Расширенные эксплуатационные испытания железнодорожных тормозных горочных башмаков новой конструкции

В 2014 г. специалистами ОАО «ВНИИЖТ» были раз­работаны технические требования на горочный тор­мозной башмак повышенной работоспособности. При разработке использовались передовые технические идеи отечественных и зарубежных исследований в этом направлении. Опытные образцы новых башма­ков, изготовленные ОАО «Петуховский машинострои­тельный завод», успешно прошли испытания на сорти­ровочной станции Лосиноостровская Московской же­лезной дороги. Испытания показали, что изменения, внесенные в конструкцию, и применяемые материалы колодки и полоза позволили значительно сократить ко­личество таких дефектов, как отрыв носка, разгиб бор­тов, коробление полоза, увеличив срок службы гороч­ных башмаков в 1,3—1,5 раза. Также удалось добить­ся большей устойчивости башмака при укладке его на рельс. Учитывая, что условия работы башмаков на неме­ханизированных сортировочных горках могут быть значительно жестче, чем на станции Лосиноостров­ская, при корректировке в конструкцию опытного тормозного башмака (далее —опытный башмак) ре­шено внести дополнительные изменения:
1. Для обеспечения повышенной износостойкости и снижения риска деформации полоз опытного баш­мака упрочнялся на твердость 250 — 300 Н В.
2. С целью повышения стойкости к износу и раз­рушению материал упорной колодки заменен на сталь 40Л с более высоким содержанием углерода.
3. Форму носка полоза изменили с прямоугольной на трапецеидальную.
По скорректированной документации была изго­товлена опытная партия тормозных башмаков для рас­ширенных эксплуатационных испытаний на сети же­лезных дорог ОАО «РЖД». Принимая во внимание тя­желые условия работы башмаков на немеханизирован­ных сортировочных горках (большие скорости входа на башмак, увеличенные пути скольжения, возмож­ный сквозной прогрев полоза и его разупрочнение), были также изготовлены восемь тормозных башма­ков с износостойкими накладками на полозе в месте опоры колеса. Предполагалось, что накладка предот­вратит сквозной прогрев и разупрочнение полоза и тем самым увеличит его износостойкость. 
Основные характеристики башмаков приведены в табл. 1.
Для проведения расширенных испытаний опытных партий горочных башмаков были выбраны немехани­зированные горки с наиболее тяжелыми условиями работы (отсутствие механизированных позиций, вы­сокие скорости входа на башмак, большие тормозные пути и высокая интенсивность работы) в северном и южном регионах (табл. 2).
Испытания опытных и серийных башмаков в со­ответствии с программой и методикой проводили в два этапа. Вначале испытывались серийные башма­ки, затем на тех же тормозных позициях и путях про­водили испытания такого же количества опытных башмаков. Испытания серийных башмаков прово­дили в летне-осенний, а опытных — в осенне-зимний период. Опытные и серийные башмаки были распре­делены следующим образом: по 25 штук на станцию Лосиноостровская, по 130 штук на станцию Лихая и по 95 штук на станцию Сольвычегодск. Башмаки с накладками были направлены на станцию Лихая в количестве 4 штук и на станцию Сольвычегодск —4 штук. Сведения о состоянии башмаков и замене вы­шедших из строя ежедневно заносились в рабочие журналы. У вышедших из строя башмаков фиксиро­вался вид дефекта и время работы в днях до их изъя­тия из эксплуатации. После окончания испытаний определяли износы полозьев в месте наибольшего из­носа в зоне контакта с колесом и опорных колодок (в двух местах).

Результаты испытаний на станции Лосиноостровская Московской железной дороги.

Испытания проводили в обычном режиме работы сортировочной горки. Тем­пература окружающего воздуха при испытании серий­ных башмаков в июле-августе колебалась от +9°С но­чью до+33 °С днем, при испытаниях опытных башма­ков в октябре-ноябре от —8 до +11 °С ночью и от —8 до + 16°Сднем.
На тормозную позицию единовременно укладыва­ли 15 промаркированных башмаков, остальные нахо­дились в запасе для замены вышедших из строя.
За время проведения испытаний серийных баш­маков были отбракованы два башмака: один по от­рыву носка и второй по короблению полоза. Девять башмаков с дефектом «ослабление крепежа опор­ной колодки» были отбракованы после окончания испытаний.
Повреждений опытных башмаков за время прове­дения испытаний выявлено не было.

