Оптимизация процесса ремонта колесных пар локомотивов со сменой элементов в условиях депо

3. Промежуточная ветвь характеристики сцепления не может иметь четкой границы, обозначенной точкой А на рисунке 1. У разных типов ко-мотивов эта точка соответствует разным значениям скорости скольжения.

4. Показано, что локомотивы с жесткими тяговыми характеристиками не только не склонны к боксованию, но и в режиме полного скольжения колесной пары обладают тяговой устойчивостью и реализуют достаточно большое значение тяговых усилий.

Библиографический список

1. Повышение тяговых свойств электровозов и тепловозов с электрической передачей / Д. К. Минов. - М.: Транспорт, 1965. - 266 с.

2. Случайные факторы и коэффициент сцепления / И. П. Исаев. - М.: Транспорт, 1977. - 182 с.

3. Теория электрической тяги / В. Е. Розенфельд, И. П. Исаев, Н. Н. Сидоров. -М.: Транспорт, 1983. - 328 с.

4. Исследование скольжения колесной пары электровоза при реализации силы тяги в эксплуатационных условиях / Н. Н. Меншутин // Труды ВНИИЖТа. - М.: Транс-жесдориздат, 1960. - Вып 188. - С. 113-132.

5. К вопросу о характеристике сцепления и реализации силы тяги / В. А. Усов // Сб. науч. тр. - Свердловск: УЭМИИТ, 1970. - Вып. 31. - С. 19-23.

УДК 629.423

И. С. Цихалевский, Д. Л. Худояров

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА РЕМОНТА КОЛЕСНЫХ ПАР ЛОКОМОТИВОВ СО СМЕНОЙ ЭЛЕМЕНТОВ В УСЛОВИЯХ ДЕПО

Колесные пары являются одним из важнейших узлов, требующих постоянного и усиленного внимания. Рассмотрены предпосылки и причины повышенного износа колесных пар. Приведена существующая программа действий по снижению износа гребней колесных пар. Возможность увеличения срока службы и повышения надежности бандажей колесных пар в условиях депо рассмотрена на примере реконструкции локомотивного депо Чусовская.

колесные пары, тяговый подвижной состав, износ бандажей, закаленный слой, профили катания, принцип взаимозаменяемости, наплавка гребней, оптимальный прокат, технологический износ, технический регламент.

Работа железнодорожного транспорта связана с непрерывным и интенсивным перевозочным процессом. Постоянно меняющиеся условия работы, перепады температур окружающей среды, большие динамические нагрузки - это лишь небольшая часть того, что оказывает серьезное влияние на техническое состояние подвижного состава. Ввиду этого к подвижному составу предъявляются повышенные требования по надежности, так

как отказ локомотива ведет не только к значительным расходам на восстановление работоспособности, но и снижает безопасность движения, что недопустимо.

Нехватку тягового подвижного состава обостряет не только изношенность основных фондов отрасли и высокая стоимость восстановления, но отсутствие принципиально новых типов локомотивов. При таком положении необходимо уделить особое внимание развитию и совершенствованию ремонтной отрасли.

Колесные пары (КП) являются одним из важнейших узлов, требующих постоянного и усиленного внимания. От надежности колесномоторного блока зависит надежность локомотива в целом. Такие неисправности, как излом оси, разрыв бандажа, сдвиг колесного центра при движении электроподвижного состава, неизбежно приводят к тяжелым последствиям. В связи со сказанным выше нельзя не остановиться на проблеме надежности бандажей КП.

Износ КП и рельсов представляет собой сложный процесс, который определяется многими факторами. В количественном отношении между ними имеется взаимная связь, которую можно установить на основе имеющихся наблюдений за износом в процессе эксплуатации. Только постоянное, систематическое наблюдение за износом КП и рельсов поможет выявить основные причины и уменьшить их влияние на износ.

Механизм износа бандажей объясняется воздействием двух одновременно протекающих процессов: смятия металла, сопровождающегося пластической деформацией поверхностного слоя от воздействия рельса, и истирания при проскальзывании колеса по рельсу. В первом случае разрушение слоя и отрыв частиц обусловлены усталостными явлениями, во втором - происходит механический отрыв частиц от поверхности, срезание неровностей. Под непрерывным воздействием нормальной силы от рельса в процессе качения колеса происходит переупрочнение слоя, металл теряет пластичность и в очагах наибольшей деформации появляются микроскопические трещины, что приводит к отслоению и отделению частиц металла в виде лепестков толщиной около 13.. .30 мкм [1].

