Продление срока службы рельсов и колес

(по материалам зарубежной печати).

Развернутая длина путей железных дорог Северной Америки первого класса составляет 274 тыс. км что при средней массе рельсов 67 кг/м соответствует 36,3 млн. т. стали. В эксплуатации находится около 1 4 млн. грузовых вагонов и почти 25 тыс. локомотивов с примерно 10 млн. колес. Стоимость 1 т рельсов составляет приблизительно 500 долл. США одного колеса - 350 долл. Эти элементы образуют существенную часть стоимости основных фондов железных дорог и к ней следует добавить затраты на укладку рельсов монтаж колес их техническое обслуживание и ремонт.

Значительная экономия может быть получена за счет контроля за расходами на приобретение, содержание указанных элементов и продления срока их службы. Так, в целях увеличения срока службы рельсов в рамках программы стратегических исследований в Центре транспортных технологий (ТТС) Ассоциации американских железных дорог изучают возможность изготовления рельсов из улучшенной стали и совершенствования технологии их шлифования Примером полученных результатов может служить следующее. На одной из дорог при отсутствии практики эффективного шлифования рельсов на линии пропустившей 36 3 млн. т поездной нагрузки в год, замену рельсов из-за износа и дефектов проводили через каждые 5 лет и соответствующие расходы составляли примерно 323 тыс. дол/км. Благодаря внедрению шлифования средний срок службы рельсов увеличился почти в 5 раз а среднегодовые расходы на их замену уменьшились до 3 3 тыс. долл. /км Еще одно направление исследований - поиски способов снижения уровня общих механических напряжений на контакте колесо-рельс. Эта задача решается с помощью введения жестких допусков на профили колес и рельсов. Исследуются также возможности уменьшения износа рельсов за счет их эффективной лубрикации. Рельсовые стали. Несколько марок улучшенных рельсовых сталей нового поколения в настоящее время испытывается в ТТС Рельсы изготовленные в США Японии и Франции уложены в кривой радиусом 350 м. Проходят проверку и рельсы из новой бейнитной стали разработанной ТТС. По улучшенным рельсам уже пропущено более 172 млн. т поездной нагрузки и их износ все еще небольшой. При пропуске первых 150 млн. т на рельсы колесами поездов переносилось некоторое количество смазки с соседних участков. Затем поверхность катания очистили и износ заметно ускорился. По завершении испытаний с "сухими" рельсами начат следующий этап - с пропуском экспериментального поезда оснащенного тележками со стандартным рессорным подвешиванием по смазанным рельсам. Результаты экспериментов позволят железным дорогам принимать более обоснованные решения по приобретению рельсов.

Профили колес и рельсов Конфигурация профилей колес и рельсов существенно влияет на эксплуатационные расходы дорог и даже их небольшие изменения могут иметь значимые последствия. Восстановление профиля колес с удалением проката может продлить срок их службы. На дорогах ЮАР уже практикуют обточку колес с прокатом превышающим 228мм. ТТС совместно с Шеффилдским университетом (Великобритания) работает над уточнением допусков на профили колес и рельсов. Цель исследований состоит в определении оптимального диапазона допустимых радиусов поперечных профилей колес и рельсов в зонах их особо интенсивного взаимодействия. По величине контактных напряжений можно с достаточной точностью прогнозировать износ сопротивление движению и вероятность возникновения усталостных повреждений а расходы, связанные с взаимодействием колес и рельсов минимизировать за счет поддержания напряжений на уровне ниже допустимого Рациональные допуски на профили улучшат характер распределения напряжений в колесах и рельсах и продлят срок их службы. Шлифование рельсов - наиболее распространенный на дорогах Северной Америки способ поддержания их в работоспособном состоянии Оно позволяет своевременно устранять искажения профиля, волнообразный износ и внутренние дефекты, а также улучшить вписывание подвижного состава Достоинства шлифования выражаются и в продлении срока службы рельсов Количественно этот фактор оценить трудно но некоторые дороги сообщили, что применение оптимальной системы шлифования дало возможность увеличить средний срок службы со 180 до 725 млн. т стандартных рельсов в пологих кривых и до 910 млн. т в прямых.

Практикуются два метода шлифования. При восстановительном допускается некоторое ухудшение состояния поверхности катания рельсов до их замены. Его выполняют после пропуска 36-45 млн. т, и для обработки рельсов может понадобиться несколько проходов рельсошлифовальной машины. Предупредительное шлифование проводят чаще (9-13.5 млн. т) и рельсы поддерживаются без искажения профиля Его делают как правило, за один проход машины с относительно высокой скоростью (9,6-16 км/ч.) Оба метода имеют в Северной Америке своих сторонников но в последнее время наблюдается тенденция к переходу на предупредительное шлифование. В рамках программы ТТС по увеличению срока службы колес и рельсов выполнено обследование дорог для оценки эффективности применяемых методов шлифования рельсов. Первые результаты обследования и моделирования показали для выбора оптимальной системы шлифования рельсов необходимы точные сведения об их состоянии до и после - шлифовки на каждом участке так как универсальной методики пригодной для всех случаев не существует на участках, где уложены улучшенные рельсы из стали полученной методом непрерывного литья более интенсивному шлифованию должны подвергаться внутренние рельсы кривых и это правило в большей степени применимо для предупредительного шлифования. При этом необходимо профилировать и наружную грань рельсов чтобы предотвратить их повреждение колесами с прокатом. Шлифование наружных рельсов выполняется с целью устранить острые переходы профиля и привести его к очертаниям соответствующим естественному износу, на участках где уложены стандартные или улучшенные рельсы из стали полученной из слитков может оказаться необходимым оставлять острые переходы профиля чтобы уменьшить вероятность пленообразования и зарождения мелких трещин профильного шлифования при котором образуется четкий двухточечный контакт между колесом и рельсом ухудшающий характеристики тележек по вписыванию в кривые следует избегать интервалы между шлифовками зависят от многих факторов и единого решения здесь рекомендовать нельзя но очевидно возможно их увеличение сверх наиболее часто практикуемого уровня 9-135 млн. т поездной нагрузки Шлифование во многом способствует продлению срока службы рельсов но при неправильном применении этот срок может уменьшиться в основном из-за снятия слишком большого количества металла и образования неправильного профиля Лубрикация рельсов. Износ колес и рельсов уменьшается при лубрикации последних. При правильном выборе типа смазочного материала и технологии его нанесения износ рельсов может уменьшиться почти в 10 раз.

Однако слишком обильное или недостаточное смазывание ведет к плохой направляемости тележек в колее увеличению поперечных сил ускорению расстройства пути. Во избежание снижения силы тяги смазка наносится на поверхность катания рельсов непосредственно за локомотивом. Это существенно уменьшает износ колес и рельсов при значительной экономии топлива и расходов на него достигающих 5-15 % Тележки с усовершенствованным рессорным подвешиванием. Последние испытания таких тележек показали значительное уменьшение поперечных сил при взаимодействии колес и рельсов и их износа (почти на 50 %) а также сокращение потребления топлива (примерно на 20 %).