Рус Eng Укр

 

      Смазывание рельсов как средство уменьшения шума      Резкий высокочастотный шум (визг), излучаемый при взаимодействии колес       подвижного состава с рельсами, является одним из малоприятных явлений,       сопутствующих повседневной эксплуатационной деятельности магистральных и       городских железных дорог. Недовольство пассажиров и жителей прилегающих к       железнодорожным линиям районов побудило администрацию Port Authority of       Allegheny County (РАТ), штат Пенсильвания, к принятию мер по решению этой       проблемы. Решение было найдено в нанесении на рельсы жидкого модификатора       трения.      Указанный шум возникает в результате вибраций, причиной которых служит       трение между двумя контактирующими взаимно перемещающимися стальными       поверхностями колеса и рельса, и по характеру подобен звучанию виолончели       при соприкосновении смычка со струнами. Особенно заметно это явление при       движении поездов в кривых, когда гребень наружного колеса под воздействием       поперечных усилий интенсивно взаимодействует с внутренней гранью наружного       рельса, имея некоторое проскальзывание относительно последней. Вместе с       тем, по мнению специалистов компании Kelsan Technologies, 85 %       высокочастотного шума происходит от трения при контакте поверхностей       катания обода колеса и головки рельса, сопровождающемся эффектом заедания.       Кроме того, боксование колес приводит к волнообразному износу рельсов, что       является дополнительным источником шума. Неприятный визг особенно       характерен для подвижного состава, оснащенного тележками, не имеющими       возможности радиальной установки колесных пар при прохождении кривых.      Обычно человеческое ухо воспринимает звуки в диапазоне частот 20- 20000       Гц. Звук, ощущаемый как визг, лежит в диапазоне 500- 10000 Гц. Уровень       звука измеряется в децибелах (дБ). На линиях РАТ зарегистрирован       высокочастотный визг на уровне 116дБ. Благодаря применению модификатора       трения удалось снизить указанный уровень до 92 дБ, т. е. на 24 дБ       (децибелы измеряются в логарифмической шкале, так что уменьшение шума       весьма существенное- снижение его уровня даже на 10 дБ считается успехом).       Низкочастотный шум в диапазоне 200- 800 Гц от простого качения колес    подвижного состава по рельсам без побочных явлений раздражает человеческий       слух в меньшей степени, поэтому снижения его уровня на 4- 6 дБ,    достигаемого применением модификатора трения, достаточно.      Современные смазочные материалы- модификаторы трения выполняют и другие       важные функции, улучшая условия тяги и торможения, снижая вероятность       виляния тележек и схода подвижного состава с рельсов. При нанесении на       поверхность катания рельсов они служат в качестве прослойки,       поддерживающей оптимальные условия трения между колесом и рельсом.      Недавно в Центре транспортных технологий (TTC) проведены испытания       смазочных материалов трех видов, предоставленных компаниями Kelsan       Technologies/Portec Rail Products, KLS Lubriquip и Tranergy. Поезд из 75    вагонов разных типов и массы с тремя локомотивами во главе обращался по       замкнутому кольцевому пути длиной 5,6 км с кривыми радиусом от 150 до 580м, причем на отдельных участках пути на рельсы были нанесены смазки разных   видов. Измерения уровня излучаемого шума выполнялись в частотном диапазоне 0- 20000 Гц. В общем случае на участках со смазанными рельсами наблюдалось   уменьшение шума по сравнению с участками с сухими рельсами. При этом в   диапазоне 0- 3000 Гц снижение уровня шума было незначительным, но в       диапазоне 3000- 17000 Гц оно достигало 50 %. Этот эффект можно было   определить и на слух.

