью и низкой текучестью.
В этом плане идеальна была смазка РС-б для передвижных рельсосмазывателей конструкции ВНИКТИ. Она застывала через три минуты после нанесения на рельс, и локомотив, ведущий состав, после прохода рельсосмазывателя не пробуксовывал из-за отсутствия смазки на поверхности катания головки рельса. Проблема была в том, что растворителем для полимера, который приклеивал частицы графита с молибденом к рельсу, был бензин, таивший в себе потенциальную пожарную опасность.
После десяти лет применения на сети железных дорог от данной смазки отказались. Образовавшуюся нишу заполнила смазка МС-27, но уже текучей консистенции. Разработчики смазочных материалов текучей консистенции как для гребнесмазывателей, так и для рельсосмазывателей до настоящего времени не смогли избавиться от эффекта выдавливания смазки на поверхность катания головки рельса гребнем коле-
са с боковой грани головки рельса. Поэтому из всех представленных в настоящее время наиболее перспективной можно считать технологию лубрикации гребней колес тягового подвижного состава твердыми стержнями, которые должны устанавливаться над колесами крайних колесных пар локомотива.

Однако отечественные разработки не получили широкого применения из-за отсутствия технических решений по надежности конструкций узлов креплений стержней. Учитывая поперечный разбег колесных пар, отслеживание ее перемещений твердыми стержнями оказалось решением сложным. Типичной неисправностью конструкций узлов креплений стержней является излом стержня и, как следствие, перерасход стержневого запаса.
Смазочные материалы американских фирм Kelsan или Whitmore имеют свойство наволакиваться на металл гребня колеса, после чего вступают в качестве «третьего» тела во взаимодействие гребня колеса с рельсом. При этом никакого заноса или выдавливания на поверхность катания головки рельса смазочного материала не происходит.
Отечественные ученые и специалисты из области химической промышленности в настоящее время имеют возможность разработки аналогов твердых стержней указанных фирм, приняв за основу не монолитный стержень, а составной, из набора коротких стержней, что существенно сокращает перерасход стержневого запаса, поскольку короткие стержни менее подвержены изломам.
Гребнесмазывание за рубежом внедрено в обязательном порядке, при этом исключительно твердыми стержнями-лубрикантами FSL, сберегающими колеса локомотива (рис. 1), а не смазкой текучей консистенции, которая применяется на отечественных локомотивах, оборудованных системой греб-несмазывания семейства АГС, которая в силу текучести смазочного материала увеличивает число пробуксовок локомотива, из-за чего периодически бывает отключенной самими локомотивными бригадами.
При прохождении подвижным составом кривых участков пути в системе «колесо — рельс» возникают значительные поперечные силы, ускоряющие износ боковой поверхности головки рельсов и гребней
колес. Чтобы повысить ресурс данной системы, применяется лубрикация зон контактов колес с рельсами.
Возможны следующие варианты лубрикации головок рельсов или гребней колес локомотива, исходя из зарубежного и отечественного опыта эксплуатации и испытаний:

• ® смазана боковая грань головки наружного рельса в кривой или смазан гребень наружного колеса в кривой;
• ® смазаны поверхности катания головок обоих рельсов в кривой или смазаны круги катания обоих колес колесной пары;
• ® смазаны боковая грань головки наружного рельса и поверхность катания головки внутреннего рельса в кривой или смазаны гребень наружного колеса и круг катания внутреннего колеса колесной пары в кривой;
• ® смазаны боковая грань головки наружного рельса и поверхности катания головок обоих рельсов в кривой или смазаны гребень наружного колеса и круги катания обоих колес колесной пары в кривой.

Первую технологию лубрикации, применявшуюся за рубежом с XIX века и, в частности, в настоящее время на сети ОАО «РЖД», можно считать традиционной.
Вторая технология лубрикации, применяемая за рубежом с середины 1990-х годов XX века, носит название Top of rail (TOR) [13].
Третья технология лубрикации рельсов — комбинированная, была подробно изучена и описана в диссертационных исследованиях авторов данной статьи В.С. Коссова и А.В. Трифонова [11, 14]. Было доказано, что данная технология наиболее эффективна с точки зрения снижения бокового воздействия на путь от подвижного состава и уменьшения износа гребней колес и рельсов в кривых участках пути.


