Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Связь экономических показателей работы железнодорожного транспорта с параметрами процессов трения в системе "колесо-рельс» 12
1.1. Технико-экономический анализ стратегических направлений в технической политике МПС, влияющих на работу системы «колесо-рельс» 12
1.2. Влияние триботехнических параметров системы «колесо- рельс» на экономические показатели работы отрасли 24
1.3. Качественный анализ экономических последствий мероприятий, оказывающих воздействие на факторы трения в системе "колесо-рельс" 27
1.4. Связь коэффициента использования энергоресурсов и фрикционных параметров пары "колесо-рельс» 30
1.5. Качественный экономический анализ мероприятий по снижению износа в системе «колесо-рельс» 38
1.6. Выводы по первой главе 42
ГЛАВА 2. Разработка алгоритма методики оценки экономической эффективности мероприятий по снижению потерь на трение 43
2.1. Анализ существующих методик определения экономической эффективности мероприятий по снижению потерь на трение ... 43
2.2. Предлагаемый укрупненный алгоритм оценки экономической эффективности мероприятий по снижению потерь на трение в узле «колесо-рельс» 51
2.3. Методика оценки экономической эффективности мероприятий по снижению потерь на трение в системе "колесо-рельс" (на примере лубрикации) 56
2.4. Примеры оценки связей экономических показателей и фрикционных параметров взаимодействия в системе "колесо-рельс" по разработанному алгоритму 64
2.4.1. Исследование влияния фрикционных параметров взаимодействия колеса и рельса на энергетическую составляющую эксплуатационных расходов 64
2.4.2. Исследование связи коэффициента сцепления колес с рельсами и затрат на обточки бандажей локомотивов по дефекту «выщербины» (на примере данных депо Сольвычегодск) 67
2.5. Применение коэффициента использования энергоресурсов для оценки эффективности мероприятий по снижению потерь на трение 77
2.6. Выводы по второй главе 80
ГЛАВА 3. Влияние величины коэффициента сцепления колес с рельсами на экономические показатели работы железнодорожного транспорта 82
3.1. Два направления оптимизации экономических результатов работы отрасли с использованием согласования эксплуатационных показателей и триботехнических параметров взаимодействия колеса и рельса 82
3.2. Управление сцеплением колес с рельсами и ресурсосбережение 84
3.3. Область применения мероприятий по управлению основным коэффициентом сцепления колес локомотива с рельсами 86
3.4. Исследование чувствительности уровня сцепления к расходу ресурсов для определения условий экономически эффективного управления сцеплением 91
3.4.1. Оценка эластичности уровня сцепления по количеству песка, подаваемого на рельсы для повышения сцепления 91
3.4.2. Исследование эластичности функции сцепления по коэффициенту трения и выделение условий экономически эффективной области управления сцеплением колеса и рельса... 95
3.5. Разработка модели и алгоритма определения экономической целесообразности использования изменений фрикционного состояния рельсовой поверхности с целью повышения эффективности работы отрасли и ее подразделений 99
3.6. Выводы по третьей главе 113
Заключение 114
Литература 118
Приложение 126
- Технико-экономический анализ стратегических направлений в технической политике МПС, влияющих на работу системы «колесо-рельс»
- Влияние триботехнических параметров системы «колесо- рельс» на экономические показатели работы отрасли
- Анализ существующих методик определения экономической эффективности мероприятий по снижению потерь на трение
- Два направления оптимизации экономических результатов работы отрасли с использованием согласования эксплуатационных показателей и триботехнических параметров взаимодействия колеса и рельса
Введение к работе
Развитие рынка транспортных услуг заставляет искать пути повышения конкурентоспособности железнодорожного транспорта. Это предполагает исследование конъюнктуры рынка, повышение экономической эффективности работы отрасли.
