Классификация дефектов рельсов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 625.143.3

П С. ИВАНОВ, А.Ф. ЛЕСУН, М.Н. БУКИН, А.А. ПЕТРОВ, О. А. ЧУРАШОВ, Н.Г. ШУЛЕПОВА, Н И. ЗАЙЦЕВ, А.В. РОДИОНОВ Горьковская железная дорога - филиал ОАО «РЖД» (Россия)

КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕФЕКТОВ РЕЛЬСОВ

Пропонусться нова класифшащя дефектов рейок, що враховуе яшсть рельсошпально! грати. Предлагается новая классификация дефектов рельсов, учитывающая качество рельсошпальной решетки. A new classification of rail defects is proposed in the paper.

Существующая классификация дефектов рельсов, изложенная в НДТ/ЦП-93, неверно отражает условия зарождения и развития большинства дефектов рельсов контактно-усталостного происхождения. Предлагается новая классификация дефектов рельсов, учитывающая качество рельсошпальной решетки.

В результате исследований условий зарождения и развития дефектов рельсов контактно-усталостного происхождения, проведенных на Горьковской железной дороге, было установлено, что большинство дефектов рельсов возникает при эксплуатации из-за резких отклонений параметров рельсовой колеи или на некачественной рельсошпальной решетке. Прежде всего, это связано с отклонениями в геометрических размерах железобетонных шпал и элементов рельсового скрепления по колеюобразую-щим размерам.

Однако действующая в настоящее время на сети дорог РФ Нормативно-техническая документация по дефектам рельсов НДТ/ЦП-93 большинство дефектов рельсов связывает с металлургическим качеством рельсов, что является неверным.

Действующая в настоящее время НДТ/ЦП-93, содержащая «Классификацию дефектов рельсов», «Каталог дефектов рельсов» и «Признаки дефектных и остродефектных рельсов», вызывает множество вопросов и нареканий, поскольку содержит устаревшее воззрение на природу усталостных дефектов в рельсах, сложившееся еще в XIX веке.

Нельзя согласится с НДТ/ЦП-93 (общие положения, п. 1.1), согласно которому «...рельсы в процессе эксплуатации по мере наработок тоннажа (млн. т. брутто) подвергается естественному старению, приводящему к образованию в них дефектов, вызывающих отказы рельсов». Термин «старение рельсовой стали» в далеком прошлом связывали с усталостным раз-

рушением и еще в начале двадцатого века был признан ошибочным.

Еще больше нареканий и вопросов возникает по причинам появления дефектов, изложенным в НТД. Например, что такое «недостаточная контактно-усталостная прочность металла», по которым развиваются дефекты 11, 21, 30, 41 и другие? НТД отвечает: «Недостаточное металлургическое качество рельсовой стали, определяющее недостаточную контактно-усталостную прочность металла». Еще более сложно и запутано НТД объясняет причины появления и развития дефекта 21, а именно: «Загрязнение стали высокотвердыми неметаллическими включениями вытянутыми при прокате в виде строчек-дорожек, и недостаточная контактно-усталостная прочность металла приводит под воздействием подвижного состава к появлению и развитию дефекта».

На следующий вопрос «В чем причина излома рельсов под поездами по дефекту 69?» НТД/ЦП-93 отвечает, что это коррозия подошвы рельса и коррозионно-усталостная трещина. Далее поясняется, где появляется коррозия и даются указания: «При коррозии подошвы глубиной у её края не более 7 мм для Р65 рельсы являются дефектными и подлежат замене в плановом порядке. Рельсы, у которых кромка подошвы имеет коррозию глубиной более указанных величин, являются остродефектными и подлежат замене без промедления» (НТД/ЦП-93, с. 50).

Совершенно неудовлетворительный ответ дают НТД о причинах поперечного излома рельсов по дефекту 79 без видимых пороков в изломе. Излом происходит «.вследствие превышения допускаемой нагрузки, особенно в сочетании с неудовлетворительным состоянием пути, а также вследствие хрупкости и хладноломкости рельсовой стали» (НТД/ЦП-93).

Далее можно констатировать, что усталостные трещины, фиксируемые при изломах рельсов, в головке, шейке и подошве рельса, не являются причиной излома, а характеризуют процесс разрушения, связанный с перегрузкой рельсов. НДТ/ЦП-93, объясняя причины зарождения и развития большинства дефектов в рельсах только металлургическим качеством рельсовой стали, совершает грубейшую ошибку. Это положение считаем неверным и ошибочным, так как большинство дефектов в рельсах возникает при эксплуатации из-за некачест-

венных шпал и элементов рельсового скрепления по колеюобразующим размерам.

В 1998 году НИЦ-ПУТЬ Горьковской железной дороги предложил ЦП МПС переработать действующую НТД/ЦП-93. ВНИИЖТ приступил к работе по переработке НТД/ЦП. Были собраны предложения и замечания всех заинтересованных организаций, представлены три редакции новых НТД, но на настоящий момент работа не завершена.