Четвертая технология лубрикации называется комплементарной и, так же как TOR, получила распространение за рубежом [15]. Для реализации вариантов лубрикации гребней и поверхностей катания колес локомотива или головок рельсов в кривых участках пути участвуют два вида смазочных материалов — лубрикант с очень низким коэффициентом трения (0,06 — 0,15), наносимый в зону контакта гребня колеса и боковой грани головки наружного рельса в кривой, и модификатор трения с коэффициентом трения 0,18 — 0,25 (наносится на поверхность катания головок рельсов) [14].
Основная задача лубриканта — снижение трения в зоне контакта гребня колеса с боковой гранью наружного рельса в кривом участке пути. Стабилизация сил трения на поверхности катания в указанном диапазоне является задачей модификатора трения. Значения коэффициента трения в диапазоне 0,18 — 0,25 выбраны по условиям обеспечения торможения и тяги. Этот диапазон несколько ниже возможных значений коэффициента трения на поверхностях катания головок рельсов в реальных условиях эксплуатации, но гарантирует тягу локомотива без срыва в боксование колесных пар и его торможение без увеличения тормозного пути. При этом польза от снижения дополнительного сопротивления движению поезда заметно выше, чем на несмазанных участках пути, что приводит к экономии энергоресурсов локомотива на тягу поездов.
Каждая из представленных технологий лубрикации, как гребня колеса, так и головок рельсов, имеет свои плюсы и минусы, в зависимости от поставленных задач:
Л" технология традиционной лубрикации хороша потому, что снижает интенсивность подрезов гребней колес локомотивов и боковых граней головок наружных рельсов в кривых, однако в среднем повышает боковое воздействие на путь подвижного состава (как локомотива, так и вагонов ведомого им поезда) до 15 % [15], что является серьезным недостатком этой технологии;
& технология лубрикации TOR в качестве плюса имеет снижение бокового воздействия на путь, а также снижение интенсивности подреза гребней колес колесных пар локомотива и боковых граней головок наружных рельсов в кривых. Минусом является риск отказа работы устройства по лубрикации поверхностей контакта наружного рельса в кривой с колесом локомотива, и тогда вместо плавного входа в кривой тележки локомотива будут стремиться к развороту в сторону наружного рельса;
& технология комбинированной лубрикации в качестве плюсов имеет снижение бокового воздействия на путь и снижение интенсивности подреза гребней колес локо
мотива и боковых граней головок наружных рельсов в кривых. Недостатки у этой системы отсутствуют, так как возможный отказ одной из систем лубрикации, боковой грани наружного рельса в кривой или поверхности катания внутреннего рельса в кривой, не помешает плавному вписыванию тележки в кривую, и снижение интенсивности подреза гребня колеса будет обеспечено в любом случае;
технология комплементарной лубрикации имеет те же достоинства, что и у TOR и комбинированной лубрикации, причём эффект по снижению интенсивности подрезов гребней и боковых граней головок наружных рельсов в кривых при использовании данной технологии будет самый высокий. Недостаток комплементарной лубрикации тот же, что и у TOR — риск отказа работы устройства по лубрикации поверхностей контакта наружного рельса в кривой с колесом локомотива.

Все перечисленные достоинства и недостатки указанных технологий лубрикации были экспериментально подтверждены при проведении полигонных испытаний АО «ВНИКТИ» с опытным поездом, состоявшим из двух секций тепловоза 2ТЭ116 и двух грузовых вагонов (груженого и порожнего).
Кроме того, как уже упоминалось ранее, каждая из технологий лубрикации, кроме экономического эффекта, имеет эффект социальный, а именно — снижение уровня внешнего шума, на который было обращено внимание Президента Российской Федерации [16] и ОАО «РЖД» [3]. Это два важнейших документа, в которых впервые в новейшее время было обращено внимание на влияние подвижного состава на качество жизни населения.
Другими словами, ветви науки о трении и динамике подвижного состава достигли в своем развитии той точки, после которой происходит качественный переход в другую область. Рождается синергия этих наук с науками по влиянию внешних раздражающих факторов на организм человека. Хорошим примером этому является научное обоснование способа снижения максимального уровня внешнего шума подвижного состава на застроенных территориях с учётом примене
ния лубрикации зон контактов профилей колес подвижного состава с профилем головок обоих рельсов в кривых участках пути.
В отличие от отечественной практики, на зарубежных государственных и частных железных дорогах с 1930-х годов активно внедряли стационарные рельсосмазывате-ли и устанавливали на локомотивы системы гребнесмазывания [12]. Этот процесс продолжается и сейчас: совершенствуются конструкции гребнесмазывателей и смазочные материалах для них.

