Представление и систематизация информации об износе бандажей
колесных пар подвижного состава и рельсов.

         Контролируемыми параметрами, характеризующими изнашивание бандажей колесных пар электровозов, является износ гребня бандажей. Изменение контролируемого параметра рассматривалось в зависимости от пробега, отсчет которого производился от момента полного восстановления (обточка) профиля бандажей (колеса). Исходные статистические данные были собраны по результатам измерения контролируемых параметров бандажей колесных пар пассажирских электровозов ЧС2, ЧС7 и электропоездов ЭР1, ЭР2 и ЭТ2 в течении 1995-1996 гг. с учетом работ проведенных по договору №ИКР-1.Если при анализе интенсивности износа гребней колесных пар электровозов ЧС2 ,ЧС7 в 1995 году (отчет по договору №ИКР-1) был выбран сравнительно малый период времени и количество данных по 7 электровозам обоих серий не превышало в сечении реализаций износа 30 замеров (табл. П.3.1.-П.3.4. отчета «Рекомендации по уменьшению интенсивности бокового износа рельсов и гребней колес подвижного состава на Свердловской железной дороге), было принято решение об увеличении выборки значений контролируемого параметра.

 В 1996 году наблюдения велись за 74 электровозами серии ЧС2 (69)  и  ЧС7 (5).

№№: 052, 079, 087, 109, 114, 115, 118, 120, 121, 136, 144, 159, 169, 181, 194, 195, 196, 198, 199, 200, 201, 202, 205, 207, 208, 211, 212, 213, 215, 239, 242, 243, 245, 256, 258, 259, 262, 275, 280, 288, 286, 289, 292, 296, 309, 324, 339, 344, 359, 376, 390, 402, 404, 405, 408, 443, 448, ,496, 525, 539, 562, 593, 610, 612 ,639, 660, 694, 696, 697,750, 781, 785, 815).
     5-ю электропоездами ЭР1 и ЭР2 (№№ 29, 132, 155, 164, 23 и  5-ю электропоездами ЭТ2 (№№  05, 06, 08, 10, 11), гребни колесных пар которых обработаны составом ТС НИОД. Причем у 12 электровозов ЧС2 начальная толщина бандажа при обработке ТС НИОД составляла 90 мм, а 18 электровозов имели начальную толщину бандажа при обработке ТС НИОД 80 мм, 19 электровозов ЧС2 имели начальную толщину бандажа при обработке ТС НИОД 70мм, 16 электровозов имели начальную толщину бандажа при обработке ТС НИОД 60 мм.
     В качестве контрольных были выбраны 43 электровоза серии ЧС2(39) и ЧС7 (4)  №№:
107,  108, 119, 122, 125, 127, 128, 130, 143, 145, 147, 154, 156, 157, 160, 166, 194, 197, 207, 208, 209, 233, 235, 247, 248, 263, 274, 285, 290, 291, 293, 295, 306, 307, 322, 331, 369, 396, 427, 449, 493, 622, 657.
     Причем 10 электровозов ЧС2 имели начальную толщину бандажа при проведении эксперимента 90мм, а 12 электровозов ЧС2-80мм, 9-70мм, 8 электровозов-60мм. Контрольными электропоездами являлись все остальные (ЭР1,ЭР2-35, ЭТ2-2) из приписного парка локомотивного депо Свердловск-Пассажирский.

     Наблюдение за большим количеством электроподвижного состава различных серий в локомотивном депо Свердловск-Пассажирский позволило накопить обширный материал для сопоставимой оценки работоспособности колесных пар (обработанных и необработанных составом ТС НИОД) при эксплуатации в одинаковых условиях.
     Таким образом, по электровозам обоих серий и электропоездам количество данных в сечении реализаций износа находилось от 144 до 690 (см. приложение 1). Значительный избыток собранной информации по сравнению с минимально необходимой величиной существенно повышает достоверность полученных результатов, которая, однако, оплачена затратами большого труда по сбору первичных статистических данных. Исследования заключаются в оценке ТС НИОД на изменение интенсивности бокового износа рельса за счет возможного изменения структурного состояния рельсовой стали по боковой поверхности головки рельса.

 Исходными данными для анализа эффективности обработки ТС НИОД гребней колесных пар на снижение интенсивности бокового износа рельсов являются:
 - все гребни колесных пар пассажирских электровозов и электропоездов, обработанные триботехническим составом ТС НИОД;
 - движение указанных видов подвижного состава включает в себя четный и нечетный пассажирские пути участка Свердловск-Пассажирский-Свердловск-Сортировочный;
 - анализу подлежат кривые на 1811-ом километре четного и нечетного направления;
 - характеристика кривых: рельсы типа Р65 термоупрочненные, шпалы деревянные типа 1А с эпюрой в кривых 2000 шт./км, скрепления типа ДО, радиусы кривых в пределах 600-700м.
 Исследования проводились с учетом следующих особенностей:
 - рельсошпальная решетка уложена в 1989 году;
 - обработка гребней колес ТС НИОД локомотивов и МВС применяется с 1995 года;
 - измерения износа рельсов в кривых производились дистанцией пути только в 1994 и 1996 годах;
 - места измерения износа рельсов имели локальный характер (один замер на звено в 1994-ом году и через 10 метров в 1996 году). 

