Анализ взаимодействия «колесо-рельс» в локомотивном комплексе

28.10.2022
16:25

В октябрьском номере журнала «Локомотив» вышла статья «Анализ взаимодействия «колесо-рельс» в локомотивном комплексе», автором которой является президент Ассоциации «Объединение производителей железнодорожной техники» Валентин Гапанович.

Анализ показателей надежности локомотивного парка ОАО «РЖД» свидетельствует об определенных проблемах, связанных как с сервисным обслуживанием, так и с организацией эксплуатации тягового подвижного состава. На основании сравнения показателей бюджета времени грузовых магистральных электровозов по итогам 2021 г. следует отметить, что время нахождения в эксплуатируемом парке составило 54 267 тыс. ч, что ниже уровня 2018 г. на 4,3 %, а время нахождения электровозов в деповских видах ремонта возросло на 25,9 %, в неплановых видах ремонта — на 31,7 %. При этом парк данного вида подвижного состава по состоянию на 1 января 2021 г. составил 8 275 ед., что выше показателей 2018 г. на 2,3 %.

Одним из критически важных узлов тягового подвижного состава являются колесные пары и их элементы. Значительное время нахождения локомотивов в неэксплуатируемом парке связано с обточками колесных пар и выкаткой колесно-моторных блоков. В соответствии с данными «электронного паспорта» локомотива, за 7 месяцев текущего года в условиях сервисных локомотивных депо произведена выкатка 10 951 колесно-моторного блока. На основании проведенного анализа выявлено, что по причине достижения предельного износа бандажа демонтировано 4 380 колесных пар (около 40 %). Следует обратить внимание технологов сервисных компаний на эту проблему. Особо отмечу, что 45 % от всех демонтированных бандажей колесных пар магистральных электровозов имеют пробег менее 400 тыс. км при утвержденных нормах в Технических условиях — 600 тыс. км пробега.

Одной из причин сложившейся ситуации является эксплуатация локомотивов на полигонах с различным планом и профилем пути. Так, на полигоне Дальневосточной железной дороги 89,3 % бандажей колесных пар тепловозов демонтируется до достижения пробега в 400 тыс. км, а для полигона Приволжской железной дороги этот показатель составляет 46,3 % (табл. 1).

Табл. 1. Особенности полигонов эксплуатации локомотивов

Также характерен пример эксплуатации тепловозов 2ТЭ25КМ на Приволжской и Горьковской железных дорогах, имеющих различные план и профиль пути, включая протяженность участков с кривыми малого радиуса. Показатель количества обточек на 1 млн км пробега за 7 мес. 2022 г. составил для Горьковский железной дороги 315,2, а для Приволжской — 156,4. При этом пробег между обточками составляет, соответственно, 34,7 и 65,0 тыс. км, что, естественно, влияет на величину неэксплуатируемого парка, коэффициент готовности тепловозов, как один из показателей надежности, и рост издержек.

Кроме влияния особенностей взаимодействия подвижного состава с инфраструктурой, большое значение имеют лубрикация колесных пар, упрочнение бандажей и рельсосмазывание. Так, в соответствии с данными «электронного паспорта» локомотива, интенсивность износа колесных пар, оборудованных системой гребнесмазывания, ниже, чем для необорудованных: для электровозов — на 6 %, тепловозов — на 10 %.

Одной из основных характеристик, определяющих срок службы колес и рельсов, является твердость. Отмечу, что значительный вклад в измерение этой проблемы вносят ученые Петербургского государственного университета путей сообщения кандидаты технических наук А.А. Воробьев, А.А. Соболев и преподаватель Омского государственного университета путей сообщения Т.Г. Бунькова. По их оценке, оптимальное значение твердости для колеса составляет 361 НВ, а для рельса — 362 НВ, что совпадает с исследованиями, проведенными ВНИИЖТ в 1960 — 1980 гг., в которых было найдено соотношение для равной износостойкости колеса и рельса — 1,2. Соотношение твердости колес и рельсов в США составляет 1,1, а для стран Европы — 1,15.

В настоящее время в путь укладываются рельсы Р65ДТ370, которые имеют твердость 388 … 409 НВ, а твердость цельнокатаных колес по ГОСТ 10791–2011 марки «2» — не менее 255 НВ, марки «Т» — не менее 320 НВ. Локомотивные бандажи из марки стали «2» имеют показатели твердости НВ не менее 269 ед. (табл. 2).

Табл. 2. Показатели твердости рельсов и колес

Однако следует отметить, что с увеличением твердости повышается количество дефектов термохимического происхождения. Исходя из сказанного, учеными-металлургами и производителями продукции необходимо провести большую работу по выбору химического состава новых марок стали как для колесного, так и для рельсового производства (рис. 1).

