Освоение колес нового поколения: опыт ВМЗ

За освоение колес из стали марки Л для пассажирских вагонов ОАО «Выксунский металлургический завод» (ВМЗ, входит в структуру Объединенной металлургической компании, ОМК) присуждено 2 место в конкурсе ОАО «РЖД» на лучшее качество подвижного состава и сложных технических систем за 2013 год. Об опыте внедрения колес нового поколения производства ВМЗ для пассажирских вагонов рассказывает начальник управления по развитию железнодорожной продукции ОМК Александр Ладыченко.

Рецепт повышенной прочности

– Александр Олегович, чем была вызвана необходимость освоения новой марки стали железнодорожных колес?

– Прежде всего необходимостью увеличения межремонтного пробега и ресурса колес пассажирского вагонного парка, а также сокращения ремонтно-эксплуатационных издержек, что может быть обеспечено за счет внедрения ресурсосберегающих технологий и новых элементов подвижного состава с повышенным уровнем эксплуатационной стойкости. Ни для кого не секрет, что главная причина ремонта колесных пар – неисправности поверхности катания колес, основную долю которых составляют так называемые выщербины. При этом причинами их зарождения могут быть начальные повреждения термомеханического или контактного типа, но развитие выщербин всегда происходит по контактно-усталостному механизму.

– Можно ли в принципе справиться с выщербинами? И способствует ли решению данной проблемы использование колес, изготовленных из стали марки Л?

– Процесс образования неисправностей в виде выщербин на поверхности катания колес неизбежен, потому что в результате действия контактного давления от многократно повторяющихся нагрузок происходит накопление усталостных повреждений (трещин) в поверхностных слоях ободьев колес. Таким образом, главный вопрос заключается в том, когда произойдет накопление этих повреждений до браковочного уровня и какой пробег вагона без отцепки в ремонт будет обеспечен свойствами стали колес. Идея разработки новой колесной стали состояла в том, чтобы за счет повышения предела прочности, пластичности и ударной вязкости повысить стойкость колес к неисправностям поверхности катания и, следовательно, увеличить межремонтный пробег колесной пары, а через него – и ресурс колес в эксплуатации. Cталь марки Л имеет существенно меньшее содержание углерода по сравнению с традиционными марками, используемыми для изготовления колес пассажирских вагонов, и включает больше марганца, кремния, ванадия, ниобия. Все это наряду с повышенной вязкостью придает колесам повышенную прочность.

Доказанная эффективность.

– Когда ВМЗ приступил к освоению колес нового поколения?

– Технические условия на колеса из стали марки Л были разработаны совместно с ВНИИЖТ еще в 2005 году. Пробеговые испытания на Южно-Уральской железной дороге проводились в течение 2 лет. В результате было установлено, что колеса из стали марки Л действительно обладают повышенной износостойкостью и стойкостью к выщербинам. Износ ободьев новых колес с учетом обточек на 48% ниже износа колес из стали марки 2, используемых в настоящее время под пассажирскими вагонами. В соответствии с заключением ВНИИЖТ колеса из стали марки Л рекомендовались для серийного производства. Однако полученных в ходе комплексных испытаний показателей оказалось недостаточно для обоснования справедливой стоимости новых колес. К тому же в то время не было нормативно-технической документации, регламентирующей порядок определения стоимости железнодорожного колеса с учетом экономического эффекта их использования.

– Какие действия были предприняты для оценки экономических показателей новых колес?

– В марте 2011 года ОМК и управление технической политики ОАО «Федеральная пассажирская компания» приняли решение о разработке соответствующей нормативно-технической документации и проведении сравнительных испытаний для установления технико-экономических показателей, необходимых для подготовки экономического обоснования эффективности использования колес из стали марки Л. Согласно достигнутым договоренностям, ФПК взяла на себя расходы по формированию колесных пар и организацию опытного маршрута, а ОМК – обеспечение научно-методического сопровождения исследований. Для реализации поставленной задачи в ноябре 2011 года в нашей компании был открыт соответствующий бизнес-проект. Затем была сформирована межведомственная группа, в состав которой, помимо специалистов ОМК и ФПК, вошли представители ведущих отраслевых институтов – ВНИИЖТ, МИИТ и ВНИКТИ.

– Когда начались и как проходили сравнительные испытания?

– В мае 2012-го ВКМ пассажирского вагонного депо сформировала опытную партию колесных пар с колесами из стали марок Л и 2. Спустя месяц началась подконтрольная эксплуатация колес под вагонами поезда «Россия» сообщением Москва – Владивосток. Согласно методике, разработанной ВНИИЖТ, измерения геометрических параметров поверхности катания колес проводились при каждом возвращении опытного состава в Москву, то есть раз в 2 недели. Всего за период подконтрольной эксплуатации было проведено 27 натурных инструментальных измерений. Для повышения качества измерений геометрических параметров колес дополнительно использовался автономный лазерный сканер Calipri, который позволил получать высокоточные результаты и формировать электронные протоколы произведенных измерений. Специалисты проводили осмотр и фотофиксацию неисправностей поверхности катания. Для каждого типа неисправностей определялась толщина снимаемого слоя металла при обточках колесных пар. В июле 2013 года, когда пробег опытных вагонов составил 500 тыс. км, подконтрольная эксплуатация завершилась. По результатам сравнительных испытаний подготовлено итоговое заключение ВНИИЖТ и технико-экономическое обоснование эффективности использования колес из стали марки Л.

Сравнение – в пользу стали марки Л.

– Каковы технические результаты сравнительных испытаний?

– В ходе исследования установлено, что средний износ поверхности катания колес из стали марки Л в 1,2 раза ниже, чем колес из стали марки 2. Кроме того, колеса из стали марки Л имеют преимущество по пробегу до образования выщербин контактно-усталостного происхождения. Расчетный ресурс составил 1,44 млн. км, в то время как колес из стали марки 2 – только 1,04 млн. км. Таким образом, результаты подконтрольной эксплуатации новых колес свидетельствуют о преимуществе их использования по стойкости к износу и выщербинообразованию, межремонтному и общему ресурсу.

– С точки зрения экономики применение колес из стали марки Л также обоснованно?

– В соответствии с методикой, разработанной ВНИКТИ, эффективность применения колес из стали марки Л оценивалась по стоимости жизненного цикла, чистому дисконтированному доходу, полезному эффекту и уровню предельно допустимой цены. Согласно заключению ВНИКТИ новые колеса за счет снижения количества обточек и переформирований за срок службы пассажирского вагона обеспечивают снижение затрат жизненного цикла на 24% на одно колесо.

– Какие решения приняты потребителем?

– По итогам рассмотрения результатов подконтрольной эксплуатации колес и технико-экономического обоснования эффективности использования колес нового поколения на заседании секции «Инновационные технологии» научно-технического совета ОАО «ФПК» в марте 2014 года принято решение рекомендовать применение цельнокатаных колес из стали марки Л производства Выксунского металлургического завода под пассажирскими вагонами ФПК. Внедрение колес из стали марки Л включено в план мероприятий по направлению стратегического развития Федеральной пассажирской компании.

– Таким образом, проект можно считать завершенным?

– На самом деле все только начинается. Специалисты ОМК будут осуществлять мониторинг технического состояния колес на протяжении всего жизненного цикла вплоть до исключения колес из эксплуатации. Это позволит получить ценную информацию, необходимую для усовершенствования потребительских свойств колес пассажирских вагонов.

Источник: журнал «РЖД-Партнер»