Пути оптимизации системы колесо — рельс


На рельсы приходится порядка 60 % стоимости основных фондов железных дорог, поэтому увеличение срока их службы гарантирует значительную экономию. Дополнительная экономия достигается за счет продления срока службы колес подвижного состава. Для улучшения условий взаимодействия колес и рельсов железные дороги применяют различные методы лубрикации и управления трением. Современные смазочные материалы и модификаторы трения, 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, а также позволяют контролировать соотношение поперечных и вертикальных сил при вписывании экипажа в кривые в целях уменьшения риска схода колеса с рельса, тем самым повышая эффективность эксплуатационной деятельности и безопасность движения поездов.
Стоимость систем лубрикации достаточно высокая, поэтому компании-поставщики предоставляют железным дорогам возможность выбора между различными средствами лубрикации: стационарными напольными, передвижными бортовыми и на комбинированном ходу. Железнодорожным компаниям необходимы системы, которые могут работать с минимальным обслуживанием или не требуют вмешательства в течение всего срока службы, поскольку в условиях ограниченной в целях экономии численности штата технический персонал, например, депо в первую очередь занимается экипировкой локомотивов и проверкой устройств системы безопасности движения, а лишь в последнюю — устройствами для смазывания гребней колес.

Перевозка смазки и модификаторов трения в емкостях большого объема помогает упростить процесс снабжения и снизить его трудоемкость без ущерба для безопасности. Компании Portec Rail Products и Robolube Industies поставляют машины на комбинированном ходу для доставки контейнеров с 1800 кг смазочного материала (при традиционном способе доставки необходимо до 100 баков емкостью 15 – 20 л) в пункты экипировки, где заправляют стационарные или бортовые лубрикаторы.
Смазывание гребней колес

Легкость обслуживания является одним из требований, предъявляемых к новой системе лубрикации компаний International Lubricants и NB Service Group. Бортовое устройство наносит смазку на гребень колеса непрерывно в течение 92-суточного цикла работы, после чего запас смазки пополняется. Используемый смазочный материал марки Lubegard отличается от обычной консистентной смазки. Он разработан компанией International Lubricants из полимерного масла на соевой основе, обладает способностью к биологическому разложению и удовлетворяет всем требованиям в отношении токсичности. Для получения состава различной вязкости разработана специальная технология. Аппликатор наносит на гребень колеса тонкую полоску смазки вязкостью 20 тыс. сантипуаз, которая переносится на рельс и образует на нем пленку, в результате чего снижается расход смазки без сокращения срока службы.

Бортовой подпружиненный пластмассовый аппликатор компании NB Service Group крепится к кронштейнам на задней по направлению движения тележке локомотива. Связанный с локомотивным скоростемером насос, питаемый от напряжения 74 В, наносит смазку на гребень колеса через центральное отверстие аппликатора в количестве, соответствующем скорости движения поезда. В зависимости от режима работы локомотива на его борту может храниться до восьми емкостей со смазкой массой по 18 кг.

В марте 2000 г. компания Motive Power Industries (в настоящее время входит в корпорацию Wabtec) помогла International Lubricants и NB Service Group установить оборудование указанной системы на пяти тепловозах (трех серии SD40-2 и двух серии GP38) железной дороги Transportacion Ferroviaria Mexicana (Мексика) локомотивного депо Сан-Луис-Потоси. Тепловозы оборудованы импульсным автоматическим счетчиком расхода топлива для оценки эффективности системы. NB Service Group планировала внедрить усовершенствованную систему распределения смазки, в которой к тормозной системе локомотива необходимо добавить только насадку аппликатора.

Также на основе соевого масла университет UNI штата Айова разработал смазку SoyTRAK, которая в течение года проходила испытания, перед тем как железная дорога Iowa Interstate приняла ее к регулярному использованию в кривых и прямых участках линии длиной 805 км. Испытания показали, что летом в ветреную погоду при температуре окружающего воздуха 50 °C и температуре рельсов 72 °C смазка на соевой основе не столь склонна к разжижению, как смазка на нефтяной основе. Растительное масло удерживается на металле лучше, чем обычные консистентные смазки, и не изменяет своих свойств при высокой температуре, так как имеет высокий коэффициент вязкости. Для сравнения рельсы смазывали каждые две недели обычными составами, и пленка SoyTRAK сохранялась на рельсе дольше. Железная дорога Norfolk Southern, транспортные администрации Tri-Met и BART испытывали эту смазку, заправляя ею напольные лубрикаторы. Специалисты полагают, что по стоимости соевая смазка, выпускаемая в промышленных масштабах, будет конкурентоспособна по отношению к нефтяным.
Смазывание рельсов

Проведенные в Центре транспортных технологий (TTC) испытания показали, что смазывание поверхности катания рельсов позволяет снизить расход энергии на тягу поездов. Однако при чрезмерном нанесении смазки возможно проскальзывание колес. Модификатор трения обычно наносят позади последней тележки локомотива, и он срабатывается колесами вагонов этого же поезда. Смазка, оставшаяся на рельсе после прохода поезда, не представляет опасности для следующих поездов.