Существующая классификация дефектов рельсов по НТД/ЦП-93 представлена в табл. 1.

Таблица 1

Классификация дефектов рельсов по НТД / ЦП - 93 (существующая)

Группы дефектов по элементам сечения рельса Разновидность (тип) дефекта по основному признаку

Заводского происхождения Усталостного происхождения Без выраженной усталостной трещины В стыке От повышенного воздействия подвижного состава Последствия механического воздействия В сварном стыке Недостатки технологии закалки Нарушении технологии наплавки при приварке соединителей Коррозия рельса

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Код дефекта

Головка рельса 1 10 11 14 17 18

2 20 21 24 25 26 27

3 30 38

4 40 41 43 44 46 47 49

Шейка рельса 5 50 52 53 55 56 59

Подошва рельса 6 60 62 65 66 69

Изломы по всему сечению 7 70 74 79

Изгибы рельса в горизонтальной и вертикальной плоскости 8 85 86

Прочие дефекты и повреждения рельса 9 99

Наши предложения по переработке НТД/ЦП сведены в табл. 2, которая сохраняет структуру кодового обозначения дефектов рельсов, сложившуюся на сети дорог РФ. Но в ней все дефекты со второй цифрой 0, а именно (10, 20, 30, ...) - дефекты заводского происхождения. Все дефекты со второй цифрой 1 (11, 21, 31, ...) -дефекты усталостного происхождения с фиксируемой или обнаруживаемой усталостной трещиной, а дефекты (12, 22, 32, ...) - без явно выраженной усталостной трещины. Все дефекты в стыке кодируются цифрами (13, 23, 33, ...), а в сварном стыке - (16, 26, 36, ...). Дефекты (14, 24, ...) указывают на повышенное воздействие подвижного состава, а дефекты (15, 25, ...) - на последствия от механических повреждений.

Коррозия рельса проявляется в виде дефектов (59, 69, 79, ...). Группы дефектов по элементам сечения рельса остаются неизменными. Дефекты по поверхности катания - это дефекты (10, 11, 12, 13, ...) и так далее. Все поперечные изломы рельсов по всему сечению сводятся в одну группу и это дефекты (70, 71, 72, ...).

Прочие дефекты и повреждения рельсов с первой цифрой 9 есть во всех разновидностях дефектов. Предлагаемая классификация дефектов рельсов имеет кодовый запас со второй цифрой 7 и 8 на случай появления в пути новых дефектов.

Для дальнейшего анализа рассмотрим статистические данные по дефектам рельсов на ГЖД за 2003 год, представленные в табл. 3. Из

них следует, что до 30% дефектов в рельсах возникает в период гарантийного срока службы объемно закаленных рельсов Р65. И здесь встает вопрос, с одной стороны, о качестве рельсов,

а с другой стороны - об отсутствии претензий дорог к металлургическим заводам по качеству рельсов.

Таблица 2

Классификация дефектов рельсов (предлагаемая)

Группы дефектов по элементам сечения рельса

« К еи ии

« ь

сов

¥ § ° чос инь

^ й и рее

тр ^ § ^

^ Э 5

и с? £

^ РР ^

О м

ды от

вк аве

ГО -©I

Разновидность (тип) дефекта по основному признаку

СО 1

вз

ао лье

ел р

е ие

ен

рс

арм

до ув ео О 9

у р

с? £

РР О

<и

о н

ь л

тери р

о

К «

К

4

ер Э Й

3 «

м «

§ «

ие

Е «

тз

со § и

де зо ок вс

а х не т ^

а к

за ук

ео

рр £ ^ ■ к

ё & П и Рс

ве

н е ст ес че

а £

ка 53 и РР

Код дефекта

и к

з у

&

е р

ер п

ев

о р

р Ко

Головка рельса 1 10 11 12 13 14 15 16

2 20 21 22 23 24 25 26

3 30 31 32 33

4 40 41 42 43 44 45 46

Шейка рельса 5 50 51 52 53 55 56 59

Подошва рельса 6 60 61 62 63 64 65 66 69

Изломы по всему сечению 7 70 71 72 73 74 75 76 79

Изгибы рельса в горизонтальной и вертикальной плоскости 8 80 85 86

Прочие дефекты и повреждения рельса 9 90 91 92 93 94 95 96 99

Таблица 3

Количество остродефектных и дефектных рельсов, снятых с путей в 2003 г., с разбивкой

