Стрелочные переводы: шлифование как фактор снижения затрат жизненного цикла

Стрелочные переводы являют­ся дорогостоящими компонентами железнодорожного пути в плане как капитальных затрат, так и текуще­го содержания. Удельные (в расчете на 1м пути) затраты, относящиеся к стрелочным переводам, прибли­зительно в 4 раза превышают соот­ветствующие затраты по прямому пути; в части текущего содержания подобное соотношение достига­ет 11:1, поэтому важно держать за­траты на текущее содержание стре­лочных переводов под постоянным контролем. А наилучшая возмож­ность для этого состоит в том, что­бы внедрить в повседневную прак­тику железных дорог комплекс ме­роприятий текущего содержания обеспечивающий минимально воз­можные затраты жизненного цикла.

Чтобы оценить, из чего склады­вается стоимость текущего содер­жания стрелочных переводов, ис­следовали практику текущего со­держания, применяемую на линии Вена — Инсбрук сети Федеральных железных дорог Австрии (ОВВ). На этой линии со смешанным грузо­пассажирским движением выпол­няются перевозки в объеме 35 млн. т брутто, осевая нагрузка ограничена 22,5т, максимальная разрешенная скорость движения пассажирских поездов составляет 250 км/ч.

Шлифование рельсов является одной из основных операций, не­обходимых для поддержания стрелочных переводов в требуемом тех­ническом состоянии. Традиционно оно используется для того, чтобы продлить срок эксплуатации рель­сового пути (рис. 1). Конструкция стрелочных переводов сложнее, не­жели просто пути, но при этом мар­ка стали используемых в них рель­сов — одна и та же. Также не отли­чаются и поверхностные дефекты, возникающие в рельсах стрелочных переводов и пути. Поэтому вполне логично и в том и другом случае ис­пользовать для текущего содержа­ния рельсов одни и те же процеду­ры. Однако при их проведении в отношении стрелочных переводов требуются специальные настройки, учитывающие специфику конструк­ции данных обустройств.

Накопленный опыт

На сети ОВВ шлифование рельсовых элементов стрелочных перево­дов практикуется более 20.

Первоначально применялось исклю­чительно корректирующее шлифо­вание, однако около 10 лет назад полученные положительные ре­зультаты экспериментов с профи­лактическим шлифованием побуди­ли к пересмотру стратегии шлифо­вания в рамках комплекса операций текущего содержания стрелочных переводов. Теперь оно проводится на периодической основе.

Работы по шлифованию регла­ментируются инструкцией ОВВ RW 07.06.02. Этот нормативный доку­мент является более детальным, нежели соответствующий стан­дарт Европейского союза EN13231-3:2012-04, поскольку содержит до­полнительную информацию, отра­жающую специфические условия сети ОВВ. В инструкции приве­дены описания внешних призна­ков и характеристики поверхност­ных дефектов рельсов, расписаны процедуры шлифования, включая первоначальную обработку новых рельсов, регулярное профилакти­ческое и корректирующее шлифо­вание.

Требования, касающиеся целе­вого профиля рельса, выделены в отдельные пункты. В инструкции ОВВ подробно расписаны операции, выполнение которых должно пред­шествовать шлифованию. В частно­сти, необходимо проверить состоя­ние рельсовых скреплений, путем измерений оценить износ рельса, обеспечить защиту кабельных ли­ний и т.д. Кроме того, приведены указания относительно ведения от­четности, планирования работ (на­пример, обозначены пороговые значения контролируемых параме­тров, переход через которые указы­вает на необходимость проведения шлифования) и формирования про­граммы шлифования.

Поскольку Австрия являет­ся членом ЕС, на сеть ОВВ рас­пространяется действие стандар­та EN13231-3:2012-04-например, в части критериев приемки. В том, что касается допусков и отклонений профиля, нормы ОВВ сводятся к следующему: максимально допу­стимое отклонение от целевого про­филя равно +0/-1мм при скорости движения на линии менее 140 км/ч (что соответствует классу R соглас­но европейскому стандарту), равно +0/-0,6мм при скорости движения на линии более 160 км/ч (что соот­ветствует классу Q по европейско­му стандарту) и равно +0/-0,8мм в промежуточном диапазоне допу­стимой скорости движения.

