Задержаться на службе

Проектно-конструкторское бюро по инфраструктуре ОАО «РЖД» и АО «ВНИИЖТ» закончили ряд исследований прочности рельсов. Их результаты были обнародованы на прошедшей в мае в Сочи международной научно-практической конференции, посвящённой перспективам развития рельсовой индустрии.

Исследования проводились по заказу Центральной дирекции инфраструктуры и были нацелены на поиск решений проблемы повышенного выхода дефектных рельсов, наблюдающегося на протяжении последних лет. Согласно последним данным Центральной дирекции инфраструктуры (ЦДИ) ОАО «РЖД», на протяжении последних пяти лет фиксируется рост выхода дефектных рельсов. С 2012 по 2017 год количество изъятых на инфраструктуре дефектных и остродефектных рельсов выросло на 57%.

Наибольшему износу подвергаются рельсы, уложенные на сложных участках пути – в кривых радиусом менее 350 м, на подъёмах и спусках. Большинство таких участков сконцентрировано на дорогах Восточного полигона, где наблюдается постоянный рост значений пропущенного тоннажа.

Актуальность проблемы надёжности рельсов очевидна, поскольку Долгосрочная программа развития (ДПР) ОАО «РЖД» до 2025 года предусматривает увеличение пропускных и провозных способностей БАМа и Транссиба до 180 млн тонн к 2024 году. По итогам 2025 года должны быть обеспечены перевозки в восточном направлении в объёме 210 млн тонн. Кроме того, ДПР подразумевает расширение инфраструктурных мощностей для увеличения транзитного контейнеропотока примерно до 2 млн контейнерных единиц. Предусматривается также сокращение срока доставки контейнеров от портов Дальнего Востока до западной границы страны до одной недели к 2024 году.

Ожидается, что рост погрузки составит более 18% до 2025 года, а грузооборот вырастет на 21%. Предполагается, что объём перевозок по основным направлениям составит 52% по отношению к 2017 году, 56% – в направлении портов Азово-Черноморского бассейна и 19% – в северо-западном направлении.

Дирекция инфраструктуры также планирует к 2025 году снизить количество участков с просроченным ремонтом на 25,4%, участков с ограничениями пропускной способности – на 20,9%.

Повышение надёжности рельсов важно и в связи с запланированным строительством Северного широтного хода, расположенного в арктических регионах страны, где низкие и сверхнизкие температуры оказывают существенное влияние на свойства рельсовой стали, увеличивая её хрупкость. Эту задачу необходимо решить и применительно к железной дороге Элегест – Кызыл – Курагино, которая будет пролегать в горных районах страны с особыми условиями эксплуатации.
В настоящее время испытываются несколько новых категорий рельсов, предназначенных для применения в тяжёлых условиях – при низких температурах, в узких кривых, в условиях высокоскоростного движения.

Учёные считают, что необходим новый подход к проблеме.


Анатолий Абдурашитов,
начальник отдела рельсов проектно-конструкторского бюро по инфраструктуре ОАО «РЖД»:

– По данным ЦДИ ОАО «РЖД», выход рельсов по дефектам только с 2017 года (76 661 шт.) до 2018 года (82 467 шт.) увеличился на 7,5%. Основной причиной такого увеличения выхода рельсов стал рост грузонапряжённости: за последние 11 лет среднесетевая грузонапряжённость увеличилась на 16%. Кроме того, происходит увеличение веса поездов, которое сопровождается увеличением мощности локомотивов с повышенным воздействием на путь.
Сейчас рельсы классифицируют на основании такого показателя стали, как «твёрдость по Бринеллю» (HB), поскольку его значения можно относительно просто получить с помощью давно разработанного и широко известного экспериментального метода. Этот показатель твёрдости позволяет достаточно точно прогнозировать эксплуатационные характеристики стали. Современные рельсы, применяемые на сети, имеют показатель твёрдости от 350 до 370 HB. Рельсы, разрабатываемые сейчас для применения в кривых, – до 400 HB.
Однако твёрдость – не единственный важный показатель рельсовых сталей. Их характеристики зависят также от химического состава, особенностей технологии изготовления и микроструктуры сплавов. При существенном изменении даже одного из этих факторов использование показателя механической твёрдости теряет смысл, поскольку не позволяет прогнозировать эксплуатационные характеристики рельсов.
С 2013 года в ГОСТ на рельсы введены такие показатели, как трещиностойкость и скорость роста трещин. Эти показатели демонстрируют долговечность рельсов и способность рельсовой стали сопротивляться развитию трещин. Особенно важны эти показатели для рельсов, предназначенных к применению в регионах с холодным климатом – по той причине, что большинство изломов рельсов происходит при низких температурах. Считаю, что им также необходимо уделять внимание при прогнозировании эксплуатационных характеристик рельсов.
Сейчас идёт обсуждение вопроса о возвращении на сеть «тяжёлых рельсов» Р75 для снижения износа. Бесспорно, положительные аспекты применения рельсов типа Р75 имеют место. Более тяжёлый рельс распределяет давление колёс подвижного состава на большее количество шпал, вследствие чего уменьшается давление на каждую шпалу, замедляется механический износ и увеличивается срок их службы. Взаимодействие колеса и рельса при таких условиях приведёт к менее интенсивному образованию неисправностей и снижению затрат, связанных с текущей эксплуатацией. С возрастанием массы рельсов уменьшается расход металла на единицу пропускаемого тоннажа и сокращаются затраты на замену рельсов и выполнение промежуточных и тяжёлых видов ремонта.
Однако внедрение рельсов Р75 вызывает ряд существенных проблем. Во-первых, для дальнейшей работы с данным типом рельса при сварке на специализированных предприятиях, транспортировке и укладке в путь в виде рельсошпальной решётки укладочными кранами потребуется проведение полной модернизации и замены существующего оборудования с переработкой и разработкой новой нормативной и технологической документации.
Подошва рельса Р75 на 2,25 мм выше подошвы рельса Р65, для чего требуется рассмотреть вопрос прижима упругих скоб, особенно на скреплении типа АРС (усилие прижатия, жёсткость прокладки, подкладочное скрепление).
В связи с увеличенной погонной нагрузкой рельса увеличиваются нагрузки, действующие на узел скрепления. Требуется проанализировать и рассчитать работу узла – шпала, скрепление, прокладки, рельс, стыковые скрепления, изолирующие стыки.
Увеличение площади поперечного сечения рельса Р75 (95,037 кв. см) больше площади поперечного сечения рельса Р65 на 15% и прямо пропорционально усилию растяжения плети, в связи с чем требуется проведение исследований устойчивости бесстыкового пути.
В связи со всем этим требуется сделать несколько вещей:
– во-первых, нужна разработка переходных рельсов с Р65 на Р75 для снижения концентратора напряжений;
– во-вторых, необходимо определить сферы применения рельсов Р75;
– в-третьих, нужно определить необходимость разработки стрелочных переводов с рельсами Р75.


