РЖД между прошлым и будущим. Предиктивная зацикленность: как железнодорожные колёсные пары попали в нейросети

На просторах «1520» уже и в новом году блуждает извечно актуальная задача — увеличить срок службы рельсов и колёсных пар.* Несмотря на немалые достижения в области трибологии и металловедения наша система плетётся в хвосте прогресса. Почему при доступности информации Российские железные дороги не могут воспользоваться мировым опытом?

Увы, мы не используем не только мировой опыт, но и опыт предшествующих поколений.

Сравнение статистических данных периода «перестройки» и текущих показывает, что ресурс вагонных колёс за сорок лет уменьшился почти в два раза и продолжает снижаться, ресурс рельсов в кривых даже предельной закалкой и обильной лубрикацией поднять не можем. При этом заметим, профили вагонных колёс у нас остались такими же, какими они были и век назад, а профили рельсов только слегка косметически поправили 60 лет назад.

Выделим основные причины потери ресурса:

- интенсивный износ боковой поверхности рельсов;

- интенсивный износ гребней колёс;

- трещины, выкрошивания и контроленепригодность на рабочей поверхности рельсов;

- выщерблины и ползуны на рабочей поверхности колёс.

Следует отметить, что жизненный цикл элементов сильно зависит от внедряемых в систему «ноу-хау».

А когда внедряется сразу множество «улучшений», как определить степень влияния каждого?

Рассмотрим эту проблему по открытым статистическим данным по темпу износа гребней колёсных пар локомотивов и рельсов в кривых участках пути в период 1983–1991 годов на примере Забайкальской железной дороги. Это типовой набор параметров, на основании которых железнодорожная наука более 30 лет делает выводы о причинах износа в системе «колесо-рельс».

Известно, что к этому периоду: уже массово перешили колею с «1524» на «1520», на грузонапряжённых магистралях заменили «сырые» рельсы «Р50» на упрочнённые «Р65», улучшили подвижной состав. По статистическим данным проведённые мероприятия удлинили жизненный цикл рельсов и колёс.

Но далее произошло что-то, приведшее к резкому уменьшению ресурса (до 5 раз) бандажей локомотивов и рельсов в кривых.

Какое событие произошло в 1985 году? Ответ науки оценим по концепции проведения исследований оптимизации взаимодействия элементов системы «колесо-рельс» в период с 2020 по 2023 год.

Согласитесь, ответ очень «туманен». Какой-то «винегрет» из факторов и никакой конкретики. При этом виноваты все, кроме тех, кто это устроил. Утверждается, что «течь» букс скольжения способствовала смазке гребней. Но это даже теоретически маловероятно. Буксы расположены с внешней стороны, и смазка, чтобы попасть на гребень, должна была вначале преодолеть поверхность катания. Локомотивы, как известно, в то время массово не буксовали.

Эксперименты по точечному уширению колеи и статистика показывают, что отсутствует изменение интенсивности износа при уширении колеи более 1526 мм. Сейчас интенсивность на колее с шириной 1530 мм и 1548 мм отличается лишь на величину погрешности измерений.

Подозревать в повышении износа жёсткость пути, рельсов и тележек подвижного состава просто нелепо. Колёса вагонов это событие почти не затронуло (см. график).

Сомнительно обвинять в кратном увеличении интенсивности износа и небольшое повышение нагрузки на ось. Интенсивность выросла даже на тех участках дорог, где нагрузка не повышалась. Да и на многих дорогах мира нагрузка намного больше, а износ меньше.

Что можно было изменить в очень инерциальной системе «колесо-рельс» в столь короткий срок? Ответ однозначен: только профиль ободьев колёс локомотивов.

Но почему столь очевидный фактор наука до сих пор не замечает?

Эпоха паровозов ушла. Европа, отказавшись от использования классического (двухточечного) профиля для обточки ободьев, заметно сократила интенсивность износа гребней. Данное новшество решили внедрить и у нас. Всесоюзным научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ) был разработан для колёс локомотивов и вагонов новый профиль — «объединённый», который в спешном порядке дописали в ГОСТ 11018-76 как чертёж 3, изменение №2.

Отличительной особенностью профиля стала средняя часть поверхности катания с конусностью 1/50 (уклоном 1/100). Профиль презентовали как «конформный». При таком профиле бандаж контактирует с рельсом в одной точке (рис. 1б). Поэтому между гребнем и рельсом в точке контакта возникает в основном трение качения и износ гребня становится менее интенсивным. Институт застолбил новое направление в развитии железнодорожной техники и «отодвинул» вариации «конформных» профилей, предлагаемых профильными институтами и даже некоторыми локомотивными депо.

Для многих специалистов заграничное слово «конформный» даже сейчас звучит непонятно. Следует отметить, что в Европе под «конформным» принимают профиль, у которого поверхность в предгребневой части выполнена с уклоном (эквивалентной конусностью) большим, чем нормативная подуклонка рельсов. У нашего «варяга» почему-то всё было сделано наоборот. Откуда явно следует, что «объединённый» «конформному» совсем не родственник. Вот те на! Приехали! Как это понимать? Ведь профиль делали по европейским лекалам.

Произошла очень типичная для непрофессиональных чертёжников ошибка. При копировании чертежа был приписан лишний нолик к пятёрке (рис. 2). В таком виде он и попал в печать. С января 1985 года «объединённый» стали массово использовать для обточки новых бандажей локомотивов. Из ГОСТ 11018-87 и других нормативных документов классический (паровозный) локомотивный профиль изъяли. 