В части продольного профи­ля требования европейского и ав­стрийского стандартов совпада­ют полностью. То же самое спра­ведливо в отношении техническо­го состояния поверхности рельсов (единственное различие состоит в том, что предельный уровень ше­роховатости (R) в европейском стандарте равен 8 мкм, а в австрий­ском—10 мкм).

Моделирование затрат жизненного цикла

Срок службы компонентов же­лезнодорожной инфраструктуры, как правило, достаточно продол­жителен. Для железнодорожного пути и стрелочных переводов он обычно равен 20 - 30 лет и более в зависимости от перевозочной на­грузки и качества текущего содер­жания. Для того чтобы произвести комплексную оценку затрат, важ­но принять в расчет все необходи­мые мероприятия текущего содер­жания за весь срок службы инфра­структурного компонента.

При сопоставлении различных подходов к текущему содержанию стрелочных переводов необходи­мо оценить указанные мероприя­тия количественно путем сумми­рования соответствующих капи­таловложений, эксплуатационных затрат и затрат на текущее содер­жание за весь жизненный цикл стрелочного перевода. Поэтому в основу исследования была поло­жена матрица, демонстрирующая различные рабочие циклы и набор сценариев для каждого режима те­кущего содержания стрелочных пе­реводов.

Комплекс мероприятий теку­щего содержания включает такие позиции, как подбивка, выправка, рихтовка; периодическое (цикличе­ское) шлифование; замена остряков или рамных рельсов, крестовины, усовиков; сварка в целях наплавки или ремонта рельсов; удаление за­усенцев и наплывов; замена рель­совых подкладок; замена/очистка балласта; замена соединительных рельсов; прочие операции.

В данном исследовании во всех случаях затраты принимались в том виде, в котором они представлены в бюджете ОВВ. Учитывалось также время, затрачиваемое на проведе­ние каждого мероприятия текуще­го содержания, что позволяло рас­считывать финансовые издержки, обусловленные нарушениями экс­плуатационной работы проведени­ем этих мероприятий.

Не следует забывать, что шли­фование дает долгосрочный эффект и необходим достаточный период времени, чтобы оценить все выгоды от инвестиций в работы по текуще­му содержанию, включая операции шлифования рельсов.

Сценарии текущего содержания

Выбранные сценарии текуще­го содержания стрелочных пере­водов были выстроены в опреде­ленной последовательности в со­ответствии с регламентом перио­дического шлифования рельсов и ожидаемым сроком их службы:

сценарий 0: шлифование рель­сов не проводится, ожидаемый срок службы 20 лет;

сценарии 1-3: шлифование рельсов проводится каждый второй или третий год, ожидаемый срок службы в диапазоне от 25 до 30 лет;

сценарий 4: временной регла­мент шлифования рельсов соответствует современной практике теку­щего содержания стрелочных пе­реводов на рассматриваемой ли­нии ОВВ; ожидаемый срок службы 30 лет.

Применительно к сценариям 0,3 и 4 в рамках исследования рассма­тривались также дополнительные варианты.

Параметры каждого сценария были детализированы в целях полу­чения объективного представления о том, каким образом различные мероприятия текущего содержа­ния стрелочных переводов влияют на конечные результаты. Чтобы по­лучить комплексную оценку издер­жек, расчеты по каждому из сцена­риев производились четырьмя ме­тодами: по потокам платежей (cash flow, CF), по чистой приведенной стоимости (net present value, NPV) со ставкой дисконтирования 4%, по вариантам с учетом и без учета фи­нансовых потерь, вызванных пре­рыванием эксплуатационной рабо­ты при проведении на линии меро­приятий текущего содержания стре­лочных переводов.

В исследовании были задейство­ваны все имеющиеся на выбранной линии марки стандартных одиноч­ных стрелочных переводов, а имен­но: EW190, EW300, EW500, EW760и EW1200 (цифры в маркировке по­казывают радиус стрелочного пере­вода в метрах). Исследованием бы­ли также охвачены два типа стре­лочных переводов: марки lv BW для кривых радиусом от 600 до 3000 м и марки sv BW для кривых радиусом от 200 до 600 м. Однако в этих слу­чаях расчеты производились толь­ко для сценариев 0 и 4.

Стрелочные переводы в кривых (в отличие от уложенных в прямых) подвергаются значительно больше­му воздействию динамических сил, провоцируемых любыми неровно­стями рельсов, вследствие чего их общее техническое состояние ухуд­шается гораздо более быстрыми темпами. Здесь намного быстрее развиваются дефекты усталостно­го характера в контакте качения. Как следствие, срок службы таких стрелочных переводов и их отдель­ных конструкционных компонен­тов заметно короче, а требования к текущему содержанию существен­но жестче.

