ПРОБЛЕМЫ ДЕФЕКТООБРАЗОВАНИЯ

В ПАРЕ «КОЛЕСО-РЕЛЬС»

 

Петракова А. Г., к.т.н., доцент, ОмГУПС (г. Омск, Россия)

 

Важнейшие приоритеты для ОАО "РЖД" - освоение перспективного поездопотока при гарантированной безопасности движения и повышение эффективности работы на основе оптимизации взаимодействия служб пути и подвижного состава. Для их реализации необходимо обеспечить ощутимое повышение массы и скорости движения поездов, увеличение погонных и осевых нагрузок подвижного состава, перейти на максимально выгодные с точки зрения энергетики режимы вождения составов, снизить материальные и энергетические потери, связанные с износом пар трения в системе "колесо-рельс", что является ключевым в проблемах движения подвижного состава.

Одним из последствий увеличения осевых нагрузок является неспособность колес и рельсов, изготовленных из стали традиционных марок, соответствовать новым предъявляемым требованиям. Эксплуатационный ресурс и надежность трущейся пары «колесо-рельс» в большинстве случаев определяются состоянием поверхности катания колеса и головки рельса, от которых зависит безопасность движения подвижного состава.

Для железных дорог, работающих в условиях тяжеловесного движения, когда осевая нагрузка находится в пределах 23,5 — 30 т, проблемами взаимодействия в настоящее время являются:

Износ и повреждение снижают сопротивление усталости деталей и могут служить причиной их разрушения даже при незначительных концентраторах напряжений и очень низких номинальных напряжениях.

Исследования повреждений поверхностей колеса и рельса,  различные виды и характер разрушения дают основания утверждать, что разрушения являются следствием большого количества причин, которые в основном зависят от физико-механических свойств, нарушений в технологии изготовления и ремонта, напряженного состояния в месте разрушения, динамических нагрузок.

Определив основные причины дефектообразования в паре «колесо-рельс» можно выделить следующие перспективные пути снижения (рис.1):

- конструкторские – направленные на конструктивные изменения в паре «колесо-рельс»,

- общетехнические – направленные на разработку дополнительных этапов контроля качества изготовления, эксплуатации и ремонта,

- технологические – связанные с внесением изменений в технологический процесс изготовления или ремонта.

В конструкторском направлении выделяются три основных пути снижения дефектообразования в паре «колесо-рельс»: уменьшение относительного проскальзывания, уменьшение напряжения в зоне контакта, улучшение технического состояния тормозной системы.

Для управления свойствами поверхностных слоев колеса и рельсов, обеспечивающих хороший контакт в паре колесо-рельс, а также уменьшение относительного проскальзывания осуществляется подача "третьего тела" (лубрикация для зоны контакта гребня колеса с боковой поверхностью головки рельса и использование активаторов трения для увеличения сцепления локомотивов в режиме тяги).

Снижение   напряжений  в зоне  контакт  «колесо-рельс» является  трудной  задачей, связанной с определением размеров пятна контакта и контактных напряжений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 1 – Дефектообразование в паре «колесо-рельс»

 

При уменьшении площади пятна контакта величина контактных напряжений начинает расти, превосходя предел текучести колесной стали. С увеличением нагрузки на колесо этот процесс усиливается, к тому же отдельные участки оказываются чрезмерно перегруженными, что приводит к образованию перегретых зон и нежелательным последствиям. Если перегрев достигает температуры рекристаллизации, то разупрочнение такого участка неизбежно.

Величина и распределение контактных напряжений существенно зависят от профилей колеса и рельса и от того, какой имеет место контакт. Но при решении этой задачи необходима оптимизация профиля цельнокатаных колес, сочетающегося с эксплуатационными профилями рельсов. Однако на сегодняшний день профиль менялся лишь один раз в сторону уменьшения толщины гребня колеса.

Еще одной конструкторской мерой является  снижение количества дефектов тормозного происхождения. Для этого необходимо провести улучшение технического состояния тормозной системы, совершенствование материала и конструкции колодок, механизацию сортировочных горок.

К общетехническим мероприятиям относится контроль качества как ремонта, так и изготовления, своевременная диагностика состояния поверхности катания колес, а также внедрение устройств диагностики дефектных колес, разработка способа распознавания размеров дефектов при их диагностировании. Это позволит оценить существующее положение с повреждаемостью колес, выявлять нарушения технологии изготовления или ремонта цельнокатаных колес, своевременно направлять колесные пары в ремонт,  а также прогнозировать срок их службы.

Комплекс технологических мер должен быть направлен на  совершенствование ремонта колес (экономичная обточка колесных пар и повышение ее качества, создание информационной системы для анализа дефектов, времени и причин обточки колесных пар), а также на повышение стойкости материала колеса к дефектообразованию. Наиболее перспективным на данном этапе является упрочнение поверхности катания колеса.

До последнего времени руководство ОАО «РЖД» чаще всего пыталось устранить вредные последствия высоких осевых нагрузок за счет совершенствования оборудования для смазывания рабочих поверхностей колес и рельсов, а также использования высокопрочных сталей при изготовлении колес. Эти меры хотя и снижали темп износа, но увеличивали количество других дефектов, причем на рабочих поверхностях как колес, так и рельсов. Для снижения дефектообразования в паре «колесо-рельс» необходим комплексный подход, проведение научных исследований и значительных инвестиций.