Евгений Гарт, ведущий инженер "Фоссло Фастенинг Системс" ГмбХ

В настоящее время создаются стандарты для соответствующих систем скрепления. В качестве основы для них служит работа, проводимая компанией "Фоссло Фастенинг Системс" ГмбХ в России, а также стандарты, действующие в Европе и США.

Стратегия-2030

В 2008 году российским правительством была утверждена Стратегия развития железнодорожного транспорта до 2030 г., предусматривающая модернизацию и строительство железных дорог. На первом этапе (с 2008 по 2015 г.) предстоит модернизировать большую часть уже существующей сети и обеспечить необходимую пропускную способность. На втором (с 2016 по 2030 г.) - запланированы грандиозные объемы строительства новых железнодорожных линий.

В результате реализации программы Россия получит конкурентоспособную инфраструктуру, отвечающую самым высоким мировым стандартам. При этом возможны два сценария развития. Минимальный вариант предусматривает сооружение в общей сложности порядка 16 тыс. км путей, максимальный - свыше 20 тыс. км. Кроме того, более 13 тыс. км должны быть оснащены таким образом, чтобы они были пригодны для перевозок тяжеловесных грузов. За счет этих мер планируется осваивать новые сырьевые ресурсы и снижать транспортные расходы. Предполагаемый объем инвестиций в развитие железнодорожных перевозок в России до 2030 года составляет $450 млрд.

Одной из основных задач является строительство участков для тяжеловесных перевозок с осевой нагрузкой как минимум до 30 т, которые могут рентабельно эксплуатироваться в сложных климатических условиях с большими перепадами температур и высокой влажностью воздуха. Стандарты сертификации существуют только для смешанных систем, применяемых для пассажирских и грузовых поездов с гораздо меньшими нагрузками на ось. Компания "Фоссло Фастенинг Системс" ГмбХ в тесном сотрудничестве с российскими специалистами и научными институтами разработала систему скрепления нового типа, специально рассчитанную для сложных условий применения в России, и тем самым установила стандарты. Результаты этой работы уже нашли отражение в новом российском стандарте рельсовых скреплений для перевозки тяжеловесных грузов.

В Европе и США требования основываются на нормах и директивах для нагрузок 35 т на ось. В России уже применяется система рельсового скрепления W 30, которая на основе международных стандартов и опыта компании "Фоссло Фастенинг Системс" ГмбХ относительно быстро может быть доработана применительно к перевозкам тяжеловесных грузов по сети РЖД.

Система W 30

W 30 является высокоэластичной системой рельсового скрепления для балластного строения верхнего пути, специально разработанной для российского рынка с эластичной рельсовой прокладкой. Требования, которые предъявляют Российские железные дороги к технологии и безопасности, выполнены в полном объеме. В частности, вместо значения параметра сопротивления угону 9 кН (согласно требованию стандарта EN 13481), как принято в большинстве стран, в России для систем рельсовых скреплений требуется значение не менее 16,5 кН (согласно нормам безопасности НБ ЖТ ЦП 122-2003). Система W 30 соответствует данным требованиям. В ее конструкции, построенной на основе системы W, применяется новая для России разработка упругой клеммы Skl 30. Она обеспечивает высокое прижимное усилие приблизительно 13 кН, ход пружины 14 мм и усталостную прочность в 2,2 мм. Кроме того, данная упругая клемма обладает центральной петлей, которая обеспечивает вторую жесткость и защиту от опрокидывания.

Рельсовая прокладка системы W 30, рассчитанная на осевые нагрузки до 26 т, а также на диапазон температур от -60 до +50°C, дает жесткость в 85 кН/мм. Система является электрически изолированной и позволяет регулировать ширину колеи в диапазоне ±10 мм путем взаимозаменяемости угловых направляющих плит. При использовании компенсирующих пластин возможна регулировка по высоте не менее 16 мм.

На протяжении длительного периода времени W 30 испытывалась внутри компании и внешними независимыми органами. В процессе сертификации "Фоссло Фастенинг Системс" ГмбХ сотрудничала, в частности, с ВНИИЖТ, МИИТ, а также испытательным центром по прокладкам-амортизаторам "ЯрЭлас-Тест" (Ярославль). Практическое испытание система выдержала на экспериментальном кольце в Щербинке. По его результатам в ноябре 2009 года был сделан вывод, что W 30 удовлетворяет требованиям, принятым в России. С того времени система использована при укладке путей общей протяженностью более 400 км, в том числе при температуре -31°C.

Высокие требования AREMA

Чтобы обеспечить рентабельность эксплуатации и простоту технического обслуживания пути при перевозках тяжеловесных грузов, осевые нагрузки от которых на рельсы составляют 35 т, тех стандартов, которым соответствует система W 30, разумеется, недостаточно. Прежде всего экстремальным механическим нагрузкам, возникающим при прохождении кривых, следует противопоставить высокие параметры жесткости.