Сценарий 0 является опорным: суммарные затраты по данному сце­нарию приняты за 100%. Результаты расчета структуриро­ваны с выделением капитальных затрат, затрат на текущее содержа­ние и, где это возможно, финансо- вых потерь, вызванных нарушения­ми эксплуатационного процесса.

По каждому типу стрелочно­го перевода расчетным путем было определено влияние на итоговые затраты каждого вида мероприя­тий его текущего содержания. Та­ким образом были выяснены пре­делы, в которых дополнительные меры профилактики могут оказы­вать влияние на затраты жизненно­го цикла стрелочных переводов.

Интерпретация результатов

Анализ полученных затрат жиз­ненного цикла в контексте их сопо­ставления показал, что независимо от применяемого метода расчета ти­пы стрелочных переводов стабиль­но располагаются в одной и той же последовательности. Доли суммар­ных затрат меняются, но не более чем на несколько процентов.

Предусмотренное сценарием периодическое шлифование рель­совых элементов стрелочных пере­водов в каждый второй год позво­ляет, согласно оценкам, продлить срок службы стрелочных перево­дов на 5 лет и уменьшить затраты их жизненного цикла соответствен­но на 12-14,8% (согласно расчету по методу CF без учета финансовых потерь, вызванных нарушениями эксплуатационного процесса) и на 19,3 - 20,2% (по методу NPV также без учета упомянутых финансовых потерь).

Применение периодического шлифования в каждый третий год, предусмотренное сценарием 2, мо­жет сократить суммарные затраты соответственно на 14-16,3% (по методу CF без учета финансовых потерь, вызванных нарушениями эксплуатационного процесса) и на 20,6-21,2% (по методу NPV без учета этих потерь). В данном сце­нарии не принимается в расчет ка­кое-либо уменьшение в перспекти­ве объемов других работ по текуще­му содержанию стрелочных пере­водов и увеличение сроков службы стрелочных переводов в целом и их конструкционных компонентов. Сценарий 3 рассматривает си­туацию с двухлетним циклом шли­фования и проведением других ме­роприятий текущего содержания. Его ожидаемый результат — срок службы стрелочных переводов 30 лет. Современный регламент текуще­го содержания стрелочных перево­дов на сети ОВВ позволяет в общем случае обеспечить срок их служ­бы на уровне 30 лет. Оптимизиро­ванный вариант, представленный сценарием 4Ь, предлагает допол­нительные преимущества в части экономии затрат жизненного цик­ла стрелочных переводов. Соглас­но данным расчета по методу CF без учета потерь, вызванных проведе­нием мероприятий текущего содер­жания, эти затраты снижаются на 32,5-32,6%. По методу NPV с уче­том упомянутых потерь расчетная экономия затрат жизненного цик­ла стрелочных переводов составля­ет 35,8-36,7%, без них —увеличи­вается до 36,9 - 37,3%.

Разброс результатов, получен­ных применительно к стрелочным переводам разных типов, достаточ­но мал. Поэтому один из выводов рассматриваемого исследования заключается в том, что в условиях оптимизированной стратегии теку­щего содержания тип стрелочного перевода не оказывает значимого влияния на достигаемые с ее помо­щью размеры экономии затрат жиз­ненного цикла.

Сопоставление сценариев 1 и 2 показывает, что переход от трехлет­него к двухлетнему циклу шлифо­вания рельсовых элементов стре­лочных переводов, увеличиваю­щий объем соответствующих работ на 50%, ведет к росту затрат жиз­ненного цикла стрелочных пере­водов всего на 1,3%, а достигаемая при этом экономия затрат жизнен­ного цикла составляет 5%. Потен­циальное повышение качества по­верхности рельсов может позво­лить отложить или отменить вовсе некоторые другие работы текуще­го содержания стрелочных перево­дов. Следует отметить, что встраи­вание дополнительного цикла ра­бот по шлифованию в 30-летний срок службы стрелочного перево­да повышает суммарные затраты его жизненного цикла на 0,3 - 0,7% в зависимости от типа данного обу­стройства и временного регламента проведения шлифования.

