Не подмажешь – не поедешь

Рациональное ведение путевого хозяйства требует внедрения передовых ресурсосберегающих технологий. Особое внимание уделяется повышенному износу рельсов и гребней колёс в кривых участках пути и на стрелочных переводах. По разным оценкам, замена вырабатывающих ресурс колёс, рельсов, элементов стрелочных переводов ежегодно обходится сети дорог в миллиарды рублей.

Взаимодействие колеса и рельса является основой движения поездов по железным дорогам. Именно оно во многом определяет такие важнейшие технико-экономические показатели, как масса поездов, скорость движения и уровень эксплуатационных расходов. При этом требования к показателям взаимодействия колёс и рельсов в разных зонах контактирования противоречивы. С одной стороны, сцепление колёс с рельсами должно быть таким, чтобы обеспечивалось наименьшее сопротивление движению поезда. С другой – для реализации требуемой силы тяги необходимо поддерживать высокий и стабильный уровень сцепления локомотивных колёс с той же поверхностью. Помимо этого для предотвращения накатывания колеса на головку рельса, снижения износа гребня колеса и рабочей поверхности головки рельса, а также сопротивления движению поезда в кривых участках пути требуется максимально снизить трение между гребнем колеса и боковой поверхностью головки рельса, остряка, усовика и крестовины.

Интенсивный износ гребней колёс подвижного состава и рабочей поверхности рельсов, наблюдаемый в последние годы на железных дорогах России, является следствием многофакторного изменения в течение достаточно длительного времени условий взаимодействия колёс подвижного состава и пути, происходящего главным образом из-за роста объёма перевозок и повышения грузонапряжённости железных дорог.

В последние годы всё большее распространение получает усталостная (кумулятивная) теория износа, которая основную причину разрушения поверхностных слоёв связывает с возникновением усталостных трещин и отделением микроскопических чешуек материала или его окислов. При таком подходе процесс изнашивания рассматривается как кумулятивный, то есть суммирующий действие отдельных факторов при многократном нагружении фрикционных связей, что приводит в итоге к отделению частиц износа.

Закон изнашивания материалов выражает зависимость интенсивности изнашивания от многих факторов: силовых и кинематических характеристик; параметров, характеризующих состав, структуру и механические свойства материалов пары трения (твёрдость, предел текучести и другие); свойств поверхностного слоя (шероховатости, жёсткости, напряжённого состояния); вида трения и смазки; климатических условий. Установлено, что под действием циклических нагрузок в металле происходят физические процессы, приводящие к ослаблению межатомных связей, которые в конечном итоге приводят к разрушению микрообъёмов поверхностей пары трения, то есть к их износу.

Существуют два основных способа уменьшения износа как результата работы сил трения. Первый – снижение абсолютных значений сил трения в зоне контакта за счёт подачи в неё смазки и, как следствие, уменьшение коэффициента трения. Второй – снижение продолжительности контакта гребней колёс и боковой поверхности рельсов.

Изучение фундаментальных закономерностей, обусловливающих характер и интенсивность износа в зоне контакта, показало, что снижение коэффициента трения наиболее эффективно влияет практически на все трибологические и силовые параметры, формируемые в зоне контакта гребней колёс и боковой грани рельса в кривых участках пути. Исследования показали, что подача смазки в зону контакта колесо – рельс снижает коэффициент трения в пять-шесть раз. При этом уменьшаются не только силы трения, но и удельный износ колёс и рельсов, что подтверждается эксплуатацией систем смазки на железных дорогах Европы, Америки, России и стран СНГ. Анализ опыта применения таких систем показал, что наличие смазки в зоне контакта колесо – рельс позволяет снизить износ и повысить срок службы рельсов и колёсных пар; снизить расход топливно-энергетических ресурсов; сократить время простоя подвижного состава в ремонте; повысить безопасность движения; уменьшить уровень шума при движении.

Оптимизация трибологической системы колесо – рельс позволяет сделать новый шаг для увеличения срока службы транспортных систем. В результате исследований и полигонных испытаний на Забайкальской железной дороге показано, что наиболее предпочтительно по многим факторам (строгое соблюдение графика нанесения смазки, отсутствие необходимости в выделении ниток в графике движения поездов, контроль за качеством нанесения смазки, более низкие затраты на обслуживание, снижение расхода смазки за проход) использовать вагон-рельсосмазыватель в составе пассажирских поездов.

Лубрикация (смазывание) является эффективным направлением в решении проблемы повышенного бокового износа рельсов и износа гребней колёс в кривых участках пути и на стрелочных переводах. Лубрикация боковых рабочих поверхностей головок рельсов и остряков стрелочных переводов позволяет в несколько раз снизить интенсивность износа с одновременным повышением рабочего ресурса и уровня безопасности.

