CC BY
20ТРАНСПОРТ
УДК 625.143.482
Д. В. Величко, А. А. Севостьянов, Е. С. Антерейкин Оценка надежности рельсов на участках Транссибирской магистрали
Поступила 16.12.2018
Рецензирование 16.01.2019 Принята к печати 21.01.2019
В данной статье на основе анализа основных причин замены рельсов на участках Транссибирской магистрали в период с 2008 по 2015 г. проведена оценка надежности рельсов, обеспечивших межремонтный пропущенный тоннаж 1 млрд т бр. и более. Для проведения оценки были выявлены дефекты, зависящие от величины пропущенного тоннажа. Определена годовая интенсивность данных дефектов и проведен анализ зависимости дефектов от пропущенного тоннажа. Выход рельсов по причине дефектов, которые не зависят от пропущенного тоннажа, происходит без явной закономерности. На некоторых участках количество отказов рельсов достигает внушительных размеров по причине дефектов 16-го и 19-го кодов. Оценка надежности проводилась для 27 участков длиной от 7 до 27 км с последующим прогнозированием отказа рельсов согласно закону нормального распределения.
По итогам проделанной работы получен прогнозируемый выход рельсов при наработке тоннажа 1 200 млн т бр., 1400 млн т бр. и 1 600 млн т бр. Таким образом, на девяти участках при наработке тоннажа 1 200 млн т средний выход рельсов не превышает 4 шт./км, следовательно, нет необходимости в проведении капитального ремонта. При наработке тоннажа 1 400 млн т средний выход рельсов позволит оставить без ремонта 22 % рассматриваемых участков. На трех участках просматривается возможность содержания пути без проведения капитального ремонта исходя из выхода рельсов при пропуске тоннажа 1 600 млн т.
Ключевые слова: железнодорожный путь, рельсы, выход рельсов, тоннаж, дефекты, прогнозирование отказов.
Одной из проблем железнодорожного транспорта является недостаточная надежность технических средств, в частности элементов железнодорожного пути, и, как следствие, их отказы. Основная доля отказов приходится на рельсы - 38 %, на рельсовые стыки - 22 %, на геометрию рельсовой колеи -17 % и на стрелочные переводы - 12 % [1-3].
В работе по определению основных причин отказов рельсов категории Т1 выявлено, что основной причиной на участках Ч и Б дистанций пути (д. п.), которые являются участками Транссибирской магистрали, являются дефекты, зависящие от пропущенного тоннажа. В табл. 1 представлены основные эксплуатационные и технические характеристики данных участков.
Таблица 1
Основные эксплуатационные и технические характеристики участков пути
Номер участка Дистанция пути Класс, группа, подгруппа пути Грузонапряженность, млн т-км бр./км в год Длина участка, км Максимальный тоннаж, млн т
I путь
1 27 1 181
2 1 091
3 109 7 1 091
4 Ч 1 131
5 10 1 131
6 108,2 15 1 284
7 1А2 17 1 093
8 1 314
9 129,7 21 1 226
10 12 1 427
11 Б 112,7 1 221
12 7 1 133
13 129,7 11 1 206
14 14 1 308
Окончание табл. 1
Номер участка Дистанция пути Класс, группа, подгруппа пути Грузонапряженность, млн т-км бр./км в год Длина участка, км Максимальный тоннаж, млн т
II путь
15 24 1 063
16 15 1 061
17 18 1 138
18 Ч 17 1 068
19 19 1 142
20 8 1 030
21 1Б2 76,3 7 1 137
22 12 649
23 23 697
24 16 1 047
25 Б 12 621
26 10 1 038
27 18 870
28 23 1 065
На всех рассматриваемых участках подавляющая доля дефектов приходится на 1-ю группу дефектов рельсов (61,95 %), меньшая доля - на 2-ю группу (17,10 %), прочие дефекты в сумме составляют 20,95 % [4].
В частности, в 1-й группе преобладают дефекты кода 10.1 и 10.2 - отслоение и выкрашивание металла на поверхности катания рельсов из-за недостатков или нарушения технологии изготовления рельсов при прокате, а также кода 11.1 - выкрашивание металла на боковой рабочей выкружке головки за счет недостаточной контактно-установочной прочности металла и недостаточного качества рельсовой стали. Во 2-й группе львиная доля приходится на дефекты кода 21.1 - поперечные трещины головки рельса вследствие неоднородности рельсовой стали [5, 6].
Согласно действующим нормативным документам срок службы железнодорожного пути 1-го класса определяется по критериям: пропущенный тоннаж - 750 млн т бр. и одиночный выход рельсов - более 4 шт./км [7].
Для оценки надежности рельсов были выявлены отказы по причине дефектов, зависящих от пропущенного тоннажа, а также интенсивность выхода рельсов.
Годовая интенсивность выхода рельсов по причине дефектов, которые не зависят от пропущенного тоннажа, показывает, что выход рельсов характеризуется линейной зависимостью (рис. 1).
Интенсивность роста выхода рельсов значительно увеличивается после пропуска нормативного тоннажа, что хорошо видно на рис. 2.
