Проблемы автоматизации управления вагонными замедлителями

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРОБЛЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ВАГОННЫМИ ЗАМЕДЛИТЕЛЯМИ

горочный замедлитель управление

Для решения первой задачи в системах автоматизации строятся сложные динамические модели движения отцепов, назначение которых - распознавание образов для определения ходовых свойств подвижных единиц на основании косвенных признаков и прогноз их движения по участкам свободного качения. Оператор решает эту задачу в основном методом проб и ошибок, накапливая опыт в процессе работы.

Остановимся на второй задаче - реализации расчетной скорости. Для регулирования скоростей движения отцепов на отечественных сортировочных горках применяют вагонные замедлители. Горочные замедлители устанавливают на спускной части горки (в основном на первой тормозной позиции - перед или за головной стрелкой и второй - перед пучковыми стрелками), парковые - в начале путей подгорочного парка для задания прицельных скоростей отцепам. Некоторые модели замедлителей являются универсальными и могут применяться как на горочных, так и на парковых тормозных позициях.

При использовании замедлителей для парковых тормозных позиций их требуется больше по сравнению с горочными. Конструкция этих замедлителей имеет ограничения по ширине, связанные с расстояниями между путями в местах установки, а фундамент у них должен быть малой глубины либо отсутствовать вовсе.

Операторы сортировочных горок и разработчики систем автоматизации предъявляют высокие требования к надежности и качеству работы парковых замедлителей, поскольку от этого полностью зависит эффективная и качественная работа сортировочной станции. Ошибка, допущенная при управлении горочными замедлителями, может быть исправлена на последующих тормозных позициях. А вот неточность прицельного торможения практически неизбежно приводит либо к снижению темпа роспуска и увеличению времени на маневровую работу при перетормаживании, либо к бою вагонов и повреждению грузов.

Сегодня на сети дорог России наиболее широко применяется парковый рычажно-нажимной замедлитель типа РНЗ-2М, пришедший на смену замедлителю РНЗ-2.

При разработке и постановке на производство замедлителей РНЗ полагали, что они пригодны для установки в кривых и за счет этого можно существенно увеличить полезную длину путей подгорочного парка. Поскольку они мало весят, для их монтажа и демонтажа не требуется спецтехника большой грузоподъемности. Поэтому РНЗ стали широко применять на сортировочных горках страны.

Сравнить работу рычажно-нажимных замедлителей с другими типами устройств было несложно, так как альтернативных вариантов оснащения парковых тормозных позиций другими типами замедлителей существовало немного. По мере эксплуатации РНЗ на сортировочных горках накапливался опыт и выявилось немало проблем.

Прежде всего, они связаны с эксплуатацией в кривых. Шины у РНЗ хотя и короткие (эффективная длина 2,7 м), но прямые, и точно совместить их с изогнутыми рельсами в кривой невозможно. А с учетом центробежных сил, действующих на вагоны при движении в кривой, воздействие замедлителя на отцеп практически непредсказуемо. В результате возможно заклинивание шин при входе колеса в заторможенный замедлитель. Кроме того, появляется значительная разница в эффективности торможения в начале, середине и конце тормозных шин. В итоге практически на всех горках замедлители РНЗ устанавливают на прямых участках путей. Там же, где они остались в кривых, электромеханики вынуждены регулировать раствор шин не по нормативам, а по наитию - в основном разводя шины дальше, чем положено по нормам, из-за чего снижается эффективность торможения, зато исключается перекос и заклинивание шин.

Существенно влияет на технические характеристики рычажно-нажимных замедлителей их конструкция, имеющая минимальные габариты в вертикальной плоскости. При установке замедлитель просто укладывается на щебеночное основание и не требуется рытья котлована и устройства фундамента. Это - бесспорное преимущество, но такая конструкция замедлителя привела к тому, что торможение прекращается не за счет развала шин под собственным весом, как это происходит практически у всех других типов замедлителей, а вследствие смещения шин в горизонтальной плоскости под воздействием пружинных механизмов. Естественно, при эксплуатации, особенно в зимний период, из-за намерзания снега ухудшается и ограничивается подвижность сочленений, снижается упругость пружинных механизмов, и основные показатели инерционности замедлителя на затормаживание и от-тормаживание оказываются нестабильными.

