Влияние нагруженности локомотивов на интенсивность износа рельсов

Основные изменения в работе дороги

За период наблюдений за износом рельсов с 1981 г по настоящее время на перевальном участке дороги Иркутск-Слюдянка произошло несколько качественных изменений в динамике износа рельсов и бандажей ТПС. Заметное увеличение интенсивности износа рельсов началось в начале восьмидесятых годов, интенсивность бокового износа рельсов составляла в среднем 0.06-0.07 мм/млн т брутто груза. В середине восьмидесятых годов с введением тяжеловесных поездов был зафиксирован краткий период некоторого уменьшения интенсивности износа и последовавший за этим резкий рост интенсивности износа рельсов ( в 4-5 раз по сравнению с началом восьмидесятых годов), продолжавшийся и после перевода участка Иркутск-Слюдянка с постоянного на переменный ток. Применение смазывания рельсов во второй половине 90х годов несколько снизило интенсивность износа рельсов на 10 %), но она остается катастрофически высокой .

Представляет интерес сопоставить динамику износа рельсов в различные периоды наблюдений. Для установления основных причин повышенного износа рельсов и бандажей одновременно с изменением бокового и вертикального износа рельсов измерялись ширина колеи и возвышение наружного рельса, твердость рельсов и бандажей, по лентам скоростемеров определялись скорости движения грузовых и пассажирских поездов в кривых, поставленных под наблюдение за износом рельсов (см. раздел З.2.1.), с последующей статистической обработкой скоростей движения и вычислением величины непогашенного ускорения, по лентам вагона-путеизмерителя и данным дистанции пути оценивалось состояние пути, производился анализ интенсивности проката и подреза гребней бандажей колесных пар локомотивов, измерялась твердость бандажей в состоянии поставки и после термоупрочнения, снятием гипсовых слепков, проведен анализ расхода песка из песочниц локомотивов. Для анализа влияния массы поезда отбиралось ежемесячно 20% графиков исполненного движения, по расшифровкам к которым вычислялось загруженность локомотивов. В качестве показателя загруженности локомотива вычисляли массу поезда, приходящуюся натонну (МаССЫ д локомотивов в данном поезде [177].

За период с 1981 г по настоящее время на ВСЖД произошли существенные изменения:

1.В 1995 г участок Зима-Слюдянка переведен на переменный ток. На смену локомотивам ВЛ10, ВЛ10У, ВЛ15 пришли локомотивы ВЛ85, ВЛ80 и ВЛ60.

  1. С 1995 г внедрялось плазменное упрочнение бандажей локомотивов и с 1997г почти 100% бандажей подверглось этой технологической операции.
  2. Увеличилось число колесных пар вагонов, восстанавливаемых наплавкой.
  3. Резко сократилось число 8-осных цистерн для перевозки нефти и нефтепродуктов.
  4. Несколько уменьшились осевые нагрузки от угольных полувагонов.
  5. Внедрено смазывание рельсов.
  6. Возросли веса поездов. Практически ликвидированы неполновесные поезда. По перевальному участку 90% грузов перевозятся тяжеловесными поездами (в четном направлении).
  7. При капитальном ремонте пути производилось уменьшение возвышения рельса в кривых, где оно было завышенным.
  8. Изменялся профиль бандажа локомотивных колес (по предложению Зинюка-Никитского, по рис. 3 ГОСТ 11018-87; ДМеТИ).
  9. Осуществлялся переход подвижного состава на подшипники качения.

Все эти основные и некоторые другие изменения оказали воздействие на интенсивность износа рельсов и гребней колес подвижного состава. Практически неизменной остались только конструкция верхнего строения пути и качество его содержания.

Изменения в интенсивности износа рельсов

На рис. 5.1 нанесено поле точек – интенсивности бокового износа рельсов в кривых радиусом 294-306м на подъеме четного пути в различные годы. Интенсивность износа рельсов вычислялась за различные временные интервалы и относилась к середине этого интервала. Разброс в интенсивности может быть очень широким в зависимости от большого числа влияющих на износ факторов: радиуса кривой; ширины колеи; возвышения наружного рельса; продольного уклона пути; реализуемых скоростей движения; режима вождения и схем формирования поездов; типа тягового подвижного состава и загруженности локомотивов; температуры окружающей среды; свойств рельсовой стали; соотношения твердости бандажей и рельсов; интенсивности подачи песка под колеса локомотивов; качества применяемой смазки; осевых нагрузок; профилей колес и рельсов; качества поверхности бандажа при обточке; количества обращающихся вагонных колес; восстановленных наплавкой, и т.д.

Боковой износ рельсов при наработке тоннажа 50 млн т брутто на подъеме четного пути

Несмотря на значительный разброс данных интенсивности износа рельсов в кривых малых радиусов, можно сделать заключение, что интенсивность износа рельсов увеличилась в 1995 году до 5,5 раз по сравнению с 1982-1984 годами.

Анализ износа рельсов производился отдельно на подъеме по четному (П2) и нечетному (П1) направлениям, на спусках по четному (С2) и нечетному (С1) направлениям.

