Перспективы использования колесных пар с бандажами повышенной твердости

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОЛЕСНЫХ ПАР С БАНДАЖАМИ ПОВЫШЕННОЙ ТВЕРДОСТИ

Терехов П.М., Воробьев А.А. (ПГУПС, Санкт-Петербург, РФ)

В статье рассматриваются результаты использования колес с обычными бандажами и бандажами повышенной твердости, проблемы возникающие при обработке колес высокой твердости, а также указывается на необходимость совершенствования технологии ремонта колесных пар локомотивов.

In article questions of results of the use of standard bands of wheels and bands of wheels with increased hardness, the problem occurred when processing high hardness of the wheels and also points to the need to improve the technology of repair locomotive wheelsets.

Ключевые слова: Колесная пара, технология ремонта, бандаж, высокая твердость.

Keywords: Wheelsets, technology of repair, wheel bands, increased hardness

В научных центрах России и Украины ведется работа по улучшению физико-механических свойств и созданию новых марок бандажной стали. Причиной активной работы в этом направлении является несоответствие фактического ресурса колесных пар нормативным значениям (таблица 1), а также интенсивное изнашивание гребней колес подвижного состава, убытки от которого только в локомотивном хозяйстве оценивались в 6,0 млрд. руб./год в ценах 2002 г [1].

Таблица 1- Установленные нормы пробега и фактический пробег локомотива между обточками, тыс. км (для маневровых месяцев) по Октябрьской ЖД

Тепловозы
	ВЛ-10	ВЛ-15	ВЛ-60	ВЛ-80	ЧС2Т	ЧС-6	ЧС200	ЭП-1
2008	104	103	91	101	-	-	-	106,3
2009	103	101	101	103	215	225	218	116
2010	104	104	100	102	191	142	103	116
Сред*	103,7	102,7	97,3	102	203	183,5	160,6	112,8
Норма	100	100	110	110	350	290	-	118
Отн**	+3,7	+2,7	-11,5	-7,3	-42	-37	-	-4,4
Электровозы
	2ТЭ116	2ТЭ10	М62 Груз.	2М62	3М62	ТЭП-70	Маневровые
2008	101,4	115,9	120,8	115,6	162,5	89,2	22,1
2009	131,6	-	123,6	114	123	123	21,2
2010	125	-	114,6	111	140	84,8	19,3
Сред*	119,3	115,9	119,7	113,5	141,8	99	20,9
Норма	165	130	130	120	125	190	22
Отн**	-27,7	-10,9	-7,9	-5,4	13,4	-47,9	-5

Примечания: * – Среднее значение пробега с 2008 по 20010 гг.

** – Значение отношения фактического и нормативного пробега, в процентах. Знак - показывает превышение нормативного пробега над фактическим, знак + показывает превышение фактического пробега над нормативным.

Закономерным итогом работы в этом направление стало создание и утверждение новой редакции ГОСТ 398-2010 «Бандажи из углеродистой стали для подвижного состава железных дорог широкой колей и метрополитена». В новом ГОСТе сталь марки 3 заменена сталью имеющей твердость 320-360 HB. Эта сталь по химическому составу и физико-механическим свойствам практически соответствует цельнокатаным колеса повешенного качества и твердости по ТУ 0943-157-01124328-2003, получившим широкое распространение на отечественных железных дорогах в последние годы. Использование цельнокатаных колес повышенного качества и твердости позволило сократить расходы вагонного хозяйства на ремонт за счет снижения числа отцепок грузовых вагонов по прокату, вертикальному подрезу гребня и другим дефектам, связанным со смятием и истиранием металла от давления на площадке контакта и действия сил трения качения и трения скольжения. По данным [2] за 2006 – 2009 гг., средний пробег колесных пар с колесами повышенной твердости до первой обточки составляет 279,7 тыс. км, а со стандартными колесами – 106,3 тыс. км. Похожий эффект ожидается и от использования твердых бандажей. Химический состав и механические свойства бандажной стали по ГОСТ 398-96 [3] и ГОСТ 389-2010 [4] представлены в таблицах 2 и 3 соответственно.

Таблица 2 -Химический состав бандажной стали по ГОСТ 398-96 и ГОСТ 398-2010

Марка стали	Содержание элементов, %, по массе
Марка стали	C	Mn	Si	Cr	V	S	P
По ГОСТ 398-96
2	0,57-0,65	0,60-0,90	0,22-0,45	-	до 0,15	0,035	0,04
3	0,60-0,68	0,60-0,90	0,22-0,45	-	0,06-0,15	0,035	0,04
По ГОСТ 398-2010
2	0,57-0,65	0,60-0,90	0,22-0,45	до 0,20	до 0,15	0,030	0,020
4	0,65-0,75	0,60-0,90	0,22-0,45	0,20-0,60	до 0,15	0,030	0,020

