ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ

Важной задачей железнодорожного транспорта является обеспечение потребности в перевозках при соблюдении безопасности движения поездов, сохранности грузов и сокращении себестоимости перевозок, что неразрывно связано с внедрением новых технологий и технических средств. В связи с этим важное значение приобретает повышение надежности узлов и деталей вагонов в эксплуатации. Оснащение подвижного состава современными, новыми и долговечными техническими средствами для обеспечения надежности является одним из главных планов в стратегии развития отрасли. Важным фактором соблюдения основных свойств надежности подвижного состава является долговечность, показателем которой является срок службы основных элементов. Увеличение срока службы вагонов оказывает большое влияние на работоспособность подвижного состава и в целом на экономическую эффективность железнодорожного транспорта [4].

В настоящее время на железнодорожном транспорте возрос рост числа нарушений безопасности движения, связанных с грузовыми вагонами. Одним из важных факторов является конструкция вагонов и несовершенства отдельных деталей, а также система плановых и текущих виды ремонтов вносят свой вклад в снижение надежности подвижного состава [3]. По статистики количество нарушений безопасности движения по ответственности вагонного комплекса на сети Российских железных дорог в 2017 году составляет 80 %. В основном они связаны с отцепками по неисправности буксового узла, со слабой надежностью литых деталей тележки, что также приводит к крушениям с тяжелыми последствиями, и также тормозное оборудование, по причине его неисправности происходит 44 % отказов.

На железнодорожном транспорте Российской Федерации на буксовый узел приходится до 61,2 % от общего количества браков по ремонтному вагонному комплексу и до 27 % отцепок вагонов в период гарантийного срока эксплуатации после деповского или капитального ремонта. По данным ВНИИЖТ в первый месяц эксплуатации выходит из строя 35 % буксовых узлов, в первую очередь, по дефектам смазки и грубым нарушениям технологии монтажа. В последующие месяцы растут отцепки по дефектам смазки, торцевого крепления и повреждениям колец подшипника, роликов и сепаратора. Значительная часть неисправностей буксового узла связана с повышением его нагрева с различной интенсивностью.

Грузовые вагоны уже более 50 лет выпускают на тележках модели 18-100, которая была спроектирована и рассчитана под нагрузку 20,5 тонн на одну ось колесной пары. В последствии с увеличением грузооборота осевая нагрузка увеличилась до 23,5 тонн, при этом незначительно изменилась конструкция тележки. С увеличением нагрузок изменился режим работы тележки, а действительные значения сил, действующих в процессе эксплуатации, стали отличаться от теоретических (расчетных) нагрузок. В результате увеличения динамических сил повышается коэффициент трения между колесом и рельсом, что приводит к значительным износам их поверхностей. Важным недостатком является также конструкция тележки, а именно то, что боковые рамы, не имея жёсткой связи между собой, в процессе движения могут забегать относительно друг друга. В результате такого явления возрастают колебания вагона, что ухудшает плавность хода тележки. Колебания тележки при эксплуатации вагона приводят к неравномерной передаче нагрузок на элементы буксового узла, его неравномерному износу и как результат снижению долговечности и срока службы буксового узла [2].

Буксовый узел - это важнейшая часть вагона. От его безаварийной работы во многом зависит безопасность движения. Через буксовые узлы осуществляется взаимодействие колесных пар с рамой тележки. При этом взаимодействии ограничиваются перемещения колесных пар относительно рамы тележки в продольном и поперечном направлениях.

Для уменьшения случаев отцепок вагонов в текущий ремонт по неисправностям буксового узла, важным направлением является повышение динамических свойств тележки за счет усовершенствования конструкции буксового узла.

Буксовый узел спроектирован таким образом, чтобы воспринимать через корпус буксы всю тяжесть гружёного вагона. От способности воспринимать всю массу вагона и груза зависит работоспособность буксового узла, величины износа боковой рамы в зонах опорных поверхностей и деталей буксы.

В начале прошлого столетия под грузовыми вагонами использовали сборные тележки, которые имели буксовые узлы с подшипниками скольжения, в которых нагрузка передавалась на корпус буксы сверху. При этом загружался только потолок корпусы буксы. В такой конструкции корпус буксы имели место горизонтальные, поперечные смещения приложенной нагрузки, которые влекли за собой дополнительные износы буксового узла, и отрицательно влияли на работоспособность.

Позже для обеспечения равномерного распределения нагрузки на подшипник в конструкции буксового узла был предусмотрен вкладыш.

В дальнейшем тележки грузовых вагонов ЦНИИ- Х3 начали переводить на подшипники качения (роликовые). Буксовые узлы с подшипниками качения и скольжения были взаимозаменяемы. Именно это привело к тому, что конструкции первых грузовых роликовых буксовых узлов имели ряд элементов переходного типа. Но все равно роликовых подшипники были более рациональными так как имели повышенную жесткость, малые зазоры.