по тоннажу, млн. т км брутто

0

1

2

3

5

6

7

8

9

Тоннаж Длина пути Количество ост] родефектных и дефектных рельсов, снятых с пути

км % 21 30Г 53 52 18 17 10 11

0<Т<=100 1341,46 16,94 147 105 43 11 5 133 76 38

100<Т<=200 1016,42 12,83 101 102 45 14 8 149 97 28

200<Т<=300 890,06 1,24 125 99 35 14 13 191 135 22

300<Т<=400 886,98 11,20 95 81 23 7 12 113 108 19

400<Т<=500 977,71 12,35 129 77 34 9 11 154 108 34

500<Т<=600 848,45 10,71 106 73 22 6 9 122 125 52

600<Т<=700 690,93 8,72 135 60 19 15 6 70 88 54

700<Т<=800 600,47 7,58 353 168 27 19 8 142 69 91

800<Т<=900 337,02 4,26 122 42 15 10 1 34 21 17

900<Т<=1000 204,80 2,59 78 13 5 4 1 39 37 38

Т>1000 124,95 1,58 169 72 15 8 5 185 221 191

Итого 7560 100,00 1560 892 283 117 79 1332 1085 584

Тоннаж Длина пути Количество остродефектных и дефектных рельсов, снятых с пути

км % 44 30В 26 46 56 66 41 69 Итого %

0<Т<=100 1341,46 16,94 30 16 42 30 3 1 86 4 770 9,9

100<Т<=200 1016,42 12,83 19 15 33 20 7 3 207 5 853 11,1

200<Т<=300 890,06 1,24 41 12 43 30 2 149 6 917 11,3

300<Т<=400 886,98 11,20 69 6 19 25 74 1 652 8,4

400<Т<=500 977,71 12,35 58 8 40 45 1 1 63 4 776 10,9

500<Т<=600 848,45 10,71 19 10 30 45 3 62 2 686 8,8

600<Т<=700 690,93 8,72 9 2 21 21 1 17 17 535 6,9

700<Т<=800 600,47 7,58 7 3 50 23 17 34 1011 13,0

800<Т<=900 337,02 4,26 25 9 3 2 201 3,9

900<Т<=1000 204,80 2,59 20 2 12 3 1 253 3,3

Т>1000 124,95 1,58 115 5 12 10 1 9 1018 13,1

Итого 7560 100,00 412 77 301 264 18 5 687 76 7872 100

Претензии дорог к заводам, конечно, были, но в 99 случаях из 100 качество рельсовой стали соответствовало требованиям ГОСТ. Поэтому причины зарождения и развития дефектов в рельсах не связаны с качеством рельсовой стали.

Это положение подтверждает и статистика дефектов по заводским причинам. Так, ежегодное количество дефектов по рисункам 20, 40, 50, 60, 70 на дорогах лежит в диапазоне от нуля до нескольких штук. Это говорит о высоком металлургическом качестве поставляемых рельсов.

А вот годовое количество дефектов рельсов по рисункам 10 и 30 достигает на дороге несколько тысяч штук, а по сети - десятки тысяч. И это связано с неправильной классификацией

дефектов рельсов. Поэтому в предлагаемой классификации введены дефекты 31 и 32 дополнительно к заводскому дефекту 30.

Значительное отличие существующей классификации дефектов рельсов по НТД/ЦП-93 и классификации предлагаемой НИЦ-ПУТЬ ГЖД, представлено на круговых диаграммах на рис. 1. По классификации НТД/ЦП-93 80% дефектов рельсов связано с заводскими причинами. По классификации НИЦ-ПУТЬ 78% дефектов рельсов связано с отступлениями в рельсо-шпальной решетке железнодорожного пути. Это отличие - принципиальное. Оно позволило нам сформулировать требования к рельсо-шпальной решетке, качеству железобетонных шпал и элементам рельсового скрепления.

Рис. 1 Основные причины отказа остродефектных рельсов за 2003 год

Выводы

1. Существующая нормативно-техническая документация по дефектам рельсов НТД/ЦП-93 содержит устаревшее воззрение на природу дефектов и нуждается в переработке.

2. Причины зарождения и развития дефектов рельсов нельзя объяснять только качеством рельсовой стали.

3. Зарождение и развитие дефектов рельсов контактно-усталостного происхождения связано с перегрузками и перенапряжениями в рельсах, возникающих на рельсошпальной решетке с отступлениями по параметрам рельсовой колеи.

4. Предлагается новая классификация дефектов рельсов, которая имеет принципиальные отличия от классификации НТД/ЦП-93.

5. Новое воззрение на природу усталостных дефектов рельсов позволит внедрить комплекс мер, значительно снижающих количество де-

фектов и увеличивающих рабочий ресурс рельсов и железнодорожного пути.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Иванов П.С., Коннов Ю.В., Зайцев Н.И., Филиппов А.И. Прогнозирование и техническая диагностика усталостных дефектов рельсов железнодорожного пути // Труды XVI Российской научно-техн. конф. «Диагностика и неразрушающий контроль». - СПб. - 2002.

2. Иванов П.С., Клочко А.П. и др. Дефекты в рельсах. Причины зарождения и развития // Труды XVI Российской научно-техн. конф. «Диагностика и неразрушающий контроль». - СПб. - 2002.

3. Патент РФ № 2153551 от 03.06.1999г. Способ увеличения срока службы рельсовых плетей. БИ № 21, 2002г. ГЖД.

4. Патент РФ № 2153552 от 03.06.1999г. Способ предотвращения изломов рельсовых плетей. БИ № 21, 2002г. ГЖД.