Износ элементов бандажа под действием касательных сил следует считать нормальным в тех случаях, когда износ по кругу катания опережает износ гребня, а интенсивность износа не превышает установленного значения. Согласно проведенным исследованиям [2], износ бандажа напрямую зависит от условий окружающей среды, а следовательно, и от времени года. В летний период гребень интенсивно изнашивается, так как накапливаются микроскопические деформации. Когда способность к упрочнению бандажа исчерпывается, наклёпанные слои разрушаются, вымываются. Жидкость, внедряющаяся летом при ударах в образовавшиеся микротрещины, ведёт себя подобно клину, раздвигающему стенки трещины. Происходит перенос материала рельса на более мягкую поверхность бандажа. На поверхности рельса образуются риски в результате царапающего

действия перенесённого металла, находящегося на бандаже в состоянии наклёпа.

Низкие температуры зимой могут влиять на глубину закалённого слоя и его твёрдость. Белый слой является характерным проявлением образования новых структур. Образование трещин в зимнее время повышает износ бандажа, острые кромки оказывают режущее действие, вблизи кромок материал бандажа выкрашивается.

Износ бандажа напрямую связан с износом гребня. Повышенный износ гребня связан со многими факторами, среди которых следует отметить

[2], [3]:

изменение ширины колеи с 1524 на 1520 мм; повышение нагрузки колес на рельсы;

изменение конструкции локомотива (вместо челюстных буксовых узлов перешли на поводковые);

движение локомотива с интенсивной подачей песка; нарушение подуклонки рельсов; перекосы КП в раме тележки; нарушение развески локомотивов; разница диаметров колес в колесной паре; разница в твердости бандажей КП и рельсов.

Прокат бандажа 7 мм (при скоростях движения до 120 км/ч) служит причиной обточки, однако основная доля обточек производш^я не по причине проката, а вследствие износа гребня, что неизбежно ведет к повышенному технологическому износу. Для снижения технологического износа следует не только применять современное оборудование в ремонтном процессе, но и проводить мероприятия по снижению износа гребня.

Существующую программу действий по снижению износа гребней составляют следующие мероприятия [4]:

применение гребне- и рельсосмазывания для уменьшения силы трения в контакте колесо-рельс;

подбор профилей катания бандажа в соответствии с профилем и планом рельсового пути;

содержание в эксплуатации КП строго по геометрии рамы тележки и локомотива.

Важную роль в процессе работы пары трения колесо-рельс играет профиль бандажа. В мировой практике насчитывается более двух десятков профилей поверхностей катания КП. В России локомотиворемонтные заводы поставляют дорогам КП с профилем бандажа в соответствии с ГОСТ 11018-2000) [5], в то время как каждое депо выбирает профиль бандажа самостоятельно. Таким образом, КП, полученные с завода, подвергаются обточке в депо и поверхностное упрочнение бандажа, если оно имелось, срезается. В таких условиях переход на единый профиль способствует увеличению срока службы бандажей, однако подобный переход связан с рядом проблем, обусловленных спецификой работы каждой дороги.

Немаловажное значение для повышения уровня надежности работы не только механической части, но и всего локомотива в целом имеет ресурс деталей. Расчет этого параметра дает возможность найти лимитирующее оборудование (имеющее наименьший ресурс работы) и, приняв ряд мер по повышению срока его службы, увеличить межремонтные пробеги. Одним из основных путей достижения эффективности использования локомотивов является обеспечение их ремонтопригодности, которая закладывается при проектировании и изготовлении оборудования, что в первую очередь влияет на создание экономически оправданной системы технического обслуживания и ремонта. Для этого принята концепция модификации локомотивов, принцип взаимозаменяемости деталей и узлов локомотивов различных серий. Ремонтопригодность базового локомотива обеспечивается также простым доступом ко всем деталям и узлам, сокращением числа видов инструмента, сокращением времени обслуживания.

