CC BY
198
УДК 629.4.027.51
А. М. Будюкин, В. Г. Кондратенко, С. В. Урушев
Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I
В. Г. Погудин
ОАО «РЖД»
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИСПРАВНОГО ТЕХНИЧЕСКОГО СОДЕРЖАНИЯ БУКСОВЫХ УЗЛОВ КОЛЕСНЫХ ПАР ТЕЛЕЖЕК ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ
В результате анализа отказов оборудования вагонов было установлено, что основной их причиной стал нагрев буксовых узлов, который, в свою очередь, был вызван воздействием тягового тока, проходящего через раму тележки и буксовые узлы из-за их низкого электрического сопротивления. В работе рассмотрено влияние тягового тока на работу буксового узла и установлена причина появления тягового тока на элементах тележки вагона. Приведены результаты оценки технического состояния подвижного состава, железнодорожных путей, сетей канализации тягового тока и величины тягового тока локомотива, а также результаты анализа влияния вида тяги на отцепку вагонов по нагреву буксового узла. Предложены пути устранения влияния блуждающих токов на состояние тележки и ряд мероприятий по электроизоляции тележек вагонов ОАО «РЖД».
тележка, боковина, излом, колесная пара, буксовый узел, нагрев, тяговый ток.
Введение
Основой поддержания тележки вагона в рабочем состоянии и обеспечения безопасности перевозок является исправность буксового узла и литых элементов тележки. Анализ отказов оборудования вагона показывает, что основной причиной отказа тележки вагона является нагрев буксовых узлов ко -лесных пар, что составляет 43 % от всех отказов оборудования вагона (рис. 1).
1 Исследование причин нагрева буксовых узлов
При изучении причин нагрева буксовых узлов и излома боковин установлены следующие факты:
48
□ Буксы
■ Торм. приборы
□ Воздухопровод
■ Сраб. тормозов
□ Сраб. тормозов из-за действий посторонних лиц
□ Мех. часть тормоза
□ УКСПС
I Нарушение габарита I Автосцепка
□ Кузов
□ КТСМ ложно I Прочие
Рис. 1. Диаграмма отказов технических средств за 12 месяцев 2012 г.
- данная проблема имеет сезонный пиковый характер осень - зима -
весна;
- резкий рост отцепок вагонов по нагреву буксового узла в период февраль - июнь в 2-4 раза по сравнению с периодом июль - январь (рис. 2, 3).
В конце апреля производится С февраля 2010 г. перетастройка произведена всех КТСМ-01
оптимизация на летнюю
Рис. 2. Динамика задержек поездов по показанию КТСМ на нагрев
буксы (по отчету ВО-19)
49
250
| 200 и
!150
о
S 100
н
Ч 50
0
Рис. 3. Динамика отцепок вагонов по нагреву буксовых узлов, допущенных на Октябрьской ж. д. в период 2011-2013 гг.
Рост нагревов буксовых узлов после 180 дней после проведенного полного освидетельствования представлен на рисунке 4.
Исходя из предположения, что качество ремонта буксовых узлов ко -лесных пар в ремонтных депо в течение года находится на одном уровне - не улучшается и не ухудшается - можно предположить, что весенний всплеск отцепок вагонов по нагреву буксовых узлов не связан с качеством ремонта буксового узла, а вызван повреждениями буксового узла, полученными в процессе эксплуатации.
Версия о том, что возможной причиной пикового нагрева буксовых узлов является гигроскопичность и разжижение смазки ЛЗ-ЦНИИ не нашла подтверждения: при попытке перевода буксовых узлов вагонов на смазку «Бук-сол», не имеющей данного недостатка, произошел рост нагревов буковых узлов в эксплуатации и ВКМ вернулись к использованию смазки ЛЗ-ЦНИИ.
Таким образом, объективных причин для резкого увеличения неисправностей буксовых узлов в весенний период нет, и вероятной причиной пикового нагрева является воздействие на буксовый узел «посторонней» физической силы, вызывающей повреждение и, как следствие, нагрев буксового узла.
2 Влияние тягового тока на работу буксового узла
В 2012 г. в ходе опытных поездок вагона-лаборатории при остановке длинносоставного поезда с перекрытием изолированного стыка выявлен факт прохождения тягового тока по буксовым узлам тормозоиспытательного вагона (рис. 5).
Было выдвинуто предположение о влиянии тягового тока на состояние буксовых узлов.