Результаты испытаний на станции Лихая Северо-Кавказской железной дороги.

Испытания проводили в обычном режиме работы сортировочной горки. Тем­пература окружающего воздуха при испытании серий­ных башмаков в июле-августе колебалась от +9°С но­чью до +33 °С днем, при испытаниях опытных баш­маков в октябре-ноябре — от —8 °С ночью и до +11 °С днем.
 
Таблица 1 Основные характеристики башмаков
Характеристика
Опытные
Серийные
Масса башмака без накладки, кг
6,4
7,4
Масса башмака с накладкой, кг
6,5
-
Длина носка, мм
160
100
Толщина полоза, мм
7
8
Толщина носка полоза, мм
7
2,5
Толщина накладки, мм
5
-
Твердость полоза, НВ
290
150-180
Твердость накладки, НВ
290
-
Твердость колодки, Н В
150-180
150-180

Таблица 2       Характеристики сортировочных горок для проведения расширенных испытаний тормозного башмака новой конструкции

 
Сортировочная горка
Характеристика горки
Высота горки, м
Средняя скорость входа на башмак, м/с
Средняя интенсивность рабо­ты горки, вагонов/сут
Средний тормозной путь отце­па, м
Лосиноостровская, Московская железная дорога
          2,7
6
1200
7
Лихая, Северо-Кавказская же­лезная дорога
        3
12
2630
15
Сольвычегодск, Северная же­лезная дорога
2,84
12,6
2163
8
 
Основным видом дефекта для серийных башмаков на сортировочной станции Лихая является коробле­ние или трещина полоза, у опытной партии подобный дефект отсутствует. Это можно объяснить уменьшени­ем длины бортов полоза, что позволило башмаку лег­че проходить кривую башмакосбрасывателя. Макси­мальное количество отбракованных опытных башма­ков пришлось на отрыв носка. Однако и по этому по­казателю опытных башмаков было отбраковано в 1,6 раза меньше серийных.
В отличие от серийных башмаков трешины в нос­ках опытных башмаков останавливали свое развитие и вязли, не приводя к отрыву части носка.
Испытания показали, что накладки на полозе башмаков способствуют увеличению срока их служ­бы в 1,5 — 2 раза. К сожалению, из-за некачествен­ной сварки имел место отрыв носка на одном баш­маке.

Результаты испытаний на сортировочной горке стан­ции Сольвычегодск Северной железной дороги.

Испы­тания проводились на двух участках тормозной пози­ции второй линии. На каждом участке было выложе­но по 30 башмаков, а остальные оставались в резерве на смену вышедшим из строя.
Испытания проводили в обычном режиме работы сортировочной горки. Температура окружающего воз­духа при испытании серийных башмаков в июле-авгу­сте колебалась от +9 °С ночью до +33 °С днем; при ис­пытаниях опытных башмаков в октябре — декабре — от —20 °С ночью и до +9 °С днем.
На рис. 5 показано сравнительное распределение опытных и серийных тормозных башмаков по видам и количеству дефектов.
Из графика видно, что основным дефектом как серийных, так и опытных башмаков стал излом руч­ки (13 и 22 случая соответственно). Других дефектов у опытных башмаков не выявлено.
Усталостный излом ручек башмаков является спе­цифической проблемой станции Сольвычегодск, при­чем как опытных, так и серийных. На станциях Ли­хая и Лосиноостровская изломов ручек башмаков не наблюдалось. Специально проведенными исследова­ниями доказано, что изломы ручек носят усталостный характер (рис. 6) и возникают вследствие многократ­ных ударов башмаков ручками в скопление башмаков за башмакосбрасывателем.
Количество изломов ручек опытных башмаков больше, чем серийных, вследствие более свободно­го прохождения опытными башмаками башмакосбра­сывателя и, следовательно, большей скорости выбро­са башмаков на фартук приемника.
На станции Лихая для того, чтобы башмаки, вы­брасываемые с малой скоростью, не скапливались за башмакосбрасывателями, первую приемную плиту установили с большим наклоном (рис. 7, а). По этой 
плите башмаки съезжают в сторону, освобождая путь для башмаков, вылетающих с большей скоростью, тем самым предотвращая их столкновение.
На станции Сольвычегодск такая конструкция не­приемлема, поскольку зимой ее трудно очистить от снега. Конструкция фартуков на станции Сольвы­чегодск позволяет быстро осуществить чистку снега (рис. 7, б), но приводит к скапливанию башмаков за башмакосбрасывателем, к их соударению и поврежде­нию ручек. Проблема излома ручек на станции Соль­вычегодск будет решена конструктивно за счет изме­нения конструкции приемника башмаков или увели­чения прочности ручек.
Одновременно с опытными башмаками проходили испытания четыре экспериментальных башмака с на­варенной на полоз износостойкой накладкой. Резуль­таты испытаний показали, что накладка положитель­но влияет на работоспособность опытных башмаков.

