[08-2023] К вопросу эффективности средств лубрикации рельсов и колес тягового подвижного состава

[Admin]

К вопросу эффективности средств лубрикации рельсов и колес тягового подвижного состава

В.С. Коссов, д-р техн, наук, профессор, генеральный директор,
Ю.И. КЛИМЕНКО, канд. техн, наук, заведующий отделением,
Ю.А. ПАНИН, канд. техн, наук, заведующий отделом,
А.В. ТРИФОНОВ, канд. техн, наук, заместитель заведующего отделом,
А.Ю. ПАНИН, инженер I категории, АО «Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава» (АО «ВНИКТИ», г. Коломна)

Важнейшие приоритеты для ОАО «РЖД» — освоение перспективного поездопотока при гарантированной безопасности движения и повышение эффективности работы на основе оптимизации взаимодействия служб пути и подвижного состава [1]. Взаимодействие колес подвижного состава и рельсов — основополагающий физический процесс при движении локомотивов и вагонов по железным дорогам. Условия взаимодействия в системе «колесо — рельс» оказывают существенное влияние на сроки службы и организацию содержания основных устройств пути и подвижного состава, а также на эксплуатационные затраты железных дорог [2].

Актуальность многочисленных исследований по проблеме взаимодействия колес подвижного состава и рельсов, выполненных в России и за рубежом, а также продолжающихся в настоящее время, обусловлена тем, что эта проблема, кроме чисто экономического аспекта (потери энергетических ресурсов на преодоление сопротивления движению, износ колес, рельсов и др.), тесно связана с безопасностью движения на железнодорожном транспорте [3].
Существуют два основных мероприятия по снижению износа гребней колес — уменьшение коэффициента трения в контакте гребня с боковой поверхностью рельса (гребне- и рельсосмазывание) и уменьшение угла набегания направляющих колесных пар на наружный рельс за счет пассивного или активного их поворота в раме тележки (радиальная установка колесной пары) [4].
В 2010 г. АО «ВНИКТИ» совместно с Научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта (АО «ВНИИЖТ») проведены сравнительные испытания смазочных материалов (марок КР-400, МС-27, CP-КУ и ПУМА-МР) для лубрикации боковой грани головки на
ружного рельса в кривой. Наилучшие показатели по износостойкости и закупочной цене имели смазочные материалы КР-400 и МС-27 [5].

По результатам испытаний получены значения износостойкости смазочных материалов КР-400 и МС-27 на уровне 20,8 и 20,5 тыс. осей подвижного состава соответственно, что примерно равняется прохождению около 72 поездов по 71 вагону в каждом или пропущенного тоннажа около 50 млн т брутто (в настоящее время износостойкость составляет около 30 тыс. осей подвижного состава, а грузонапряженность около 72 млн т брутто).
На рис. 1 представлена износостойкость смазочных материалов КР-400 при расходе смазки 420 мл/км на Экспериментальном кольце АО «ВНИИЖТ». Видно, что износостойкость при данном расходе составляет около 30 тыс. осей подвижного состава.
Согласно «Концепции развития технологии лубрикации зоны контакта «колесо — рельс» в ОАО «РЖД» [6] количество проходов ваго-нов-рельсосмазывателей должно составлять:
не менее одного в двое суток на участках с грузонапряженностью до 45 млн т брутто;
один в сутки на участках с грузонапряженностью 45 ... 80 млн т брутто;
три раза в двое суток на участках с грузонапряженностью более 80 млн т брутто.
Расход смазочного материала должен составлять 150 ... 350 г/км смазываемого пути в зависимости от степени износа боковой грани головки рельса [5].

На рис. 2 представлена эффективность лубрикации рельсов смазочным материалом РС-6 для электровозов ВЛ 10 после внедрения на Московской дороге.
Примечательно, что это чистый эксперимент. На момент внедрения технологии лубрикации на Московской дороге локомотивами-рельсосмазывателями в локомотивном депо Бекасово других технических и технологических устройств по лубрикации или упрочнению гребней колес локомотивов не было. В результате износ гребней колес локомотивов снизился в 3 — 4 раза.
На рис. 3 показана зависимость износов гребней колес электровозов ВЛ 10 на Московской дороге от количества израсходованного количества смазочного материала РС-6. Износ гребней колес локо
мотива находится в обратной зависимости от количества израсходованного смазочного материала. Другими словами, при увеличении количества смазки уменьшается износ, и наоборот.
В табл. 1 представлен анализ средств гребне- и рельсосмазывания по дорогам с проблемным износом колес локомотивов за 2021 —2022 гг.
Из анализа данных, представленных в табл. 1, следует, что на каждый километр смазанного рельса нигде не применяется рекомендуемый Концепцией [6] расход смазочного материала 350 г/км.
Интенсивность износа гребней колес локомотива и расход смазочного материала устройствами гребнесмазывания некоторых дорог (Восточно-Сибирской, Забайкальской, Дальневосточной, Северо-Кавказской) представлен на рис. 4. Из анализа этих гистограмм следует, что для электровозов ЗЭС5К на Забайкальской железной дороге в 2022 г. износ вырос в прямой зависимости от расхода применяемых смазочных материалов для гребнесмазывания.
На рис. 5 представлено влияние устройств радиальной установки колесных пар (РУКП) на износы гребней колес локомотивов. В сравнении представлены три типа локомотивов: 2ТЭ25А, оборудованный устройствами РУКП, 2ТЭ25КМ и 2ТЭ116 без устройств РУКП. Наглядно видна эффективность установленных на 2ТЭ25А устройств РУКП, что согласуется с испытаниями, проведенными специалистами АО «ВНИКТИ» в 2012 г.
При проведении сравнительных испытаний в 2012 г. установлено, что интенсивность износа гребней колес колесной пары тепловоза 2ТЭ25А, оборудованного устройствами РУКП, составила 0,252 мм/10 тыс. км, что в 2,3 раза меньше аналогичного показателя тепловозов ЗТЭ10KM с АГС-8 (0,571 мм/10 тыс. км) и в 2,7 раза меньше значения аналогичного показателя тепловозов ЗТЭ10МК без АГС-8 (0,688 мм/10 тыс. км).
В табл. 2 представлены результаты компьютерного моделирования прохождения локомотивами с диаметрами колес 1050 мм и 1250 мм кривой радиусом 300 м со скоростью 70 км/ч. Из анализа результатов компьютерного моделирования прохождения локомотивами кривой R = 300 м со скоростью 70 км/ч следует, что лубри-кация зоны контакта боковой грани наружного рельса с гребнем колеса локомотива значительно снижает показатели трения. Также из анализа следует, что лубрикация снижает показатели трения как у колеса электровоза с диаметром 1250 мм, так и у колеса тепловоза с диаметром 1050 мм в среднем на 63 %.
На дорогах сети ОАО «РЖД» эксплуатируются локомотивы с по-осным регулированием силы тяги. Систему поосного регулирования можно охарактеризовать ее основными качествами — выравниванием по осям коэффициента использования сцепления и ограничением избыточной угловой скорости скольжения колесных пар. Эффект от этих свойств системы поосного регулирования — повышение тяговых свойств и снижение износа бандажей колесных пар.

