Сравнительный анализ способов контроля плотности и целостности тормозной магистрали поезда

Одна из главнейших задач ж.д. транспорта - обеспечение безотказной и надежной работы тормозов в поезде. При возникновении угрозы безопасности движения именно эффективное своевременное торможение позволяет предотвратить серьезные последствия в виде схода подвижного состава с рельсов, аварии, столкновения, или крушения. Кроме функции безопасности железнодорожные тормоза оказывают прямое влияние на технические и экономические показатели работы ж.д. транспорта - повышение скорости движения и сокращение продолжительности перевозок напрямую зависит от повышения эффективности тормозных средств.

При этом необходимо отметить, что возможности контроля за состоянием тормозов существенно ограничен техническими особенностями ж.д. транспорта.

Можно заметить, что моторвагонный (электропоезда и дизель-поезда) и пассажирский подвижной состав обладают несколько большими возможностями контроля тормозов, чем грузового подвижной состав. Это связано с наличием на моторвагонном и пассажирском подвижном составе электропневматических тормозов, кроме стандартных пневматических. А грузовые поезда, грузовые вагоны, практически повсеместно оснащенные только пневматическими тормозами. Именно поэтому проблема контроля тормозов в грузовых перевозках стоит особенно остро.

Современные локомотивы оборудованы самыми разнообразными системами контроля и диагностики, но сведения о состоянии вагонов, и конкретно тормозов вагонов, у машиниста и его помощника (при наличии такового) отсутствуют. Локомотивная бригада может только полагаться на то, что их коллеги - вагонники ответственно подошли к вопросу обеспечения поезда надежными тормозными средствами и качественно выполнили свою работу во время опробования тормозов. При этом, непосредственно во время движения поезда по перегону, большое количество отказов тормозов того или иного вагона остаются незамеченными машинистом. Например, при самопроизвольном отпуске тормозов одного вагона, или вообще несрабатывания тормозов на одном из вагонов, общая эффективность тормозных средств поезда изменяется не очень значительно (при длине поезда в 100 вагонов, несрабатывание тормозов у одного вагона в составе ухудшит тормозную эффективность на 1%). Поэтому, как правило, локомотивной бригадой выявляются только те отказы тормозов, которые приводят к самопроизвольному срабатыванию тормозов всего поезда, либо к неотпуску тормозов после предварительного торможения, либо к значительному снижению тормозной эффективности, которое невозможно не заметить.

Но самый опасный отказ тормозов - перекрытие тормозной магистрали поезда (по причине перемерзания или перекрытия концевых кранов). Если рассматривать данный вид отказа, то в этом случае идет речь о полной потере управления тормозами поезда, что чревато опаснейшими последствиями.

Известно, что при угрозе безопасности движения, срабатывают находящиеся на локомотиве устройства безопасности, но для того, чтобы снизить скорость и остановить поезд, эти многоуровневые и высоконадежные системы воздействуют на ту же самую тормозную магистраль (далее ТМ). Получается, при перекрытии ТМ, поезд полностью лишается управления тормозами и не способен остановиться, несмотря на все имеющиеся на локомотиве устройства и приборы.

Эти печальные выводы подтверждаются неутешительной статистикой. Наиболее тяжелые по своим последствиям катастрофы, происходившие на железнодорожном транспорте, были именно по причине перекрытия тормозной магистрали поезда [1], [2], [3], [4]. Весь опыт эксплуатации железнодорожного транспорта говорит о том, что целостность и плотность ТМ поезда должна контролироваться максимально тщательно и качественно.

Анализируя различные методики и технические приемы, можно выделить несколько способов контроля целостности и плотности ТМ. И хоть этими способами решается одна и та же проблема, обладают они своими особенностями и основываются на разных принципах.

В первую очередь можно выделить способ контроля ТМ за счет применения электропневматического тормоза (далее ЭПТ). Электропитание всех вагонов в составе поезда позволяет за счет установленных на каждом вагоне датчиков давления, контролировать и состояние тормозной системы каждого вагона, и тормозную магистраль в целом. При этом необходимо отметить, что речь в данном случае идет не о простом ЭПТ, использующемся сейчас на пассажирских вагонах и предназначенном только для торможения, а о цифровой электронно-пневматической системе, которая будет являться следующим этапом развития тормозной техники [5].

Но даже стандартный ЭПТ, без функций контроля и диагностики тормозов, позволяет в критический момент (когда уже концевые краны ТМ перекрыты) избежать самого страшного - потери управления тормозами поезда. Если при торможении задействовать только ЭПТ, без понижения давления в ТМ, то при подаче тока в цепь ЭПТ срабатывание тормозов все равно произойдет и это позволит остановить поезд и затем устранить отказ. Таким образом, данный метод не только контролирует ТМ поезда, но и позволяет избежать негативных последствий опасного отказа тормозов, что является наиболее эффективным с позиции обеспечения безопасности движения. железнодорожный тормозной оборудование авария

Но ввиду существующего технического состояния подвижного состава, в ближайшем будущем данный способ возможно будет реализовать только на мотор-вагонном и пассажирском подвижном составе. Внедрение ЭПТ в грузовых поездах требует больших технологических и технических изменений, а также существенных финансовых затрат.

В грузовом движении одним из эффективных решений проблемы контроля целостности ТМ является способ контроля плотности тормозной магистрали поезда, как пневматического канала связи последовательно соединенных подвижных единиц (вагонов) по всей длине состава.

При разрыве ТМ перепад давления между хвостовой и головной частью поезда возрастает скачкообразно. Это приводит к появлению максимального тормозного эффекта у хвостовой (оторвавшейся) группы вагонов, нагреву при торможении и возможному повреждению колес, но в то же время может быть не замечено локомотивной бригадой. Мало того, при разрыве поезда или в случае открытия стоп-крана (если при этом кран машиниста находится в поездном положении), автоматические пневматические тормоза могут терять автоматичность своего действия [6], [7].