Компания Kelsan Technologies предлагает модификаторы трения в твердом и жидком виде, которые обеспечивают величину коэффициента трения на уровне 0,35, при котором сводится к минимуму возможность проскальзывания между колесом и рельсом. Модификатор трения Kelsan HPF задерживает образование волнообразных неровностей, снижает поперечные силы, уменьшает шум и продлевает срок службы колес и рельсов. В 2000 г. Kelsan проводила испытания состава HPF при участии японской корпорации Sumitomo. Еще один модификатор трения компании Kelsan, VHPF, увеличивает силу тяги локомотива на крутых подъемах и при плохих погодных условиях. Оба модификатора дают возможность увеличивать число вагонов в поезде без необходимости в дополнительных локомотивах, что повышает производительность и рентабельность перевозок.

В прошлом лубрикацию применяли только как средство снижения износа колеса и рельса. В настоящее время многие специалисты полагают, что лубрикация может и должна использоваться для повышения эффективности грузовых перевозок. Применение устройств компании Tranergy для нанесения модификатора трения на поверхность катания головки рельса гарантирует экономию до 10 % топлива на тягу и повышение на 5 % производительности за счет увеличения числа вагонов в поезде или уменьшения числа локомотивов.

В системе Sentraen 2000 компании Tranergy применяется синтетический модификатор трения Railstar на водной основе, выпускаемый Equlion — совместным предприятием Texaco и Shell. Этот модификатор трения уменьшает коэффициент трения при небольшом проскальзывании для снижения сопротивления качению и увеличивает коэффициент трения при значительном проскальзывании для улучшения условий торможения. Railstar также снижает поперечные силы в кривых, что, в частности, дает возможность повышения скорости движения порожних поездов. В системе в реальном времени собираются данные по характеристикам поезда, в зависимости от которых регулируется количество подаваемой смазки.

TTC совместно с компаниями Tranergy, с одной стороны, Kelsan Technologies и KLS Lubriquip, с другой, проводил летом 2000 г. испытания модификаторов трения двух типов. Tranergy предоставила модификатор трения и бортовой аппликатор, Kelsan — модификатор трения HPF, KLS Lubriquip — бортовой аппликатор для модификатора трения компании Kelsan.

Каждую систему испытывали отдельно в течение 2 – 3 недель циклами по четыре 10-часовых смены на кольцевом пути полигона FAST с кривой радиусом 291 м. В ходе испытаний специалисты TTC собирали данные по соотношению поперечных и вертикальных сил (L/V), измеряли углы набегания колеса на рельс и поперечные силы вписывания в кривую, оценивали состояние рельсов с точки зрения контактной усталости, а также надежность и функционирование оборудования, в том числе относительно отложения смазки на рельсах. Испытания включали применение нескольких режимов лубрикации рельсов: только поверхности катания обоих рельсов, поверхности катания и рабочей грани головки обоих рельсов, поверхности катания внутреннего и рабочей грани наружного рельсов при нанесении смазки с помощью аппликатора машины на комбинированном ходу, локомотивного гребнесмазывателя и напольного лубрикатора. В качестве контрольных были приняты показатели, имеющие место при сухих рельсах.

TTC уже проводил ранее испытания по смазыванию рельсов при нанесении смазки как на гребни колес локомотива, так и на поверхность катания рельса. Излишняя подача смазки при таком режиме лубрикации привела к остановке локомотива из-за боксования. В новых испытаниях, которые планировали завершить к июню 2000 г., предусматривалось определить оптимальные режимы смазывания поверхности катания и рабочей грани головки рельса с дифференцированными количествами наносимой смазки.

Обе системы планировали также испытать в условиях регулярной эксплуатации на участке длиной 160 км железной дороги CSХ Transportation. Предполагалось наносить модификаторы трения на колеса вагонов углевозных поездов с толкачами в хвосте при прохождении кривых с минимальным радиусом 250 м и с помощью передвижного трибометра типа Surveyor компании Portec Rail Products, предоставленного TTC, измерять уровень смазывания и коэффициент трения по всей длине линии. К концу 2000 г. TTC рассчитывал получить и сопоставить результаты испытаний на кольцевом пути полигона FAST и на пути, эксплуатируемом в обычном порядке.

В ближайшее время маловероятно широкое распространение данной технологии, однако сочетание невысоких затрат на приобретение, обслуживание оборудования и обучение персонала с достаточной надежностью дает основания судить о ее перспективности.

M. Luczak. Railway Age, 2000, № 4, p. 66 – 67.

Опубликовано ЖД-online

  НПП "ФРОМИР" При использовании материалов ссылка на сайт обязательна.