Процесс трибологического контакта бандажа колеса с рельсом определяется фазами в зависимости от скорости взаимного перемещения:

• холодный задир при скоростях 0,0025 ... 0,5 м/с;
• нормальная работа или окисление при скоростях 0,5 ... 1 м/с; горячий задир и разрушение металла при скоростях 1 ... 5 м/с.

Для продуктивного функционирования системы поосного регулирования в части износа бандажей колесных пар необходимо ограничивать избыточное скольжение колес по рельсам не выше 1 м/с.

С целью повышения эффективности лубрикации рельсов АО «ВНИКТИ» предлагается применение технологии комбинированной лубрикации рельсов (рис. 6):

• традиционная лубрикация — на боковой грани головки наружного рельса коэффициент трения, равный 0,07, обеспечивается лубрикантом;
• комбинированная лубрикация — на поверхности катания головки внутреннего рельса коэффициент трения, равный 0,21, обеспечивается модификатором трения, а на боковой грани наружного рельса коэффициент трения 0,07 обеспечивается лубрикантом.

Специалистами АО «ВНИКТИ» на опытном полигоне проведены сравнительные испытания традиционной и комбинированной лубрикации рельсов [7]. На графике, представленном на рис. 7, показана эффективность комбинированной лубрикации, а именно снижение величины боковых сил от грузового тепловоза 2ТЭ116 в режиме тяги.
По результатам эксперимента установлено, что традиционная лубрикация рельсов увеличивает воздействие подвижного состава на путь до 5 %, а комбинированная — снижает до 33 % в зависимости от скорости движения и режима ведения поезда [8].

Библиография

1. Мантурова Е.А. Экономия топливно-энергетических ресурсов вследствие применения наноматериалов в технологиях лубрикации на железнодорожном транспорте // Молодежь и наука: Сборник материалов VII Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 50-летию первого полета человека в космос. — Красноярск: Сибирский федеральный ун-т, 2011. — URL: https://conf. sfu-kras.ru/sites/mn2011/thesis/s1/s1_35.pdf (дата обращения: 05.05.2023).
2. Дружинина О.В. Алгоритм анализа устойчивости модели динамического взаимодействия поезда и железнодорожного пути при сейсмических воздействиях / Дружинина О.В., Климова Д.В., Мулкиджан А.С. // Наука и техника транспорта. — 2011. — № 4. — С. 24 — 32.
3. Панин Ю.А. Снижение бокового воздействия подвижного состава на путь применением комбинированной лубрикации рельсов: специальность 05.22.07 «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация»: дис. ... канд. техн, наук / Панин Юрий Алектинович; ФГУП «ВНИКТИ» МПС России. — Коломна, 2005. — 174 с.
4. Михальченко Г.С. Оценка износа колес грузового тепловоза с радиальной установкой колесных пар / Михальченко Г.С., Юршин А.С. // Вестник БГТУ. — 2007. — № 2. — С. 39 — 43.
5. Марков Д.П. Испытания рельсовых смазочных материалов на Экспериментальном кольце ОАО «ВНИИЖТ» // Промышленный транспорт XXI век. — 2012. — № 1. — С. 49 — 52.
6. Концепция развития технологии лубрикации зоны контакта «колесо — рельс» в ОАО «РЖД». — Утв. 16 января 2015 г. распоряжением ОАО «РЖД» № 60р.
7. Коссов В.С. Лубрикация рельсов и воздействие на путь подвижного состава / Панин Ю.А., Трифонов А.В., Пономарев А.С., Панин А.Ю. // Железнодорожный транспорт. — 2022. —№ 7. —С. 48 —51.
8. Лубрикация рельсов тяговым локомотивом в составе поезда / Коссов В.С., Лунин А.А., Панин Ю.А., Трифонов А.В., Ильин И.Е. // Вестник Науч.-исслед. ин-та ж.-д. трансп. — 2017. — №1. —С. 57 —60.