Приборы, основанные на принципе срабатывания при снижении давления в ТМ, недостаточно чувствительны; а в случае применения крана машиниста с большой питающей способностью и мощным восполнением утечек в ТМ, вообще неприменимы.

Именно поэтому на железнодорожном транспорте РФ (а до этого - на ж.д. транспорте СССР) используются методики контроля целостности ТМ, основанные на определении изменения расхода сжатого воздуха в ней.

Вследствие перекрытия или перемерзания ТМ ее плотность возрастает, так как утечки сжатого воздуха, связанные с негерметичностью ТМ на отключенных от нее вагонах, уже не восполняются со стороны крана машиниста, расположенного на локомотиве. Соответственно, при отключении части ТМ поезда, отключается и часть утечек из нее, что неизбежно приводит к снижению расхода сжатого воздуха в тормозной магистрали. При этом, после отключения части состава от ТМ, тормозная эффективность поезда снижается [8], [9], [10].

Изменение расхода сжатого воздуха в ТМ - один из наиболее распространенных диагностических признаков, на котором основаны различные приборы контроля состояния тормозной магистрали. В соответствие с нормативами [11] измерение и контроль плотности ТМ осуществляется именно по изменению расхода сжатого воздуха. В качестве показателя расхода измеряется время понижения давления в питательной магистрали на величину 0,05 МПа (в упрощенном виде, с целью удобства применения).

Выделяют следующие методики контроля плотности ТМ:

- с помощью расходомера, установленного на локомотиве;

- по снижению давления в главных резервуарах (далее ГР) локомотива, (при отключенных компрессорах).

Анализируя метод контроля плотности ТМ с помощью расходомера сжатого воздуха, необходимо отметить, что он имеет ряд условий (технических ограничений). В настоящее время в промышленности, сельском хозяйстве, в науке и на транспорте применяются различные расходомеры сжатого воздуха (по принципу действия различают тахометрические, вихревые, тепловые, ультразвуковые, электромагнитные, кориолисовые). Но большая их часть не может быть применена к решению проблемы контроля ТМ ввиду конструктивных и технологических особенностей, обусловленных принципом действия.

Одно из главных требований к любому расходомеру сжатого воздуха в ТМ - исключение дросселирования ТМ, обеспечение полнопроходного сечения в трубопроводе по всей длине тормозной магистрали, отсутствие перепадов высот и заужений. Кроме того, серьезные ограничения на применение того или иного прибора накладывают требования к обеспечению стабильности работы при воздействии различных температур в широком диапазоне, а также воздействиях вибраций и многих других факторов, влияющих на работоспособность оборудования локомотива.

Сравнительный анализ расходомеров показывает, что полноценно обеспечить выполнение всех предъявляемых требований могут только ультразвуковые расходомеры сжатого воздуха. При этом ультразвуковой расходомер необходимо интегрировать в бортовую систему МПСУиД локомотива (микропроцессорная система управления и диагностики), с целью учета показаний датчиков давления тормозной и питательной магистралей, датчиков температуры и пр. Выполнение данных требований делает такой способ весьма сложным и дорогим в реализации.

Анализируя масштаб применения того или иного способа, можно с уверенностью сделать вывод, что большинство применяющихся на ж.д. транспорте устройств, базируется на методе контроля плотности ТМ по изменению давления в ГР локомотива.

Подводя итог, необходимо отметить, что самым распространенным способом контроля ТМ является контроль плотности по изменению давления в ГР локомотива (как самый простой, дешевый и доступный), а самым эффективным, функциональным и перспективным - диагностика посредством цифровой электронно-пневматической системы ЭПТ поезда.

Список литературы

1. Газета Гудок №32 от 18.08.2011 4 полоса

2. Фокин М.Д. Как обнаружить перекрытый концевой кран поезда // Электрическая и тепловозная тяга, 1988. - №4. - С. 30-31.

3. Крушение на станции Каменская [Электронный ресурс].

4. Крупнейшее крушение поездов в Париже: катастрофа за 15 секунд

5. А.Н. Антропов, Т.А. Антропова. Основы разработки интеллектуального подвижного состава с цифровым управлением // Транспорт Урала, №3 (58), 2018, стр. 35-39. (A.N. Antropov, T.A. Antropova. The basics of intellectual digital- controlled rolling stock development // Transport of the Urals, №3 (58), 2018, page 35-39).

6. Костина Н.А., Пашарин С.И., Отвечалин Т.А., Стрельникова В.В. Предупреждение разрыва поездов // Железнодорожный транспорт, 1990. - №2. - С.41-42.

7. Шмигер З. Причины и последствия разрывов поездов // Железные дороги мира, 1990. - №8. - С. 18-21.

8. Завьялов Г.А. Как машинист может определить перекрытие концевых кранов в поезде // Электрическая и тепловозная тяга, 1967. - №1. - С. 35-36.

9. Криворучко Н.П., Левша А.В. Два способа обнаружения перекрытия концевых кранов в поезде // Электрическая и тепловозная тяга, 1967. - №4. - С. 27-28.

10. Коврижкин Н.П. Как можно определить перекрытие концевых кранов в пассажирском поезде / Электрическая и тепловозная тяга, 1971. №1. С. 32-33.

11. Правила технического обслуживания тормозного оборудования и управления тормозами железнодорожного подвижного состава, утвержденные Советом по железнодорожному транспорту государств-участников Содружества (протокол №60 от 6-7 мая 2014 г.). - М.: ООО «Техинформ», 2014. - 224 стр.

Размещено на Allbest.Ru