Как показали исследования, при использовании вагона-рельсосмазывателя, предназначенного для лубрикации рельсов, в составе поезда в кривых на участках большой протяжённости решена острая проблема повышенного износа гребней колёс локомотива и вагонов и бокового износа головки рельса. Современные смазочные материалы, вносимые в зону контакта, не только снижают износ, но и уменьшают сопротивление движению и трение между колесом и рельсом, что способствует снижению расхода топлива на тягу поездов и шумового воздействия на окружающую среду. Однако следует принять во внимание, что смазка по-разному влияет на величину износа пары трения колесо – рельс. При малых деформациях она существенно снижает износ контактирующих поверхностей, а при больших деформациях, наоборот, в несколько раз его увеличивает.

Концепция развития системы лубрикации предусматривает три направления смазывания контакта колесо – рельс: передвижными рельсосмазывателями, предназначенными для обработки боковой поверхности рельсов всего обслуживаемого участка пути; стационарными путевыми лубрикаторами для стрелочных переводов и кривых участков пути на перегонах, где нецелесообразно использовать передвижные рельсосмазыватели; гребнесмазывателями, служащими в основном для защиты гребней тех колёс эксплуатируемого подвижного состава, на которых они установлены.

На Восточно-Сибирской железной дороге лубрикация пары колесо – рельс» ведётся с 1990 года. С 1996 года на ВСЖД организована работа рельсосмазывателей. В качестве передвижных рельсосмазывателей использовались локомотивы ВЛ60К и ВЛ80Т, всего 22 единицы, 19 из которых были оборудованы на Коломенском заводе по системе ВНИТИ (научно-производственная фирма по внедрению научных и инженерно-технических инноваций. – Ред.) для работы на жидких смазках. Остальные были оборудованы на дороге для работы на консистентной смазке.

С 1997 года на дороге вместо сертифицированных смазок типа РС-6 и РП-1 стала широко применяться отработка дизельного масла, вначале в чистом виде, а затем с добавлением графита или его заменителя. В зависимости от грузонапряжённости, сложности плана и профиля пути рельсосмазыватели обращались на участках с периодичностью от одного раза в двое суток до шести раз в сутки. Внедрение комплексной системы мер по уменьшению интенсивности износа гребней колёс и рельсов в период с 1997 по 1999 год позволило достичь положительных результатов. Однако в 2000– 2001 годах, когда имелись технические решения, но изменилась система управления перевозочным процессом, при которой задачи лубрикации стали вторичными, проблема износа не замедлила обостриться. Внедряемые в то время на Восточно-Сибирской железной дороге системы лубрикации имели ряд существенных недостатков: малые скорости движения передвижных рельсосмазывателей, быстрый износ рельсосмазывающих деталей и так далее. Это же касалось качества и рельсовых смазок.

Для решения проблем по программе «Внедрение ресурсосберегающих технологий на железнодорожном транспорте» на ВСЖД выполнена поставка вагонов-рельсосмазывателей производства ЗАО «Фирма ТВЕМА» на базе вагонов Тверского вагонного завода. Вагоны предназначены для лубрикации рельсов в кривых участках пути в сцепе с пассажирскими, почтово-багажными или хозяйственными поездами (а также с отдельным локомотивом) на магистральных путях с высокой грузонапряжённостью. Вагон может эксплуатироваться в любое время года и суток при воздействии осадков в виде дождя и снега в диапазоне температур окружающего воздуха от –40 °С до + 50 °С.

Вагоны-рельсосмазыватели, обращающиеся в границах Восточно-Сибирской железной дороги и на участке Иркутск – Нерюнгри, работают на смазке МС-27, вагоны-рельсосмазыватели, обращающиеся на полигоне Новосибирск – Хабаровск, работают на смазке СР-КУМ. Обеспечена периодичность рельсосмазывания по обоим путям. Для положительного эффекта вагон-рельсосмазыватель должен проходить по участкам с интенсивным износом не менее одного-двух раз в сутки.

Оценка экономической эффективности эксплуатации вагона-рельсосмазывателя в составе пассажирского поезда проводилась на участке Тайшетской дистанции пути Восточно-Сибирской железной дороги (протяжённость участка пути составляет 153,32 км). Данная оценка основана на определении и сравнении фактических затрат по сплошной смене рельсов (боковой износ) до и после внедрения в эксплуатацию вагона-рельсосмазывателя. Установлено, что введение в эксплуатацию вагона-рельсосмазывателя значительно сокращает фактические затраты по сплошной замене рельсов, так как уменьшается интенсивность износа рельсов (см. рис. 1).

Исходя из вышесказанного, можно сделать следующий вывод: внедрение вагона-рельсосмазывателя на участке пути ВСЖД значительно сократило фактические затраты, так как снизился расход электроэнергии на тягу поездов, а также уменьшился износ гребней колёс подвижного состава и боковой износ рельсов. Таким образом, лубрикация является одним из самых эффективных способов снижения интенсивности износа рельсов и колёс подвижного состава.



По материалам X Международной научно-практической конференции «Транспортная инфраструктура Сибирского региона»