«Объединённый» остался единственным разрешённым профилем для колёс локомотивов.

Его несколько раз перечерчивали, подрисовывая недостающие размеры, вычисленные на основании неправильной поверхности. Последний вариант «объединённого» можно посмотреть в действующем ГОСТ 10791-2011. Сейчас его применение ограничили скоростными пассажирскими поездами.

Наука задумывала получить чистое качение, а в итоге дорога получила наихудший вариант двухточечного взаимодействия. Роковая ошибка «объединённого» — поверхность катания потеряла конусность. При отсутствии «разности диаметров» гребни стали взаимодействовать с увеличенными контактными напряжениями с большим количеством рельсов!

Систему «колесо-рельс» от полного краха спасли: значительное сокращение перевозок, вызванное развалом СССР, и устаревший станочный парк вагонных депо. В середине девяностых, разглядев обещанный эффект, и тяга отказалась использовать его. Интенсивность износа гребней локомотивных колёс и дефектность рельсов по боковому износу после этого «удивительным образом» резко снизилась. Все лавры приписали лубрикации, которую наука уже успела внедрить в сознание железнодорожников. Из ГОСТ 11018-2000 «объединённый» по-тихому убрали, а «паровозный» вернули для обточки новых бандажей.

В ремонте для обточки бандажей к тому времени уже внедрились полулегальные «криволинейные» профили с тонким гребнем: ДМетИ ЛР (30 мм), разработанный в Днепропетровском металлургическом институте на основе европейского профиля, и Зинюка-Никитского (29 мм), разработанный на основе американского профиля Львовской железной дорогой. Но эта уже другая история.

Локальный «вирус» в локомотивном хозяйстве победили.

Прошло 40 лет. Новые бандажи продолжаем точить «паровозным», а цельнокатаные — «тендерным». Несмотря на все ухищрения специалистов, ресурс колёс и рельсов в кривых имеет тенденцию к снижению. Не помогло даже утончение гребней до 24 мм. Система заражена каким-то неизвестным науке вялотекущим заболеванием.

Какой фактор увеличивает интенсивность? С физической точки зрения на ресурс взаимодействующих с трением тел влияют два фактора: путь трения скольжения и напряжение в пятне контакта. Но каким способом железнодорожникам удаётся «незаметно» увеличивать скольжение и контактные напряжения, если профили колёс и рельсов, и параметры колеи всё это время остаются неизменны?

Лубрикация вне подозрений. Всем известно выражение «не подмажешь — не поедешь». А может виновато упрочнение рельсов и колёс? Ведь других значимых изменений в системе не происходило.

Ни один инженер в здравом уме не согласится с тем, что закалка металла может увеличить интенсивность износа. Все лабораторные испытания показывают снижение интенсивности износа при повышении твёрдости металла. В подтверждение тому износ поверхностей катания существенно уменьшился.

Версий и гипотез «о невидимом полтергейсте» существует много. В некоторых источниках приводят до 60 факторов, но все они не дают ответа на поставленный вопрос.

Загадку века известными методами наука одолеть не смогла.

Создав цифровую платформу «Нейроэксперт» и «предиктивную» модель пути АО «ВНИИЖТ» по заказу ОАО «РЖД» завершает масштабные исследования по комплексному проекту «колесо-рельс».

Всего в исследованиях были задействованы более 130 специалистов и учёных. Средства на поиск «лекарства» от неизвестной болезни освоены в полном объёме. Посмотрим на предварительный результат.

Среди предлагаемых мер по улучшению системы можно выделить:

1. внедрение ремонтного «криволинейного» профиля «Унисон» для образования преимущественно одноточечного контакта с рельсом;

2. внедрение нового набора профилей превентивного рельсошлифования;

3. выполнение мероприятий по снижению непогашенных ускорений;

4. выполнение сплошной замены подрельсовых прокладок на участках с нестабильной подуклонкой.

Весь комплекс мероприятий в данный момент проходит процедуру согласования у всех причастных. Специалисты убеждены в том, что результаты исследования дадут существенный эффект, снизив износ в системе «колесо-рельс» до 30%.

Второй-четвёртый пункты можно отбросить. Мероприятия взяты из инструкции по эксплуатации пути.

А вот новый «конформный» профиль «Унисон» — это очень интересно!

«Шо, опять?!» Посмотрим его в контексте с профилем «ВМЗ-К-65», который продвигает другая известная контора. Наложим профили по двум ключевым точкам.

«Гениально! Ведь родная мать не отличит, кто есть кто...» К этой парочке можно приложить ещё десяток запатентованных в России профилей и результат будет тем же. Кто объяснит, что происходит? Ведь не могут разные люди изобрести многократно одно и то же. По типовым исходным данным все профили сгенерировала одна известная компьютерная программа.

Только господа, видимо, не в курсе, предлагая панацею от износа, что на дороге существует их близнец — более крутой профиль «ДМетИ ЛР».

Профиль 30 лет применяют для обточки бандажей в ремонте. Но почему его не продвигают для обточки всех колёс?! Тут явно есть какой-то подвох... О «вирусах», «подвохах» и «конформных» профилях будет поведано после официального отчёта АО «ВНИИЖТ» о проделанной работе. Продолжение в следующих публикациях извечной темы.

Экспертные мысли умных людей о транспорте и логистике ищите в новом Telegram-канале медиаплатформы ВГУДОК — @Vgudok.PRO

Игорь Пухов

*МНЕНИЕ АВТОРА МОЖЕТ НЕ СОВПАДАТЬ С ПОЗИЦИЕЙ РЕДАКЦИИ