Один из важнейших экономических показателей - себестоимость перевозок - в значительной мере определяется массой поезда, которая, в свою очередь, существенно зависит от параметров взаимодействия системы «колесо-рельс». Кроме того, качество работы узла трения "колесо-рельс" оказывает влияние на скорость движения поездов, безопасность перевозок и ряд других экономических и эксплуатационных показателей работы железнодорожного транспорта.
В настоящее время особенно актуальным является исследование влияния потерь на трение в узле «колесо-рельс» на экономические показатели работы отрасли по следующим основным причинам: в работе отечественных железных дорог наблюдается ежегодное повышение удельного расхода энергии, в значительной мере обусловленное увеличением сопротивления движению; несмотря на масштабное применение мер лубрикации, остается весьма важной проблема интенсивного износа гребней колес локомотивов и боковой грани головки рельса. Ресурс работы рельсов вследствие интенсивного износа за период с 1985 г. по настоящее время снизился на некоторых дорогах в 3-10 раз, а в кривых - до 30 раз. Износ колесных пар подвижного состава увеличился в 10-15 раз [36].
Указанные обстоятельства приводят к повышению ресурсопотребления, ремонтных затрат, что приводит к ухудшению экономического состояния железных дорог.
Повышение конкурентоспособности перевозок может быть достигнуть за счет использования потенциала ресурсосбережения [56,59].
Ресурсосберегающие технологии - основа снижения издержек на железнодорожном транспорте. Программа ресурсосбережения как фактора повышения конкурентоспособности перевозок принята на железнодорожном транспорте в качестве важнейшего приоритета экономической стратегии отрасли на ближайшую перспективу [4,57]. Ресурсосбережение связано со снижением непроизводительного энергопотребления в работе отрасли. Помимо экономии энергоресурсов, это приводит к снижению затрат других видов ресурсов. Анализ затрат энергии, расходуемых на преодоление сил трения при движении поездов, показал, что имеются резервы экономии энергии за счет решения ряда триботехнических проблем. Статистика показывает, что более 50% отказов транспортных средств происходит по причине повреждения или чрезмерного износа узлов трения разного класса и назначения [51]. К ним относятся такие опасные повреждения как подрез гребней колес подвижного состава и боковой износ головки рельса, выкрашивание дорожек трения колес и рельсов, разрушение подшипников, роликовых букс, моторно-осевых подшипников, пережоги контактного провода и другие повреждения. В итоге на 1 кг условного топлива, расходуемого в отрасли, приходится 0,5 условных единиц амортизационных затрат и около 0,02 условных единиц затрат на материалы [36].
По оценкам специалистов, затраты энергии на преодоление сил трения составляют до 90% энергии, затрачиваемой на тягу поездов, а износ подвижного состава и рельсового пути вызывает существенные затраты в ремонтном хозяйстве [50]. Проведение ТО и текущий ремонт электровозов и тепловозов составляют 11% эксплуатационных расходов [32]. Анализ работ экономистов в области ресурсосбережения: В.А.Дмитриева [12],
АТ.Романовой [49], М.Ф.Трихункова [58] показывает важность данного исследования.
Оптимальное расходование ресурсов было актуальным для железнодорожного транспорта всегда. Высокий уровень материалопотребления на железнодорожном транспорте связан с большим объемом ремонтных работ и ограниченным сроком службы основных агрегатов и несущих элементов подвижного состава и пути. Расходы материальных ресурсов на железнодорожном транспорте составляют 15 млрд. руб ежегодно [32]. Существенной частью ресурсопотребления является износ гребней колес подвижного состава и боковой грани головки рельса. Одной из основных ресурсосберегающих технологий является снижение интенсивности этого износа.
Известно, что в России прорабатывается возможность ввода в эксплуатацию высокоскоростных пассажирских линий. Кроме того, при выходе экономики страны из кризисного положения может существенно возрасти объем перевозок, что наблюдалось в последние месяцы прошлого года. В связи с этим проблема потерь на трение и повышенного износа колес и рельсов в ближайшие годы еще более обострится.
