Бесстыковой путь
Бесстыковой путь на сети Union Pacific По завершении более чем 10‑летнего периода планирования железнодорожная компания Union Pacific (UP) открыла в мае 2015 г. первый в США специализированный завод по сварке длинномерных плетей из рельсов с упрочненной головкой. В течение последнего десятилетия UP постоянно наращивает объемы замены рельсов, тогда как благодаря масштабному переходу на железобетонные шпалы объемы замены шпал снижаются. Так, в 2014 г. в рамках инвестиционной программы UP общей стоимостью 4,1 млрд дол. США было уложено 1500 км новых рельсов и заменено 3,8 млн шпал, в 2010 г. — 1275 км новых рельсов и 4,3 млн шпал, а в 2005 г. соответственно 1000 км рельсов и 4,7 млн шпал. В 2015 г. в порту Стоктон (штат Калифорния) начал работу новый завод по сварке плетей из рельсов с упрочненной головкой. Рельсы длиной 146 м поступают из Японии. Для их доставки используется уникальное рельсовозное судно Pacific Spike (рис. 1). На заводе рельсы сваривают в плети длиной 440 м и отправляют по железной дороге для укладки в путь на сети линий UP.
В качестве первого шага компания создала централизованную группу мониторинга и оценки состояния рельсового пути, задачей которой является управление жизненным циклом этого элемента верхнего строения пути в масштабе сети, в частности определение приоритетности участков с точки зрения очередности замены рельсов. Составлена специальная карта, в которой отражено распределение рельсов разных типов по сети, в том числе с выделением первоклассных рельсов с упрочненной головкой и старогодных. Сравнение этой информации с данными по грузонапряженности, ухудшению состояния, износу и усталостным
повреждениям рельсов дает основания для выработки решений по приоритетности их обслуживания и обновления. Очередность замены рельсов в прямых участках пути определяется в первую очередь в зависимости от количества зафиксированных дефектов на 1 км пути, категории той или иной линии с учетом различных факторов. Замена рельсов в кривых планируется по данным степени износа, зафиксированным при помощи путеизмерительных устройств, а также ультразвуковой дефектоскопии и, в случае необходимости, визуального обследования. Данные по вертикальному и боковому износу группируются по пяти уровням и соотносятся с суммарной нагрузкой от движения поездов, пропущенных за год. Применение этих мер позволило сократить на 40 % объем замены рельсов в кривых при одновременном улучшении состояния пути и увеличении продолжительности службы рельсов. В рамках этой программы, носящей предупредительный характер, UP регулярно проводит шлифование рельсов с целью восстановления
Управление жизненным циклом рельсов UP применяет современные технологии для оптимизации срока службы рельсов — наиболее затратных компонентов инфраструктуры, особенно на линиях с тяжеловесным движением. Стратегия компании включает замену рельсов, их профилактическое шлифование, управление трением в системе колесо — рельс, использование различных технологий автоматизированного контроля за состоянием рельсов.
Рис. 1. Рельсовозное судно Pacific Spike
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2015, № 11 73
Бесстыковой путь
профиля головки. Корректирующее шлифование выполняется по достижении суммарной нагрузки от движения поездов, равной 80 млн т брутто в кривых и 120 млн т брутто в прямых участках пути. Периодическое шлифование с целью устранения поверхностных неровностей и трещин проводится после пропуска 55 – 80 млн т брутто. Для поддержания оптимального продольного и поперечного профиля головки рельса UP ввела режим превентивного шлифования с более частыми проходами рельсошлифовальных поездов с повышенной скоростью. Кроме того, для оптимизации трибологического взаимодействия колес и рельсов на отдельных участках используются модификаторы трения, наносимые на головку рельсов, в кривых применяются традиционные методы лубрикации. На полигоне Western Heavy Axle Megasite, открытом в 2004 г. недалеко от города Огаллала (штат Небраска), UP совместно с Испытательным центром железнодорожного транспорта Ассоциации американских железных дорог (TTCI) проводит исследования эффективности использования модификаторов трения, наносимых на головку рельса, в относительно пологой кривой радиусом 873 м. Совместно с исследовательской компанией Applied Rail Research Technologies (Канада) UP ведет работу по оценке поведения увеличенного против обычного возвышения наружного рельса в кривых на линии Техачапи длиной 80 км (отделение Мохаве, штат Калифорния). Нагрузка от движения поездов по участку ежегодно составляет 37 млн т брутто в южном направлении и 42 млн т брутто — в северном.