Боковой износ рельсов на подъеме по четному пути увеличился (рис.5.2) в среднем в 3.8 раза в 1994 – 95 годах (криваяЗ]по сравнению с 1981-84 годами (кривая 1) и в 3 раза по сравнению с 1986-87 годами.

Более наглядной является динамика изменения бокового износа рельсов по нечётному, преимущественно «порожняковому», направлению (рис. 5.2.а).По нечётному направлению перевозится приблизительно в 2 раза меньше грузов по сравнению с чётным направлением. Процент пробега порожних вагонов к общему числу вагонов по нечётному пути увеличился с 76,1 % в 1994 году до 80,8 % в 1997 году, в то время как в чётном направлении число порожних вагонов уменьшилось за эти же годы с 9,9 % до 7,3 %. Соответственно уменьшились по нечётному пути и осевые нагрузки вагонов с 10,7 т/ось в 1981 году до 9,1 т/ось в 1994 году и до 7,5 т/ось в 1997 году. На фоне уменьшения грузонапряжённости, осевых нагрузок вагонов боковой износ рельсов нечётного направления увеличился на спуске в 1,9-2,2 раза в 1994-1995 годах при изменении радиуса кривой от 800 до 300 м. и в 1,7-2,9 раза на подъёме нечётного пути за тот же период и тех же радиусов кривых.

Анализ состоянии пути

Боковой износ рельсов в значительной степени зависит от состояния пути в плане [178]. Поэтому есть необходимость охарактеризовать состояние пути суммой штрафных баллов по направлению в плане ( по рихтовке) в среднем за каждый год из расчета на один километр перевального участка по четному пути. Расчет сделан по данным дистанции пути и сведен в таблицу 5.1.

ПоказательГоды
198319841985198719881995199619971998
Суммаштрафныхбаллов11210110311991981079095
Среднеквадратическоеотклонение1701111651529111412599120
Оценка состояния пути представлена в табл.5.2.Годыоценка (в % от общего количества)
отлично и хорошоудовлетворительноПлохо
198246,743,99,4
198346,548,35,2
198442,356,01,7
198543,846,210,0
198754,837,28,0
198846,146,77,2
199548,044,08,0
199652,041,07,0
199751,542,06,5

Гистограммы распределения балльности по состоянию пути в плане представлены на рис.5.3.

При анализе увеличения интенсивности износа рельсов установлено, что содержание пути, в том числе и в плане, было удовлетворительным и по годам мало отличающимся и не могло быть причиной резкого увеличения интенсивности изнашивания рельсов и бандажей .Ширина колеи также не является причиной изменений в интенсивности износа рельсов, так как переход на колею из расчета 1520 мм произошел на дороге ранее 1980 г (ранее начала наших наблюдений за износом рельсов).

Анализ твердости рельсов

По данным рельсовой лаборатории ВНИИЖТ [179] твердость рельсов изменялась в сторону уменьшения разброса в значениях твердости, т.е. качество рельсов улучшалось (табл.5.3)

ГодыДоля рельсов в % с твердостью НВ (кгс/мм2)
320335345355365375385
19800,0216,1748,322,6612,710,030,03
19810,0116,6852,8224,35,950,130,09
198210,34Г~65Д0Г 20,883,400,18
19830,019,8966,3320,822,720,23
19840,010,0276,4420,702,710,12
198590,139,840,03
19860,289,4810,5
198777,9021,700,4

Твердость, измеренная нами прибором ТШП-4, обеспечивающим достаточно высокую точность, отличается большим разбросом , чем (по данным ВНИИЖТ) в 1987 году. При этом от 10 до 15% рельсов имеют твердость ниже установленной стандартом для рельсов первого класса. Для иллюстрации в табл. 5.4 приведены значения твердости рельсов различных лет прокатки и химического состава.

Таблица 5.4.

Твердость рельсов по Бринеллю

№ п/пКилометр, путьЗвеноГод и месяц прокаткиНомер плавкиНВРасстоян ие точки от стыка, м
Измерения 1994 года
15237,1123КХ1 91ПР31203681
     3731,5
25237.123КХ 931847Т3360,5
     3451,0
     3521,5
35236,1133КУ1941486Р3260,5
     3501,0
     3391,5
45236,133КХ 93П1976Р3240,5
     3391,0
     3561,5
55235,1123КУ 94П260Т3590,5
     3591,0
     3521,5
65235,123КХ 93ПИ1728- 203540,5
     3521,0
     3451,5
75234,1134К1П94А1429223560,5
     3521,0
     3501,5
85234,134КХ193Н2155Б3450,5
     3261,0
     3501,5
95233,1139КП 933852,0
     3935,0
105232,1128 3663,0
     3637,0

измерения 02.10.95 г

11

5234, II

12

 

 

354

4.0

12

5234,11

13

 

 

361

4,0

13

5234,11

14

 

 

350

4,0

14

5232,1

27

 

 

335

4,0

15

5232,11

27

 

 

335

4,0

16

5232,11

10

 

 

368

4.0

17

5232,1

10

 

 

319

4.0

18

5231,11

18

 

 

375

4.0

19

5231,11

19

 

 

359

4,0

20

5231,1

18

 

 

341

4.0

21

5231,1

19

 

 

302

4.0

22

5231,1

20

 

 