Можно выделить двух лидеров американской индустрии гребне- и рельсосма-зывания — это фирмы Kelsan и Whitmore. Их системами гребнесмазывания и рель-сосмазывания оборудовано большинство локомотивов США и Европы. Стационарные рельсосмазыватели этих производителей также широко распространены по всему миру, кроме России.
Чем же могут быть полезны системы гребне- и рельсосмазывания при установке их на локомотив? Прежде всего, это снижение воздействия на путь локомотива в кривых и, как следствие, повышение безопасности движения и снижение интенсивности изно-сов гребней колес локомотивов. Снижение максимального уровня шума локомотива в кривых участках пути. Повышение коэффициента сцепления колес локомотива с рельсами. Как следствие — снижение количества случаев боксования локомотива, снижение затрат энергоресурсов на тягу поездов, возможность увеличения провозной способности путем присоединения к поезду дополнительных вагонов.
Всеми этими плюсами лубрикации с начала 2000-х годов пользуются и частные, и государственные зарубежные дороги. Например, Финская государственная железная дорога (VR) эксплуатирует в своем парке 198 тепловозов DV12, которые оснащены стержнями-лубрикантами FSL фирма Whitmore (дата первой установки этих стержней — 1992 г.) Или панъевропейская грузовая компания, перевозящая грузы из Великобритании через Францию в другие европейские государства, DB Schenker Rail UK — Euro Cargo Rail (ECR), эксплуатирует 170 тепловозов EMD Type 66, которые также оснащены стержнями-лубрикантами FSL (внедрены эти стержни были в декабре 2005 г.)
На железных дорогах России локомотивы также оборудуются гребнесмазывателями. Подавляющее число внедренных гребнесмазывателей — семейства АГС, но эти системы работают по традиционной технологии, т.е. смазывают только гребни колес.
Комбинированная лубрикация рельсов с применением стационарных рель-сосмазывателей внедрена только фирмой «ЮНИТЭК» на одной из частных железных дорог ООО «Эльга-Транс». В планах ООО «ЮНИТЭК» — локализация производства устройств гребнесмазывания по технологии лубрикации кругов катания колес локомотивов и их гребней, стержней-лубрикантов FSL, стержней-модификаторов трения TSFM на территории России из отечественного сырья и комплектующих (рис. 2).
Применяемая технология напоминает комплементарную лубрикацию, но есть отличие — лубрикация гребней обоих колес происходит одновременно. Поэтому данная технология лубрикации охватывает все возможные зоны контакта колеса с рельсом, в прямых и в кривых участках пути, а потому является наиболее перспективной.
Лубрикация и кругов катания, и гребней колес непрерывно в продолжение следования локомотива как в прямых участках пути, так и в кривых обеспечивает минимальный износ гребней колес и рельсов на всех участках эксплуатации локомотива. При этом расход комплекта стержня-лубриканта FSL составляет 25 мм на 2400 км пробега, а стержня-модификатора трения — 25 мм на 4000 км пробега, согласно паспортным данным на указанные смазочные материалы фирмы Whitmore.
Установка на локомотиве устройств гребнесмазывания для работы по технологии комплексной лубрикации, аналогично лубрикации рельсов стационарными рель-сосмазывателями по технологии комбинированной лубрикации обеспечит снижение боковой силы на 18% на скорости 70 км/ч, уменьшение уровня внешнего шума до б %, а на скорости 30 км/ч дополнительно снижение боковой силы на 11 % в режиме тяги и уменьшение уровня внешнего шума до 22 %. Эти данные получены при испытаниях смазочных материалов Whitmore, предоставленных ООО «ЮНИТЭК» при лубрика-ции рельсов по технологии комбинированной лубрикации на полигоне АО «ВНИКТИ» (рис.З).
В настоящее время в России на большинстве железных дорог лубрикация рельсов производится только по традиционной технологии, т.е. выполняется лубрикация боковых граней головок наружных рельсов в кривых участках пути в основном вагонами-рельсосмазывателями, которые включаются в состав пассажирских поездов, курсирующих по главным ходам.
С целью реализации эффектов комбинированной технологии лубрикации рельсов возможно оборудование локомотива, ведущего состав по главным ходам, устройством
лубрикации поверхности катания головки внутреннего рельса в кривой модификатором трения с износостойкостью около 280 осей колесных пар подвижного состава. При этом лубрикация должна осуществляться под первый вагон, следующий за локомотивом (рис. 4). Реализация этой технологии лубрикации рельсов благодаря снижению дополнительного сопротивления движению вагонов позволит заметно снизить расходы топливно-энергетических ресурсов на тягу поездов.
Подобный способ лубрикации рельсов локомотивом применяется за рубежом, но лубрикация осуществляется по технологии TOR. В предложенном способе осуществляется лубрикация поверхности катания только одного рельса, что дешевле и безопаснее.
В результате проведенного анализа установлено, что наиболее перспективной для внедрения на локомотивах является комбинированная технология гребне- и рельсо-смазывания, обеспечивающая уменьшение бокового воздействия подвижного состава на путь, снижение энергетических расходов на тягу поездов, уменьшение интенсивности износов гребней колес и боковых граней головок рельсов в кривых участках пути и снижение максимального уровня шума подвижного состава.
С позиции снижения интенсивности износов гребней колес локомотива, повышения его тяговых свойств, повышения безопасности и снижения максимального уровня шума предпочтительнее комплексная лубрикация твердосмазочными стержнями.