                       Лубрикация рельсов не является чем-то принципиально новым. Первоначально    смазочные материалы применялись для снижения износа колес и рельсов, затем       для сокращения энергетических затрат и только в последнее время для       уменьшения шума. Однако традиционные консистентные смазки с высоким       содержанием нефти и мыльными сгустителями представляют собой свободно       текущие жидкости, склонные к перемещению и накапливанию в себе посторонних       загрязняющих частиц, снижающих эффект от их применения. Утечки       консистентной смазки загрязняют шпалы и балласт, а также оказывают       отрицательное влияние на тяговые и тормозные характеристики подвижного       состава. Для компенсации потерь трения, сказывающихся в ухудшении       сцепления, и предотвращения боксования и проскальзывания обычно применяют       подачу песка в зону контакта колес с рельсами. К сожалению, песок ускоряет       износ колес и рельсов, в том числе волнообразный, а также приводит к      выкрашиванию металла на поверхности катания колес, что является источником       дополнительного шума.      Современные смазывающие материалы- модификаторы трения, выпускаемые       компаниями Kelsan/Protec, Superior Graphite и Friction Managment, в      течение длительного времени сохраняют свою консистенцию, стабильны по       составу и безопасны для окружающей среды. Такие вещества не только снижают       уровень шума, но и предохраняют контактирующие поверхности колес и рельсов       от повреждений, сокращая тем самым расходы по техническому содержанию       пути. Согласно мнению специалистов Национального исследовательского       комитета Канады по наземному транспорту, они в 5- 20 раз снижают износ       гребней колес и внутренних граней рельсов, соответственно увеличивая их       срок службы. При этом замедляется развитие таких дефектов, как выщербины,       трещины и сколы, а также уменьшается коэффициент L/V (отношение боковых       сил к вертикальным) в кривых участках пути.      Модификаторы трения можно наносить на соответствующие поверхности колес и       рельсов в жидком или твердом виде. С помощью ручных, установленных на       самоходных тележках или напольных лубрикаторов смазка тонким слоем       наносится на поверхность катания головки или внутреннюю грань рельсов, в       то время как с помощью лубрикаторов, установленных на локомотивах (чаще       всего смазочный материал в таких лубрикаторах применяется в виде твердых       стержней или высоковязкого геля),смазка наносится на гребни и/или       поверхность катания колес, откуда она переносится на рельсы.      Для достижения желаемого эффекта необходим низкий (порядка 0,06)       коэффициент трения (COF) в зоне контакта гребня колеса с внутренней гранью       рельса. В то же время в зоне контакта поверхностей катания колеса и рельса       для обеспечения хороших тормозных и тяговых характеристик необходим COF,       равный 0,17- 0,35.      По опыту прошлых лет специалисты TTC установили, что при сухих рельсах       значение COF на их поверхности катания и внутренней грани в лучшем случае       составляет примерно 0,5. При использовании лубрикаторов, установленных на       локомотивах и наносящих смазку на гребни колес, значение COF на внутренней       грани рельсов уменьшается до 0,35, наносящих смазку на поверхность катания       рельсов- до 0,25 в голове и 0,4 в хвосте состава. Использование напольных       лубрикаторов снижает COF вблизи места установки лубрикатора до 0,25 на       поверхности катания и до 0,2 на внутренней грани рельсов, но на       определенном удалении от лубрикатора эти значения доходят до 0,35 и 0,25       соответственно.