341

4,0

23

5230,11

32

 

 

341

4,0

24

5230,11

32

 

 

359

4,0

25

5230,11

32

 

 

373

4,0

26

5230,1

32

 

 

341

4,0

27

5230,1

32

 

 

335

4,0

28

5230,11

33

 

 

341

4,0

29

5230,11

33

 

 

352

4,0

30

5230,11

33

 

 

359

4,0

31

5230,1

33

 

 

366

4,0

32

5230,1

33

 

 

356

4,0

33

5275,11

5

К1П95

ХФ622ЕН

366

4,0

34

5275,11

6

К1П95

ХФЕ622

356

4,0

35

5275,1

5

КУ92

П1173Е11

359

4,0

36

5275,1

6

КХП93

ПГ25011

356

4,0

37

5276,11

30

КХ93

ПС 1022

361

4,0

38

5276,11

31

КХ93

ПТ1918

363

4,0

39

5276,1

30

К1У94

ХФА10577

322

4,0

40

5276,1

31

КТО4

 

317

4,0

41

5278,11

33

КХ194

Г2820

326

 

42

5278,11

34

КХП94

Г2934

319

 

43

5277,11

11

КХ1193

П2427Т

356

 

44

5277,11

12

КУШ94

П2548А1

350

 

измерения 1996г

45

5263,11 40 КХП95 ХФЕ2610

330

 

465264,111KXII95П1726Р326 
475264,112KXII95ХФТ2609324 
485264,П3KYII95ПМ1659322 
495265,1131KYII95П1692Р350 
50 32KXII95ХФЕ2610330 
51 33KXII95С282818330 
52 33KXII95ХФТ2609320 
535232,119KXII95ХФЕ2616329 
54II10KX3I95ХФЕ2610337 
55II11KXII95ХФ2610Е1332 
56II27KIII95ХФ522Е16373 
57II28КП195ХФ622Е22371 
58I27KIX93ПМ172920371 
59I28KIX93ПМ17295368 
605233, II38KIII95ХФЕ622368 
61II39KIII95ХФЕ822376 
62I38КХ93КХ9318576348 
63I39КХ93КХ93А1858361 
645266, II10RVIII95ЭП19136356 
65II11КХ95ПН22223341 
66II12КХ95ПН220312359 
67II13KIII95ХФ748С5337 
685267, II24KIII95ХФГ621361 
69II25KIII95ХФГ621358 

В среднем твердость рельсов по замерам 1994-96 годов составила НВ 350±18. В рамках данной работы не ставилась задача изучений влияния твердости на износ рельсов. Но необходимо отметить, что твердость не вполне определяет износостойкость рельсов. Так, например, рельсы плавок ХФЕ, ХФ, ХФГ, уложенные с чередованием через звено с рельсами с другим химическим составом, при прочих равных условиях изнашивались в 1,4-1,5 раза быстрее. Но при одном и том же химическом составе с увеличением твердости износостойкость повышается.

Необходимо, с нашей точки зрения, производить разгруппировку рельсов по твердости с тем, чтобы на перевальном участке, при особо тяжелых условиях эксплуатации производить укладку рельсов с твердостью не ниже 360 кгс/мм2 ( по Бринеллю). [180]

О необходимости разгруппирования рельсов и дифференцированного их применения в зависимости от категории качества и сложности эксплуатационных условий указывалось в [181 – 184]. Рельсы с твёрдостью менее НВ311 (кгс/мм ) [182] рекомендуется при разгруппировании относить к не термоупрочнённым. В статье А.Ф.Золотарского и др. [183] предлагалось ввести нижний предел твёрдости рельсов при закалке равным НВ341.

Необходимо укладывать в сложных условиях эксплуатации пути рельсы с твёрдостью более НВ360 и изготовленные из износоустойчивых сталей. При сложившихся условиях эксплуатации, когда твёрдость бандажей составляет НВ550 (раздел 4.10.1), твёрдость рельсов НВ (360388) только частично решит проблему интенсивности их износа.

Тот факт, что твердость рельсов за рассматриваемый период существенно не менялась, говорит о том, что она не могла быть причиной резкого увеличения интенсивности износа рельсов.

Анализ эксплуатационной работы дороги и влияния массы поезда на интенсивность износа рельсов

Влияние массы поезда на износ рельсов

Самым значительным изменением в эксплуатационной работе дороги является увеличение массы поездов (как основного способа освоения увеличивавшегося в восьмидесятых годах объема перевозок). На грузовом направлении дороги средняя масса поезда увеличилась с 1981 г по 1989г с 3085т до 3778т. В последние годы согласно статистическим данным дороги средняя масса поезда на исследуемом участке изменялась следующим образом (табл.5.9).

 годы
1994199519961997
Средняя масса, тонн5123479049284964
Среднемесячная тах, тонн5551524252985087

Фактические средние массы поездов, пропускаемых по перевальному участку, выше табличных значений, т.к. в последних включены и поезда небольшой массы и следующие до Иркутска-пасс., Каи, Гончарове, Большого Луга, т.е. до перевального участка.