Библиография

1. Гаккель Е.Я. Тепловозы. М.: Знание, 1955, с. 32.
2. Стратегия научно-технологического развития холдинга «РЖД» на период до 2025 года и на перспективу до 2030 года (Белая книга): Утв. распоряжением ОАО «РЖД» от 17.04.2018 № 769/р.
3. Экологическая стратегия ОАО «РЖД» на период до 2020 года и перспективу до 2030 года: Утв. распоряжением ОАО «РЖД» от 12.05.2014 № 1143р//Экономика железных дорог. 2014. № 7. с. 146 —176.
4. Лубрикация рельсов на железнодорожном транспорте: популярно о теории и практике / кол. авт. (Панин Ю.А., Гриневич В.Н., Иванова Н.Г., Коссов В.С., Панин А.Ю., Трифонов А.В.) под. ред. канд. техн, наук Панина Ю.А. — Тула: ООО «Борус-Принт», 2022. — с. 152.
5. Голубенко О. Зчеплення колеса з рейкою. Луганьск: Изд-во ВУГУ, 1999.76 с.
6. Carter F.W. On the action of locomotive driving wheel Z Proc. Roy. Soc. — Ser.A. — 1926. — V.l 12. — P. 151 — 157.
7. Жуковский H.E. Трение бандажей железнодорожных колес о рельсы: Собр. соч. — М., Л.: Госиздат, 1950. — Т. XII. — с. 426 — 478.
8. Цеглинский К.Ю. Железнодорожный путь в кривых: Исследование оснований устройства и условий работы пути в связи с особенностями криволинейного движения поездов. М., 1903.155 с.
9. Klingel Н. Ober den Lauf der Eisenbahnwagen auf gerader Bahn. // Neue Fogle. XX Band. — 1883. — Nr. 4 — S. 113 — 123.
10. Хейман X. Направление железнодорожных экипажей рельсовой колеи. М., Трансжелдориздат, 1957,416 с.
11. Коссов В.С. Снижение нагруженное™ ходовых частей локомотивов и пути: специальность 05.22.07 «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация»: диссертация ... д-ра техн, наук / Моск. гос. ун-т путей сообщ. МПС РФ. — М., 2001. — 339 с.
12. Вериго М.Ф. Взаимодействие пути и подвижного состава в кривых малого радиуса и борьба с боковым износом рельсов и гребней колес. / М.: ПТКБ ЦТ МПС, 1997. — 207 с.
13. Обобщение передового опыта тяжеловесного движения: вопросы взаимодействия колеса и рельса / У.Дж. Харрис, С.М. Захаров, Дж. Ландгрен, X. Турне, В. Эберсен; пер. с англ. М.: Интекст, 2002.408 с
14. Трифонов А.В. Влияние трибологического состояния рельсов на взаимодействие колес подвижного состава и пути: дис.... канд. техн, наук: специальность 05.22.07 «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация». М., 2019.211 с.
15. Лубрикация рельсов и воздействие на путь подвижного состава. Коссов В.С., Панин Ю.А., Трифонов В.А., Пономарев А.С., Панин А.Ю. Железнодорожный транспорт. 2022, № 7, с. 48 — 51.
16. 0 национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года: Указ Президента РФ от 21.07.2020 № 474