К ВОПРОСУ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ
(1986)
М. Д. ЛИГИНОВ, заместитель начальника службы сигнализации и связи Северо-Кавказской дороги
Чрезвычайно актуальный вопрос поднят редакцией журнала «Автоматика, телемеханика и связь» в опубликованных статьях (№ 4, 1985 г.).
Проблема рельсовых цепей становится все острее, надежность их работы снижается, обслуживание усложняется.
В статьях и откликах на эту злободневную тему правильно вскрываются причины создавшегося и все усугубляющегося положения. Верны выводы о необходимости вести разработки принципиально новых рельсовых цепей, глубже изучать вопрос возможности и целесообразности применения путевых датчиков без использования рельсовых линий.
Однако при этом не следует забывать, что рельсовые цепи хотя и не обеспечивают стопроцентную гарантию контроля излома рельса, все-таки нередко предотвращают тяжелые последствия таких изломов.
Техническое решение перечисленных задач, поставленных проблемой рельсовых цепей,— вопрос не ближайшего будущего, а практическая замена существующих устройств новыми — тем более.
Жизнь требует сегодня срочных и решительных мер повышения надежности изолирующего стыка, токопроводности стыка, изоляции рельсов от балласта.
Хотелось бы высказать свое мнение по затронутым в журнале вопросам.
Клееболтовые стыки в условиях высокой грузонапряженности участков, как правило, работают без отказов 5—8 лет. При нарушении технологии изготовления и практическом отсутствии обслуживания (и опыта обслуживания) они выходят из строя значительно чаще, иногда в течение нескольких месяцев.
Короткий срок службы отдельных стыков при сравнительно небольших объемах их внедрения, а также трудности при их замене и создают репутацию, из-за которой клееболтовые стыки неохотно внедряются.
Широкое применение клееболтовых стыков поможет накопить достаточный опыт и позволит объективнее оценить их преимущества и недостатки. Сегодня есть основания надеяться на высокую эффективность их применения.
В статье В. И. Бушуева и Л. В. Оводкова «Проблемы и перспективы рельсовых цепей» говорится: «Изолирующие стыки выходят из строя, как правило, из-за пробоя втулок и торцовой изоляции, который происходит от сдвига рельса относительно накладок. Предотвратить это можно созданием между рельсом л накладками трения, достаточного для устранения сдвига при угоне рельсов или температурных изменениях».
Перечень повреждаемых элементов правильнее было бы дополнить и боковой изоляцией. Очевидно, что при ограниченной площади трения накладки и рельса решить поставленную задачу только за счет увеличения трения между ними весьма трудно. При использовании клееболтовых стыков имеется возможность увеличения площади трения.
Повышать надежность изолирующего стыка следует и путем увеличения трения между рельсом и накладкой и, кроме того, за счет ликвидации или ограничения причин, приводящих к сдвигам рельса и изолирующего стыка. Ликвидировать сдвиги вообще по рельсовой нити невозможно.
Важно, чтобы они максимально ограничивались в зонах, прилегающих к изолирующим стыкам. Необходимо увеличивать трение между прилегающими к изолирую¬щим стыкам рельсами и шпальной решеткой. Этому требованию в последнее время не придается должного значения.
На сети дорог часто встречаются, особенно на участках с железобетонными шпалами, самые различные способы установки изолирующих стыков. Практика показала, что на грузонапряженных участках с железобетонными шпалами рельсовые нити становятся весьма подвижными задолго до очередного капитального ремонта пути.
Бывают случаи обрыва дроссельных перемычек вследствие угона стыков. В таком «плавающем» изолирующем стыке обеспечение его долговечности лишь за счет увеличения трения между накладками и рельсами малоперспективна.
Ухудшение обслуживания изолирующих стыков на станциях в значительной мере обусловлено тем, что работники пути не несут ответственности за их отказы. Сложившееся положение приводит к возникновению повторных отказов, неоправданному увеличению расхода изоли¬рующих материалов.
Профилактика, как правило, сводится к замене деталей изоляции без устранения причин их повреждения. Работы по сборке и обслуживанию стыка выполняют работники пути, а ответственность за его исправность возложена на связистов.
Разработка четких правил обслуживания изолирующих стыков и других элементов, влияющих на надежность работы рельсовых цепей, определение обязанностей и ответственности работников всех причастных служб способствовали бы укреплению технологической дисциплины, оказали бы положительное влияние на повышение надежности рельсовых цепей.