Снижение потерь на трение в контакте колесо-рельс приводит к положительным результатам в трех аспектах: экологическом — за счет эффективного использования, следовательно, экономии природных ресурсов; экономическом — повышение экономической эффективности перевозок за счет снижения затрат, связанных с потерями на трение; стратегическом — укрепление и расширение позиций в конкурентной борьбе на рынке транспортных услуг.
Анализ работ ведущих отечественных и зарубежных специалистов-трибологов в области железнодорожного транспорта Ю.М.Лужнова, С.М.Захарова, В.М.Богданова, И.П.Исаева, В.С.Лысюка, И.Л.Пашолока,
С.Освальда, Р.Рейфа и др. позволяет говорить о значительном потенциале триботехнических разработок в области снижения потерь на трение в контакте «колесо-рельс». В связи с этим становится актуальной проблема определения экономической эффективности мероприятий по снижению потерь на трение в системе «колесо-рельс».
Технико-организационные мероприятия, изменяющие условия взаимодействия системы "колесо-рельс" могут иметь негативные последствия, которые проявляются с запаздыванием. Временной лаг проявления последствий этих мероприятий может измеряться годами и десятилетиями. Это обстоятельство требует объективной оценки принимаемых на транспорте решений. Существующие методики оценки экономической эффективности триботехнических решений основываются на статистической оценке связи конкретного мероприятия и результатов. Это требует в каждом случае проведения уникального эксперимента, связывающего объемы мероприятий и их результаты. Отсутствуют общие методические принципы оценки триботехнических мероприятий. Поэтому необходим более объективный подход к определению экономической эффективности мероприятий, направленных на снижение потерь на трение в системе «колесо-рельс». Внедрение экономически эффективных триботехнических мероприятий обеспечивает инно-вационность и экономическую эффективность производства, что является маркетинговым подходом к ресурсосбережению [10].
Работа посвящена разработке модели оценки экономической эффективности триботехнических решений, определению экономически целесообразных условий проведения мероприятий по снижению потерь на трение.
Целью работы является разработка модели оценки экономической эффективности мероприятий по снижению потерь на трение в системе "колесо-рельс". Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи: произведена укрупненная оценка потерь на трение в узле "колесо-рельс" в масштабе сети на основании триботехнических закономерностей взаимодействий в системе "колесо-рельс"; исследовано влияние триботехнических параметров системы "колесо-рельс" на агрегированный показатель технологического уровня отрасли -коэффициент использования энергоресурсов; проанализированы применяющиеся в настоящее время методики оценки экономической эффективности мероприятий по снижению износа в узле трения "колесо-рельс" и изучены возможности их совершенствования; предложена модель оценки экономической эффективности триботехнических мероприятий в системе "колесо-рельс", базирующаяся на определении непосредственной связи экономических результатов мероприятий и изменении триботехнических параметров взаимодействия в узле "колесо-рельс"; используя предложенную модель выявлена связь фрикционных параметров взаимодействия системы "колесо-рельс" и экономических показателей работы подразделении отрасли (величины коэффициента сцепления колес с рельсами и ремонтных затрат на обточки бандажей локомотивов для депо Сольвычегодск); на основе предложенной методики оценки экономической эффективности мероприятий по снижению потерь на трение оценена экономическая целесообразность варьирования эксплуатационных показателей (массы поезда) в зависимости от фрикционного состояния рельсовой поверхности.
В качестве методологической и теоретической основы исследования использовались труды отечественных и зарубежных экономистов А.Т.Романовой, А.П.Абрамова, В.А.Дмитриева, М.Ф.Трихункова, В.Я.Шульги, Н.П.Терешиной, Б.А.Волкова, В.Г.Галабурды и трибологов
И.В.Крагельского, А.В.Чичинадзе, Ю.М.Лужнова в области ресурсосбережения и управления триботехническими параметрами в системах железнодорожного транспорта. В процессе работы использовались методы математического анализа, математической статистики, математического программирования. В диссертации использованы статистические данные о показателях работы сети и отдельных железных дорог и депо, полученные из отраслевых отчетных материалов.
