Обеспечить надежную работу стрелочного оборудования ГАЦ
БЕЛОВ Андрей Сергеевич,
ОАО «РЖД», Проектно-конструкторское бюро по инфраструктуре, заместитель начальника отделения автоматики и телемеханики, Москва, Россия
ЛАПТЕВ Валерий Владимирович, ОАО «РЖД», Западно-Сибирская дирекция инфраструктуры, главный инженер службы автоматики и телемеханики, г. Новосибирск, Россия
ЧЕРЕВАТЫХ Игорь Николаевич,
ОАО «РЖД», Центральная дирекция инфраструктуры, ведущий технолог сектора по автоматизации и механизации сортировочных горок Управления автоматики и телемеханики, Москва, Россия
МИНАКОВ Евгений Юрьевич,
Российский университет транспорта (МИИТ), ведущий научный сотрудник, главный инженер проекта, канд. техн, наук, г. Воронеж, Россия
Ключевые слова: ГАЦ, электропривод, электронная фрикция, вал-шестерня, фрикционная муфта, время перевода, кулачковая муфта,
В компании ОАО «РЖД» в эксплуатации находится 118 механизированных сортировочных горок. Их устойчивая работа напрямую зависит от надежности устройств ЖАТ. В первую очередь это - стрелочные электроприводы, а также системы управления и контроля их положения. Обеспечение надежной работы стрелочного оборудования ГАЦ - главная задача разработчиков, изготовителей и эксплуатационников устройств ЖАТ.
Хозяйство автоматики и телемеханики ОАО «РЖД», обладая комплексом технических систем и устройств, работающих как единый отраслевой центр по управлению движением поездов, организации станционной работы и обеспечению безопасности этого сложного технологического процесса, является одним из главных участников транспортного конвейера. Развитие станционных систем железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ) немыслимо без развития напольных устройств, совершенствования их алгоритма работы. Особое место в этом ряду занимает оборудование станционных механизированных горок.
В настоящее время в ОАО «РЖД» работают 118 механизированных горок, где эксплуатируется более 3,2 тыс. специальных стрелочных электроприводов. В отличие от общепринятых «законов» систем электрической централизации, где подвижной состав может двигаться только по заранее приготовленному маршруту, неуправляемые отцепы на сортировочных горках двигаются по задаваемым по ходу их движения маршрутам. Система обеспечения надежного функционирования и безопасности движения на горках выстраивается исключительно как единый механизм комплекса ГАЦ*.
Нормированное время перевода стрелки ГАЦ составляет не более 1,8 с, причем сюда входит и время работы электропривода на перевод стрелки, а также время возможной работы электропривода на фрикцию (суммарное не более 0,8 с), и время
* ГАЦ - горочная автоматическая централизация. К устройствам ГАЦ относятся: стрелочные электроприводы, электрические рельсовые цепи, вагонные замедлители и др., обеспечивающие перевод стрелок по маршруту скатывания отцепов; система автоматического регулирования скорости скатывания отцепов АРС, управляющая аппаратура вагонных замедлителей; система автоматического задания скорости роспуска составов АЗСР, управляющая показаниями горочных светофоров и АЛС с использованием системы телеуправления горочным локомотивом ТГЛ. Комплекс ГАЦ помимо перечисленных устройств включает в себя системы горочно-программно-задающих устройств ГПЗУ, оперативно-запоминающих устройств ГОЗУ для ввода информации в ГАЦ.
возврата остряков стрелочного перевода в случае невозможности осуществить их перевод на заданный маршрут. При этом время работы электропривода на перевод стрелки должно составлять не более 0,6 с. Поэтому требование к надежной работе
стрелочных электроприводов очень высокое.
Для горочного хозяйства создано специальное техническое и технологическое оборудование, направленное на организацию и управление работы ГАЦ. Напольное оборудование эксплуатируется в жестких климатических условиях при постоянных механических воздействиях от проходящего подвижного состава. И при этом все устройства должны обеспечивать высокую надежность и безопасность перевозочного процесса.
