Мифы и реалии кассет. История, техособености, доводы производителей — эксклюзивный инженерный разбор подшипниковой темы

Опубликовано 23 октября 2019

Подшипниковая тема по-прежнему остаётся одним из самых острых вопросов, обсуждаемых в отрасли. Сегодня мы публикуем текст, присланный в редакцию нашим читателем. Он спровоцировал взрыв информационной бомбы. На нас обрушился шквал критики, мол, с какой стати вы ретранслируете всяческие непроверенные прожекты? Автор пиарит свою идею, её рассматривали в ОПЖТ и признали сырой…

Истина рождается в споре, и в публикации дискуссионных материалов не содержится никакого компромата. Мы готовы предоставить трибуну для других точек зрения.

В последнее время для продвижения «благих дел» распространение «достоверных» данных стало нормой. Фейковые новости кочуют из одной публикации в другую, при этом обрастая «бородой» вырванных из контекста цифр и различными домыслами. Не миновала сия участь и буксовые подшипники. Мы не считаем себя сверхспециалистами, знающими эту непростую тему, как свои пять пальцев. Поэтому предоставляем трибуну нашему читателю-инженеру, который может оперировать не кочующими из СМИ в СМИ техническими данными. 

Фразу «рассмотрели перевод букс на кассеты», вбросили в печать как приказ к срочному директивному выполнению. Даже не подсчитав, сколько для этого потребуется подшипников.

«Объём выпускаемых цельнокатаных колёс на АО «ОМК» к 2020 году превысит один миллион штук. ОАО «ЕВРАЗ НТМК» увеличит производственные мощности до 615 тыс. единиц. Если посмотреть баланс по цельнокатаному колесу на 2020 год, то получится, что «Проммашкомплект» заявляет 200 тыс. единиц, Украина160 тыс., китайская квота составляет 200 тыс., но её не выберут, и китайские компании поставят предположительно около 90 тыс. штук». Итого только новых колёс под российские вагоны будет установлено более 2 млн шт. Если принять формулу «вместе с колесом меняем роликовый подшипник на кассету», то и кассет потребуется более 2 млн шт. в год. Ведь, как известно, на каждой колёсной паре два колеса и две буксы. Плюс на начальном этапе потребуется обеспечить кассетами всё депо.

Заводы могут освоить не более 500 тыс. кассет в год.

Причина такой спешки лежит на поверхности. В связи с падением спроса на инновационные вагоны корпорации по производству кассетных подшипников потеряли сверхприбыльные заказы. Наши «специалисты» лоббируют кассеты при любом удобном случае. Приводят бездоказательно в пример даже Китай. И при этом скрывают то, сколько стоит кассета в Поднебесной.

«На сегодняшний день стоимость комплекта кассетных подшипников на одну колёсную пару составляет около 56 тыс. руб.». То есть нам «впаривают» по 28 тыс. руб. за штуку — в пять раз дороже, чем китайцам.

Вот уже и Минпромторг обсуждает с заводами специальные инвестконтракты на кассетные подшипники.

Кассеты рекламируют как инновационное чудо. Они якобы увеличивают ресурс колёс, повышают энергоэффективность дороги, способны воспринимать более высокие радиальные и осевые нагрузки, значительно снижают количество отцепок в ТОР, могут эксплуатироваться в различных климатических зонах и так далее.

Попробуем со всем этим похвальством разобраться с технической точки зрения. И начнём с самой актуальной — повышение ресурса колёс и рельсов. Ларчик этого чуда открывается довольно просто: нам подсовывают вполне достоверные данные нескольких вагонов.

Действительно, 300 тыс. км между переточками имеет место. Но заслуга в этом не кассетных подшипников и не инновационных тележек, как утверждают вагоностроители, а профиля ободьев колёс. Колёса на подконтрольных вагонах обточили конформным «инновационным» профилем, подобным тому, каким обтачивают колёса «Сапсанов». Тайной поделилась одна девушка, мечтающая стать учёным. Получив фантастический пробег и купив вагоноремонтную компанию, «специалисты» теперь вряд ли остановятся. Скоро мы получим много таких клонов. А ведь мы уже проходили подобный ажиотаж в начале девяностых. Увы, жизнь ничему не учит. «Инновационные» профили показывают фантастические результаты только тогда, когда их мало на дороге, когда они «исключительные».

Пример из жизненной ситуации: когда все медленно тянутся в пробке, «исключительные» объезжают её по «бровке», «встречке» и «выделенке», и получают фантастический выигрыш во времени, что получают законопослушные — понятно без пояснений. А что будет, когда все станут «исключительными»? Улыбка пробежала по лицу.