Анализ результатов эксплуатационных испытаний на трех станциях.

Анализ результатов испытаний на трех станциях —Лосиноостровская, Лихая, Сольвычегодск показал, что каждая станция имеет свои особенности, связанные с климатическими условиями, интенсив­ностью работы, скоростным режимом и др. Не все они были учтены при конструировании нового башмака. Тем не менее опытные тормозные башмаки имеют пре­имущество перед серийными по всем эксплуатацион­ным показателям. За счет конструктивных изменений и применения термической обработки удалось значи­тельно снизить количество таких повреждений, как трещина и отрыв носка, разгиб и отрыв бортов, а ко­робление полоза полностью исключить.
 
Таблица 3       Сравнение эксплуатационных показателей серийных и опытных тормозных башмаков по результатам испытаний на сортировочных станциях Лосиноостровская, Сольвычегодск и Лихая
 
11/11
Эксплуатационные показатели
Серийные башмаки
Опытные башмаки
Лосино­островская
Сольвыче­годск
Лихая
Общее ко­личество
Лосино­островская
Сольвыче­годск
Лихая
Общее ко­личество
1
Средний износ полоза в пересчете на 1000 пропущенных вагонов
0.18
0,1
0.09
0,12
0,14
0,08
0,12
0,11
2
Средний износ опорной колодки в пересчете на 1000 пропущенных ваго­нов
0,06
0,04
0,03
0,04
0,02
0,03
0,02
0,02
3
Среднее количество забракованных опытных бащмаков в пересчете на 1000 пропущенных вагонов без учета изломов ручек на станции Сольвыче­годск
0,6
0,32
1,45
0,79
0
0,17
0,7
0,29
 
Как выяснилось, ослабление крепежа колодки про­исходит вследствие смятия неровностей колодок и де­формации полоза. Поэтому применение более проч­ных материалов полоза и колодки позволило полно­стью устранить этот дефект. По показателям износа колодки и полоза опытные башмаки также превосхо­дят серийные (табл. 3).
Несмотря на ограниченное количество башмаков и время испытаний, видно, что темп выхода из строя на всех трех станциях серийных башмаков значитель­но выше, чем опытных (на Лосиноостровской повре­ждения опытных башмаков не было).
Вывод.
Результаты проведенных испытаний на станциях Лосиноостровская, Сольвычегодски Лихая наглядно показывают преимущество опытных тор­мозных горочных башмаков по сравнению с серий­ными по всем эксплуатационным показателям. Сред­нее количество забракованных опытных башмаков в пересчете на 1000 пропущенных вагонов состави­ло 0,29 шт., серийных —0,79 шт. По ориентировоч­ной оценке, срок службы новых тормозных башма­ков более чем в 2 раза может превысить срок служ­бы серийных.
По результатам расширенных испытаний были внесены изменения в конструкцию башмака в ча­сти увеличения угла наклона бортов полоза башма­ка, заходного уклона носка полоза и износостойкой накладки в месте контакта колеса с полозом башма­ка. Применение износостойкой накладки на нос­ке полоза толшиной 5 мм существенно увеличивает срок службы башмаков, однако требует повышенно­го контроля за качеством сварного шва, так как не­провар может привести к образованию трещины и от­рыву носка.
На основании результатов расширенных эксплуа­тационных испытаний откорректированы и утвержде­ны в ОАО «РЖД» Технические требования на гороч­ный тормозной башмак. В текущем году в ОАО «РЖД» ведется работа по выбору предприятий для серийно­го производства горочных тормозных башмаков но­вой конструкции.