Научная новизна данной работы заключается в следующем: выявлены связи между триботехническими параметрами взаимодействия в системе "колесо-рельс" и экономическими показателями железнодорожного транспорта; разработан специальный подход к экономической оценке мероприятий по изменению условий взаимодействия в системе "колесо-рельс", который базируется на непосредственной связи экономических результатов мероприятий с изменением фрикционных параметров взаимодействия колеса и рельса; разработана модель оценки влияния фрикционных параметров взаимодействия в системе "колесо-рельс" на эксплуатационные и экономические показатели работы отрасли, которая позволяет согласовывать трибо-технические показатели системы-"колесо-рельс" и эксплуатационные показатели в соответствии с выбранными экономическими критериями работы железнодорожного транспорта.
Практическая ценность работы заключается в том, что реализация обоснованных в диссертации положений позволяет: -выделить в оценке экономической эффективности мероприятий, направленных на снижение потерь на трение, часть, непосредственно связанную с работой системы "колесо-рельс", что упрощает оценку результата проведенных мероприятий; моделировать экономические последствия изменения условий взаимодействия в системе "колесо-рельс"; согласовывать экономические требования с параметрами триботехнических систем; дать экономическое обоснование выбора эксплуатационных показателей участков железных дорог при «районировании» железных дорог по сходным фрикционным характеристикам рельсового пути и определить экономическую целесообразность применения гибких технологий эксплуатационной работы (например, установление сезонных весовых норм); - более объективно анализировать экономическую эффективность направлений и объемов инвестиций в развитие технологии отрасли и внедрять рациональные технологические решения на транспорте.
Результаты исследований могут быть использованы при разработке комплексной программы снижения затрат железных дорог, планировании экономических показателей, усиления производственных мощностей ремонтных предприятий для конкретных условий эксплуатации в целях повышения экономической эффективности работы железных дорог.
Технико-экономический анализ стратегических направлений в технической политике МПС, влияющих на работу
Проблема интенсивности износа колеса и рельса на железных дорогах России связана с ужесточением режима нагружения колеса и рельса, обусловленного конструктивными недостатками подвижного состава и пути, а также организационно-управленческими мероприятиями, проводимыми на железнодорожном транспорте СССР и России.
Интенсивность износа гребней колес локомотивов и бокового износа рельсов начинает возрастать с 50-х годов, в связи с переходом подвижного состава на новые виды тяги.
ВНИИЖТ по поручению МПС СССР начал разрабатывать мероприятия, направленные на снижение износа в системе "колесо-рельс" [22]. После проведенных исследований работы по снижению износа велись по двум направлениям: - поиск рациональных профилей колеса и рельса; - создание напольных лубрикаторов и гребнесмазывателей.
Исследовательские работы завершились созданием нового профиля рельса и объединенного профиля колеса для всего подвижного состава. Введением объединенного профиля для всего подвижного состава предполагалось, что депо, ведущие эксплуатацию и ремонт локомотивов, электро-и дизель поездов и вагонов будут иметь единый технологический процесс, станочное оборудование и измерительный инструмент. Это должно было привести к сокращению ремонтных затрат, унификации производства запасных частей для ремонтного оборудования. В перспективе при увеличении скорости движения и нагрузки на ось вагонов предполагалось производство цельнокатанных колес для всего подвижного состава. Однако отрицательная позиция ГУ вагонного хозяйства МПС не позволила осуществить переход на объединенный профиль колес, несмотря на одобрение и рекомендации к внедрению этого предложения на НТС МПС в 1958 году.
Специалистами ВНИИЖТа также были предложены следующие мероприятия: уменьшение процента кривых на участках обращения локомотивов, добавляя к участкам с большим числом кривых участки, не имеющие кривые малого радиуса; введение смазки рельсов в кривых участках пути или применить гребнесмазыватели на локомотивах. Частичное проведение этих мероприятий позволило на некоторых участках и в депо уменьшить интенсивность бокового износа рельсов и гребней колесных пар локомотивов. Снижению остроты проблемы, обусловленной увеличением числа обточек при интенсивном износе гребней, способствовало введение в 1956 году станов для обточки колесных пар без выкатки типа КЖ-20.