Ниже приведен график средней годовой интенсивности выхода рельсов по причине дефектов, зависящих от пропущенного тоннажа в период с 2008 по 2015 г. (рис. 3).
Выявлено, что при пропуске тоннажа 1 100 млн т бр. количество дефектов на 170 % больше, чем при пропуске нормативного тоннажа. Это подтверждает, что с ростом пропущенного тоннажа увеличивается количество определенных дефектов, тем самым увеличивается выход рельсов.
Для наглядности приведены графики усредненного выхода рельсов с нарастающим итогом в период с 2008 по 2015 г. отдельно для I (рис. 4) и II (рис. 5) пути.
Из графиков видно, что рост выхода рельсов по причине дефектов, зависящих от пропущенного тоннажа, на I и II путях имеет схожую динамику. При пропуске тоннажа 1 100 млн т на I пути средний выход составляет 2,02 шт./км, на II пути - 1,98 шт./км. Выход рельсов по причине дефектов, которые не зависят от пропущенного тоннажа, происходит без явной закономерности. На II пути выход рельсов по причине данных дефектов составляет в среднем не более 0,5 шт./км, но на I пути выход достигает 1,24 шт./км, что связано с появлением большого количества дефектов 16-го и 19-го кода (0,89 шт./км и 0,67 шт./км).
Рис. 1. Годовая интенсивность выхода рельсов по причине дефектов, не зависящих от пропущенного тоннажа
Рис. 2. Годовая интенсивность выхода рельсов по причине дефектов, зависящих от пропущенного тоннажа
Рис.
3. Средняя годовая интенсивность выхода рельсов по причине дефектов, зависящих от пропущенного тоннажа в период с 2008 по 2015 г.
5
0 а:
л к
со э
-
— т
1 О ¿г и ^ .0 О) сО. 3 О О.
4
3,5 3 2,5 2 1,5 1
0,5 0
X'' \
> С- • 'К" •! с ) с
200
400
•Х-
600 800 1000 1200 1400 Пропущенный тоннаж, млнтбр. ■Дефекты, зависящие от пропущенного тоннажа Дефекты, не зависящие от пропущенного тоннажа
Рис. 4. График среднего выхода рельсов с нарастающим итогом на I пути (1-14-й участки)
в период с 2008 по 2015 г.
2,5
О
1,5
з: ш
I о
ч: .о
Ш го. 5 и о.
0,5
у^1 (•-..у
У х-"* г Х-...^
200
400
600 800 1000 1200 Пропущенный тоннаж, млнтбр. ■ Дефекты, зависящие от пропущенного тоннажа Дефекты, не зависящие от пропущенного тоннажа
Рис. 5. График среднего выхода рельсов с нарастающим итогом на II пути (15-28-й участки)
в период с 2008 по 2015 г.
Дефекты 16-го кода связаны с недостатками и нарушениями технологии сварки рельсов и обработки сварных стыков, а дефекты 19-го кода появляются по причине коррозионной усталости и контроленепригодности рельсов [7, 8].
В соответствии с нормальным законом распределения [9, 10] проведена оценка надежности рельсов по усеченной выработке с последующим прогнозом отказа рельсов для всех участков. На рис. 6-9 приведены графики зависимости выхода рельсов по причине дефектов, зависящих от пропущенного тоннажа, для этих участков, на основе которых и проводился расчет.
Результаты прогнозирования отказа рельсов при наработке тоннажа 1 200 млн т бр., 1 400 млн т бр. и 1 600 млн т бр. представлены в табл. 2. Прогноз для 22-го участка не проводился в связи с недостаточным количеством статистических данных.
Расчет прогноза отказов рельсов категории Т1 на 27 участках показал, что в 33 % этих участков при наработке тоннажа 1 200 млн т средний выход рельсов не превышает 4 шт./км, а следовательно, не требуется проведение капитального ремонта. При наработке тоннажа 1 400 млн т средний выход рельсов
Рис. 6. График зависимости выхода рельсов по причине дефектов, зависящих от пропущенного тоннажа,
для участков I пути Ч. д. п.
Рис. 7. График зависимости выхода рельсов по причине дефектов, зависящих от пропущенного тоннажа,
для участков I пути Б. д. п.
Рис. 8. График зависимости выхода рельсов по причине дефектов, зависящих от пропущенного тоннажа,
для участков II пути Ч. д. п.
Рис. 9. График зависимости выхода рельсов по причине дефектов, зависящих от пропущенного тоннажа, для участков II пути Б. д. п.
Результаты прогнозирования выхода рельсов для рассматриваемых участков
Таблица 2
Номер участка Выход рельсов, шт./км, при наработке тоннажа
1 200 млн т бр. 1 400 млн т бр. 1 600 млн т бр.