Пути достижения повышения средней массы поезда рассмотрены в [194]. В частности, рекомендовались следующие меры: ликвидация неполновесных и неполносоставных поездов; увеличение статической нагрузки вагонов; сокращение порожнего пробега вагонов; полное использование существующей длины станционных путей; пропуск поездов повышенной массы применением кратной тяги, подталкивания и использования более мощных локомотивов; пропуск поездов, длина которых превышает длину станционных путей. На ВСЖД были внедрены практически все эти рекомендации.

Обширный материал по рациональному тяговому обеспечению при повышении средней массы поезда, в т.ч. на ВСЖД содержится в статьях А.Л.Лисицына и Л.А.Мугинштейна [195-196]. В [196] на основании повреждаемости тяговых двигателей, количества «растяжек» грузовых поездов и скольжения колесных пар локомотивов в зависимости от массы поезда дана классификация режимов эксплуатации электровозов (ВЛ10, ВЛ10У): экономный – при массе поезда до 3200 тонн, рациональный – при массе поезда до 3400 тонн, интенсивный при массе поезда до 3600 тонн и недопустимый, если масса поезда превышает 3600 т. Режимы эксплуатации определялись для вождения поезда одним локомотивом на участке дороги с максимальным продольным уклоном Ю°/00, пологими кривыми.

Рассмотрим изменения в эксплуатационной работе дороге с позиций, высказанных в [196].

Для выяснения причин изменения интенсивности износа рельсов был произведен подсчет масс поездов: приходящихся на единицу массы локомотивов (в дальнейшем – удельная масса поезда), с разбивкой поездов на три группы по кратности тяги: поезда, ведомые одним локомотивом (легкие поезда); поезда, ведомые двумя локомотивами (среднего веса поезда) и поезда, ведомые тремя локомотивами (тяжеловесные поезда). Изменение удельной массы поезда представлено на рис.5.4.

Количество пропускаемых поездов в сутки по грузовому направлению на перевальном участке достигало 90 и более. Статистическому анализу подвергалось 20% поездов в месяц.

Удельную массу поезда можно рассматривать в качестве показателя нагруженности локомотива, при этом надо иметь в виду, что для сравнения нагруженности локомотивов на других участках сети необходимо ввести поправочные коэффициенты, учитывающие сопротивление движению от уклона пути и движения по кривой.

С ноября 1995 года при смене тягового подвижного состава удельная масса поездов подсчитывалась также с разбивкой поездов на три группы: поезда, ведомые одним локомотивом ВЛ80Р в голове поезда – легкие поезда; поезда, ведомые двумя локомотивами (одним локомотивом ВЛ80Р в голове поезда и одним ВЛ80Т в хвосте поезда) – среднего веса поезда и тяжеловесные поезда, ведомые в голове поезда локомотивом ВЛ85 и в хвосте поезда ВЛ80Т.Анализ графиков на рис. 5.4 показывает, что удельные массы тяжеловесных поездов до середины 1986 года были меньше, чем у поездов среднего веса. Количество тяжеловесных поездов постепенно увеличивалось. Массы поездов, ведомых двумя локомотивами, также увеличивались и доведены до 4000т и несколько выше. Удельные массы поездов в среднем по всем поездам до середины 1986 года понижались за счет тяжеловесных поездов, так как введение тяжеловесных поездов сопровождались увеличением тяги в 1,5 раза при увеличении масс поездов в 1.25-1.3 раза. Наблюдения показали некоторое уменьшение интенсивности износа рельсов в 1984-86г [197].Анализ показывает, что за период с 1984 по 1986 год интенсивность износа рельсов уменьшилась на подъеме: вертикального от 24 до 44% при изменении радиуса кривой от 300 до 800м соответственно, бокового на 8,5 -11,5% при том же изменении радиуса кривой.

При изменении радиуса кривой от 300 до 800 м вертикальный износ на спуске в период с Ю84 по 1986гг уменьшился соответственно на 36.5 и 40.9% по сравнению с 1981-83 годами.

В те же сопоставляемые периоды боковой износ при прочих равных условиях уменьшился на 9.8% при радиусе кривой 400м и на 25.6% при радиусе 800м (при наработке тоннажа 150 млн.т брутто).

Таким образом, введение тяжеловесных поездов на первом этапе облегчило условия работы локомотивов и пути. С середины 1986 года начался резкий рост удельных масс тяжеловесных поездов и, следовательно, загруженности локомотивов, с одновременным увеличением их количества. Так, в январе 1987 года доля тяжеловесных поездов составила 24% от общего количества грузовых поездов, а их массы доведены до 6000т и несколько выше. С этого момента тяжеловесные поезда стали увеличивать среднюю удельную массу поезда по направлению. Можно было ожидать, что с конца 1986 года интенсивность износа рельсов возрастет. Измерения подтвердили это предположение. Так, в кривой с условным номером 43 на подъеме радиусом 300м и уклоном 180/00 рельсы находились в пути с 18.05.87г по 20.09.88г, наработка тоннажа составила 153 млн.т. Средние величины вертикального и бокового износа рельсов составили 4,8 и 13,3 мм. Прогнозируемые значения износа равны 3,75 и 8,19 мм. Таким образом, вертикальный износ рельсов больше на 28%, боковой – на 62%. В кривой № 40 радиуса 269 м и уклоном 12% за период эксплуатации с 15.05.87г по 23.08.88г наработка тоннажа составила 144 млн.т., износ боковой – 10,8 мм, вертикальный 3,5 мм, Вертикальный износ больше ожидаемого на 10%, боковой – на 45%.