Требования к системам рельсовых скреплений для осевых нагрузок 30 т

описаны, например, в европейском стандарте EN 13481, часть 8. Дальнейшее описание профиля требований содержится в главе 30 AREMA (American Railway Engineering and Maintenance of Rail Association, Американская ассоциация по технике железнодорожного транспорта и техническому обслуживанию пути). Американский стандарт в части систем скрепления для тяжеловесных грузов отличается от европейского. Так, он определяет конкретные требования в отношении:

- высокой силы прижатия;

- высокого сопротивления угону;

- восприятия значительных боковых и вертикальных усилий, а также предотвращения истирания шпального ложа.

Согласно стандарту AREMА, подтверждение соответствия требованиям должно осуществляться путем целого ряда испытаний (глава 30 "Скрепления").

Другой преодолеваемый на практике феномен представляет собой истирание шпального ложа (RSA). Оно определяется как истирание мельчайших компонентов бетонных шпал, вызываемое неровной опорной поверхностью из-за свободно находящихся на ней добавок в течение продолжительного времени. Шероховатая поверхность сокращает срок службы подрельсовой прокладки и минимизирует положение шпалы по высоте вследствие выработки бетона. RSA чаще всего возникает на участках с тяжеловесным движением, и прежде всего на узких кривых в сочетании с влажностью. Большой тоннаж и значительные перепады дополнительно усиливают износ. Если не исправить повреждения на ранней стадии, то в долгосрочной перспективе RSA может привести к разрушению бетонной шпалы.

Система W 30 HH

С учетом вышеуказанных требований "Фоссло Фастенинг Системс" ГмбХ разработала системы рельсовых скреплений W 30 HH и W 30 HH AP. Они сочетают в себе упругую клемму Skl 30, обладающую согласно нормам безопасности НБ ЖТ ЦП 122-2003 высоким сопротивлением угону 18 кН, с подрельсовой прокладкой систем W для тяжелых грузов (W...HH) жесткостью 400 кН/мм. К тому же данные системы предлагают углонаправляющую плиту трапецеидальной формы, позволяющую минимизировать боковые усилия за счет большей площади прилегания. Система W 30 HI (Hook In) представляет собой специальный вариант крепления для металлических шпал.

Для обеспечения высокой эксплуатационной готовности и низких затрат на обслуживание система разрабатывалась с учетом максимально низкого износа. По этой причине применена подрельсовая прокладка из термопластичного полиуретана, которая на протяжении многих лет используется в Северной Америке и доказала свою пригодность. Кроме того, углонаправляющая плита системы W 30 в продольном направлении рельсов удлинена с 110 до 190 мм, вследствие чего была повышена боковая жесткость.

Система W 30 HH AP дополнительно предлагает абразивную плиту (Abrasion Plate) толщиной 2 мм, которая устанавливается между опорой и подрельсовой прокладкой для сокращения истирания шпального ложа. Плита не пропускает песок на площадь опоры и защищает бетон от износа, так как располагается между шпалой и прокладкой. Ровная поверхность ложа шпалы прерывается лишь в местах дюбельных отверстий, поэтому отверстия выполняются точно подогнанными под шурупы. Плита изготавливается из армированного стекловолокном полиамида ПА6. Она износоустойчива и выдерживает большое удельное давление. К тому же самой конструкцией опоры затрудняется проникновение песка. Кроме двух выемок у замоноличенных в бетон металлических частей, где может скапливаться песок, больше никаких ниш или карманов не предусмотрено.

Испытание приложением длительной нагрузки системы W 30 HH AP для осевых нагрузок 35 т проводилось в соответствии с положениями директивы AREMA (глава 30) при изменении температур и с использованием песчано-водяной смеси. Оно подтвердило ээфективность абразивной плиты в части почти полного предотвращения истирания шпального ложа. Общие требования к системе рельсового скрепления, касающиеся, например, электрического сопротивления, не изменялись и полностью выполняются.

В настоящее время W 30 HH является в США стандартной системой на бетонных шпалах для перевозок тяжеловесных грузов. Рельсовые скрепления W используются, например, на участках общей протяженностью около 760 км таких железнодорожных операторов, как BNSF, Union Pacific и FEC Florida East Coast. Перспективы в России

Итак, система рельсового скрепления W 30 HH на протяжении многих лет хорошо зарекомендовала себя для перевозок тяжеловесных грузов. Актуальными нормами безопасности жесткость системы ограничена диапазоном от 50 до 150 кН/мм. Тем не менее сегодня для перевозок тяжеловесных грузов применяются более высокие параметры жесткости. На наш взгляд, существующие положения должны учитывать высокие осевые нагрузки, используемые сегодня в основном для местного сообщения и путей общего пользования, но не для перевозок тяжеловесных грузов. А ведь именно ему российское правительство отводит значительную роль в экономическом развитии страны. Чтобы иметь возможность использовать проверенные и передовые решения в рамках Стратегии развития до 2030 года, необходимо адаптировать технико-нормативную базу к целям, отвечающим самым высоким требованиям по созданию железнодорожной инфраструктуры.