50
Декабрь 2008 - февраль 2009 года
дней 60 90 120 150 180 180
дней
200
150
100
50
0
Июнь - август 2008 года
193
56 24
23 18 14 15
до 30 30- 60- 90- 120- 150- более
дней 60 90 120 150 180 180
дней
Март - май 2009 года
дней 60 90 120 150 180 180
дней
Сентябрь - ноябрь 2009 года
дней 60 90 120 150 180 180
дней
Рис. 4. Сравнительный анализ задержек поездов Октябрьской ж. д. по нагреву буксового узла в зависимости от срока после планового ремонта
51
Рис. 5. Схема перекрытия изолированного стыка
В течение последующих поездок тормозоиспытательный вагон был оснащен измерительными приборами для изучения данной проблемы и замера величин тягового тока рельсовых цепей, проходящего по буксовым узлам вагона при движении поезда.
В ходе проведения замеров было установлено:
- при движении поезда по электрифицированным участкам пути с электропитанием локомотива постоянным или переменным током величина воздействия тягового тока на вагон составила 0,001-0,2 А в зависимости от состояния рельсовой цепи;
- при проходе поездом стрелочных улиц электрифицированных станций величина тока, проходящего через буксовые узлы вагона, возрастает в 10-1000 раз (на данных участках рельсовая цепь переходит на однолинейную);
- при ведении грузового поезда по электрифицированным путям на тепловозной тяге прохождения тока по буксовым узлам не фиксировалось;
- установлена причина появления тягового тока на элементах тележки вагона при перекрытии составом повышенной длины изолирующих стыков на приемоотправочных путях станции (недостатки проектного решения се-
52
тей канализации тягового тока и нарушение требования ПТЭ, п. 32 о приеме поезда в пределах приемоотправочных путей).
3 Анализ инструкций по содержанию и работе рельсовых цепей
На основе изучения документации по работе рельсовых цепей было установлено, что пик неисправностей рельсовых цепей приходится на октябрь - май (обрывы стыковых перемычек, соединителей, приводящие к увеличению сопротивления цепей канализации, рис. 6). Это создает условия для прохождения тягового тока по буксовым узлам.
Рис. 6. Распределение отказов рельсовых цепей по месяцам из-за неисправности стыковых соединений по вине службы сигнализации, связи и вычислительной техники
4 Оценка технического состояния подвижного состава, железнодорожных путей, сетей канализации тягового тока и величины тягового тока локомотива
Был произведен замер активного сопротивления грузового и пассажирского вагонов, который показал:
- электрическая цепь - тележка вагона (колесо-буксовый узел рама тележки - буксовый узел-колесо) 1,4...1,8 Ом;
- электрическая цепь - вагона (колесо-буксовый узел - рама тележки рама вагона - рама тележки - буксовый узел-колесо) 600.800 Ом;
- электрическое сопротивление исправного рельсового пути равно 0,3 Ом на км;
53
- нормативное электрическое сопротивление сети канализации тягового тока (рельсовый путь 0,3 Ом + дроссель-трансформатор 0,4...2,8 Ом + провод до ТП) равно 5 Ом.
Оценена величина длительного тягового тока, проходящего по рельсовым цепям, которая составляет 200.800 А и может доходить до 1800. 3600 А в зависимости от типа локомотива, веса поезда и профиля пути.
Учитывая, что электрическое сопротивление элементов тележки грузового вагона составляет 1,4...1,8 Ом, а нормативное сопротивление рельсовой цепи канализации тягового тока 0,4.5,0 Ом, данные технические характеристики тележки вагона, рельсовых цепей согласно закону Ома объясняют прохождение тягового тока через буксовые узлы и раму тележки при проследовании вагоном изолирующего стыка или при перекрытии вагоном изолирующего стыка на станциях при остановке поезда и возникновении условий, когда сопротивление рельсовой цепи канализации тягового тока превышает электрическое сопротивление тележки вагона* (рис. 7).
Электрическая схема электропитания поезда
---------------►
R1 - Электрическое сопротивление отсасыбающей линии блок участока If1 R2 - Электрическое сопротибление отсасыбающей линии блок участока If2 R3 - Электрическое сапротибление тележки бигана ТП - Трансформаторная подстанции
—*» Путь оборонного прохождения тягобого тока бозникает при услобии R1 дольше R2+R3
—*► Путь штатного прохождения тягобого тока базнакает при услобии R1 меньше или рабно R2+R3
Рис. 7. Принципиальная схема прохождения тягового тока по подвижному составу
В соответствии с полученными данными технических параметров оборудования вагона и состояния пути видим, что тележка грузового вагона
Предупреждение и устранение неисправностей в устройствах СЦБ / Б. Д. Перкинс, Р. Ш. Ягудин. - М. : Транспорт, 1994.