Еще одним фактором, определившим особенности эксплуатации замедлителей РНЗ, является сравнительно небольшая тормозная мощность - 0,45 м.э.в. Для обеспечения технологических требований на большинстве горок по проекту устанавливают по три комплекта РНЗ на путь, которые работают синхронно от единой схемы управления, т. е. фактически как один замедлитель.

Теперь проанализируем работу замедлителей типа РНЗ.

Принципом действия применяемых на российских железных дорогах вагонных замедлителей фрикционного типа, к которым относятся и РНЗ, является снижение скорости отцепа за счет трения его колеса о тормозные шины замедлителей. Эффективность торможения зависит от усилия нажатия тормозных шин на колеса, от количества колес, находящихся одновременно в тормозных шинах, и от длительности торможения.

Однако при торможении вагона с помощью замедлителей, имеющих короткие тормозные шины, возникают моменты, когда колесная пара входит в заторможенный замедлитель, где другие колеса отсутствуют. В этой ситуации колесная пара должна раздвинуть шины, зазор между которыми в отсутствие колеса оказывается меньше ширины бандажа. Таким образом, возникают ударные явления, зачастую резко и значительно снижающие скорость движения вагона. При малом весе вагона и превышении допустимой степени нажатия тормозных шин это может привести к выдавливанию вагона, т. е. к выкатыванию колесной пары на верхнюю плоскость тормозных шин и последующему сходу с рельсов.

Учитывая, что РНЗ устанавливаются комплектами по три замедлителя, а длина тормозных шин такова, что они помещаются под базой любого вагона, при движении одновагонного отцепа по тормозной позиции, состоящей из трех замедлителей РНЗ, подобные ударные явления могут возникнуть шесть раз. Чередование ударных моментов во времени зависит от длины базы вагона и расстояния между соседними замедлителями в комплекте.

Рассмотрим графики реальных ситуаций торможения вагонов, зафиксированные средствами системы автоматизации, на различных сортировочных горках страны (Красноярск-Восточный, Входная, Тайшет). На графиках (рис. 1) белой линией изображено изменение фактической скорости движения вагона, двумя параллельными линиями лилового цвета - оптимальный диапазон скорости на выходе из тормозной позиции для данного отцепа. Ниже графика отображаются: моменты занятия рельсовых цепей тормозной позиции (РЦО, РЦ1), выдачи управляющих команд на торможение (Т) и сигнала контроля срабатывания схемы управления замедлителями (К), режим ручного управления (красная линия в строке РУ) и количество осей отцепа, находящихся в данный момент в шинах замедлителей (параллельные линии в строке Оси). Также в нижней части рисунка схематически изображены шины замедлителя и движущийся по тормозной позиции вагон. Его положение соответствует моменту времени, отмеченному вертикальной синей линией на графике.

На рисунке хорошо видно, как непрерывно меняется количество тормозимых осей и так называемые мертвые зоны, т. е. моменты, когда вагон движется по тормозной позиции, но осей в шинах замедлителя нет и торможения не происходит. Далее следует вход в заторможенную шину, сопровождающийся торможением повышенной эффективности. Количество осей вагона, на которые одновременно воздействуют замедлители, непрерывно меняется от нуля до трех, причем изменения происходят по нескольку раз в секунду.

Для выравнивания тормозного воздействия по осям на дорогах были испробованы различные варианты установки замедлителей на тормозных позициях. Так, на Западно-Сибирской дороге пробовали размещать все три замедлителя на одном рельсе вплотную друг к другу-Это незначительно изменило ситуацию, пропали мертвые зоны, но количество осей, одновременно находящихся в шинах замедлителей, стало изменяться еще чаще.