На основании исследований ВНИИЖТ и МИИТ о зависимости боковых сил и удельных давлений в системе «колесо-рельс» от ширины колеи в Правила Технической Эксплуатации железных дорог СССР (ПТЭ) в 1972 году было внесено изменение ширины колеи с 1524мм на 1520мм.
По мере увеличения протяженности железных дорог с шириной колеи 1520 мм износ колес и рельсов нарастал. Началась систематическая замена при капитальных ремонтах слабых конструкций пути с более легкими и податливыми рельсами типа Р43 и Р50 на более тяжелые Р65. В путь стали укладывать упрочненные рельсы при неизменных размерах и параметрах материала колесных пар и бандажей подвижного состава.
В результате унификации колеи дорожки катания колес и рельсов сместились внутрь колеи. Это привело к увеличению колебаний фрикционных возможностей между колесами одной колесной пары, особенно при прохождении ее по кривым малого радиуса, что способствует их дополнительному скольжению и износу.
Увеличение норм бокового износа рельсов с 15 до 20мм привело к тому, что колесо, перекатывающееся по наружной нитке кривой, контактирует с рельсом только по гребню и не имеет опоры на поверхности катания. При этом существенно - в 1,5—2 раза - уменьшая площадь контактирования колеса с рельсом. Из-за неравномерности загрузки вагонов в отдельных случаях достигается статическая нагрузка на одно колесо до 18-20т, а направляющие усилия на гребне колеса могут превосходить нормируемую по безопасности движения величину 14т. Все это приводит к чрезмерным напряжениям, возникающим между колесом и рельсом, и способствует интенсивному их изнашиванию.
Проблема интенсивного износа в контакте "колесо-рельс" обострилась на "стыке двух взаимоисключающих направлений в решении интенсификации перевозочного процесса" [3]. В 60-е годы задачу повышения пропускной способности дорог предлагалось решать за счет увеличения максимальных скоростей движения — до 100 км/ч для грузовых поездов и до 160 км/ч для пассажирских поездов дальнего следования. Путь и подвижной состав, предназначенные для вышеозначенных условий эксплуатации, проектировались и выпускались в последующие десятилетия.
К 80-м годам сеть железных дорог была оснащена техническими средствами, определенными для движения с высокими скоростями, параметры пути возвышение и подуклонка наружных рельсов в кривых — были предназначены для прохождения составов с высокими скоростями движения.
Влияние триботехнических параметров системы «колесо- рельс» на экономические показатели работы отрасли
«Колесо-рельс» -- наиболее ответственный и тяжело нагруженный узел трения. Взаимодействие этой пары трения определяет массу поезда, себестоимость и безопасность перевозок, материалоемкость, энергоемкость транспортной продукции и т.д. На рис. 1.2 представлена качественная связь параметров процессов трения в узле «колесо-рельс» с экономическими по- -казателями работы железнодорожного транспорта.
Фрикционными параметрами пары «колесо-рельс» определяется их износ. По данным работы [22], стоимость ремонта колесных пар составляет 10-15% от стоимости капитального ремонта локомотива, 5-6% — от стоимости всех видов ремонта локомотива, расход металла на ремонт колесных пар составляет 40% от общего расхода металла при ремонте подвижного состава. Необходимо отметить, что 50% бандажей вследствие большой потребности и ограниченных возможностей отечественной промышленности, приобретается за рубежом.
В последнее десятилетие отмечен рост удельного расхода электроэнергии на тягу поездов. Это происходит по многим причинам, в том числе и за счет увеличения сопротивления движению [32]. С экономической точки зрения это означает что повышение удельного расхода энергии на тягу поездов и рост цен на энергоносители провоцирует рост энергетической составляющей в эксплуатационных расходах, которая на 01.01.99г. составляла значительную часть: 39% расходов локомотивного хозяйства и 9% общехозяйственных расходов железных дорог [32]. Следовательно, изменения потерь энергии при движении локомотива оказывают значительное влияние на эксплуатационные расходы локомотивного хозяйства и железных дорог в целом.