На «Российских железных дорогах» после 1985 года сложилась уникальная ситуация. У нас разрешили применять любой тип профиля для обточки колёс. (Электрическая и тепловозная тяга 11, 1985 г.)

Сейчас колёса обтачивают под классический двухточечный профиль, под конформный и под одноточечный. При этом в паспорте на колёсную пару не фиксируют, под какой профиль обточено колесо. Не ведут статистику, сколько и каким профилем обточено колёс. Не анализируют, как разные профили влияют на систему. Мы потребляем уже треть колёс мирового рынка, перевозя только пятую часть грузов.

А регулятор этого не замечает.

Второе измышление — кассеты повышают энергоэффективность. Почему тогда энергоэффективность «западных» дорог, которые ходят на кассетах, намного хуже, чем у нас?

«По данным Международного союза железных дорог (МСЖД), в России на перевозку тонны груза на километр тратится менее 85 кДж энергии, в то время как в Китае — 121 кДж, в Европе в среднем 169 кДж, а в США — 196 кДж. Гораздо эффективнее многих развитых стран РЖД и в пассажирском секторе. Чтобы перевезти одного пассажира на километр, в Европе тратят 354 кДж, в Америке — 989 кДж, а в России — 232 кДж.». (Гудок.Ру, 04.02.2019 г.)

Статистика показывает, что 75% отцепок происходит после неграмотного ремонта.

В любом техническом справочнике есть пункт по трению в подшипниках. И конические в них обычно на последнем месте, а наименьшее сопротивление как раз у цилиндрических.

Третье — выдерживают повышенные нагрузки. И тут лоббисты лукавят, сравнивая разные по габаритам подшипники. Любой специалист, разбирающийся в сопромате, подтвердит, что в заданном габарите сопротивление нагрузкам можно повысить только увеличением количества тел качения и (или) лучшим качеством металла. В конических увеличить количество роликов больше, чем в цилиндрических, не получится.

Четвёртый довод — снижают отцепки. Статистика показывает, что 75% отцепок происходит после неграмотного ремонта. Подшлифовка торцов роликов и бортов колец запрещена уже гостом (ГОСТ 18572-2014). Посмотрим, сколько отцепок будет у отремонтированных кассет. Заводы за 60% цены от нового кассетного подшипника предлагают мойку, полировку и замену уплотнений. Госта на кассеты нет.

Теоретически, если буксовый узел сертифицирован, отцепок в межремонтный период быть не должно. Если отцепки есть, значит, что-то не доработано или сертификат куплен.  

Эра стандартных цилиндрических подшипников для букс закончилась.

И ещё несколько моментов, про которые умалчивают производители. Предлагаемые кассеты вовсе не кассеты. При замене на подшипник другого производителя вместе с подшипником заменяется вся инфраструктура (адаптер, лабиринтное кольцо, тарельчатая шайба). Почему до сих пор не принят стандарт на габарит кассет? И для чего предлагают устанавливать кассету в корпус буксы?

С инновационным кассетным чудом немного разобрались, теперь перейдём к подшипникам с цилиндрическими роликами.

Почему количество отказов буксовых узлов на цилиндрических растёт? Основная проблема состоит в том, что в связи с изменениями в системе колесо-рельс, из-за использования «исключительных» профилей на локомотивах, осевая нагрузка на буксы вагонов увеличилась. Хотя в справочниках и пишут, что подшипник с цилиндрическими роликами может выдерживать незначительные осевые нагрузки, он не может с ними постоянно работать. Эра стандартных цилиндрических подшипников для букс закончилась.

Но что делать, если цилиндрические не выдерживают возросшие осевые нагрузки, а конические чрезвычайно затратны, имеют значительное сопротивление и их конструкции не исключают аварийных ситуаций? Возможно ли спроектировать буксовый подшипник без трения скольжения?

Технически такой вариант есть.

Если нагрузку, воздействующую на буксовый узел, разделить на радиальную и осевую и направить их к разным элементам качения, которые её воспринимают наилучшим образом, то трения скольжения под нагрузкой в подшипнике не будет (рис. 1).

