[03-2023] Локомотивный комплекс снижает износ в системе взаимодействия "колесо - рельс"

[Admin]

Локомотивный комплекс снижает износ в системе взаимодействия "колесо - рельс"

О.С. ВАЛИНСКИЙ, заместитель генерального директора ОАО «РЖД» — начальник Дирекции тяги

Снижение износа в системе взаимодействия колеса и рельса — важная задача в работе локомотивного комплекса. Пара трения «колесо — рельс» подвергается естественному износу в процессе эксплуатации подвижного состава, причем «жертвенной зоной» при этом является колесо. Поэтому целью работ специалистов локомотивного хозяйства в рассматриваемой области является установление таких параметров взаимодействия, при которых будет достигаться минимальный уровень издержек Компании как на замену рельсов, так и колес.
Основные параметры элементов системы «колесо — рельс» (материалы, физические свойства, профили колес и рельсов) определены нормативными документами, в том числе государственными стандартами (ГОСТ 398-2010, ГОСТ Р 51685-2000). Однако многообразие условий эксплуатации локомотивов и вагонов, включая климатические условия, планы и профили пути, нагрузки на ось и другие факторы, обуславливает различную интенсивность износа и требует дифференцированного подхода к мероприятиям, направленным на его снижение.
Для локомотивного комплекса основной прикладной задачей в работе по снижению износа контакта элементов системы «колесо — рельс» является обеспечение ресурса бандажа или цельнокатаного колеса до его плановой замены. В этом случае не возникают сверхнормативные простои локомотивов в ремонте и дополнительные затраты на его выполнение.

Существующие нормативные документы ОАО «РЖД» устанавливают усредненную минимальную планку ресурса бандажа — 600 тыс. км пробега, а также показатели интенсивности износа гребней колесных пар, которые не должны превышать значения 0,55 мм на 10 тыс. км пробега. Оценка износа колесных пар ведется на основании рекомендованных показателей, заданных Инструкцией «Нормативы и технология лубрикации рельсов передвижными рельсо-смазывателями в кривых и прямых участках пути» (Технология ВНИИЖТ), утвержденной 10.03.2005 № ЦТ-16/1 (табл. 1).

Конструкторская документация заводов-изготовителей конкретизирует значения ресурса бандажей колес для различных локомотивов: от 300 — 400 тыс. км для «старых» серий, до 1,5 млн км для пассажирских электровозов ЭП20 (табл. 2). Как видно из таблицы, нормативные ресурсы бандажей и связанные с этим показателем межремонтные пробеги локомотивов имеют тенденцию к увеличению. Фактический ресурс бандажа колесных пар локомотивов представлен на рис. 1.
Достижение ресурса бандажа, который бы позволял исключить смену колесных пар локомотивов между плановыми ремонтами, где предусмотрена эта операция (ТР-3, СР, КР), невозможно без применения комплекса специальных технических и организационных решений.
Говоря об этих решениях, должен уточнить, что полезная толщина бандажа, определяющая его ресурс, снижается при обточке, а причинами обточки бандажей магистральных локомотивов в 2022 г. в 72 % случаев явилось достижение предельной
толщины гребня (25 мм и менее). Таким образом, первоочередной задачей является оптимизация износа гребней колесных пар (рис. 2).
Второй по распространенности причиной обточек (8 %) является появление дефектов (выщербин) на поверхности катания. Данные дефекты обусловлены нарушениями технологии изготовления бандажа, а также могут возникать при сверхнормативных нагрузках на бандаж, например, при боксовании.
На третьем месте (5 %) — разница диаметров колесных пар из-за неравномерного износа.
Для минимизации износа Дирекцией тяги совместно с сервисными компаниями на регулярной основе проводится следующая работа:

• упрочнение гребней бандажей колесных пар;
• лубрикация гребней колесных пар локомотивов бортовыми гребнесмазывате-лями;
• развороты локомотивов во избежание одностороннего износа колес на участках с большим количеством кривых;
• развеска локомотивов при выполнении плановых видов ремонта в объемах ТР-3, СР и КР.