Основные показатели системы технического обслуживания и ремонта - межремонтные пробеги, объемы ремонтов и осмотров, продолжительность их выполнения. Система технического обслуживания и ремонта зависит также от условий эксплуатации, под влиянием которых происходят изменения технического состояния локомотивов. Наряду с этим необходима грамотно организованная и экономически оправданная работа локомотиворемонтных заводов и депо с многоступенчатым контролем проводимых операций. Это даст возможность не только сократить время простоя электровозов в ремонте, но и, что очень важно, повысить качество их ремонта при бездефектном исполнении.

Увеличить срок службы бандажей можно также, используя методику определения оптимального проката [8]. Оставляя остаточный прокат, удается не только снизить технологический износ, но и максимально реализовать силу тяги по сцеплению.

Средством снижения технологического износа бандажей может служить наплавка гребней. Более 50 лет назад благодаря наплавке гребней бандажей был значительно увеличен срок их службы [9]. Согласно инструкции ЦТ-336 от 11.08.1995 («Инструкция по сварочным и наплавочным работам при ремонте тепловозов, электровозов и дизель-поездов»), разрешается производить наплавку гребней бандажей КП локомотивов грузового движения с выкаткой их из-под локомотива. Процесс восстановления изношенного гребня без наплавки является экономически невыгодным, так как для увеличения толщины гребня приходится снимать с поверхности катания значительный слой металла. При наплавке гребней бандажей получаем значительную экономию времени и средств ввиду отсутствия необходимости отправки КП на завод или в колесный цех для ремонта со сменой элементов. Если организовать процесс наплавки гребней без выкатки КП из-под локомотива, затраты времени на производство ремонта существенно снизятся.

Таким образом, в условиях депо существует возможность значительно увеличить срок службы и повысить надежность бандажей КП. Возможность ремонта КП без отправки на локомотиворемонтные заводы дает значительную финансовую экономию.

Потребность Свердловской железной дороги в ремонте КП локомотивов в настоящее время реализуется на собственных предприятиях и локомотиворемонтных заводах. В рамках дороги три локомотивных депо заняты в производстве капитального ремонта КП. Это локомотивные депо Свердловск-Сортировочный, Чусовская и Егоршино. В 2005 году мощностей дорожных колесных мастерских оказалось недостаточно для выполнения ремонта потребного количества КП. Необходимость в отправке КП для ремонта на завод обоснована неудовлетворительным состоянием технологического оборудования колесных цехов локомотивных депо Свердловской дороги.

В локомотивных депо дороги, имеющих приписной парк электровозов, ежесуточно простаивает до десятка машин в ожидании перекаток КП. Основной причиной сложившегося положения является увеличение отбраковки КП по неисправности зубчатых колес и колесных центров. КП с такими дефектами из-за отсутствия необходимого технологического оборудования направляются на ремонтные заводы. Большая часть оборудования отработала нормативный срок службы, нуждается в замене и не позволяет производить ремонт КП в соответствии с требованиями технологического регламента.

Увеличение парка электровозов серии ВЛ11, восстанавливаемых из запаса ОАО РЖД для обеспечения возрастающих объемов грузоперевозок, неизбежно приведет к увеличению объемов ремонта КП.

В связи с этим службой локомотивного хозяйства предложено провести реконструкцию колесного цеха локомотивного депо Чусовская с доукомплектованием колесного цеха оборудованием до требований технического регламента для возможности выполнения всей программы ремонта КП с исключением их отправки на завод. Объем ремонта КП электровозов ВЛ11 в депо Чусовская в 2005 г. составил 267 единиц. Предполагается увеличить программу ремонта КП электровозов ВЛ11 до 500 единиц в год.

Для сравнения настоящего положения вещей с положением после предполагаемой реконструкции был произведен анализ существующей технологической базы в колесном цехе депо Чусовская.

При расчете количества оборудования, необходимого для выполнения заданной программы ремонта КП, в локомотивном депо Чусовская применена методика расчета лимитирующего оборудования. Были учтены особенности конструкции КП, ремонтируемых на данном предприятии.

Для заданной программы ремонта КП электровозов ВЛ11 (500 КП в год) расчет ведется следующим образом.

Количество времени, необходимого для выполнения программы ремонта, рассчитывается как

T = N • t

нор •

где N - количество КП в соответствии с программой ремонта;

/нор - нормированное время на выполнение операции в соответствии с расценочной ведомостью на ремонт КП со сменой элементов.