Таблица 3-Механические свойства бандажной стали по ГОСТ 398-96 и ГОСТ 398-2010

Марка стали	Временное сопротивление σв, Н/мм²	Относительное удлинение δ, %	Относительное сужение ψ, %	Твердость на глубине 30мм от поверхн. катания, НВ	Ударная вязкость KCU на образцах, ДЖ/см²
Марка стали	Временное сопротивление σв, Н/мм²	Относительное удлинение δ, %	Относительное сужение ψ, %	Твердость на глубине 30мм от поверхн. катания, НВ	При +20°С	При - 60°С
По ГОСТ 398-96
2	930-1110	10	14	269	25
3	1000-1270	8	12	275	20
По ГОСТ 398-2010
2	930-1110	10	14	269	25	15
4	>1050	9	12	320-360	20	15

Испытания бандажей по ГОСТ 398-2010 проводились на Горьковской, Южно-Уральской, Восточно-Сибирской и Северной железной дорогах, и использовались на грузовых электровозах ВЛ10, ВЛ80, ВЛ85, грузовых тепловозах 2ТЭ10 и на маневровых тепловозах ЧМЭ3 [5].

Результаты первых эксплуатационных испытаний бандажей из марки стали 4 по ГОСТ 398-2010 подтвердили их преимущество по сравнению со стандартными бандажами из марки стали 2 (таблица 4).

Таблица 4-Пробеги колесных пар между обточками, тыс. км

Железная дорога	Серия локомотива	Бандажи марки 2	Бандажи марки 4	Относит., %
Горьковская	ВЛ80С	72,4	112,4	+55,3
Горьковская	ЧМЭ3	68,7	113,9	+65,8
Южно-Уральская	ВЛ10, ВЛ10К	83,6	100,7	+20,5
Восточно-Сибирская	ВЛ80Р(толкачи)	21,2	30,8	+45,3
Восточно-Сибирская	ВЛ85	76,4	181,3	+137,3

Примечания: * - Среднегодовой показатель по Восточно-Сибирской железной дороги по грузовым магистральным электровозам.

Однако следует отметить, что увеличение твердости бандажей ухудшит их обрабатываемость и потребует изменений в технологии ремонта колесных пар в депо. Так существовавшая в предыдущей редакции ГОСТа марка стали 3 с повышенными механическими свойствами практически не использовалась именно по причине затруднений возникших при механической обработке бандажей в депо [6]. О том же нам говорит и опыт внедрения твердых цельнокатаных колес в вагонном хозяйстве. Процесс обточки «твердых» колес на колесотокарных станках сопровождается ударными нагрузками, которые, во-первых, приводят к снижению качества обработанной поверхности и, во-вторых, приводят к разрушению режущего инструмента, что увеличивает себестоимость и снижает производительность механической обработки. Вследствие этого расход режущего инструмента при обточке «твердых» цельнокатаных колес по сравнению с расходом при восстановлении профиля стандартных колес возрос в 3 – 5 раз, а производительность механической обработки снизилась в 2 – 3 раза [2].

Таким образом, является очевидным необходимость совершенствования технологии ремонта колесных пар локомотивов, в преддверии начала широкого использования твердых бандажей.

Выводы:

1. Внедрения бандажей повышенной твердости объективно вытекает из опыта эксплуатации твердых цельнокатаных колес и требований снижения интенсивности износа локомотивных бандажей.

2. Первые эксплуатационные результаты, позволяют предположить, что опыт по внедрению твердых бандажей является удачным, и в скором времени следуют ожидать начала их широкого использования.

3. Учитывая проблемы возникший при внедрении твердых цельнокатаных колес, необходимо проведение работ по совершенствованию технологии ремонта колесных пар локомотивов в преддверии начала широкого использования твердых бандажей по новому ГОСТу.

Список использованных источников

1. Современные проблемы системы колесо-рельс/ В.М. Богданов, С.М. Захаров// Железные дороги мира.- 2004.- №1.

2. Обрывалин А.В. Обеспечение работоспособности цельнокатаных колес повышенной твердости, поступающих в ремонт с термомеханическими повреждениями. Дисс. канд. техн. наук. - 05.22.07.- Омск, 2010. – 145 с.

3. ГОСТ 398-96 «Бандажи из углеродистой стали для подвижного состава железных дорог широкой колей и метрополитена».

4. ГОСТ 398-2010 «Бандажи из углеродистой стали для подвижного состава железных дорог широкой колей и метрополитена».

5. Локомотивные бандажи марки 4/ А.В. Сухов, Г.И. Брюнчуков, В.В. Тимофеев// Железнодорожный транспорт.- 2012.- №2.

6. Брюнчуков Г.И. Бандажи тягового подвижного состава повышенной эксплуатационной стойкости. Дисс. канд. техн. наук. - 05.16.01.- Москва, 2007. – 161 с.