Анализ взаимодействия «колесо-рельс» в локомотивном комплексе

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).

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).

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).

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).

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).

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.

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