И наоборот, разовое сокраще­ние интервала проведения шпало-подбивочных работ в течение сро­ка службы стрелочного перевода повышает суммарные затраты его жизненного цикла на 0,7-1,6% (опять же в зависимости от времен­ного регламента этих работ), а си­стемное уменьшение этого интерва­ла с 3 до 2 лет ведет к повышению затрат жизненного цикла стрелоч­ного перевода на 2,1%.

Изменение срока службы оказы­вает заметное влияние на суммар­ные затраты жизненного цикла. Ес­ли ожидаемый средний срок служ­бы стрелочного перевода EW500 уменьшится на один год, с 30 до 29 лет, суммарные затраты увели­чатся на 3,1%, а если он уменьшит­ся еще на один год, затраты вырас­тут на 6,4%.

На относительно небольшой железнодорожной сети ОВВ имеется порядка 2000 стрелочных перево­дов.

Если уменьшение срока служ­бы стрелочных переводов на один год затронет только10%изних, финансовые потери ОВВ оставят3,45 млн. евро.

Затраты жизненного цикла стрелочного перевода можно сократить на величину до 37% в вариан­те отсутствия шлифования в зави­симости от использованного мето­да расчета, но эта величина зависит от метода расчета и учета дополни­тельных потерь. В абсолютных ве­личинах снижение этих затрат в расчете на один стрелочный пере­вод может составить 200 - 300 тыс. евро. Оптимизация комплекса те­кущего содержания 100 стрелоч­ных переводов способна в расчете на весь их жизненный цикл обеспечить суммарную экономию затрат в размере как минимум 20млн евро.

Шлифование рельсовых элемен­тов стрелочных переводов в кривых дает заметно больший положитель­ный эффект (вплоть до 40% эконо­мии затрат), чем на прямых участ­ках пути. Однако срок их службы, равный 27 годам, без машинного шлифования представляется нере­альным. Если реализовать все дру­гие преимущества оптимизации комплекса текущего содержания, то в расчете на один стрелочный перевод в кривой радиусом более 600 м можно получить суммарную экономию в размере от 255 тыс. до 425 тыс. евро. А в кривых меньшего радиуса экономия может быть даже большей — при предполагаемом сроке службы стрелочного перевода23 года она, согласно оценкам, воз­можна в диапазоне от 240 тыс. до 509 тыс. евро.

Величины экономии, получен­ные расчетным путем, представля­ют собой достаточно осторожную консервативную оценку, поскольку на практике шлифование зачастую проводят на главных путях, не затрагивая ответвлений на боковые направления. Опыт показы­вает, что если на ответвлениях про­водить шлифование через раз, то это не будет сказываться отрица­тельно на качестве пути в целом. В то же время в рамках проведенно­го исследования подсчет затрат осу­ществлялся в предположении, что на отклоняющихся путях шлифова­ние проводится столь же часто, как и на главных. Не учитывались так­же некоторые другие статьи эконо­мии затрат, но при всем при этом расчетным путем получены устой­чивые результаты, наглядно демон­стрирующие преимущества от вне­дрения оптимизированной страте­гии текущего содержания стрелоч­ных переводов.

Данные расчетов указывают на возможность получения экономии затрат в размере 37% за счет уве­личения срока службы стрелочных переводов в целом и их отдель­ных конструкционных компонен­тов. Такой результат предполагает, что компоненты стрелочных пере­водов будут высококачественными, а их текущее содержание — рацио­нальным и своевременным.

Анализ изменений циклов под­бивки балласта и шлифования рельсов показывает, что обе эти меры влекут за собой снижение за­трат жизненного цикла стрелоч­ных переводов. Небольшое увели­чение суммарных затрат, привноси­мое встраиванием в регламент шли­фования дополнительного цикла, в значительной мере компенсирует возможное сокращение срока служ­бы стрелочных переводов, вызванное уменьшением финансирования их текущего содержания.

Применение шлифования в ча­сти влияния на срок службы стре­лочного перевода можно сравнить с заменой конструкционных ком­понентов, несущих наибольшую нагрузку. На примере стрелочно­го перевода EW500 показано, что сокращение его ожидаемого сро­ка службы на один год приведет к увеличению суммарных затрат бо­лее чем на 17 тыс. евро. И наобо­рот, продление его срока службы на один год позволит сэкономить свы­ше 14 тыс. евро.

Железные дороги мира. – 2016. - № 11. – С. 69-73.