Как указывается в [49-51], основной источник потерь энергии при движении локомотива - трение во фрикционных узлах. В работе [49] приведена предельная оценка затрат энергии локомотива на работу по преодолению сил трения во всех триботехнических узлах подвижного состава не менее 68 % от энергопотребления на тягу поездов. В работе Л.Мугинштейна [45] указывается, что энергия проскальзывания колес относительно рельсов составляет от 1 до 4% энергопотребления на тягу поездов. Затраты энергии от трения в системе "колесо-рельс" зависят от многих факторов, в том числе от скорости движения локомотива, коэффициента трения между колесом и рельсом, скорости упругого скольжения колеса относительно рельса. Представляется целесообразным оценить долю затрат энергии в системе "колесо-рельс" в целом по сети. Затраты энергии при взаимодействии колеса и рельса определяются участком движения поезда (прямолинейный или криволинейный) а также режимом движения (тяга и выбег). На основании работ специалистов ВНИИЖТа [22], других авторов [35,37] нами оценена доля потерь энергии в системе "колесо-рельс" в общих энергозатратах на тягу поездов. Эта доля составляет от 4 до 16 % общего энергопотребления на тягу поездов в зависимости от реализуемого коэффициента трения. Оценка произведена для движения гипотетического поезда со среднесете-выми показателями по массе, удельному энергопотреблению, технической скорости. Расчет является репрезентативным для оценки этой доли в целом по сети, поскольку произведен для среднесетевых условий движения (по плану пути и режимам ведения поезда). Расчет приведен в приложении.
Качественный анализ экономических последствий мероприятий по снижению потерь на трение в системе «колесо-рельс» Для объективной оценки экономической эффективности триботехниче-ских мероприятий представляется целесообразным оценивать мероприятия по их влиянию на основные факторы, определяющие трение и износ в системе "колесо-рельс".
Основными факторами, влияющими на уровень трения и износа в узле «колесо-рельс» [5,6,17,34,38], являются: - удельные нагрузки в зоне трения; - физико-химические и фрикционные свойства дорожек трения колеса и рельса при их взаимодействии; - скорость скольжения колеса по рельсу. Результаты качественного экономического анализа основных мероприятий, уменьшающих воздействие этих факторов на износ в системе «колесо-рельс», приведены в табл.1.2.
Удельные нагрузки в зоне трения могут быть изменены в результате мероприятий организационного характера. Для снижения максимальных удельных нагрузок в зоне контакта колеса с рельсом требуется принятие согласованных решений службами пути, локомотивного, вагонного, грузового хозяйств [36].
Физико-химические и фрикционные свойства дорожек трения колеса и рельса при их взаимодействии зависят от свойств материалов колеса и рельса, а также от состояния поверхностей трения.
Скорость относительного скольжения колеса по рельсу оказывает наиболее сильное воздействие на потери энергии локомотива, чем другие факторы. Уровень скольжения колеса относительно рельса зависит от конструктивных особенностей подвижного состава, плана и профиля пути, режима ведения поезда. При движении локомотива в тяговом режиме вынужденное скольжение колеса локомотива относительно рельса выше, чем в режиме свободного качения. По данным специалистов ВНИИЖТа [22], этот уровень составляет примерно 6,5% от скорости поступательного движения локомотива. По мнению других авторов [24,33], скольжение колеса локомотива относительно рельса в режиме тяги, вызванное принудительной установкой колесной пары в рельсовой колее, в 2-3 раза больше, чем при свободном качении. Следует отметить, что тяговый режим составляет примерно 52,7% всего времени движения локомотива [22].