В определенный промежуток времени первая и вторая тележки вагона оказываются одновременно в разных замедлителях - в первом и третьем и, так как отдельные секции являются фактически самостоятельными устройствами, тормозной эффект усиливается вдвое.

Аналогичная ситуация наблюдается при торможении длиннобазных вагонов и в случае типового варианта расстановки замедлителей РНЗ с интервалами между соседними секциями три метра.

Таким образом, оказывается, что эффективность торможения в каждый момент времени существенно зависит от размещения осей в шинах замедлителей и может изменяться в несколько раз. Если учесть, что у каждого из трех замедлителей различное техническое состояние и они по-разному отрегулированы, то от их одинаковых по длительности воздействий на отцеп могут быть малопредсказуемые последствия.

Эти факторы определяют одну из трех основных технологических характеристик замедлителя - эффективность торможения или тормозную мощность. Ее значение регламентировано и даже может быть измерено с помощью так называемого вычислителя тормозных характеристик. Для этого по полностью заторможенному замедлителю с определенной скоростью должен проехать вагон определенного веса. И по разнице скоростей на входе и выходе замедлителя определяется его общая мощность. Но ввиду сложности подобной проверки она практически нигде не производится и Инструкцией по техническому обслуживанию и ремонту устройств сигнализации,централизации и блокировки механизированных и автоматизированных сортировочных горок не предусмотрена.

Однако есть еще две очень важные характеристики, определяющие возможность эффективного использования вагонного замедлителя - это инерционность затормаживания и инерционность оттормаживания, т. е. время между подачей команды и ее выполнением. Для замедлителей типа РНЗ эти значения должны составлять 0,7 с на затормаживание и 0,6 с на оттор-маживание. Заметим, что для замедлителей РНЗ инерционность - и особенно инерционность оттормаживания - величина нестабильная. Ведь в отличие от замедлителей нажимного типа, у которых шины разваливаются под действием собственного веса, отторма-живание замедлителей РНЗ происходит только за счет пружин.

Вместе с тем регламент проверки указанных характеристик в упомянутой инструкции не предусмотрен и до недавнего времени инструментов для такой проверки не существовало вовсе. Но с внедрением систем автоматизации горочных процессов ситуация изменилась. Используя средства АРМа дежурного электромеханика сортировочной горки, процесс торможения можно детально проанализировать и определить характеристику инерционности. Правда, при этом учитываются инерционности срабатывания релейной схемы и управляющей аппаратуры замедлителей. Но в большинстве случаев эти значения стабильные и находятся в пределах 0,1-0,2 с. Основная же составляющая инерционности - это задержка реакции на команду самого замедлителя.

На рис. 3 видно, что совокупная инерционность оттормаживания (время между моментами снятия команды торможения и прекращения падения скорости) доходит в отдельных случаях до 2,5-3 с. В период торможения отцепа после снятия команды торможения происходит практически неконтролируемый процесс, результат которого можно только прогнозировать с учетом накопленного опыта.

Поэтому для обеспечения заданного воздействия на отцеп команда торможения зачастую снимается еще до того, как начнет падать скорость, т. е. до начала эффективного торможения.

Если учесть описанную выше неравномерность воздействия замедлителей на отцеп, то зачастую, особенно при ручном управлении замедлителем, торможение превращается в случайный процесс (рис. 4). Иногда включение торможения длительностью 0,3-0,5 с может привести к снижению скорости более чем на 2 м/с (см. рис. 2). Но бывает и так, что торможение длительностью 1 с и более практически не влияет на скорость.

Рассмотрим еще одну важную составляющую процесса торможения отцепов на парковых тормозных позициях. Скорость входа на замедлители РНЗ в реальных роспусках составляет 5-6 м/с. При такой скорости вагон длиной 12 м может находиться на тормозной позиции всего лишь 3,5-4,5 с в зависимости от варианта расстановки.