Далее в процессе эксплуатации при пробеге 60 тыс. км были установлены значительные износы у вкладыша, боковых рам и надрессорных балок в местах сочленения. Опытные испытания корпусов букс показали, что при опоре вкладыша на потолок корпуса буксы нагрузка воспринималась тремя роликами, что неблагоприятно сказалось на долговечности сферических роликовых подшипников. Вкладыши изъяли, опора боковых рам тележек была осуществлена непосредственно на кольцевой прилив корпуса буксы.

В 1954 году в опытную эксплуатацию запустили вагоны, оборудовав колесные пары буксами с двумя цилиндрическим роликовыми подшипниками на горячей посадке. Этот опыт оказался работоспособным и используется в грузовых тележках до настоящего времени.

Однако в современное время с повышением грузооборота, увеличениями скоростей движения, модернизацией подвижного состава возникла необходимость увеличения долговечности в результате внедрения новых конструкций буксовых узлов, рассчитанных на повышенную осевую нагрузку.

В грузовых тележках начали использоваться колесные пары, оборудованные кассетными подшипниками с использованием адаптера.

Адаптер перераспределяет нагрузку от тележки на кассетный подшипник, исполняет роль опорной части обычной буксы имеет литьевые приливы, что ограничивает колесной паре продольные, поперечные и угловые смещения относительно рамы тележки.

Существует ряд групп адаптеров, используемых в инновационных тележках с нагрузкой 25 тонн на ось.

К первой группе отнесены адаптеры с упругими прокладками, широко используемые в тележках 18-194-01. Упругие прокладки используются в конструкции для демпфирования поперечных и продольных усилий, возникающих в горизонтальной плоскости буксового узла. Однако опыт использования данного адаптора устанавливает, что полимерного материала, обеспечивающего безаварийную работу буксового узла в течении межремонтного периода не возможно подобрать.

Ко второй группе можно отнести адаптеры с демпфирующими элементами, которые устанавливаются под углом к вертикали, вдоль и поперек буксового узла. Таким образом, адаптер воспринимает нагрузку вдоль трех осей: вертикальной, продольной, поперечной. Жесткость такой конструкции существенно ниже, чем у конструкции с применением упругих прокладок.

Адаптер имеет двухскатную форму верхней части, образуя опору для двух упругих элементов, на которые опирается буксовый проем боковой рамы через стальной вкладыш.

К третьей группе относим адаптеры, используемые в тележках с двойным рессорным подвешиванием. Эти адаптеры обеспечивают работу буксового узла тележек совместно с резинометаллическими пружинами рессорного подвешивания. Жесткость и динамические качества рессорного подвешивания (гасителей колебаний) стабилизируют колебаний, что уменьшает износ колес и рельсов, снижает сопротивление вагона движению и вероятность схода с рельс.

В результате анализов эксплуатации установлено, что использование типового корпуса буксы для защиты кассетного подшипника от попадания влаги и пыли более рационально.

Оптимальное конструктивное исполнение буксового узла предполагает решение двух основных задач: обеспечение прочности корпуса буксы при минимальной материалоемкости; обеспечение оптимальных прочностных характеристик корпуса с целью благоприятного распределения нагрузок на тела качения буксового подшипника, и как следствие, увеличения его ресурса.

Работая в сложных условиях разнообразных знакопеременных нагрузок, буксовые узлы должны обеспечивать минимальное сопротивление вращению колесных пар, высокую надежность и безопасность движения подвижного состава. Поэтому к их конструкции при эксплуатации предъявляют высокие требования.

Использование конических подшипников в буксовом узле имеет ряд преимуществ: геометрические характеристики подшипников позволяют их применять при высоких скоростях движения, у них компактное конструктивное исполнение, что экономически эффективно сказывается на их техническое обслуживание [1].

Таким образом, применение в грузовых вагонах буксовых узлов с коническими подшипниками даёт возможность снизить динамические силы в ходовых частях вагонов, уменьшить нагрузку на колесо и соответственно улучшить условия эксплуатации вагонов.

Все эти факторы благоприятно влияют на надежность вагонов и соблюдение безопасности движения.

Список литературы:

1. Горохов М.В., Жемолдинова А.И., Айткулов А.Г. Концепция организации сервисного обслуживания кассетных буксовых подшипников Тимкен материалы Международной научно-технической конференции Подвижной состав XXI века инновации в грузовом вагоностроении» Санкт-Петербург, 2014 г. - 78 с.
2. Калетин С.В. Способы повышения динамических свойств тележки и долговечности буксовых узлов грузовых вагонов, дисс. канд. тех. наук: 05.22.07 / – Н., 2016. – 175 с.
3. Налабордин Д. Г. Оценка влияния уровня надежности и безопасности грузовых вагонов на параметры системы их технического обслуживания и ремонта, дисс. канд. тех. наук: 05.22.07 / – Н., 2015. – 209 с.
4. Пряников С.А. Повышение надежности автосцепного устройства грузовых вагонов на основе совершенствования контроля технического состояния пружинно- фрикционных поглощающих аппаратов при ремонте дисс. канд. тех. наук: 05.22.07 / – Н., 2008. – 185 с.