Повышение твердости в паре трения «колесо — рельс», согласно результатам научных исследований, является одним из наиболее эффективных мероприятий по снижению износа колеса. Для выполнения этой задачи в распоряжении сервисных компаний находятся 69 установок для магнитоплазменного упрочнения колесных пар (рис. 3). Упрочнению подвергаются колесные пары, прошедшие обточку и имеющие толщину бандажа более 50 мм.
В настоящее время также проводятся испытания новой технологии упрочнения гребней колесных пар с помощью лазера, оборудование для которой проще в изготовлении и эксплуатации. Необходимо отметить, что процедура упрочнения проводится по техническим условиям АО «ВНИИЖТ» и не узаконена производителями элементов колесных пар.
Еще одним эффективным способом снижения износа является лубрикация зоны контакта гребней колесных пар с рельсом. Осуществляется она путем нанесения специальной смазки.
По состоянию на 1 января 2023 г. бортовыми гребнесмазывателями оборудовано 20 036 секций локомотивов (рис. 4), что составляет 59 % от всего инвентарного парка (34 126 секций), в том числе:
электровозов — 13 872 секции, или 66 % от всего инвентарного парка (20 934 секции), тепловозов — 6 164 секции, или 47 % от инвентарного парка (13 192 секции).
Гребнесмазывание позволяет снизить количество обточек на электровозах до 21 %, на тепловозах — до 18 %, а также уменьшить интенсивность износа гребня. Так, поданным за 2022 г., интенсивность износа гребня бандажей колесных пар электровозов, оборудованных системами гребнесмазывания, составила 0,47 мм/10 тыс. км, что на 2 % меньше, чем необорудованных (0,48 мм/10 тыс. км). Интенсивность износа гребней бандажей колесных пар тепловозов, оборудованных системами гребнесмазывания, составила 0,55 мм/10 тыс. км, что на 10 % меньше, чем необорудованных (0,61 мм/10 тыс. км).
Дирекцией тяги проводится планомерная работа по дооснащению локомотивов, преимущественно грузовых серий, бортовыми гребнесмазывателями. Такие системы устанавливаются на электровозы серий 2ЭС6 и ВЛ80 с 2020 г. в условиях Новосибирского, Ростовского и Улан-Удэнского электровозоремонтных заводов. Все новые локомотивы оснащаются устройствами гребнесмазывания при изготовлении. Благодаря этому, количество локомотивов, оборудованных бортовыми системами гребнесмазывания, увеличивается в среднем на 7% в год.

Кроме того, положительное влияние на ресурс бандажа в части снижения образования дефектов круга катания оказывает проводимая работа по оснащению локомотивного парка современными устройствами защиты от боксования. В настоящее время такими устройствами оснащены 1244 секции электровозов серий ВЛ 10, ВЛ 11 и 525 секций электровозов серий 2(3)ЭС5К с потележеч-ным регулированием силы тяги (на электровозах с поосным регулированием схема защиты от боксования реализована штатно).
Как видно из рис. 5, 6, благодаря проводимой работе заданные показатели интенсивности износа гребней в целом по сети в настоящий момент выполняются как для грузовых, так и для пассажирских локомотивов. Вместе с тем они существенно отличаются в зависимости от условий полигона обращения.
Специалистами Дирекции тяги проанализированы две группы полигонов обращения локомотивов, различающихся по условиям плана и профиля пути. В первой группе, на полигонах с благоприятным планом и профилем пути, к числу которых относятся Октябрьская (за исключением Мурманского региона), Юго-Восточная, Горьковская, Московская, Северная, Приволжская, равнинная часть Северо-Кавказской, Западно-Сибирской (за исключением Кузбасского региона), Красноярской, Восточно-Сибирской, Забайкальской и часть Дальневосточной железных дорог, характерна величина износа гребня бандажа на уровне 0,29 — 0,53 мм/10 тыс. км.

Ко второй группе отнесены участки обращения локомотивов со сложным планом и профилем пути. Это горно-перевальные участки Свердловской, Южно-Уральской железных дорог, Кузбасский регион Западно-Сибирской железной дороги, Краснодарский регион Северо-Кавказской железной дороги, где величина износа гребня составляет в среднем 0,64 — 0,77 мм/10 тыс. км.
В среднесрочной перспективе Дирекция тяги планирует реализовать дополнительные организационные и технологические меры для снижения износа бандажей.