1 - 14,14 22,66
2 6,08 8,86 12,55
3 6,49 9,83 14,39
4 8,88 14,53 22,49
5 7,26 13,19 22,18
6 - 4,00 6,45
7 6,11 12,36 22,59
8 - 5,28 9,68
9 - 9,43 17,2
10 - - 14,51
11 - 4,27 6,17
12 - 6,65 10,50
13 8,05 13,96 22,63
14 - 10,74 16,23
15 3,56 5,42 8,02
16 1,53 2,53 4,05
17 3,80 5,76 8,47
18 12,07 18,26 26,43
19 4,59 7,62 12,06
20 4,45 8,10 13,82
21 7,35 12,42 12,79
23 1,84 2,75 4,01
24 1,94 2,79 3,95
25 2,24 3,59 5,56
26 3,01 3,90 5,01
27 3,37 5,61 8,93
28 3,66 6,31 10,35
позволит оставить без ремонта 22 % рассматриваемых участков. На трех участках просматривается возможность содержания пути без проведения капитального ремонта исходя из выхода рельсов при пропуске тоннажа 1 600 млн т.
С учетом из вышеизложенного на рассматриваемом участке Транссибирской магистрали есть возможность для выполнения стратегической задачи ОАО «РЖД» по увеличению меж-
ремонтного пропущенного тоннажа железнодорожного пути до 1 500 млн т. Улучшение качества рельсовой стали, геометрических параметров и увеличение длинны рельсов до 50-100 м значительно снизит количество возможных дефектов на данных участках. Количество контактно-усталостных дефектов необходимо ограничивать профилактическим шлифованием рельсов [11].
Библиографический список
1. Косенко С. А., Акимов С. С. Причины отказов элементов железнодорожного пути на полигоне ЗападноСибирской железной дороги // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2017. № 3 (42). С. 26-34.
2. ГОСТ Р 51685-2013. Рельсы железнодорожные. Общие технические условия. М. : Стандартинформ, 2013. 101 с.
3. Карпущенко Н. И., Величко Д. В. Проблемы рельсового хозяйства // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. Вып. 14. Новосибирск : Изд-во СГУПСа, 2006. С. 37-48.
4. Севостьянов А. А., Величко Д. В. Основные причины отказов рельсов в процессе эксплуатации // Транспорт Урала. 2017. № 2 (53). С. 52-54.
5. Дефекты рельсов. Классификация, каталог и параметры дефектных и остродефектных рельсов : распоряжение ОАО «РЖД» от 23 окт. 2014 г. № 2499р. М., 2014. 140 с.
6. Брандис М. П., Лончак В. А. Руководство по дефектоскопии рельсов : учеб. пособие. М. : Маршрут, 2005. 207 c.
7. Положение о системе ведения путевого хозяйства ОАО «РЖД» : распоряжение ОАО «РЖД» от 31 дек. 2015 г. № 3212р. М., 2015. 93 с.
8. Ражковский А. А., Петракова А. Г. Дефекты и повреждения рельсов : метод. указ. к лабораторной работе для студентов 4-го курса. Омск : ОмГУПС, 2011. 16 с.
9. Карпущенко Н. И., Тарнопольский Г. И. Надежность железнодорожного пути : учеб. пособие. Новосибирск : НИИЖТ, 1989. 104 с.
10. Карпущенко Н. И., Величко Д. В. Обеспечение надежности железнодорожного пути и безопасности движения поездов. Новосибирск : Изд-во СГУПСа, 2008. 321 с.
11. Инструкция по шлифовке и фрезерованию рельсов в пути и стационарных условиях : распоряжение ОАО «РЖД» от 29 дек. 2014 г. № 3185р. М., 2014. 72 c.
D. V. Velichko, A. A. Sevostyanov, E. S. Antereykin
Assessment of Rails Reliability on the Sections of the Trans-Siberian Railway
Abstract. In this article, based on the analysis of the main reasons for the rails replacement on sections of the Trans-Siberian Railway for the period from 2008 to 2015, the assessment of rails reliability, providing a turnaround time of 1 billion tons and more. For the assessment of flaws were discovered, depending on the size of the conceded tonnage. Determined the annual intensity of these defects and the analysis of the defect dependence from the conceded tonnage. The output of rails due to defects, which do not depend on the conceded tonnage, there is no discernible regularity. In some areas, the number of rail failures reaches impressive sizes due to defects 16 and 19 of the code. Assessment of reliability was carried out for 27 sites long from 7 to 27 km, with subsequent prediction of rail failure, according to the law of normal distribution.
On a result of the work done, the predicted output rails to produce tonnage of 1200 million t, 1400 million t and 1600 million t. Thus, on 9 sections to produce 1200 tonnage million tons average yield of rails does not exceed 4 rails per km, therefore there is no need to overhaul. To produce 1400 tonnage million tons average output rails will allow you to leave without repair 22 % of the considered plots. On three sections there is a possibility of the track contents without a major repair, based on the output rails by skipping tonnage of 1600 million tons.
Key words: railroad; rails; output rails; tonnage; defects; failure prediction.
Величко Дмитрий Валерьевич - кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Путь и путевое хозяйство» СГУПСа. E-mail: vdv.nsk@mail.ru
Севостьянов Александр Александрович - бригадир пути Прокопьевской дистанции пути - структурного подразделения Западно-Сибирской дирекции инфраструктуры. E-mail: seva2233@yandex.ru
Антерейкин Евгений Сергеевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Путь и путевое хозяйство» СГУПСа. E-mail: antereykines@sgups.stu.ru