     Измерения контролируемых параметров бандажей (колес) и рельсов осуществлялось с помощью инструментов, применяемых в настоящее время в локомотивном депо и дистанциях пути: комбинированного шаблона, толщиномера, штангенциркулем типа ПШВ и скобой ВНИИЖТа. Относительная погрешность этого измерительного инструмента не превышает 10%. Как отмечалось в отчете по договору №ИКР-1, контролируемые параметры бандажей колесных пар локомотивов хорошо описываются нормальным законом, плотность распределения которого:

 Мх - математическое ожидание контролируемого параметра;
 Qх  - среднеквадратическое отклонение контролируемого параметра;
  Х   - текущее значение контролируемого параметра.

1.1

     Результаты расчетов числовых характеристик Мх и Qх нормального закона распределения контролируемого параметра (толщины гребня бандажа) электровозов серии ЧС2, ЧС7, электропоездов ЭР1, ЭР2 и ЭТ2 в локомотивном депо Свердловск-Пассажирский Свердловской ж.д. при всех значениях пробегов Li представлены в приложении 1,в котором в соответствие каждому значению пробега ставятся характеристики Мxi и Qxi, т.е. задаются эмпирические зависимости Мх(L) и Qx(L). Для того, чтобы осуществлять прогнозирование процесса изнашивания деталей и определить их ресурс, необходимо построить аналитическую зависимость числовых характеристик Мх и Qx от пробега.
     По значениям числовых характеристик контролируемых параметров и закону распределения можно прогнозировать процесс их изменения при больших значениях пробега с целью определения ресурса бандажей, для чего определены аналитические зависимости среднего значения Мч и Qx от пробега L.
     На практике замеры значений контролируемых параметров изнашиваемых деталей ЭПС производят не чаще, чем на ТР-1. Однако период приработки после восстановления бандажей на ремонте ТР-3, КР-1 или КР-2 заканчивается уже к первому ТР-1. Кроме того, допуски на значения контролируемых параметров устанавливаются с таким расчетом, чтобы предупредить наступление периода усиленного изнашивания. Поэтому полученные на практике значения контролируемых параметров представляют только второй участок –период нормальной эксплуатации, где зависимость контролируемых параметров от пробега близка к линейной. Об этом свидетельствует также анализ полей корреляции числовых характеристик контролируемых параметров. При проведении экспериментов в локомотивном депо Свердловск- Пассажирский было выявлено, что износ элементов пары «колесо-рельс» отражает приработочный период, нормальную работу и старение- интенсивный износ. С помощью стратегии ремонтов (переточек) колес попадание их в третий этап-старение – как правило, не допускается.
     Однако специфика работы пары такова, что при одном фиксированном элементе пары, второй всегда переменный. Не включая в рассмотрение изменения, происходящие в поверхностном слое элементов пары (наклеп, раскат и др.), указанный факт должен приводить к регулярной смене этапов: приработка – нормальная работа, до тех пор пока на некотором интервале времени поверхности пар не станут эквидистантными.
     В этом случае интенсивность износа рабочих поверхностей значительно уменьшается и для этого интервала становится практически постоянной. В этих условиях происходят благоприятные изменения в поверхностном слое элементов пары: раскат, наклеп, шлифовка, что в некоторый момент времени заметно уменьшает интенсивность износа, которая на длительное время остается практически постоянной.
     Коэффициенты аналитических зависимостей от пробега числовых характеристик находят методом «наименьших квадратов», согласно которому сглаживающая линия проводится таким образом, чтобы сумма квадратов отклонений экспериментальных точек от нее обращалось в минимум. При этом вероятность того, что выбранная теоретическая линия действительно отражает полученную в эксперименте закономерность, оказывается максимальной, т.е. эта линия является наиболее вероятной.

     Условие метода «наименьших квадратов» выражается так: 

  f(Li)-выбранная аппроксимирующая функция;
  Хi и Li-полученная совокупность экспериментальных данных

1.2

  Зависимости Мх(L) и Qx(L) ищем в виде: Y=А+В*L. 

1.3

     В результате обработки статистических данных, были получены числовые характеристики  и коэффициенты уравнений регрессии,  величины износа гребней колесных пар (обработанных и необработанных триботехническим составом НИОД) электроподвижного состава ЧС2, ЧС7, ЭР1, ЭР2, ЭТ2 от пробега.  На основании полученных числовых характеристик и коэффициентов уравнений регрессии был определен прогнозируемый ресурс до обточки бандажей колесных пар электроподвижного состава.   Смотреть

     По полученным результатам был выполнен сравнительный анализ увеличения ресурса до обточки пассажирского электроподвижного состава от обработки триботехническим составом НИОД гребней колесных пар.

Табл. 1.6

 Ресурс бандажей колесных пар электровозов и электропоездов до обточки.
Начальная толщина бандажей (мм.) 90%-ый ресурс (тыс. км.) Увеличение  ресурса бандажей (раз)
Обработанных НИОД Без обработки НИОД
Электровоз серии ЧС2
90 199,1 91,0 2,18
80 154,8 86,1 1,79
70 91,6 60,3 1,52
60 66,8 47,6 1,40
Электровоз серии ЧС7
--- 157,2 65,7 2,41
Электропоезд серии ЭР1 и ЭР2
--- 158,2 104,9 1,51
Электропоезд серии ЭТ2
--- 148,8 72,6 2,05

      Как видно из табл. 1.6, применение НИОД для обработки гребней колесных пар электроподвижного состава, приписанного к локомотивному депо Свердловск-Пассажирский позволило увеличить ресурс бандажей (колес) до обточки от 1,5 до 2,4 раз.