54
имеет конструктивный недостаток - низкое электрическое сопротивление, что создает предпосылки проходу тягового тока по тележке вагона и повреждению буксового узла при пересечении поездом изолированных стыков.
5 Влияние вида тяги на отцепку вагонов по нагреву буксового узла
Для изучения влияния вида тяги на отцепку вагонов по нагреву буксо -вого узла произведен анализ отцепок вагонов и срабатыванию аппаратуры КТСМ за 6 месяцев 2012 г. по участкам путей с различным видом тяги. Анализ показал: на электрифицированных путях постоянного тока и переменного тока отказ буксовых узлов и частота срабатывания аппаратуры КТСМ на 1000 проследовавших вагонов выше на 20-25 % по сравнению с неэлектрифицированными путями, что говорит о вероятном влиянии состояния рельсовой цепи утилизации тягового тока на работу буксовых узлов и, как следствие, срабатывании аппаратуры КТСМ.
6 Пути устранения влияния блуждающих токов на состояние тележки
Для устранения влияния блуждающих токов на состояние тележки вагона необходимо:
- внедрять при сборке буксовых узлов колесных пар подшипники с электроизоляционным покрытием наружных колец в буксовых узлах вагонов;
- при сборке тележек следует использовать адаптеры буксовых узлов с кассетным подшипником и полимерными износостойкими вставками, повышающими электрическое сопротивление тележки;
- разработать и предложить для ремонта тележек типа 18-100 и ее аналогов износостойкие пластины в буксовый проем с твердыми электроизолирующими смазками или полимерными вставками для исключения прохождения токов через буксовый узел и боковину тележки (рис. 8).
Физические процессы, происходящие в узлах тележки вагона под воздействием постоянного электрического тока:
- в буксовом узле - электрокоррозия, электроожог подшипников, электрохимическое разложение смазки с ухудшением ее свойств, образованием повышенного износа и, как следствие, нагрев буксового узла;
- боковина - особенностью постоянного электрического тока является его прохождение по проводнику равномерно по всему сечению (при равномерной структуре металла); при наличии в боковине литейных дефектов элек-
55
До модернизации
После модернизации
Рис. 8. Один из возможных вариантов решения существующей проблемы путем модернизации накладки в буксовый проем
трическое сопротивление неравномерно и электрический ток может идти по пути с наименьшим сопротивлением по дефектам литья, что приводит к разогреву дефектных участков с образованием трещин окончательный излом происходит под суммарным воздействием динамических сил, действующих на тележку (данное предположение требует дополнительного исследования).
Заключение
Для подтверждения этого явления желательно провести в 2013-14 году НИОКР по теме: «Сезонный всплеск (март - май) нагрева буксовых узлов колесных пар», в рамках которой изучить влияние тягового тока на повреждение буксовых узлов. Произвести электроизоляционную обработку тележек вагонов и установить контроль над их работой и сравнить изменения в работе с контрольной партией из 100 вагонов, эксплуатирующихся при одинаковых условиях.
Для исключения повреждения тяговым током буксовых узлов вагонов подготовить телеграмму о введении запрета на остановку грузовых поездов повышенной длины на электрифицированных станциях одно- и двухпутных участках пути, если длина пути станции не позволяет принять поезд на путь, ограниченный изолирующими стыками. Согласно ПТЭ, п. 32, «остановка поезда на станции должна осуществляться в пределах пути, ограниченном предельными столбиками», но п. 71 разрешает остановку поезда с перекрытием изолирующих стыков при соблюдении мер безопасности (исключить действие п. 71 ПТЭ для остановки поездов на станциях электрифицированных участков пути).
56
Для исключения воздействия тягового тока на буксовый узел и элементов тележек необходимо конструктивное повышение электрического сопротивления соединения узла корпус буксы - боковина при плановых видах ремонта за счет применения износостойких электроизоляционных покрытий на адаптерах кассетных букс и износостойких прокладок тележек типа 18-100 не менее чем до 100 Ом.
В техническую документацию на тележку грузового вагона в сборе следует ввести требования по электрическому сопротивлению буксовых узлов и боковин и установить норматив электрического сопротивления на пропуск электрического тока по узлам менее 100 Ом.
© Будюкин А. М., Кондратенко В. Г., Урушев С. В., Погудин В. Г., 2014
57
