[08-2024] Результаты испытаний по определению оптимального профиля бандажей колесных пар локомотивов
 

Результаты испытаний по определению оптимального профиля бандажей колесных пар локомотивов

О.В. МИХАЙЛОВ,
ведущий конструктор отдела технологического проектирования Проектно-конструкторского бюро локомотивного хозяйства — филиала ОАО «РЖД»

Одним из важнейших условий устойчивой работы локомотивного парка является ресурс бандажей колесных пар локомотивов. Снижение этого показателя приводит к уменьшению времени нахождения локомотива в эксплуатации. Следствием этого является нехватка эксплуатируемого парка, что в ряде случаев не позволяет полностью удовлетворить потребность в перевозках.
Ресурс бандажа при проектировании локомотива рассчитывается для плановой замены на ремонтах в объеме ТР-3 и выше, но повышенный износ приводит к необходимости отставлять локомотивы на неплановые ремонты ранее установленных норм периодичности для смены колесных пар.
Одной из причин, приводящей к снижению ресурса бандажей, является несоответствие профиля бандажа колесных пар локомотива условиям полигона эксплуатации. Несогласованность во взаимодействии колесо-рельс приводит к необходимости проводить частые обточки колесных пар для приведения бандажа к установленному профилю. При этом ясно, что чем чаще проводится обточка, тем быстрее бандаж достигает предельно малой толщины и колесо приходится менять.
Увеличение ресурса бандажа колесной пары позволит снизить остроту вышеуказанных проблем и получить большой экономический эффект.

Приведенные ниже цифры показывают, что фактический ресурс бандажей колесных пар электровозов в 2023 г. снизился на 3 % и составил 490 тыс. км против 501,6 тыс. км в 2022 г. Фактический же ресурс бандажей тепловозов — соответственно 325,0 и 338,0 тыс. км (снижение на 4%).
При этом, согласно анализу, износ гребня бандажа является основной причиной обточки и снижения ресурса колесной пары. Предельный его износ приводит к необходимости вывода локомотива из эксплуатации для проведения обточки, зачастую при весьма достаточной толщине бандажа в целом.
Статистика показывает, что на отдельных дорогах интенсивность износа гребней в 2023 г. даже возросла по сравнению с 2022 г. Так, на полигоне эксплуатации электровозов Западно-Сибирской дирекции тяги интенсивность износа гребней выросла на 10 % (с 0,40 до 0,44 мм/10 тыс. км), Восточно-Сибирской — также на 10 % (с 0,31 до 0,34 мм/10 тыс. км), а Забайкальской на 15 % (с 0,27 до 0,31 мм/10 тыс. км).
Важность увеличения ресурса бандажа подтверждена решениями заседания Научно-технического совета ОАО «РЖД», проведенного 18.01.2023 г. под председательством генерального директора — председателя правления ОАО «РЖД» О.В. Белозёрова по теме «О результатах научно-практической работы "Оптимизация взаимодействия в системе "колесо-рельс"».
Для поиска путей выхода из создавшегося положения на сети дорог были развернуты исследовательские испытания по определению в режиме подконтрольной эксплуатации показателей износа бандажей колесных пар локомотивов с различными профилями. Инициатива по проведению испытаний поступила от Дирекции тяги, несущей расходы от массового отставления локомотивов на частые неплановые переточки колесных пар или их смену в случаях, когда ресурс бандажа исчерпан.


В испытаниях были задействованы локомотивы только грузового движения. Кроме того, в ходе проведения опыта не анализировалось состояние пути. Это решение вызвано тем, что бандаж локомотива в ходе многокилометрового пробега по разным участкам и в разных условиях неизбежно принимает на себя проблемы инфраструктуры, такие как износ рельсов, наличие и крутизна кривых линий, применение, неприменение или несистематическое применение рельсо-смазывания.
Отметим также комплексный подход к повышению ресурса бандажа. Проведенные испытания — не единственные. Так, в настоящее время проходят испытания бандажей из иной марки стали, а также тормозных колодок с глубоким зацепом, испытываются различные методы упрочнения бандажей и др.
Остановлюсь подробнее на ходе испытаний.
Как считают специалисты Дирекции тяги, наиболее эффективным средством повышения ресурса бандажа является подбор его профиля, наиболее подходящего для локомотива на полигоне эксплуатации. Ими также отмечено, что серьезной проблемой является отсутствие единого профиля бандажа при эксплуатации в пределах полигона обращения. В результате локомотивы при отцепке на проведение обточки колесных пар в разных депо могут перетачиваться на разные профили бандажей.
При этом приоритетным профилем для бандажа является тот, который обеспечивает:

• минимальное значение показателя интенсивности износа бандажей на полигоне в интервале между обточками;
• наибольшее значение показателя прогнозируемого ресурса бандажа от начала эксплуатации до достижения предельной малой толщины.