Технико-физическая природа основного источника потерь от трения — это проскальзывание колес относительно рельсов [18,22,35,37,45]. В таблице 1.3 приведены характеристики участков проскальзывания и указаны методы возможного снижения его уровня. Также в таблице приведены основные мероприятия, снижающие уровень проскальзывания колеса относительно рельса при движении локомотива.
Анализ существующих методик определения экономической эффективности мероприятий по снижению потерь на трение
распространение получили лубрикация, наплавка гребней колес подвижного состава, их плазменное упрочнение [3,5,13,20].Использование смазочных материалов в настоящее время широко используется в России и за рубежом (в США, Германии, Австрии и других странах).
Технология лубрикации контакта «колесо-рельс» начала внедряться на сети с 1995 года для снижения катастрофического изнашивания гребней колес подвижного состава и боковой грани рельсов. Острота проблемы износа в системе «колесо-рельс» снизилась благодаря проведению вышеперечисленных мероприятий, и в настоящее время требуется решение задачи снижения эксплуатационных расходов, связанных с износом [3]. Это показывает необходимость отбора технологий лубрикации с наименьшими затратами на ее реализацию при нормируемых показателях износа колес подвижного состава и рельсов.
В настоящее время оценка результатов лубрикации происходит по фактическим данным работы подразделений железных дорог. Эти данные не всегда являются следствием внедрения указанного мероприятия. Например, снижение энергетических расходов на тягу поездов может быть следствием не только лубрикации рельсов, но также и применения автоматических систем оптимального ведения поезда и других мероприятий.
При выборе тех или иных технических решений необходим тщательный анализ неблагоприятных воздействий на окружающую природную среду. Смазки изготавливаются на основе нефтепродуктов с включением синтетических поверхностно-активных веществ. Применение смазок неблагоприятно отражается на состоянии почвы и атмосферы. Поэтому к отрицательным последствиям лубрикации можно отнести ухудшение экологического состояния прилегающих к железнодорожному полотну районов. Однако этот факт не учитывается в Методике, а как положительный фактор применения лубрикации в экологическом аспекте отмечается снижение энергетических расходов на тягу поездов.
Помимо положительных результатов, применение смазки сопровождается рядом негативных явлений. Это, во-первых, выжимание смазки на поверхность катания головки рельса, что уменьшает уровень сцепления колеса с рельсом, во-вторых, рост числа выщербин и контактно-усталостных повреждений колес подвижного состава [3,44]. При неточном расчете дозировки смазки ее часть при прохождении поезда выдавливается на поверхность катания, ухудшая коэффициент сцепления колес подвижного состава с рельсами. Перенос смазки на поверхность катания колес, по мнению И.Л. Пашолока [47], является причиной резкого увеличения в последние годы количества браковок колес по усталостным выщербинам (в 17 раз ВІ995 по сравнению с 1989). Заметим, что в 1995 году были широко внедрены смазывающие системы.
Отслоения и выкрашивания металла на поверхности катания головки рельса (выщербины) стали также основной причиной изъятия рельсов [37].
Браковка колёс грузовых вагонов в эксплуатации определялась интенсивным износом гребней и выщербинами, которые за последние два-три года, с развитием гребне - и рельсосмазывания, стали основным браковочным дефектом колёс грузовых вагонов [20].
В силу триботехнических представлений рельсосмазывание должно привести к росту выщербин на поверхностях катания колеса и рельса. Если не принять адекватные меры сейчас, наступит следующий виток проблемы "колесо - рельс" [44].
Два направления оптимизации экономических результатов работы отрасли с использованием согласования эксплуатационных показателей и триботехнических параметров взаимодействия колеса и рельса
Два направления оптимизации экономических результатов работы отрасли с использованием согласования эксплуатационных показателей и триботехнических параметров взаимодействия колеса и рельса В данной диссертационной работе экономические результаты работы отрасли определены как макропараметры. К ним относятся: себестоимость перевозок, рентабельность по себестоимости, прибыль и другие показатели. Желательные их значения диктуются конъюнктурными условиями на рынке транспортных услуг, а также другими внешними условиями: ценами на энергоносители, например, и обеспечивается реализацией эксплуатационных характеристик.