Удельная масса поезда (ш) начала увеличиваться в среднем по направлению в 1986 году, т.е. лишь с этого момента тяжеловесные поезда стали изнашивать рельсы или с такой же, или с большей интенсивностью, чем поезда, ведомые двумя локомотивами.

Целесообразно рассмотреть вопрос интенсивности износа рельсов и режимов эксплуатации локомотивов с единых позиций, изложенных в [196]. Тем более, что при установлении режимов эксплуатации локомотивов главным фактором является скольжение колесных пар электровозов. Но величина скольжения определяет и интенсивность износа рельсов.

На рис. 5.5 представлены графики, характеризующие изменение числа поездов (в % от общего количества), ведомых в экономичном, рациональном, интенсивном и недопустимом режимах эксплуатации. Расчет производился по графикам исполненного движения ежемесячно. Число поездов в выборке равнялось 550 (в месяц). За основу классификации были приняты рекомендации Л.А.Мугинштейна. При этом

ведение поезда двумя локомотивами ВЛ10, (ВЛ10У) в голове и одним подталкивающим в хвосте поезда режим считался экономичным, если масса поезда не превышала 4800т, рациональным – более 5100т. Интенсивным – при массе поезда до 5400т, недопустимым – при массе поезда свыше 5400т. С 1981 г число поездов с экономным режимом эксплуатации уменьшилось с 46% до 32% в 1989г и до 17,5% в 1994 г, с рациональным режимом эксплуатации сначала уменьшилось с 31-34% в 1981 г до 11-12% в 1989г и затем увеличилось до 17% в 1994г. Число поездов с недопустимым режимом эксплуатации локомотивов постоянно возрастало и увеличилось с 12-13% в 1981г до 45% в 1989г и до 60% в 1994г. Общее число поездов с интенсивным и недопустимым режимом эксплуатации достигло -75-77% от количества грузовых поездов. Качественное изменение влияния локомотивов на износ рельсов произошло в 1986г и совпало с массовым введением в обращение тяжеловесных поездов.Анализ изменения масс поездов с недопустимым режимом вождения локомотивов показал (рис. 5.6), что в 1986г 48% общего количества поездов с недопустимым режимом эксплуатации имели массу поезда от 3600 до 3700 т при ведении поезда двумя локомотивами и от 5400 до 5550т при ведении поезда тремя локомотивами.

Число поездов с массами, близкими к максимальным, т.е. более 3800 т и 5700т соответственно для двойной и тройной тяги 34,5%. В 1987-88гг число поездов с массой от 3600 до 3700тт и от 5400 до 5550т уменьшилось до 18%, а доля поездов с массой более 3800 т т 5700т возросла до 67-70%.

Удельная масса поезда составила в 1994г: 9,1; 9,97; 9,4 т/тонну (уча сш локомотива соответственно для поезда среднего веса, тяжеловесных поездов и в среднем для поездов тяжеловесных и среднего веса. Интенсивность износа рельсов в 1994-95гг достигла величины, указанных в таблице 5.10.

Таблица 5.10
Километр
РадиусДата заБокоДатаНараИнтен
кривой,ммера бовой изукладкиботкасивность
  кового износомрельса втоннажа,износа
  носа путьмлн.т брутторельсов мм/млн т бр.
523029026,03.957,105.05.9427,80,26
523231026.03.955,817.05.9426,80,22
523348226.03.952.517.05.9426,80,094
523336025.03.956,617.05.9426,80,246
523430028.03.956,020.05.9426,50,226
523529628.03.955,624.05.9426,20,197
523629628.03.953.4424.05.9426,20,13
523734828.03.956.327.05.94260,242

Рис 5.6

В кривых малых радиусов (290-310м) интенсивность износа рельсов в среднем равнялась в 94-95гг 0,21 мм/млн т брутто груза при продольном уклоне 16°/оо, т.е. увеличилась по сравнению с 1987г в сопоставимых условиях практически в 2 раза.

Осевые нагрузки вагонов практически не изменялись и равнялись в 1994г 18.0 т/ось.

В 1994-95 годах тенденция к уменьшению числа поездов с экономичным режимом эксплуатации и увеличению числа поездов с недопустимым режимом эксплуатации сохранилась. В 1995 г число поездов с недопустимым и экономичным режимом эксплуатации составило 58 и 18.5%. Суммарное количество поездов с недопустимым и интенсивным режимом эксплуатации равнялось 69.2%.