            Использование лубрикаторов, установленных на тележках,       снижает COF до 0,25 на поверхности катания и до 0,15 на внутренней грани       рельсов. Полагают, что такого уменьшения COF доcтаточно для создания       благоприятных условий по сцеплению в режимах тяги и торможения, а также       для снижения уровня шума.      По мнению специалистов компании Advanced Rail Management, при загрязнении       смазочного материала или нанесении смазки слоем недостаточной толщины       имеет место промежуточное значение COF, равное приблизительно 0,3. Однако       даже при оптимальной настройке величина COF варьируется в достаточно       широких пределах: от 0,1 до 0,4. Использование модификатора трения марки       HPF компании Kelsan/Protec может в зависимости от конкретных условий       уменьшить или увеличить COF по сравнению с указанным значением 0,3. Так,       при влажных рельсах, когда COF равен 0,1 и менее, модификатор трения HPF       может увеличить его до 0,3 с соответствующим улучшением тяговых и       тормозных характеристик. Таким образом, применение модификаторов       обеспечивает нужный баланс и оптимальное управление трением в различных       эксплуатационных условиях.      Результаты испытаний в TTC показали важность соблюдения правильного       дозирования смазки, так как в реальных условиях имеет место нанесение       излишнего или недостаточного ее количества. Особое значение этот фактор       имеет там, где эксплуатируется подвижной состав с тележками без радиальной       установки колесных пар в кривых. Смазывание поверхности катания рельсов       улучшает ходовые характеристики таких тележек, но передозировка смазки       может привести к проблемам в вождении поездов и ускорению усталостного       износа рельсов. В целях предотвращения этих неблагоприятных явлений смазку       следует наносить так, чтобы она постепенно удалялась. Для контроля за       эффективностью лубрикации применяют ручные или установленные на самоходных       тележках рельсовые трибометры (например, типа Surveyor компании       Diversified Metal Fabricators, распределяемые через Portec), с помощью       которых путем измерения трения определяют правильность нанесения смазки.      Смазочные материалы могут наноситься непрерывно или дискретно. В системах       городского транспорта вследствие высокой частоты движения поездов и       небольших осевых нагрузок предпочтительнее непрерывное нанесение. На       грузовых магистральных железнодорожных линиях по экономическим       соображениям целесообразнее размещать напольные лубрикаторы через       определенные интервалы. Количество наносимой смазки зависит от радиуса       кривых, крутизны уклонов, а также от скорости и массы поездов.      Модификаторы трения не отличаются высокой стойкостью, и темп их       срабатывания зависит от состояния поверхности рельсов и колес. Согласно       данным компании Tranergy, в зависимости от качества смазочного материала       первые три четверти вагонов грузового поезда проходят смазанную зону       относительно спокойно, но ко времени прохождения хвостовых вагонов смазка       практически стирается, что, в частности, заметно по возрастанию уровня       шума, и должна быть нанесена вновь.      На одной из линий сети РАТ вручную 3 раза в неделю по ночам наносили       жидкий модификатор трения марки HPF компании Kelsan/Portec на рельсы в       трех кривых малого радиуса (до этого РАТ использовала абсорбирующие       салфетки и традиционные напольные лубрикаторы в тоннеле, где уровень шума       особенно высокий). Сразу после анесения смазки уровень шума значительно       снижался, но постепенно возвращался к сходному значению еще до следующего       нанесения. Таким образом, для устойчивого уменьшения шума необходима       регулярная лубрикация рельсов. Результаты испытаний привели администрацию       РАТ к выводу, что применение модификаторов трения целесообразно. В скором       времени здесь планируют испытать напольные лубрикаторы компании Portec с       электрическим приводом, наносящие смазку на поверхность катания рельсов.      Испытания модификатора трения компании Kelsan проводили в системе       городского рельсового транспорта Торонто. В результате удалось снизить       уровень шума со 120 до 78 дБ. Транспортная администрация Massachusetts Bay       Transportation Authority при испытаниях установленных на подвижном составе       лубрикаторов со смазочным материалом в виде твердых стержней получила       снижение уровня шума на 5дБ.      На кольцевой линии South Ferry железнодорожной сети МТА в Нью-Йорке       применили апольные лубрикаторы с напылением смазки на поверхность катания       рельсов с помощью cтруи воды под давлением. Система автоматически       разбрызгивает смесь воды и смазки в заранее определенное время перед      проходом каждого очередного поезда. Испытания показали уменьшение шума, а   также износа поверхностей катания и гребней колес. С точки зрения снижения уровня шума эффективной оказалась даже прослойка чистой воды, но вода с       течением времени может служить причиной повреждения шпал, а в местах с       холодным климатом водная смесь замерзает, создавая дополнительные проблемы.

      M. Luczak. Railway Age, 1999, N 1, р. 51- 52, 5