Рельсы с упрочненной головкой UP приступила к использованию рельсов массой 71 кг/м на грузонапряженных линиях сети еще
в 2001 г., укладывая рельсы с более высокой твердостью (от 330 до 400 ед. по Бринеллю) на участках движения подвижного состава с большой осевой нагрузкой. Совместно с японской корпорацией Nippon Steel велись разработки по продлению срока службы рельсов. У используемых в настоящее время рельсов из гиперэвтектоидной стали марки HE-X, содержащей 1 % углерода, на поверхности головки значение твердости по Бринеллю достигает 410 ед.; на глубине 13 мм ниже поверхности головки рельса она снижается до 380 ед. Это позволяет достичь прочности на разрыв 1450 МПа. Срок службы таких рельсов оценивается в 3,6 млрд т брутто в прямых и около 1 млрд т — в кривых. Необходимо отметить, что сварка упрочненных рельсов достаточно сложна, особенно в полевых условиях. Поэтому специалисты железных дорог многих стран относят сварные рельсовые стыки к слабым звеньям путевой инфраструктуры, особенно при значительных осевых нагрузках. Этим объясняется ослабление стали в зоне вокруг сварного шва, подверженной термическому влиянию. Анализ неисправностей рельсов, выявленных 25 ультразвуковыми вагонами-дефектоскопами на сети UP, показал, что именно дефекты сварных швов, сделанных в полевых условиях, являются крупнейшим источником дефектов рельсов — на них приходится 19 % общего количества выявленных дефектов. Еще 16 % дают сварные швы, выполненные в стационарных заводских условиях. Испытания, проведенные на полигоне Western Heavy Axle Megasite, показали, что полученный при стыковой сварке оплавлением шов не увеличивает срок службы рельса и обычно приводит к дефектности после пропуска 1,35 млрд т брутто, при этом в последние годы темпы разрушения рельсов ускорились. Именно поэтому в 2006 г. UP приступила к выполнению програм-
мы, направленной на сокращение количества рельсовых стыков за счет использования длинномерных рельсовых плетей. В течение нескольких лет на сети UP укладывают рельсовые плети бесстыкового пути длиной 440 м с производством сварки в стационарных и контролируемых заводских условиях с постоянным сокращением объемов производства сварки на местах. Благодаря осуществлению этой программы к 2014 г. количество сварных стыков на сети линий UP уменьшилось на 61 %. Рельсы с упрочненной головкой выпускаются большей частью отрезками длиной 24 м; для создания плети длиной 440 м требуется 17 сварных швов. Компания занялась изучением вариантов приобретения длинных рельсов. После анализа мощностей американских и зарубежных изготовителей UP остановила выбор на японской корпорации Nippon Steel & Sumitomo Metal и разместила заказ на производство методом непрерывного литья высокопрочных 146‑метровых рельсов с упрочненной головкой. Завод корпорации Nippon Steel, находящийся в г. Явата (префектура Киото), к тому времени уже поставлял для UР рельсы с аналогичными характеристиками, но длиной 24 м. Эти рельсы прибывают в порт Портленд и отправляются далее по железной дороге на главное рельсосварочное производство UP в Ларами, штат Вайоминг.