В процессе эксплуатации железных дорог возникает необходимость регулировать фрикционные параметры взаимодействия колеса и рельса в соответствии с заданными эксплуатационными показателями. Например, повышать уровень сцепления колес с рельсами для возможности реализации силы тяги. Существующие способы повышения сцепления, основанные на опыте машиниста и визуальном осмотре пути, не всегда оказываются эффективными [35]. Возникает вопрос, что экономически целесообразней: управлять сцеплением (повышать его уровень) для возможности реализации провозной способности дорог, или, исходя из некоторого существующего уровня сцепления, реализовывать соответствующие ему эксплуатационные показатели. Алгоритм оценки экономической целесообразности применения того или иного подхода изображен на рис.3.1. Предлагается поставить задачу оптимизации триботехнических характеристик и эксплуатационных показателей для минимизации эксплуатационных расходов.
Управление сцеплением колес с рельсами и ресурсосбережение Как известно, в России для расчета поездной работы используются аналитические выражения, устанавливающие связь между расчетным коэффициентом сцепления и скоростью движения подвижного состава [15,19]. Расчетный коэффициент сцепления определен на основе эмпирических характеристик сцепления по экспериментальным данным, полученным в среднеэксплуатационных условиях работы подвижного состава. Как правило, они отражают лишь общую тенденцию тех или иных параметров сопротивления движению без учета природы фрикционного взаимодействия и поэтому недостаточно точны [33]. Коэффициенты, лежащие выше или ниже этих расчетных детерминированных значений, при определении веса поезда и режима его ведения не принимаются в расчет. С учетом случайного характера изменения факторов, оказывающих влияние на сцепление локомотива, разброс коэффициентов его сцепления с рельсами составляет в среднем 23 % или может быть еще большим, что и наблюдается при эксплуатации подвижного состава [33]. В реальных условиях эксплуатации железных дорог коэффициент сцепления колес с рельсами может меняться в пределах от 0,1 до 0,45, значительно отличаясь от расчетного [36]. Реализация локомотивами коэффициента сцепления ниже расчетного уровня приводит к дополнительным расходам. Например, как было показано на данных депо Сольвычегодск во второй главе настоящей диссертации, возрастают ремонтные затраты на переточки бандажей локомотивов.
Реализация максимальной мощности локомотивов, в основном, ограничивается сцеплением колес с рельсами. Его срывы, несмотря на подаваемый на рельсы песок, приводят к снижению скорости движения поездов, к повышенному расходу электроэнергии и топлива, затрудняют ведение поездов машинистами, а в наиболее неблагоприятных условиях становятся причинами остановки поездов на перегонах. Частые пробуксовки колесных пар и используемый для поддержания сцепления песок, помимо нарушения режима эксплуатации подвижного состава, приводят к интенсивному износу экипажной части подвижного состава и рельсового пути, к повреждениям электрических машин и аппаратов, засоряют верхнее строение пути [33,45]. Это также влечет за собой значительные дополнительные сопряженные эксплуатационные затраты.
В табл. 3.1 в укрупненном виде представлены экономические и эксплуатационные последствия реализации коэффициентов сцепления ниже расчетных.
Реализация возможно более высоких коэффициентов сцепления обеспечивает максимальную провозную способность при соблюдении безопасности перевозок. Рассмотрим мероприятия по повышению уровня сцепления колес локомотивов с рельсами. Согласно изложенной во второй главе данной диссертационной работы концепции оценки влияния фрикционных параметров взаимодействия в системе "колесо-рельс" на экономические показатели, мероприятия по повышению уровня сцепления колес локомотивов с рельсами представляют собой мероприятия по регулированию микропараметров взаимодействия колеса и рельса. Необходимо провести экономический анализ для того, чтобы в дальнейшем оценить экономическую целесообразность их применения.