Константин Заграничек,
заведующий лабораторией Научного центра «Рельсы, сварка, транспортное материаловедение»:

– По данным отчётов о рельсах, снятых с путей вследствие изломов, дефектов и повреждений, за последние 5 лет можно констатировать факт значительного роста выхода рельсов по дефектам. Статистика показывает рост количества изломавшихся рельсов почти в три раза в период с 2014 по 2018 год. Но следует отметить, что имевшийся в последние 3–4 года процесс ежегодного повышения числа изломов закончился – к концу 2018 года число изломов немного снизилось по сравнению с 2017 годом.
Основными факторами, способствующими росту повреждаемости рельсов в эксплуатации, является беспрецедентная интенсификация перевозочного процесса за последние десять лет, включающая в себя увеличение грузонапряжённости, повышение массы поездов и нагрузки на ось, модернизацию и создание новых видов тягового подвижного состава. Все эти факторы неизбежно приводят к усилению воздействия на путь.
Так, за указанный временной промежуток грузонапряжённость на железных дорогах Восточного полигона (Западно-Сибирской железной дороги, Восточно-Сибирской, Красноярской, Забайкальской, Дальневосточной), характеризующихся особо тяжёлыми условиями эксплуатации, выросла на 30% впервые в истории. Кроме того, на сети остаются участки пути с просроченным капитальным ремонтом, на которых рельсы выработали свой эксплуатационный ресурс.
На дорогах Восточного полигона наблюдается наличие кривых участков пути радиусом до 350 м, затяжных подъёмов и спусков, неоднородный ландшафт, повышенная грузонапряжённость более 100 млн ткм брутто/км в год, а на отдельных участках пути – более 150 млн ткм брутто/км в год. Вышеупомянутые железные дороги Восточного полигона проходят в регионах со значительными температурными колебаниями.
Поэтому важной задачей является продление ресурса рельсов и повышение безопасности движения за счёт совершенствования качества металла рельсов.
В настоящее время ОАО «РЖД», предприятиями – изготовителями рельсовой продукции и отраслевыми научно-исследовательскими институтами проводятся работы по созданию новых категорий рельсов с высоким сопротивлением хрупкому разрушению, контактно-усталостным повреждениям и износу для эксплуатации в особо тяжёлых условиях.
Общая проблема износа за счёт внедрения рельсов типа Р75 на действующих марках стали и категориях общего назначения не будет решена. Эксплуатация рельсов Р75 без совершенствования текущего содержания в части шлифования, фрезерования и лубрикации оставит на том же уровне повреждаемость таких рельсов контактно-усталостными дефектами. Тем более с учётом большей металлоёмкости при производстве рельсов типа Р75 по сравнению с Р65 стоимость их будет выше.
Для их эффективного применения с учётом очевидных преимуществ рельсов более тяжёлых типов в части большего объёма металла головки, который позволяет дольше поддерживать их проектный профиль при шлифовании и фрезеровании, а также в части благоприятного распределения нагрузки на путь требуется соблюдать необходимые параметры текущего содержания и осваивать разработку рельсов типа Р75 специального назначения.
Кроме того, необходимо проведение ряда исследований в части технико-экономической оценки применения этих рельсов и проверки прочностных параметров конструкции пути. Помимо вышеизложенного, переход на рельсы типа Р75 предполагает разработку конструкций элементов стрелочных переводов, элементов рельсовых скреплений и средств механизации для проведения путевых работ под указанный тип рельсов.
Для решения проблемы износа и увеличения ресурса рельсов эффективным представляется создание надёжных и долговечных рельсов новой категории для особо тяжёлых условий эксплуатации с повышенной твёрдостью для увеличения износостойкости и контактной выносливости, с высоким сопротивлением хрупкому разрушению и ударной вязкостью. Решение такой сложной металловедческой задачи возможно при использовании отдельного печного или индукционного нагрева рельсов под закалку и охлаждении закалочной средой с высокой охлаждающей способностью (сжатый воздух контролируемой влажности, водовоздушная смесь).

Подготовил Лев Кадик