Что было раньше — колесо или рельс? Научно-технический совет РЖД отчитался о находках и инновациях, призванных спасти железные дороги
Насколько будут эффективны железнодорожные перевозки в отдалённой перспективе, зависит от того, какие проекты проинвестируют сейчас. Одно из направлений — улучшение качества рельсов и колёсных пар, другое — изменение взаимодействия в системе «колесо-рельс». В какую сторону инвесторы качнут маятник научных изысканий, зависит от грамотной работы научно-технического совета ОАО «РЖД».
Расширенное его совещание прошло незамеченным общественностью в формате видеоконференции. В присутствии членов правления компании, представителей Минтранса, Минпромторга, Росжелдора, крупнейших машиностроительных и металлургических предприятий, членов научного сообщества причастные отчитывались главе монополии об освоении средств, полученных по грантам и тендерам.
О принимаемых мерах по повышению эффективности взаимодействия в системе «колесо-рельс» рассказал заместитель генерального директора ОАО «РЖД» — начальник Центральной дирекции инфраструктуры (ЦДИ) Евгений Шевцов, который немного удивил расстановкой приоритетов.
Всё внимание при рассмотрении системного взаимодействия уделено только рельсам и верхнему строению пути.
Ширину колеи и тип промежуточных скреплений он отнёс к факторам, оказывающим незначительное влияние на ресурс рельсов. В дирекции, видимо, забыли, что в начале 90-х именно зауженная колея возглавляла список основных факторов, которые произвели взрывной рост интенсивности износа в системе. По итогу и было назначено лекарство — лубрикация (смазывание гребней и боковой поверхности рельсов).
В МПС начинали с минимальных затрат. Списанные локомотивы переделывали в рельсосмазыватели, а в качестве смазки использовали отработку. Потом были специальные автомотрисы и стационарные путевые лубрикаторы.
Лубрикация вагонами-рельсосмазывателями тоже перестала работать должным образом из-за пакетного пропуска пассажирских поездов.
Сейчас в дирекции инфраструктуры созрела новая инновация — сделать мобильный автономный робот-рельсосмазыватель, оснащённый спутниковой системой ГЛОНАСС/GPS. Ключевые требования к роботу: управление рельсосмазывающей установкой должно выполняться только в автоматическом режиме; обслуживание — только на пунктах экипировки; запас хода до 5000 км. При этом робот должен наносить смазку на рельсы в кривых на уровне 8–12 мм от поверхности катания, на прямых — на уровне 6–8 мм.
По инерции продолжаем лечить гребни и боковую поверхность рельсов. Но статистика выхода рельсов по данным форм ПО-4 показывает, что доля выхода по дефектам контактной усталости уже в пять раз превосходит выход рельсов по боковому износу.
Потребление цельнокатаных колёс растёт, опережая темп грузоперевозок.
Железнодорожники даже не заметили, как дорогу поразил новый вирус — контактно-усталостные дефекты. Сложное взаимодействие (с верчением) колёсной пары с рельсовой колеёй способствует образованию множества микротрещин. По пришествии 30 лет после принятия решения наблюдаем, что лубрикация, как и любое другое лекарство, одно лечит, а другое калечит.
В научной среде блуждает гипотеза, что применение превентивной шлифовки рельсов замедлит развитие трещин. По данным Проектно-конструкторского бюро по инфраструктуре (ПКБ И) — филиала ОАО «РЖД», шлифовка позволяет увеличить ресурс рельсов и снизить темп их повреждений на 30–40%. Холдинг «Синара — Транспортные машины» (СТМ) в кооперации с Сибирским государственным университетом путей сообщения (СГУПС) уже представил концепцию нового инновационного высокоскоростного рельсошлифовального поезда РШП-2.0, обладающего скоростью шлифования до 15 км/ч, что в 2,5 раза выше показателей, действующих на сети РШП-48К.
Мощность РШП-48К составляет 1300 кВт, а РШП-2.0 — только 1700 кВт. Сибиряки должны раскрыть секрет скоростного шлифования с двукратным снижением мощности. Насколько эффективно текущее шлифование удаляет зарождающиеся трещины, можно оценить по фото.
Специалисты компании «Евраз» собираются решить проблему другим способом. Предлагают изготавливать рельсы из бейнитной стали, которая обладает уникальными физико-механическими свойствами. В частности, сочетанием высоких значений прочности, пластичности и ударной вязкости. Но металлургам следует принять во внимание одну особенность взаимодействия в системе «колесо-рельс»: чем меньше пятно контакта, тем выше контактные напряжения!
Прочные рельсы не прирабатываются, острые грани и неровности долго не стираются и становятся источником интенсивного износа и контактно-усталостных дефектов у колёс. А подготовить новые рельсы к встрече с колёсами путейцы не могут. На российских железных дорогах используется множество типов профилей колёс. И у каждого свой наклон поверхности катания и свой угол наклона гребня.
При этом при ремонтах тип профиля, которым обтачивают колёса, в паспорт колёсной пары не заносят.