В настоящее время в Дирекции тяги организовано проведение работы по определению оптимального профиля бандажа колесной пары в зависимости от участка обращения локомотива, профиля пути, климатических условий и загруженности локомотивов. Работа проводится силами Проектно-конструкторского бюро локомотивного хозяйства — филиала ОАО «РЖД» по собственной программе и методике. В испытаниях задействовано 383 локомотива различных серий 12-ти региональных дирекций тяги.
Если силу трения между гребнем колеса и боковой гранью рельса нужно минимизировать, то на поверхности катания она, напротив, должна быть максимальной. Традиционно это достигалось подсыпкой песка под колесные пары локомотива. С увеличением пробегов электровозов между техническими обслуживаниями до 240 ч запас песка стал фактором, лимитирующим пробег локомотива без отцепки от состава. Для решения этой проблемы Дирекцией тяги организованы разработка и испытания активатора трения. В настоящее время на Восточном полигоне проходит подконтрольную эксплуатацию электровоз ЗЭС5К № 1147, оборудованный устройством активации трения УАТЛ (рис. 7).
Полученные в ходе подконтрольной эксплуатации результаты показали, что электровозы ЗЭС5К, оборудованные УАТЛ, способны в сложных осенне-зимних условиях эксплуатации водить грузовые поезда массой 7100 т с минимальным применением песка, а также использоваться в подталкивании на горно-перевальных участках. Применение указанной технологии уже сегодня, в ходе испытаний, позволило минимизировать экипировку песком локомотивов, использующихся на участке подталкивания Большой Луг — Слюдянка.
Если электровоз, не оборудованный системой УАТЛ, экипируется песком на данном участке в среднем 54 раза в год, то опытный локомотив заходил на экипировки на 40 % реже. При этом не зафиксировано повышения износа бандажей колесных пар. Более того, на опытном электровозе отмечено снижение интенсивности износа гребня до 0,23 мм/10 тыс. км при среднем показателе по серии ЗЭС5К на Восточном полигоне 0,4 мм/10 тыс. км.

Кроме того, тормозные испытания показали сокращение тормозного пути при экстренном торможении при применении УАТЛ в сравнении со штатной системой пескопо-дачи. Ресурс сменного модуля активатора трения оценивается на уровне 100 тыс. км.
Применение систем УАТЛ позволяет существенно снизить инвестиционные затраты Дирекции тяги, связанные с развитием и содержанием инфраструктурных объектов для экипировки песком локомотивов, а также сократить затраты на материалы для активизации сцепления локомотивов и проведение работ по очистке балласта железнодорожного пути. В текущем году запланирована установка опытной партии систем УАТЛ на 10 электровозов.
Мировой и отечественный опыт показывает, что электровозы с асинхронным тяговым приводом, в частности, ЭП20, 2ТЭ25А,
2ЭС10 и 2ЭС7, при прочих равных условиях имеют более высокий ресурс бандажа по сравнению с локомотивами, имеющими коллекторный привод. В этой связи при формировании программ создания перспективных моделей локомотивов ставка сделана именно на асинхронный привод. Он уже применен на созданных электровозе ЗЭС8, тепловозе ТЭМ23 и будет использован на локомотивах для Восточного полигона 2ТЭ35А, 2ТЭ30, 2ЭС9 и других моделях.

Таким образом, на ближайшую перспективу Дирекция тяги предлагает проведение следующих работ, направленных на улучшение взаимодействия в системе «колесо — рельс»:

• завершить испытания технологии лазерного упрочения колесных пар и определить статус процедуры упрочения на уровне производителей. При необходимости переработать и согласовать технические условия на упрочнение с металлургическими предприятиями — изготовителями бандажей;
• © разработать критерии оценки состояния колесных пар локомотивов в зависимости от полигонов и условий эксплуатации;
• © оснащать локомотивы системами гребнесмазывания при проведении заводских ремонтов, совершенствовать алгоритмы управления гребнесмазывателями;
• 0 при положительных результатах подконтрольной эксплуатации обеспечить тиражирование устройств активации трения УАТЛ на серийные локомотивы;
• © завершить испытания по определению оптимального профиля бандажей колесных пар и тиражировать их результаты;
• © учесть положительное влияние на ресурс бандажа применения асинхронного тягового привода и устройств защиты от боксования при разработке новых моделей локомотивов и планов модернизации существующего парка.