После перевода перевального участка Иркутск-Слюдянка на переменный ток изменились схемы вождения поездов. Более 90% поездов формировались следующим образом: локомотив ВЛ85 в голове поезда и подталкивающий локомотив ВЛ80. Средняя масса этих поездов 5386т. Максимальная – 5726т. Часть поездов (-7%) формировались по схеме : головной локомотив ВЛ80 и подталкивающий В Л 80. Незначительное количество поездов проводилось по участку без подталкивающего локомотива, в голове – либо ВЛ85, либо ВЛ80. Таким образом, тяговое обеспечение тяжеловесных поездов после смены подвижного состава на переменном токе уменьшилось (20 осей локомотивов ВЛ85 + ВЛ80 вместо 24 осей локомотивов ВЛ10У). Необходимо учесть и то, что осевая нагрузка локомотивов ВЛ85 (с №97 и выше) меньше, чем у ВЛ10У, что объективно уменьшает реализуемую силу тяги.Нагруженность локомотивов (рис. 5.4) на перевозке тяжеловесных поездов увеличилась до 11,4 ±0.9 т брутто на тонну массы локомотивов, т.е. в 1,23 раза по сравнению с нагруженностью локомотивов ВЛ10, ВЛ10У в аналогичных условиях эксплуатации. Нагруженность локомотивов ВЛ80, ВЛ80 на перевозке поездов среднего веса увеличилась в 1,09 раза по сравнению с нагруженностью локомотивов ВЛ10, ВЛ10У в 1995 году. В среднем нагруженность локомотивов переменного тока больше в 1,22 раза локомотивов постоянного тока. Изменение нагруженности локомотивов могло вызвать резкое увеличение износа рельсов и подрез гребней тягового подвижного состава. Но с 1995 года на ВСЖД активно применялось смазывание рельсов смазками РП-1, в дальнейшем РС-6 и в 1997 году отработанными дизельными маслами и анализ износа рельсов и бандажей необходимо вести с учетом этого обстоятельства. При этом склонность к боксованию у локомотивов переменного тока значительно меньше, чем у локомотив ВЛ10У.

В [196] указывалось , что при недопустимом режиме эксплуатации электровозов частота и продолжительность пробуксовок нарастают лавинным образом при изменении внешних воздействий. Необходимо учесть, что на перевальном участке положение осложняется не только сложным планом линии, когда поезд находится одновременно на двух- четырех 8-образных кривых и сопротивление движению увеличивается [198], затяжными подъемами и спусками с уклоном до 18%, но и отрицательными температурами в течение 6-7 месяцев в году, снегопадами, приводящими к понижению коэффициента сцепления и увеличению скольжения колес локомотива.Анализ загруженности локомотивов (рис.5.4.) и бокового износа рельсов в 1982-1996 годках показывает (рис.5.7.), что эксплуатация локомотивов происходит на пределе их тяговых возможностей, скольжение колес тягового подвижного состава возрастает непропорционально увеличению усилия тяги и скольжение изменяется в широких пределах в зависимости от случайных факторов [199].

Зависимость интенсивности износа рельсов (мм/млн.т брутто груза) от удельной массы (млн.т груза на тонну – массы локомотивов) на подъеме четного пути

Тяговые испытания локомотива ВЛ10У с массой поезда 4000 т

Целью испытаний было установление возможности вождения грузовых поездов массой 4000 т. на участке Зима -Иркутск одиночным локомотивом ВЛ10У, ВЛ10 и одиночным локомотивом ВЛ10У и одиночным подталкивающим локомотивом на участке Иркутск – Слюдянка. В период испытаний в динамометрическом вагоне регистрировались следующие величины: скорость движения, токи тяговых двигателей и их соединение, напряжение контактной сети, время срабатывания реле боксования при помощи датчика времени, включенного в цепь реле боксования.

Максимальный продольный уклон пути на участке пути Зима – Иркутск 0,010.

Испытания на участке Иркутск -Зима проведены в июне-июле 1987 г. Для опытных поездок были выделены локомотивы ВЛ10 №959, ВЛ10У №573.

В поездках все поезда были полновесными -угольные и наливные маршруты. Поездки проведены в наиболее благоприятных условиях по сцеплению колес с рельсами.

Характеристики колесных пар опытных электровозов приведены в таблице 5.10. Характеристики профиля пути и время хода в табл. 5.11, характеристики опытных поездок в табл. 5.12.

В таблицы 5.13-5.14 сведены характеристики работы электровозов.

Время боксования зависит от многих причин: режима вождения локомотива, начальной скорости движения по подъему, состояния поверхности катания колеса и рельса и других причин. Тем не менее во всех поездках в сопоставимых условиях зафиксировано увеличение времени боксования колесных пар. электровозов с увеличением массы поезда.

Анализ таблиц 5.13-5.14 показывает, что с увеличением массы поезда время боксования увеличивается. Так при средней массе поезда в поездах 6,8,10 3855 т. время боксования на подъемах в среднем составило 9% от времени движения по подъемам, в то время как в поездах 7,8,9,11 при средней массе поезда 4025 т. время боксования составило 18%, т. е. увеличилось в 2 раза.

В поездке №5 незначительное время боксования объясняется беспрерывной подачей песка из песочниц локомотива по команде машиниста.

В отдельных поездках время буксования доходило до 50% времени движения на подъеме.

Необходимо указать на то, что при снижении скорости движения ниже расчетной (из за постоянных или временных предупреждений) на лимитируемых подъемах нагрев ТЭД выше допускаемой величины.