Рассмотрим особенности новых прогрессивных технологий и конструктивных решений в устройствах ГАЦ - стрелочных электроприводах, их изготовлении и содержании в условиях эксплуатации.
Безусловно, обеспечить абсолютно безотказную работу устройства теоретически невозможно, даже если оно предназначено только для разового исполнения своей функции (пример - «осечка» при взрыве петарды). «Осечка» же в работе стрелочного электропривода ГАЦ приводит к сходу вагонов, порой с очень тяжелыми последствиями. Это недопустимо!
Напомним, что в период 2018-2020 гг. был разработай и прошел весь комплекс испытаний стрелочный электропривод ПСГ-132 с величиной хода шибера 132 мм. Это позволило сократить время перевода стрелки до 0,5 с.
С 2021 г. он поставлен на серийное производство на Армавирском электромеханическом заводе - филиале АО «ЭЛТЕЗА». Введение в конструкцию электроприводов ГАЦ электродвигателя ЭМСУ-СПГ с электронным блоком управления, с помощью которого обеспечивается необходимая частота вращения ротора 3600 об/мин (у МСП-0,25 и ДПС-0,55 до 6000 об/мин), позволило значительно снизить кинетическую энергию в конце перевода в виде ударов за счет программного обеспечения блока управления электродвигателя.
Ограничение максимального тока и максимального момента на валу электродвигателя (именуемых как электронная фрикция) возложено на ПО самого электродвигателя ЭМСУ-СПГ. Указанные функции электродвигателя позволили значительно
снизить кинетическую энергию в конце перевода, уйти от коллекторного электродвигателя и, как следствие, значительно увеличить (не менее чем в три раза) срок службы электропривода на активно работающих горках.
Однако случаи потери работоспособности фрикционной муфты, как правило, происходят и после длительной работы электропривода на фрикцию. Это непосредственно зависит от качества притирки самих дисков. Были проведены сравнительные испытания фрикционных муфт прежней конструкции (с металлическими дисками) и новых (с металлокерамическими дисками). Стальные диски после пробуксовки, которая длится в течение 40-60 с, полностью выходят из строя. В этом случае нужно снимать редуктор для ремонта. Именно поэтому в конструкцию были введены фрикционные диски из композиционного металлокерамического материала.
Графики зависимости усилия на шибере от времени работы на фрикцию электроприводов с различными дисками сцепления представлены на рис. 1.
Введение электронной фрикции сделано с целью исключения случаев неперевода стрелки по причине ослабления механической фрикционной муфты. Такие случаи на сети дорог происходили со стабильным постоянством до трех событий в год.
Для исключения подобных случаев принято решение - механическая фрикционная муфта электропривода выполняет лишь функцию демпфирования (гашения кинетической энергии вращающихся элементов электропривода в конце перевода стрелки).
Сейчас на сети ОАО «РЖД» в эксплуатации находятся 1238 единиц горочных стрелочных электроприводов типа ПСГ-132 и модернизированных электроприводов СПГБ-4М (Б). В процессе эксплуатации зафиксированы случаи нарушения их нормальной работы. Установлены факты превышения времени их перевода (норма - не более 0,6 с), а также случаи излома выходной вал-шестерни редуктора (рис. 2), элементов кулачковой муфты (рис. 3) и пружин автопереключателей (рис. 4).
Для расследования случаев нарушения нормальной работы находящихся в эксплуатации электроприводов ГАЦ, анализа причин и выработки решений по исключению подобных событий рабочая комиссия согласно распоряжению ОАО «РЖД» в октябре прошлого года провела технический аудит на сортировочной горке станции Инская Западно-Сибирской дороги.