Рельсосварочные предприятия Для сварки рельсов большей длины UP инвестировала 18 млн дол. США в строительство в Калифорнии рельсосварочного предприятия, которое занимает площадь 10 га на территории одного из районов порта Стоктон, расположенного в 120 км к востоку от моста Золотые Ворота. Рельсовые плети длиной 146 м с завода в г. Явата (префектура Киото, Япония) доставляются на един-
74 ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2015, № 11
Бесстыковой путь
ственном в мире специально построенном для этого проекта рельсовозном судне Pacific Spike с начала 2015 г. Судно построено японской корпорацией Shin Kurushima Dockyard на верфи в заливе Осаки и спущено на воду 28 августа 2014 г. Владельцем судна, зарегистрированного в Панаме, является компания Sky Tree Shipping. Осадка судна, длина которого составляет 190 м, позволяет ему заходить в порт через Стоктонский глубоководный судоходный канал. Порт обслуживается станцией примыкания местной второстепенной железной дороги Central California Traction (ССТ), которой совместно владеют UP и BNSF. Грузоподъемность Pacific Spike позволяет перевозить до 15 тыс. т рельсов. Погрузочно-разгрузочные операции с ними выполняют три синхронно работающих судовых крана, которые одновременно поднимают пакет из пяти 146‑метровых рельсов, каждый массой приблизительно 10 т (рис. 2). Далее пакеты укладываются в три яруса на сцеп специально сконструированных для этих перевозок платформ, на которых ССТ и перевозит их на небольшое расстояние между портом и рельсосварочным
Рис. 2. Пакеты из пяти длинномерных рельсов обрабатывают три судовых крана
предприятием UP. Процесс выгрузки Pacific Spike занимает обычно от 8 до 10 сут; планируется совершать до восьми рейсов в год. По прибытии на рельсосварочный завод рельсы выгружаются мостовым краном на открытую площадку, вмещающую 3000 звеньев, или две судовые партии. Такой запас обеспечивает предприятию стабильную загрузку вне зависимости от оборота судна. Завод оснащен машиной компании Schlatter, позволяющей
сваривать рельсы массой 68 и 71 кг/м. Процесс сваривания плети длиной 440 м из трех звеньев длиной 146 м каждое занимает около 30 мин. За смену бригада из 10 чел. изготавливает около 12 плетей. Готовые рельсовые плети перемещают на открытую площадку, где хранится готовая продукция. Оттуда их на рельсовозном поезде UP доставляют на участок сети, где их планируется уложить. Часть плетей будет использована в проекте стоимостью 31,5 млн дол. по переукладке пути в штате Айова, реализация которого начата в апреле 2015 г. Проект предусматривает укладку 90 км пути и замену 16 стрелочных переводов на участке Невада (Айова) — Мейсон-Сити в коридоре Омаха — Миннеаполис. Компания постоянно работает над повышением эффективности и производительности текущего содержания пути при соответствующем уровне безопасности движения. Использование длинномерных рельсовых плетей позволит значительно увеличить продолжительность службы верхнего строения пути. Railway Gazette International, 2015, № 8, p. 42 – 43; материалы портала American Shipper (www.americanshipper.com).
Н ОВОСТ И Перспективы линий монорельсового транспорта в Индии В Ранчи — столице индийского штата Джаркханд, городе с населением более 1,1 млн чел., планируется построить две линии монорельсового транспорта. Проведенные исследования показали, что такое решение является предпочтительным по сравнению с сооружением подземных линий метро или линий рельсового транспорта, проложен-
ных на эстакаде. Протяженность одной планируемой линии составит 13 км, второй — 12 км. На них предполагается построить 33 стан-
Линия монорельсового транспорта в Мумбаи
ции. Стоимость строительства оценивается в 45 млрд рупий (более 690 млн дол. США). Если предложение получит одобрение Министерства городского развития Индии, в марте 2016 г. могут быть начаты строительные работы, а к 2019 г. новые линии войдут в эксплуатацию. В феврале 2014 г. первая линия монорельсового транспорта протяженностью 9 км открылась в Мумбаи — крупнейшем городе Индии. Здесь планируется построить еще одну линию длиной 11 км.
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2015, № 11 75