Пятница, 16 февраля 2018 08:37

Важнейшим фактором, влияющим на обеспечение безопасности движения поездов, является своевременная диагностика состояния рельсов средствами неразрушающего контроля (НК).

Определяющее влияние на системы НК рельсов оказывают эксплуатационные характеристики железных дорог. Как следует из литературных источников и как видно из данных, представленных в таблице 1, ОАО «РЖД» входит в первую тройку по протяженности сети железных дорог и грузонапряженности и не является лидером по максимальной нагрузке на ось и скоростям движения (по протяженности железных дорог Россию очень быстро нагоняет Китай, так с 2005 г по 2010 г протяженность железных дорог КНР увеличилась с 75 тыс.км до 95 тыс.км).

Усложняет условия эксплуатации рельсов на сети ОАО «РЖД» весьма значительный, больший, чем в других странах, годовой перепад температур.

Весьма важно, при этом, что количество изломов рельсов на российских железных дорогах в несколько раз ниже, чем в других странах.

Таблица 1. Эксплуатационные характеристики железных дорог (2007 г.)

Характеристика

Страна

Россия

США

Великобритания

Австралия

Германия

Протяженность ж.д., км

125000

226097

16534

41000

41315

Грузонапряженность, млн.тонн брутто/км год

33

21

25

Нет данных

14

Максимальная нагрузка на ось вагона, тонн

25

35

25,5

37,5

25

Изломов рельсов, шт

77

~4200

191

Нет данных

~ 650 

Примечание - данные о количестве изломов не входят в перечень информации, предоставляемой в федеральные надзорные органы, и поэтому отсутствуют в официальных публикуемых отчетах. Так как функции контроля рельсов и эксплуатации пути, в большинстве случаев, разделены, то данные о количестве изломов отсутствуют и в организациях, занимающихся контролем рельсов.

Сравнительный анализ показал следующие сходства и различия систем НК рельсов в России и за рубежом.

Основным методом НК рельсов в пути во всех странах является ультразвуковой, а дополнительным – магнитный. Схемы прозвучивания рельсов, реализованные в средствах НК, почти не отличаются, за исключением отсутствия в зарубежных дефектоскопах каналов контроля головки рельса преобразователем с углом ввода 58 градусов, развернутым в боковую грань на 34 градуса, и различных способов реализации данного варианта метода («ромб», «зеркальный» и другие). Частота ультразвука 2-4 МГц.

На железных дорогах США и Западной Европы практически отсутствует самый распространенный в России класс средств НК – дефектоскопные тележки. Основным средством контроля рельсов в США, Западной Европе и Австралии являются самоходные средства контроля рельсов (в том числе, на автомобильном ходу). Как правило, такие средства реализуют и ультразвуковой и магнитный методы НК. Основным преимуществом средств НК рельсов на автомобильном ходу является мобильность и возможность остановки для проверки подозрительных сечений рельса. Скорость контроля составляет 10-15 км/ч при остановках для подтверждения обнаруженных дефектов и 20-30 км/ч при работе без остановок для подтверждения наличия дефекта. Иногда для повышения средней скорости контроля работают одновременно две мобильные лаборатории («тандемный» метод) – первая из них выполняет контроль и передаёт на вторую информацию о подозрительных сечениях для подтверждения.

Рисунок 1. Мобильные средства НК рельсов фирмы «Sperry Rail Service»

Мобильные средства НК рельсов фирмы «Dapco Industries Inc» (США)

Мобильные средства НК рельсов фирмы «RTI» (Австралия)

Мобильные средства НК рельсов фирмы «Holland» (США)

Мобильные средство НК рельсов фирмы «Nordco rail services» (США)

В США и Великобритании, в отличие от России и Германии, используется колесная искательная система.

Рисунок 3 Эскиз колесной искательной системы

Искательная система вагона-дефектоскопа фирмы «Speno» (Швейцария)

Способ ввода ультразвуковых колебаний в рельс – контактный с помощью пьезоэлектрических преобразователей. Ведутся исследования по использованию электромагнитоакустических преобразователей и лазерного возбуждения ультразвуковых колебаний.

Почти все средства НК рельсов построены на базе современного оборудования, оснащены регистраторами дефектоскопических сигналов и системами спутниковой навигации для точного определения координат. Реализуемая скорость контроля для большинства зарубежных мобильных средств НК рельсов не превышает 40 км/ч.