Конструкция исключает нагрев и перекос роликов. Позволяет увеличить количество тел качения и снизить количество смазки. Исключает механические повреждения. Межремонтный ресурс комбинированных подшипников на стандартных роликах составит не 3, и даже не 8, а 25 лет эксплуатации. Можно поставить подшипник на полный срок эксплуатации вагона. Это подтверждается 47-летней (с 1963 по 2010 год) эксплуатацией подобного комбинированного подшипника в вагонах скоростного поезда «Аврора». Буксы высокоскоростных экспрессов «Токайдо» производства Японии также содержат радиальный шариковый подшипник.

Увидим ли мы «свет в конце тоннеля»?

инженер Игорь Пухов для vgudok.com

СПРАВКА. Почему кассетные не внедрили у нас ещё 50 лет назад? Всех устраивал дешёвый в производстве цилиндрический подшипник. Буксы, как и колёса, ходили по 16 лет. Проблем больших не было. Переходить на кассеты, которые сложны в производстве и ремонте и имеют в 2–2,5 раза большее сопротивление качению, тогда отказались. Первые конические грелись даже больше, чем буксы скольжения. Проблема нагрева и на современных импортных никуда не делась. Правда, для них «специалисты» сделали исключение и увеличили планку допустимого нагрева на 20°С — до 80°С превышения температуры окружающей среды.

Нагрев — это результат трения скольжения. Кассетные за 8 лет «незаметно» дополнительно съедают энергии по стоимости, эквивалентной стоимости кассеты. По сути, нам предлагают за кассеты заплатить дважды.           

Но что может скользить в подшипнике качения?

Во-первых, в конических торцы роликов всегда прижаты с небольшим усилием к борту кольца. Для скептиков: попробуйте сделать конический подшипник без бортов для роликов.

Во-вторых, специальная смазка, необходимая для постоянного смазывания торцов, препятствует свободному качению роликов.

В-третьих, ролики при трении о борта стремятся развернуться и трутся противоположным концом о сепаратор. Надиры «ёлочка» и натёртость — наглядный результат.

В-четвёртых, в кривых вся нагрузка буксового узла ложится на один ряд роликов (рис.2). При этом осевая нагрузка трансформируется в радиальную с кратным увеличением (работает закон клина). Трёхкратная перегрузка роликов тоже значительно влияет на нагрев.
P. S. Реакция читателей не заставила себя долго ждать: 

«Очень много неточностей.

ВМЗ не произведёт в 2020 году даже 950 тыс. подшипников, так же как и НТМК не больше 525 тыс., Казахстан – это загадка. Может выстрелить, а может... Украина поставляет до 100 тыс. на рынок РФ, Китай в пределах не то что квоты, а максимум 100 тыс. Но это всё разбивается о надвигающийся профицит колёс в 2020-2022 гг., падение вагоностроения, перевозок угля и прочие факторы.

ЕПК не заинтересованное лицо в продвижении «кассеты». Они и так владеют рынком. Интересанта надо искать у прямого конкурента ЕПК. И многое что ещё...»

P. P. S. «Действительно, 300 тыс. км между переточками имеет место. Но заслуга в этом не кассетных подшипников и не инновационных тележек, как утверждают вагоностроители, а профиля ободьев колёс. Колёса на подконтрольных вагонах обточили конформным «инновационным» профилем, подобным тому, каким обтачивают колёса «Сапсанов».

Заявление автора статьи об обточках инновационных тележек конформным способом не имеют под собой оснований. Как заявили редакции в крупнейшем производителе таких вагонов – компании ОВК – «Вагоны, эксплуатирующиеся на тележках 18-9855, позволяют обеспечить снижение темпов износа колёс на профилях, предусмотренных ГОСТ 10791, только за счёт улучшенных характеристик подвешивания и допусков на соследность и параллельность колёсных пар или другими словами «развал-схождение» для вагона. Шаг по разработке профиля колеса - это дальнейшее развитие по увеличению межремонтного пробега вагона, которое пока только отрабатывается в рамках проведения различных испытаний и предназначено для гармонизации обточек колёсных пар».

*****************************

ОТ АВТОРА. Реакция НП «ОПЖТ» вполне объяснима. «Каша заварилась» с Комитета, принадлежащего ОПЖТ. Но всё началось гораздо раньше, когда их руководитель был вице-президентом (Главным инженером) ОАО "РЖД". Он вёл переговоры о постройке заводов по сборке кассетных подшипников. Внимание на руки. Интересно как  «специалисты» объяснили завышение стоимость кассетных подшипников в 5 раз? Когда на «кону» такие «бабки» другие варианты «специалисты» не допустят. Обычно руководитель НП «ОПЖТ» после публикации моих статей предлагает снять главного редактора.

С уважением, Игорь Пухов