Таким образом, при входе одновагонного отцепа на тормозную позицию с высокой скоростью времени может не хватить и на два включения замедлителей. Учитывая значительный разброс инерционности и эффективности, обеспечить нужную скорость выхода отцепа из тормозной позиции очень сложно.

При ручном управлении замедлителями РНЗ операторы постов резервного управления не в состоянии учесть все факторы, влияющие на процесс торможения. В результате часто скорость отцепов после выхода из замедлителей не соответствует оптимальной. Как следствие допускаются соударения или возникают большие межвагонные интервалы и незапланированные остановки вагонов в замедлителях. Это приводит к приостановке роспуска, увеличению объема маневровой работы, вызванного осаживанием вагонов, а нередко и их повреждение в парке.

Опытный оператор парковой тормозной позиции, не желая играть в лотерею «угадал - не угадал», выбирает способ, позволяющий обеспечить предсказуемое торможение (рис. 5). Замедлитель при этом не успевает полностью реализовать тормозную силу, что ослабляет удары колес в заторможенные шины и, соответственно, растормаживание происходит быстрее. В то же время торможение вагона осуществляется почти непрерывно, что гораздо эффективнее.

Такое управление можно было бы назвать оптимальным, но для вытормаживания одновагонного отцепа при таком режиме требуется большое количество включений замедлителя. А ведь каждое включение - это немалый объем сжатого воздуха, выпущенный в атмосферу, износ самого замедлителя, его управляющей аппаратуры, оборудования компрессорной станции и др.

Для реализации автоматического прицельного торможения на сортировочных горках, оборудованных замедлителями типа РНЗ, разработчики систем автоматизации, используя возможности современных промышленных компьютеров, разрабатывают сложные алгоритмы. При этом учитывается совокупность всех факторов, влияющих на процесс торможения. Эти алгоритмы должны быть адаптивными, с учетом изменений энергетических характеристик и инерционности, происходящих как при разных погодных условиях, так и в процессе текущей эксплуатации.

При выборе режимов управления замедлителями современная система автоматизации должна оцени- вать: текущую скорость отцепа, его вес, текущее и ожидаемое размещение осей в тормозных шинах замедлителя с учетом веса каждой оси, инерционность и среднюю степень воздействия на скорость отцепа каждого из трех замедлителей в зависимости от расположения осей в тормозных шинах, фактическое воздействие предыдущих включений замедлителя на данный отцеп (так называемую тормозимость), текущие погодные условия, влияющие на торможение, и др.

Разброс значений инерционности и тормозной мощности замедлителей типа РНЗ, а также высокая скорость движения отцепов, особенно одновагонных, по парковой тормозной позиции, обусловливают предел качества реализации расчетных скоростей для замедлителей типа РНЗ.

На сегодняшний день из опыта эксплуатационной работы системы автоматического управления парковыми тормозными позициями на станциях Красноярск-Восточный, Входная и Инская получены следующие результаты: среднее количество отцепов, вытормаживаемых до оптимальной скорости выхода из парковой тормозной позиции, составляет 85-90 %, выходящих с превышением расчетной скорости (не-доторможенных) - 3-7 %, выходящих со скоростью ниже оптимальной (переторможенных) - 3-7 %. При этом в ручном режиме управления показатели качества в 2-3 раза хуже.

Повысить качество автоматического прицельного торможения на парковых тормозных позициях можно только используя вместо трех замедлителей типа РНЗ один с длинными тормозными шинами. Он имеет меньшую инерционность (в переделах 1-1,2 с), больший срок службы (за счет меньшего количества включений и более простой конструкции) и обеспечивает плавное, предсказуемое торможение.

Конечно, замедлители с длинными шинами дороже и сложнее в установке, но преимущества и экономический эффект от их внедрения оправдывают дополнительные затраты.

Размещено на Allbest.ru