Съёмные средства НК рельсов (в основном - однониточные дефектоскопы) применяются только для обследования отдельных участков пути, контроль которых мобильными средствами невозможен или нерентабелен, а также для подтверждения результатов контроля мобильными средствами НК рельсов.

Однониточные дефектоскопы фирм «Sperry Rail Service», «General Electric» и «Dapco Industries Inc» (США)

Однониточный дефектоскоп PRD-100A фирмы TOKYO KEIKI INC (Япония)

Съемные дефектоскопы фирмы «Sperry Rail Service» (США)

Однониточный дефектоскоп CIUI (Китай)

Однониточный дефектоскоп USK-003 фирмы MAV Central Rail and Track Inspection Ltd (Венгрия)

 

Однониточный дефектоскоп RailScan-100 фирмы Modsonic Instruments Manufacturing Company Pvt. Ltd. (Индия)

На железных дорогах стран СНГ и Балтии используются средства контроля рельсов российских фирм или фирмы РДМ (Молдова). Исключением из этого является Украина, где, помимо вышеперечисленного, используется дефектоскоп фирмы «Ультракон-Сервис».

Двухниточный дефектоскоп УДС2-73 фирмы «Ультракон-Сервис» (Украина)

 

На железных дорогах ряда стран, где эксплуатируется подвижной состав со значительным тяговым усилием, в головке рельсов возникают дефекты в виде «сетки трещин» («head checks» - англ.). Для выявления и оценки таких дефектов применяют вихретоковый метод контроля

Вихретоковый дефектоскоп DRAISINE фирмы «Rohmann GmbH» 

Данные о количестве обнаруженных остродефектных рельсов (ОДР) и изломах рельсов на зарубежных железных дорогах оценены лишь приблизительно, так как они не входят в перечень информации, предоставляемой в федеральные надзорные органы, и отсутствуют в официальных публикуемых отчетах [1, 2, 3]. Кроме того, классификации дефектов в рельсах по степени опасности (ОДР и ДР) на зарубежных железных дорогах [4, 5, 6] существенно отличаются от классификации, используемой в ОАО «РЖД» [7]. 

Общие сведения, характеризующие системы НК рельсов, приведены в таблице 2 и показывают значительно более низкую периодичность контроля рельсов на зарубежных железных дорогах и обусловленные этим меньшую численность персонала и количество средств НК. Такие характеристики должны предопределять большую экономическую эффективность зарубежных систем НК.

Таблица 2. Характеристики систем НК рельсов

Характеристика

Страна

Россия

США

Великобритания

Австралия

Германия

Средств НК, шт

- съемных (двухниточных)

- мобильных

 

3500

160

 

0

~84

 

0

~15

 

0

~20

 

0

~2

Персонал, чел

~11000

~ 550

~140

~170

~ 35

Периодичность НК

(раз в год)

24-60

1-4

0,5 - 6

0,5 - 3

~2-4

Выявлено ОДР на одно мобильное средство НК, шт.

43

~750

~580

Нет данных

~1050

Выявлено ОДР на одного специалиста по НК, шт

5

~123

~62

Нет данных

~70

 

Анализ классификаций дефектов [4, 5, 6] в рельсах показал, что мероприятия, проводимые по результатам НК, на сети ж.д. ОАО «РЖД» являются существенно более жесткими и должны осуществляться в более короткие временные сроки, чем в других странах (таблица 3).

Например, в России при любой длине трещины в болтовом отверстии – согласно [7] рельс подлежит немедленному изъятию, а в США в соответствии с [4] – при длине трещины до 12,5 мм не требуется вообще никаких действий, при длине от 12,5 до 25 мм – ограничение скорости до 80 км/ч и повторный контроль через 90 дней, от 25 мм до 37,5 мм- ограничение скорости до 80 км/ч и повторный контроль через 30 дней, более 37,5 мм снижение скорости движения до установленной уполномоченным ответственным лицом данная скорость не может быть выше 48 км/ч, если трещина вышла в головку – замена рельса или постоянный визуальный контроль. 

Более жесткие подобные нормы на российских железных дорогах, наряду с меньшими интервалами между проверками рельсов приводят к более высоким показателям безопасности движения (таблица 4).