Электровоз ВЛ10 №959
Номера колесной пары
 12345678
Толщина бандажа, Ммлевого9191918990909091
правого9190929090919192
Толщина гребня, Ммлевого3231323232323232
правого3231333232323130
Прокат бандажа, Ммлевого0.51.01.00.00.01.02.01.0
правого1.01.00.50.50.00.10.51.0
Электровоз ВЛ 10-У №573
Номера колесной пары 12345678
Толщина бандажа, Ммлевого6468696966676866
правого6569706967686965
Толщина гребня, Ммлевого3131323130.5323032,
правого31313031293129.532
Прокат бандажа, Ммлевого2.02.01.51.50.01.52.02.0
правого2.0 „2.01.01.50.01.52.02.0

Таким образом, одной из основных причин увеличения интенсивности износа рельсов и подреза гребней тягового подвижного состава является эксплуатация локомотивов на пределе тяговых возможностей по сцеплению.

Аналогичные результаты и выводы получены в испытаниях в 19881991 гг на ЗабЖД и ДВЖД, свидетельствующие о том, что электровозы серии ВЛ80 эксплуатировались в интенсивном режиме, граничащим с недопустимым, следствием чего были повышенная частота возникновения боксования, срывы сцепления первых по ходу колёсных пар несмотря на интенсивную подсыпку песка под колёса локомотива, увеличение направляющих усилий, резкое увеличение бокового износа рельсов и гребней колёсных пар подвижного состава [200].

Увеличение масс поездов и тяговой нагруженности локомотивов рассматривается как одна из основных причин увеличения интенсивности износа рельсов в [201,203].

Это обстоятельство заставляет пересмотреть ту точку зрения, что основную долю ответственности в износе рельсов несут колеса вагонов. Соотношение доли износа рельсов, вызванной локомотивами, и доли износа рельсов, вызванная вагонными колесами, непостоянно и зависит от ряда факторов. Главными факторами являются: величина скольжения колес локомотивов, характер вписывания тягового подвижного состава и вагонов, соотношение твёрдостей колес локомотивов и рельсов, вагонов и рельсов, характер контакта колес с рельсами (одно- или двухточечный), наличие или отсутствие смазки в зоне контакта гребня колеса с рельсом, качество микрорельефа колес при обточке и т.д. [202].

На ВСЖД почти изъяты из обращения 8-ми осные цистерны, уменьшились осевые нагрузки угольных маршрутов с 24 тонн на ось до 2222,5 т/ось. Эти изменения уменьшили воздействие вагонного парка на рельсы. Обточка вагонных колес происходит «по копиру». При этом станки запрограммированы на три варианта обточки, различающиеся по толщине гребня: на 33, 30, 27 мм.

Выводы

Для правильного заключения о причинах интенсивного износа рельсов и бандажей колесных пар подвижного состава необходимо установить причинно-следственные связи в увеличении интенсивности износа во времени.

Увеличение объема перевозок в восмидесятые годы осуществлялось по двум возможным направлениям: увеличением пропускной способности дороги и увеличением масс поездов. Исчерпание пропускной способности дороги привело к снижению технической скорости с 41,2 км/ч в 1983 году до 37,5 км/ч в 1985 году увеличением масс поездов до критических значений (как обычных, так и тяжеловесных) привело к эксплуатации локомотивов на пределе тяговых возможностей по сцеплению, что также способствовало уменьшенною скоростей движения, увеличению силового воздействия на путь и, в конечном счете, к увеличению интенсивности износа рельсов и бандажей колес тягового подвижного состава. Увеличившийся объем ремонтных работ пути, частые сплошные смены рельсов, увеличение одиночного изъятия рельсов, уширение колеи сделали необходимым усилить костыльное скрепление раздельным скреплением, внедрить шестидырные накладки. Участившиеся случаи заужения колеи явились реакцией дистанции пути на усложнившиеся условия эксплуатации и желаниемувеличить межремонтные сроки, что также усиливает износ рельсов, шпал, и подкладок.

Локомотивные депо не справлялись с объемом работ по обточке колес тягового подвижного состава. Объективно возникла необходимость упрочнения бандажей тягового подвижного состава. Упрочнение гребней колес, являясь прогрессивным и экономически выгодным, производится без необходимого в этом случае повышений требовательности к шероховатости поверхности бандажей при обточке, что изменило характер изнашивания боковой поверхности рельсов. Смазывание боковой поверхности рельсов привело к снижению интенсивности износа, но эффект оказался менее требуемого по причинам, частично объясненным выше.