Количество смен, необходимых для выполнения операции:

Т

Псм = — >

^см

где /см - продолжительность смены.

Таким образом, количество оборудования, необходимого для проведения операции, можно найти следующим образом:

п

об

П

Д • n

Г^р I

к.

нер ;

сут

где поб - количество оборудования, необходимого для определенной операции;

Др - количество рабочих дней в году;

кнер - коэффициент неравномерности загрузки оборудования;

псут - количество смен в сутки.

Используя приведенные выше формулы, можно рассчитать количество необходимого оборудования для выполнения заданной годовой программы ремонта.

Возможны три варианта работы:

круглосуточно без выходных и праздничных дней - 365 сут;

круглосуточно за вычетом праздничных дней - 353 сут;

круглосуточно с выходными и праздничными днями - 249 сут.

В данном случае площади цеха позволяют разместить необходимое оборудование в полном объеме. Расстановка оборудования на территории цеха произведена в соответствии с установленными техническими указаниями по проектированию тепловозных и электровозных депо и экипировочных устройств.

Расчет экономической эффективности выполнен по принципу сравнения двух вариантов:

1. «До реализации проекта» (на площадях колесного цеха локомотивного депо Чусовская производится ремонт 267 электровозных колесных пар);

2. «После реализации проекта» - принимаем состояние после реконструкции (на площадях колесного цеха локомотивного депо Чусовская будет производиться ремонт 500 электровозных колесных пар).

Эффектообразующим фактором при реализации проекта, то есть реконструкции колесного цеха локомотивного депо Чусовская, является сокращение эксплуатационных расходов, обусловленных разницей в затратах на ремонт колесных пар в условиях заводов и депо.

Затраты по дооснащению колесного цеха локомотивного депо Чусовская до соответствия требованиям технологического регламента составят 51 653,64 тыс. руб. Предполагается, что вливание инвестиций в реконструкцию колесного цеха локомотивного депо Чусовская будет производиться в 2007 году.

После реконструкции колесного цеха локомотивного депо Чусовская контингент остается прежним, значит затраты на оплату труда и отчисления на социальные нужды останутся неизменными. Затраты на материалы также останутся на прежнем уровне, так как они рассчитаны исходя из норм расхода на ремонт одной колесной пары.

При расчете оценочных показателей рассматриваемого проекта в программе «Альт-Инвест» при горизонте расчета 10 лет, ставке дисконта 10% получены следующие результаты: простой срок окупаемости - 3,7 года, дисконтированный срок окупаемости - 4,3 года.

Подобным образом службой локомотивного хозяйства Свердловской железной дороги планируется произвести реконструкцию колесного цеха локомотивного депо Свердловск-Сортировочный с увеличением программы ремонта до 1200 КП в год.

Внедряемые мероприятия позволят не только снизить затраты времени и средств на ремонт, но и усовершенствовать ремонтную базу локомотивных депо Свердловской железной дороги, увеличив их востребованность, что актуально в настоящее время.

Библиографический список

1. Повышение долговечности бандажей колесных пар / Д. А. Курасов. - М.: Транспорт, 1981. - 160 с.

2. Исследования эффективности применения лубрикации гребней колесных пар подвижного состава : дис. ... канд. техн. наук / И. С. Цихалевский. - Екатеринбург, 1998. - 118 с.

3. Пути снижения износа гребней колесных пар локомотивов / В. Е. Кононов // Локомотив. - 2005. - № 2 - С. 34-35.

4. От чего повреждаются бандажи / А. А. Сашко // Локомотив. - 2005. - № 10 -С. 36-37.

5. Колесо: анфас и профиль / Ю. Ликратов // Гудок. - 13.01.2006.

6. Оптимизация системы ремонта локомотивов / А. В. Горский, А. А. Воробьев. -М.: Транспорт, 1994. - 208 с.

7. Организация системы бездефектного подъемочного ремонта электровозов / В. Т. Стрельников, И. П. Исаев - М.: Транспорт, 1975. - 160 с.

8. Справочник по электроподвижному составу, тепловозам и дизель-поездам. Т. 2 / ред. А. И. Тищенко. - М.: Транспорт. - 1976. - 376 с.

9. Вакцина от износа / А. Т. Головатый // Гудок. - 22.10.2003.

УДК 629.423