Таблица 3. Сравнительная таблица мероприятий при обнаружении дефектов различного типа

Тип

дефекта

Мероприятия при обнаружении дефекта

Россия

(ОАО «РЖД»)

США

Великобритания

Австралия

Поперечная трещина в головке рельса

Немедленная замена рельса (для дефекта 21.2 возможна установка дефекта в накладки)

Ограничение скорости (48-80 км/ч); установка дефекта в накладки (20 дней), замена рельса (точный срок не указан). Действия зависят от размера дефекта

Ограничение скорости и/или установка временной рельсовой струбцины (немедленно), замена рельса (36 часов – 13 недель). Действия и сроки зависят от количества дефектов в рельсе и от амплитуды сигнала от дефекта

Ограничение скорости (10 - 20 км/ч), установка дефекта в накладки (2 часа – 7 дней), постоянное наблюдение за дефектом, замена рельса (немедленная замена – 5 месяцев). Действия и сроки зависят от размера дефекта и от количества дефектов в рельсе

 

Трещина в шейке от болтового отверстия

 

Немедленная замена рельса

Ограничение скорости движения (48-80км/ч), повторный контроль (30-90 дней), замена рельса (точный срок не указан). Действия зависят от размера дефекта

Ограничение скорости (8-32 км/ч), установка временной рельсовой струбцины, замена рельса в течение 36 часов вне зависимости от размера. Ограничение скорости до 8 км/ч, если трещина вышла в подошву или головку

Ограничение скорости (10-20 км/ч), постоянное наблюдение за дефектом; замена рельса (немедленная замена – 7 дней). Действия и сроки зависят от размера дефекта

 

Излом рельса

 

Немедленная замена рельса

Ограничение скорости (48-80 км/ч) установка рельса в накладки (немедленно), замена рельса (точный срок не указан). Действия зависят от типа излома

Ограничение скорости до 8 км/ч или блокировка линии, установка временной струбцины или специальной рельсовой вставки, немедленная замена рельса (во всех случаях). Конкретные действия зависят от типа излома

Ограничение скорости до 10–40 км/ч или блокировка линии, проверка после каждого прохода поезда, немедленная замена (во всех случаях). Конкретные действия зависят от типа излома

Пример устранения последствий излома рельса (США)

 

Таблица 4.

 

Событие

Кол-во

РЖД/США

Пострадало, чел.

РЖД/США

Ущерб, млн.дол.

РЖД/США

Сходы поездов (всего)

71 / 1886

0 /70

- / ~253

Сходы поездов из-за неисправности пути

38 / 850

0 / 25

- / ~149

Сходы поездов из-за изломов рельсов

2 / 268

0 / 6

~2 / ~71

 

Основной целью контроля рельсов на зарубежных железных дорогах является снижение годовых расходов, связанных с изломом рельсов. При этом учитывается большое число переменных параметров (стоимость и функциональные возможности средств контроля, осевые нагрузки, пропущенный тоннаж, наличие и радиус кривых, интенсивности возникновения и роста нагрузок, предполагаемые стоимости излома и схода и т.д.). Таким образом, управление контролем состояния рельсов на зарубежных железных дорогах включает две составляющие:

а) управление рисками: оценка известных превентивных затрат на достижение гипотетического снижения вероятности повреждений;

б) статистическую характеристику: оценку показателей эффективности

обнаружения дефектов в виде вероятностных характеристик.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

  1. «Railroad Safety Statistics, 2006 preliminary annual report», U.S. department of transportation, Federal Railroad Administration.
  2. «Railway Safety Statistical Report», Office of Rail Regulation, 2007.
  3. «ATSB Transport Safety Report», Australian Transport Safety Bureau, 2007.
  4. «Track Safety Standards Compliance Manual», Federal Railroad Administration, Office of safety assurance and compliance tracks and structures division, 2006.
  5. GC/RT 5019 «Track Standards Manual - Section 2: Rails», Railway Group Standard, 2002.
  6. TES 02 «Rail Defect Standards», Australian Rail Track Corporation, 2006.
  7. Классификация дефектов рельсов НТД/ЦП-1-93, Каталог дефектов рельсов НТД/ЦП-2-93, Признаки дефектных и остродефектных рельсов НТД/ЦП-3-93, «Транспорт», 1993.

Новости