Основная задача комиссии заключалась в определении причины нестабильной работы электропривода в части увеличенного времени перевода, а также выработки рекомендаций по ее исключению. Выяснилось, что причиной такого явления стала неудовлетворительная приработка (притирка) фрикционных дисков при изготовлении фрикционных муфт (менее 20 % от площади их рабочей поверхности). Там, где ее приработка превышает 70 %, работа фрикционной муфты и электропривода в целом ведется стабильно в пределах требуемых параметров. Результаты деятельности комиссии были рассмотрены на совещании в Управлении автоматики и телемеханики ЦДИ и приняты решения по корректировке конструкции и технологии эксплуатации электроприводов ГАЦ.
Особенности конструктивного и технологического исполнения механической фрикционной муфты. Изготовителю (АО «Дальсбыт», г. Комсомольск-на-Амуре) поручено изменить конструкторскую документацию и технологию приработки дисков фрикционной муфты электроприводов типа ПСГ-132 и СПГБ-4М (Б), обеспечить приработку комплектов фрикционных дисков путем доведения пятна контакта рабочей поверхности каждой металлокерамической вставки до 90 %.
Специалистам АО «ЭЛТЕЗА» при входном контроле металлокерамических фрикционных муфт для горочных стрелочных электроприводов организовать проверку качества приработки рабочей поверхности металлокерамических вставок (не менее 90 %). Ввести в технологический процесс на этапе приемо-сдаточных испытаний проверку стрелочного электропривода на соответствие требованиям стабильной работы фрикционной муфты при работе на фрикцию в «+» и «-» положениях. Внести в Руководство по эксплуатации на электропривод ПСГ-132 дополнение в части настройки фрикционной муфты при работе на фрикцию в условиях эксплуатации.
При замене тарельчатых пружин толщиной 2,5 мм на тарельчатые пружины толщиной 3 мм организовать установленным в ОАО «РЖД» порядке испытания горочных стрелочных электроприводов типа ПСГ-132 с модернизированным редуктором.
Изменения конструкции отдельных деталей, показавших низкую надежность. АО «ЗЯТЕВА», ООО «Термотрон-завод» должны обеспечить выпуск горочных стрелочных электроприводов согласно следующим требованиям.
Вал-шестерню выходного каскада надо изготавливать на основе шлицевого сочленения с ведущей шестерней (рис. 5). Данный элемент конструкции редуктора по условию прочности в сечении установки шпонок является самым критичным и по предельным значениям передаваемого вращающего момента имеет коэффициент запаса прочности п = 1,18. В связи с этим в экстремальных условиях (наличие повышенной нагрузки на шибере электропривода особенно при пуске и в конце перевода) и при относительно длительной эксплуатации в этом сечении происходит излом вала по причине усталостных явлений.
Вал-шестерня усиленной конструкции с коэффициентом запаса прочности п = 3,96 исключает его поломку в эксплуатации. Изделие полностью взаимозаменяемое с прототипом.
Кулачковую муфту решено выпускать усиленной конструкции с внешним диаметром 40 мм (рис. 6), а пружины автопереключателя - замкнутого типа (закольцованного) согласно рис. 7, исключающего потерю работоспособности электропривода и заклинивание шибера при одиночном (контролируемом) их изломе.
В заключение отметим, что работа над повышением надежности стрелочных электроприводов ГАЦ и системы управления и их контроля будет продолжаться и в дальнейшем. По поручению Управления автоматики и телемеханики ЦДИ специалистам АО «НИИАС», ООО «Диалог Транс», ООО «НПП Югпромавтоматизация» необходимо внести изменения в технологии содержания электроприводов в эксплуатации. Ввести в систему диагностики работы горочных электроприводов контроль параметра отклонения от нормы времени перевода горочных стрелок с учетом времени срабатывания начальных и пусковых реле блока СГ-76у для сортировочных горок, оборудованных системами автоматизации сортировочного процесса. По мнению авторов это должно своевременно формировать информацию о предотказном состоянии электропривода, не допуская его выхода из строя.