Рис. 1. Соотношение износа колеса/рельса в зависимости от коэффициента твёрдости рельса/колеса (источник: ZEVrail. – 2016, № 11/12 (140)

Характерный пример зависимости первых дефектов контактно-усталостного характера от категории рельсов различной твердости приведен специалистами Центральной дирекции инфраструктуры — филиала ОАО «РЖД». Для сравнения были выбраны участки пути с кривыми радиусом 420 м на Куйбышевской железной дороге. Получены следующие результаты: для рельсов категории Т1 укладки 2009 г. наработка тоннажа до образования дефектов составила 362 млн т брутто, а для рельсов повышенной твердости ДТ350 укладки 2015 г. — 243 млн т брутто.

Ассоциация «Объединение производителей железнодорожной техники» уделяет постоянное внимание повышению качества производимой для нужд железнодорожного транспорта продукции и повышению надежности подвижного состава в эксплуатации. Эти вопросы систематически рассматриваются на заседаниях Комитетов ОПЖТ с участием ученых из отраслевых НИИ, транспортных высших учебных заведений, а также ГНЦ ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина», с активным участием Департамента технической политики ОАО «РЖД» и Проектно-конструкторского бюро локомотивного хозяйства — филиала ОАО «РЖД».

Следует отметить необходимость пересмотра и актуализации нормативно-технической документации и в первую очередь — национальных и межгосударственных стандартов в рамках работы Технического комитета по стандартизации ТК 045 «Железнодорожный транспорт» и Комитетов ОПЖТ. Крайне важно не просто обновить текстовую часть, а сделать это на основе детального анализа показателей надежности подвижного состава в эксплуатации, при необходимости организовывая научные исследования и опытно-конструкторские работы.

В настоящее время для целей производства, эксплуатации и ремонта колесных пар подвижного состава разработано и действует более 50 стандартов. Приведу один пример. Для изготовления составных частей колесной пары грузового электровоза 2(3)ЭС5К используются 35 стандартов (ГОСТ и ГОСТ Р), а также 37 инструкций и руководящих документов (рис. 2).

Рис. 2. Требования к изготовлению составных частей колесной пары локомотива

В текущем году ведется работа по внесению изменений в ГОСТ «Бандажи черновые для железнодорожного подвижного состава. Общие технические условия» и ГОСТ «Оси колесных пар железно-дорожного подвижного состава. Общие технические условия».

15 декабря 2021 г. в ОПЖТ с участием металлургических предприятий (ООО «ЕВРАЗ», АО «ОМК» и ТОО «Проммашкомплект»), ОАО «РЖД», представителей операторов железнодорожного подвижного состава, ГНЦ ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина», НИИ железнодорожного транспорта и отраслевых высших учебных заведений были детально рассмотрены вопросы повышения качества цельнокатаных колес для железнодорожного подвижного состава с принятием конкретных предложений, которые реализуются в настоящее время.

Также в рамках деятельности рабочих органов Ассоциации «Объединение производителей железнодорожной техники» запланировано подробное обсуждение вопросов повышения качества и надежности колесных пар тягового подвижного состава.

Учитывая положительный опыт внедрения автоматизированной системы учета производства и мониторинга на стадиях жизненного цикла составных частей железнодорожного подвижного состава в вагоностроении, необходимо распространить внедрение этой технологии на локомотивостроительных заводах и сервисных депо.

Создание «бесшовной среды», обеспечивающей взаимодействие двух и более программных систем производителей и потребителей продукции, позволит организовать не только единую базу данных, но и полностью автоматизировать создание «цифрового формуляра» на колесную пару локомотива как составную часть его «электронного паспорта» (рис. 3).

Рис. 3. Создание «бесшовной среды», обеспечивающей взаимодействие двух и более программных систем с «упрощением» пользовательского влияния на миграцию данных между системами путем формирования структурированной совместно используемой базы данных с сохранением ее стабильности и целостности информации

Внедрение цифровых формуляров на составные части подвижного состава на начальном этапе создания цифровых двойников конечной продукции позволит автоматизировать процесс формирования отчетной документации в ремонтном производстве благодаря внедрению «безбумажного документооборота», а также обеспечит формирование анализов надежности узлов, достоверный учет ресурса и позволит реализовать многие другие функции.

В заключение предлагаются следующие направления деятельности в целях повышения качества, надежности и ресурса колесных пар подвижного состава:

  • актуализация и пересмотр нормативной и технической документации, включающей стандарты, инструкции и руководящие документы ОАО «РЖД»;
  • повышение износостойкости колес цельнокатаных и бандажей колесных пар локомотивов путем внедрения новых марок сталей;
  • обеспечение гарантированной работоспособности локомотивных систем гребнесмазывания и восстановление эффективности рельсосмазывания на сети дорог и, в первую очередь, на полигонах со сложным планом и профилем пути;
  • выбор оптимального профиля круга катания колесных пар локомотивов с учетом полигонов эксплуатации.

Реализация изложенных и ряд новых предложений, выработанных в ходе предстоящих совещаний, позволит повысить качество и надежность важнейшего узла локомотива — колесной пары.