Вот эти вопросы и были поставлены перед началом испытаний. Для проведения испытаний были выбраны наиболее проблемные участки (полигоны) эксплуатации и наиболее распространенные серии локомотивов, эксплуатирующиеся в грузовом движении.
Всего в испытаниях участвовали 359 локомотивов приписки эксплуатационных локомотивных депо 12 региональных дирекций тяги — Северо-Кавказской, Московской, Горьковской, Юго-Восточной, Приволжской, Свердловской, Южно-Уральской, Западно-Сибирской, Красноярской, Восточно-Сибирской, Забайкальской, Дальневосточной.
Таким образом, в испытаниях был задействован далеко не весь парк и не все участки эксплуатации, но при необходимости результаты эксперимента можно распространить и на локомотивы, в нем не участвовавшие, при условии схожести устройства механической части. Поэтому масштаб применения итогов опытной эксплуатации продолжает расширяться.
В ходе испытаний рассматривались следующие профили бандажей, применяемые на локомотивах:

• «=> ГОСТ с толщиной гребня 33 мм;
• «=> ГОСТ с толщиной гребня 29 мм;
• «=> Зинюка-Никитского с толщиной гребня 29 мм;
• «=> ДМетИ с толщиной гребня 30 мм.

При испытаниях анализировалось и влияние на ресурс бандажа наличия (отсутствия) упрочненных гребней колесных пар и применение средств гребнесмазывания.
Уже в начале испытаний стало совершенно ясно, что наличие гребнесмазывания положительно влияет на интенсивность износа бандажей колесных пар. Так, интенсивность износа бандажей электровозов 4ЭС5К Южно-Уральской дирекции тяги, оборудованных гребнесмазывателями, составляет 0,47 мм/10000 км, без гребнесма-зывателей — 0,6 мм/10000 км.
Следует при этом отметить, что гребнесмазывание дает эффект только при систематической работе в данном направлении — исправность средств лубрикации, регулярная и своевременная экипировка смазкой, регулярное применение средств гребнесмазывания локомотивными бригадами в эксплуатации.
В целом положительный эффект от гребнесмазывания и ранее был подтвержден статистикой, но, как говорилось выше, при невозможности учета работы средств лубрикации в масштабах сети дорог для грузовых электровозов получен незначительный положительный эффект (не более 3 %).
В ходе эксперимента проводилась подконтрольная эксплуатация опытных локомотивов после обточки бандажей по выбранным профилям с номинальным (чертежным) значением толщины гребня до момента достижения параметра толщины гребней значения 26,5 — 26,0 мм.

После достижения толщины гребней значения 26,5 — 26,0 мм на колесных парах всех локомотивов опытных групп была проведена переточка бандажей на профили согласно условиям эксперимента со значением толщины гребня ниже номинального (чертежного) значения в пределах 28,0 — 27,0 мм.
Обратим внимание читателя на то, что одной из важных задач эксперимента являлось определение целесообразности обточек колесных пар до толщины гребня меньшей, чем по чертежу (27,0 — 28,0 мм вместо, например, 30,0 мм по профилю ДМетИ). Это позволяет при проведении обточки снимать меньше металла, а каждый снятый слой стали — это гораздо больше, чем просто потерянный металл, это невыполненный пробег до планового крупного ремонта, неосуществленные перевозки, преждевременная отцепка локомотива для смены колесных пар, достигших предельного состояния.
В ходе испытаний большое значение имела оценка частоты проведения обточек колесных пар за цикл эксплуатации. Частые обточки приводят к загрузкам оборудования сервисных локомотивных депо и к перепростоям на плановых и неплановых ремонтах, увеличивается стоимость жизненного цикла колесной пары и локомотива в целом.
Вышеуказанные показатели складываются с учетом интенсивности износа гребня бандажа и расчетного количества циклов обточки бандажа до достижения предельного значения его толщины (как
правило, 40 — 45 мм), начиная с максимальной. В процессе определения оптимального профиля бандажа все эти факторы принимались к учету и изучались.
В ходе испытаний удалось определить наиболее эффективные профили бандажей колесных пар применительно к локомотиву на полигоне его эксплуатации. По данным рекомендациям Дирекцией тяги совместно с сервисными подразделениями разворачивается работа по приведению локомотивов к оптимальному профилю бандажа. Следует отметить, что результаты испытаний подтверждаются с точностью более 80 % математическим моделированием.
Применение единого для всего полигона профиля обточки колесных пар позволит достичь унификации технологической оснастки в сервисных локомотивных депо, расположенных в пределах полигона, исключит ситуацию, когда при заходе в сервисное локомотивное депо в пределах полигона эксплуатации локомотив перетачивается полностью или частично под другой, менее эффективный профиль.
Полученные в ходе наблюдений данные показали, что интенсивность износа гребней у большинства опытных локомотивов на всех полигонах обращения не имеет однозначной привязки к месту положения колесной пары в локомотиве, что касается как двухосной, так и трехосной тележек.
Данные по количеству и интенсивности износа гребней бандажей колесных пар в зависимости от серии локомотива и профиля бандажа с пошаговой разбивкой (с шагом 0,2 мм на 10 тыс. км) показали, что в большинстве случаев интенсивность износа гребней колесных пар находится в диапазоне от 0,2 до 1,0 мм/10 тыс. км.

В заключение отметим, что перевод на новые профили бандажей — процесс небыстрый. Переточка бандажа возможна только по достижении локомотивом состояния, когда проведение обточки становится необходимым. Отцепка машин только для приведения колесных пар к новому профилю недопустима и приведет к неоправданному расходу металла бандажа и снижению его ресурса.
При этом есть все основания предполагать, что системная работа в данном направлении и выполнение вышеуказанных мероприятий приведут к положительному результату.