Заместитель генерального директора ОАО «РЖД» — начальник Дирекции тяги (ЦТ) Олег Валинский приоткрыл завесу тайны значения фактического и прогнозируемого ресурсов бандажей. До нынешней презентации фигурировали только прогнозные (расчётные) ресурсы, при этом в статистической отчётной форме ТО-3 слово «прогнозный» не пишут.
И специалисты думали, что мы впереди планеты всей. Но нет, износ бандажей локомотивов и цельнокатаных колёс вагонов у нас выше мировых показателей. У грузовых электровозов износ гребней в среднем 0,48 мм/10 тыс. км, у тепловозов — 0,55 мм/10 тыс. км, у грузовых вагонов — 0,53 мм/10 тыс. км.
Здесь читателям можно напомнить, как весь мир борется с интенсивным износом и высокими контактными напряжениями.
Ещё в начале прошлого века североамериканские железнодорожники посчитали, что трапецеидальная форма поверхности катания рельсов, установленных с подуклонкой 1/40, толстый гребень и конформные профили колёс, созданные под профиль рельсов, наиболее оптимальны для тяжеловесного движения.
В Европе грузов перевозили меньше, поэтому изменили только подуклонку рельсов на 1/40, а профиль катания на рельсах оставили классическим — равномерно выпуклым.
Конформный профиль колеса европейцы изобрели очень элегантно: никаких вычислений и НИОКР — просто обрисовали типовой рельс, установленный с подуклонкой 1/20, и получили тип S1002 с эквивалентной конусностью в рабочем диапазоне от 1/20 до 1/2,5 для рельсов, установленных с подуклонкой 1/40.
Надо отметить, что европейцы и американцы конформность взаимодействия на основном пути и стрелках приблизили за счёт уменьшения подуклонки рельсов до 1/40, а вписываемость в кривые малых радиусов — за счёт применения криволинейного профиля колёс с большой эквивалентной конусностью. Платой за увеличенный ресурс колёс стала необходимость частого восстановления формы поверхности катания на рельсах при помощи превентивного шлифования.
Некоторые наши специалисты, работающие в области вагоностроения и производства колёс, пытаются получить конформность за счёт изменения профиля колёс.
«Изобретатели» применяют инновационный метод расчёта профиля — используют программный продукт «Универсальный механизм» от лаборатории «Вычислительная механика» Брянского государственного технического университета (БГТУ).
Соберём запатентованные профили по двум ключевым точкам и получим практически единую рабочую линию. Самая большая разница находится в районе выкружки и составляет ±0,2 мм. Это в пределах допуска на точение профиля. Этот пример констатирует то, что другую форму профиля при одинаковых исходных данных «калькулятор» не выдаст. Господа, перестаньте загружать ФИПС своими «изобретениями»!
Теоретически можно брать для применения любой из этих профилей, но все они для рельсов стрелочных переводов не подходят. Все взаимодействуют с запредельными контактными напряжениями.
При эксплуатации единичных вагонов с колёсными парами, обточенными такими профилями, колёса имеют чуть больший ресурс по сравнению с типовым профилем (по ГОСТ), но при массовом внедрении железнодорожники останутся у разбитого корыта.
В погоне за миражом (ресурсом пути в 2,5 млрд т брутто) на научно-техническом совете было решено пожертвовать вагонными колёсами и все дальнейшие исследования проводить на базе цифрового двойника — предиктивной модели жизненного цикла пути.
Авторский P. S. Департамент технической политики ОАО «РЖД» совместно с Центром инновационного развития — филиалом ОАО «РЖД» объявляют о проведении открытого запроса на поиск инновационных решений в области оптимизации взаимодействия элементов системы «колесо-рельс».
Прочитав это, воскликнул: «Эврика! Ну, наконец- то созрели».
Ресурс колёс грузовых вагонов и рельсов лимитируется в основном износом гребня колеса грузового вагона и боковой поверхности головки рельса.
И тут у меня начинают закрадываться сомнения. Колёса и рельсы уже давно не лимитируются износом. И это всем хорошо известно.
Тема по путевому хозяйству: «Снижение интенсивности износа боковой грани рельса в кривых участках пути». Тема по локомотивному комплексу: «Нормирование ресурса бандажей колёсных пар локомотивов в зависимости от условий и полигонов эксплуатации, а также выполненной тонно-километровой работы».
Далее впал в ступор. Начали за здравие, а кончили за упокой. Куда делись вагонные колёса??? От повышения ресурса плавно перешли к планированию ремонта.
Заявки принимаются в период с «1» февраля 2023 г. по «15» мая 2023 г. через специализированный раздел «Открытый запрос» автоматизированной системы «Единое окно инноваций» корпоративного интернет-портала ОАО «РЖД». Заявителем инновационного предложения в рамках процедуры «открытого запроса» может быть юридическое лицо различных организационно-правовых форм.
И вот она — «вишенка на торте». В ОАО «РЖД» даже не скрывают, что им не нужна оптимизация взаимодействия в системе «колесо-рельс».
Транспортные новости российских мегаполисов и мировых столиц ищите в нашем разделе ГОРОД и в Telegram-канале @Vgudok
Игорь Пухов, специально для vgudok.com
*Мнение автора может не совпадать с мнением редакции