Используемая Литература

  • Корольков Е.П. Снижение износа колёс железнодорожного подвижного состава при конструктивных изменениях ходовых частей. Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук. М., 1997, 48 стр.
  • Вериго М.Ф. Взаимодействие пути и подвижного состава в кривых малого радиуса и борьба с боковым износом рельсов и гребней колёс. М.,1997, 207 стр.
  • Плоткин B.C., Кузьмич Л.Д., Самохин E.H. О «сверхизносе» колёс и рельсов. – Железнодорожный транспорт, 1997, № 8, с.51-54.
  • Коротаев Б.В., Крысанов Л.Г., Поздеев В.Н. Исследование причин интенсивного износа рельсов на перевальном участке ВосточноСибирской железной дороги. – В сб. научных трудов «Актуальные проблемы железнодорожного транспорта Восточно-Сибирского региона». Иркутск, 1995, с. 49-59.
  • Поздеев В.Н., Коротаев Б.В., Коротаева И.М. Определение комплекса показателей оценки состояния рельсовой колеи и допускаемых скоростей движений поездов. – В тезисах докладов научно-практической конференции «Транссиб и научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте». Новосибирск, 1991, стр. 25.
  • Влияние повышенного износа рельсов, износа гребней вагонных и локомотивных колёсных пар, предложения по их уменьшению и выбор тяговых и тормозных режимов, обеспечивающих лучшее взаимодействие пути и подвижного состава на участке Сковородино-Магдагачи. Отчёт ОНИР, ВНИИЖТ, 1989.
  • Поздеев В.Н., Клоков М.В., Коротаев Б.В. Особенности эксплуатации пути на Восточно-Сибирской железной дороге и мероприятия по продлению срока службы его элементов. – В тезисах докладов научно- практической конференции «Транссиб и научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте». Новосибирск, 1991, стр. 25-26.
  • Нормативно техническая документация. Классификация дефектов рельсов НДД/ЦП-1-93. Каталог дефектов рельсов НДТ/ЦП-2-93. Признаки дефектных и остродефектных рельсов НДТ/ЦП-3-93. М. «Транспорт», 1993, 64 с.
  • Мелентьев Л.П., Альбрехт В.Г., Шавырин М.М. Пути повышения эффективности использования ресурса рельсов. – В трудах ВНИИЖТ «Контроль рельсов» под редакцией к.т.н. Г.В. Зароченцева. М., «Транспорт», 1986, с. 3-17.
    183.3олотарский А.Ф., Вахненко В.И., Джанполадова Л.А. О динамике одиночного выхода рельсов. – В сб. трудов ВНИИЖТ «Пути сокращения одиночной смены рельсов». Вып.657. М., «Транспорт», 1982, с. 2835.
  • Крысанов Л.Г. Железнодорожные рельсы. Повышение качества, эксплутационной надежности, долговечности и технико-экономической эффективности использование. – «Путь и путевое хозяйство». ЦНИИТЭИ МПС, 1987, обзор инф., вып. 1.
  • Коротаев Б.В., Жигжидийн Нямаа (МНР), Коротаева И.М. О некоторых причинах и методах уменьшения интенсивного износа рельсов и бандажей колесных пар на Улан – Баторской железной дороге. -В сборнике научных трудов «Актуальные проблемы железнодорожного транспорта Восточной Сибири». Иркутск, 1995, с.21-25.
  • Мелентьев Л.П. Технико-организационные меры сокращения ограничений скоростей движения поездов в кривых. – В сборнике трудов ВНИИЖТа «Скорости движения поездов в кривых». М., «Транспорт», 1988, стр. 93-100.
  • Григоренко В.Г., Доронин C.B. Факторы, определяющие износ колёсных пар подвижного состава в кривых малого радиуса. – Тезисы докладов 39-ой научно-технической конференции по проблеме «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Дальневосточного региона» под ред. С.М.Гончарука. Хабаровск, 1995, с. 148-149.
  • Исследование режимов работы электровозов в условиях с особо интенсивными размерами движения с разработкой предложений по оптимальному использованию тяговых свойств электровозов и совершенствованию ПТР для новых локомотивов. Сравнительные испытания тяговых свойств электровозов BJI10 и ВЛ10У и подготовка к испытанию электровоза ВЛ80С. – Отчёт ОНИР, ВНИИЖТ, руководитель темы Л.А.Мугинштейн, per. № 01823024934, инв. № 0284.0010765. М., 1983, 60 с.
  • A.c. № 604725. М.кл.В61Ф15/10. Форсунка песочницы локомотива. С.И.Уляшин, Г.И.Мурзин, Э.Ф.Александров. 1974.
  • Шахунянц Г.М. Нагрузки, скорости, грузонапряжённость, путь. – В трудах МИИТа «Вопросы пути и путевого хозяйства». Вып. 443, 1973, стр. 3-97.
  • Линев С.А. Служба в пути рельсов современного производства. – В трудах ВНИИЖТ «Исследование рельсов тяжёлых типов». Вып. 154, 1958,336 стр.
  • Скаков А.И. Качество железнодорожных рельсов. М., Гос. изд- во литературы по чёрной и цветной металлургии, 1955, 367 стр.
  • Альбрехт В.Г., Крысанов Л.Г., Шаладжян A.A. Эффективность лубрикации рельсов в кривых. – Ж.-д. Транспорт. Сер. «Путь и путевое хозяйство»: ЭИУЦНИИТЭИ МПС. – 1998. – Вып. 1, 20 с.
  • Лисицын А.Л. Интенсификация работы железных дорог на основе повышения массы поездов. – В кн.: Повышение массы грузовых поездов: Сборник научных трудов ВНИИЖТ – М., Транспорт, 1985, с. 3-11.
  • Лисицын А.Л., Мугинштейн Л.А. Реальные режимы работы грузовых электровозов постоянного тока на грузонапряжённых участках. – В кн.: Повышение массы грузовых поездов: Сборник научных трудов ВНИИЖТ. – М., Транспорт, 1985, с. 11-29.