АО «ВНИИЖТ» завершает исследования по комплексному проекту «Колесо-рельс»

Алексей Сухов, заместитель генерального директора АО «ВНИИЖТ» - директор научного центр «Рельсы, сварка, транспортное материаловедение» в интервью для газеты «Гудок» рассказал о проводимой работе по исследованиями в области «колесо-рельс».

ВНИИЖТ, вместе с пулом партнёров, среди которых Департамент технической политики, Центральная дирекция инфраструктуры, ВНИКТИ, ПГУПС, СамГУПС, в этом году завершает начавшиеся в 2021 году исследования по комплексному проекту «Колесо-рельс». В настоящий момент разработан комплекс мероприятий, способствующих снижению силового взаимодействия между колесами и рельсами, что в конечном итоге приведёт к увеличению срока службы пути, колесных пар вагонов и бандажей локомотивных колес.

Прежде всего нашей команде предстояло выявить основные факторы, определяющие износ рассматриваемой пары. Было исследовано влияние порядка пятидесяти параметров среди которых средняя осевая нагрузка на участке, непогашенное ускорение, скорость, радиус кривых, возвышение рельса, неровности колеи, состав вагоно и поездопотока, скорости движения. Данные по ним брались из почти 10 различных действующих информационных систем РЖД. Работа велась с Единой корпоративной автоматизированной системой управления объектами инфраструктуры (ЕКАСУИ), системами автоматизированного управления перевозками, ведения и анализа графика исполненного движения, цифровыми управляющими системами вагонников и локомотивщиков.

На основании полученного объёма информации, относящего к размерам Big Data, было выполнено компьютерное моделирование взаимодействия колеса и рельса в самых разных условиях эксплуатации. Анализ полученных материалов числовых испытаний проводился с помощью специально разработанной институтом для этих целей цифровой платформы «Нейроэксперт». На выходе мы смогли получить матрицу коэффициентов влияния тех или иных параметров на различные варианты износа.

Составлены гистограммы (способ представления табличных данных в графическом виде – ред.) значимости влияния факторов устройства и содержания пути и подвижного состава на интенсивность дефектообразования в кривых малых и средних радиусов.

Из них следует, что основными причинами образования разных групп дефектов рельсов в одних и тех же кривых являются разные факторы.

Так, по 1-й группе дефектов, образующихся на поверхности катания рельса, для внешней и внутренней нити самым значимым фактором износа является средняя осевая нагрузка на участке. А вот на втором месте по влиянию у внешнего рельса находится тип профиля рельсов, на третьем подуклонка рельсов, на четвертом - тип профиля колеса. В то же время для внутренней нити на втором месте по степени значимости находится подуклонка рельсов, на третьем тип профиля колеса, на четвёртом ширина колеи, и только пятым идёт профиль рельса.

По 2-й и 3-й группе дефектов, образующихся на головке рельса, факторы влияния не совпадают для внешней и внутренней нити, отличаются от установленных для 1-й группы. Основная причина образования данных повреждений для внешнего рельса - тип профиля колеса. Следом идут средняя осевая нагрузка на участке, радиус кривой, тип профиля рельса, подуклонка рельсов. Для внутреннего рельса факторы располагаются в следующем порядке: средняя осевая нагрузка на участке, подуклонка рельсов, тип профиля колеса, ширина колеи, тип профиля рельса.

Показатели в прямых и пологих кривых отличаются от этих данных.

На основании полученной по итогам исследований максимально подробной информации по каждому участку пути, разработаны мероприятия по нескольким направлениям, требующие экспериментальной проверки. Впрочем, уже сейчас могу сказать: мы убеждены в том, что они дадут существенный эффект, снизив износ в системе колесо-рельс до 30%.

Первое это работа с профилем колеса. Среди предлагаемых мер можно выделить внедрение ремонтных криволинейных профилей для образования преимущественно одноточечного контакта с рельсом (сегодня применяются конические профили, имеющие 2 зоны контакта). Этим целям отвечает разработанное колесо с криволинейным профилем «Унисон», применение которого даёт уменьшение давлений гребневого контакта в кривых, что ведёт к снижению бокового износа рельсов до 25%.

Второе - оптимизации профиля рельса. Разработан целый набор рельсовых профилей для различных условий эксплуатации при контакте с различными типами колес. Причем это те изменения, которые мы можем получать за счёт рельсошлифования. Предложена целая матрица программ для профильного шлифования рельсов в различных условиях.

Третье направление – снижение непогашенных ускорений. (Непогашенное ускорение увеличивает центробежную силу при повороте в кривой и давление во взаимодействии колеса и рельса – ред.) В числе прочих мер предлагается дополнительное нормирование допускаемых значений непогашенных ускорений с учетом условий эксплуатации, введение дополнительного критерия оценки работы локомотивных бригад – «обеспечение расчетных скоростей в кривых».

Четвертое - устройство пути, включая величину подуклонки. В частности, для обеспечения новых расчётных параметров подуклонки предлагается в сложных эксплуатационных условиях увеличивать жесткость подрельсовых прокладок. Это потребует введения дополнительного вида работ в текущем содержании пути - сплошной замены подрельсовых прокладок на участках нестабильной подуклонки.

Весь комплекс мероприятий снизит давление в системе колесо-рельс, продлит срок эксплуатации пути и колесных пар, даст многомиллиардный экономический эффект для компании. В данный момент эти предложения проходят процедуру согласования у всех причастных.