Вопрос о создании сборника таких правил не нов. Однако он до сих пор не решается.На Северо-Кавказской дороге в 1976 г. издана Инструкция по содержанию путевых устройств электрических рельсовых цепей. Она сыграла определенную положитель¬ную роль. Вес и значение аналогичного документа намного бы повысились при утверждении его МПС.
Объективная оценка существующего положения с рельсовыми стыковыми соединителями дана в статье Л. В. Оводкова, В. Я. Литвинова «Рельсовые стыковые соединители». Речь идет главным образом о соединителях для участков с электротягой, где они обеспечивают электропроводность стыка для сигнального и тягового токов.
Многое здесь справедливо и для участков с автономной тягой. В статье рассмотрены два проблемных вопроса: способ крепления соединителя к рельсам; тип и конструкция соединителя.
Существующие способы восстановления (приварки) соединителей, несмотря на огромные затраты средств, не решают задачи обеспечения электропроводности стыка. Следует отметить крайне низкую производительность труда и очень высокую себестоимость операций приварки. В течение полного рабочего дня время, затраченное непосредственно на приварку, составляет несколько часов или даже минут, а остальное время тратится на переезд и ожидание возможности выехать к месту работ.
С выходом приказа 10Ц (П-12700) положение еще более ухудшилось. Увеличилось число бригад. С созданием баз в дистанциях сигнализации и связи возросли основные средства на прежние объемы работ. Транспортные расходы увеличились более чем вдвое. Сеть сегодня объезжают дважды: путейцы для приварки соединителей на перегонах, связисты — на станциях. Непозволительное расточительство сил и средств.
Безусловно, сосредоточить эту работу необходимо в одних руках — путейских. Они же должны сверлить отверстия в рельсах для установки стыковых соединителей. Обслуживание последних там, где имеются рельсовые цепи, целесообразно оставить за связистами.
Аргументом в пользу этого служит меньшая протяженность дистанций пути по сравнению с дистанциями связи. Кроме того, технические средства, используемые для приварки соединителей, в дистанциях пути необходимы и для других работ по текущему содержанию пути, часто совмещаемых с приваркой соединителей.
В дистанциях связи использование этих средств неэффективно. При приварке соединителей бывают случаи повреждения рельсов, что приводит к конфликтам между путейцами и связистами.
Восстановление электропроводности стыка в процессе текущего обслуживания традиционными методами приварки соединителей в широких масштабах не может быть полностью обеспечено ни сегодня, ни в ближайшем будущем, и независимо от того, на кого будет возложена эта работа. Не снимутся проблемы экономичности, производительности труда, обеспечения транспортных средств горючим.
Необходим способ восстановления электропроводности стыка с применением простейших средств, позволяющий выполнять работы с участием широкого круга работников в любое время и в любых условиях. Очевидно, для этого требуются другой соединитель и улучшение условий его работы.
В статьях и откликах отмечается низкое качество приварных соединителей, сложность и несовершенство технологии их приварки, высказываются мнения о необходимости «уменьшения сечения», усиления соединителей.
Это свидетельствует о том, что применяемые в настоящее время соединители из медного провода сечением 50 мм2 на участках электротяги переменного тока и 70 мм2 — постоянного тока не полностью удовлетворяют требованиям как по параметрам, так и по конструкциям.
В самом деле, отличаясь по сечению друг от друга на 40%, соединители предназначены для пропуска токов, отличающихся в несколько раз. Значит, либо мы неоправданно перерасходуем медь при электротяге переменного тока, либо идем на заведомое увеличение утечки на участках постоянного тока.
В статье «Актуальные проблемы повышения надежности рельсовых каналов и путевых датчиков» Ю. В. Соболева, Н. Ф. Котляренко и других («АТиС» № 4, 1985) говорится: «Согласно ГОСТ 9.015—74 значение утечки тягового постоянного и переменного токов с рельсов не должно превышать нормативных значений». К сожалению, нормативных показателей утечек ни в абсолютных значениях, ни в процентном отношении к тяговому току как в указанном ГОСТе, так и в других документах нет. Требование же ГОСТа к сопротивлению рельсовых соединителей, которое не должно превышать 20 % сопротивления рельсовой нити, сформулировано не один десяток лет назад еще на заре электрификации, и его нельзя считать научно обоснованным.
Из ГОСТа следует, что определяющим требованием к соединителю является не его электропроводность и значение пропускаемого тягового тока, а тип рельсов.
В 1982 г. Министерством путей сообщения утверждены Технические указания по подготовке обратной тяговой сети железнодорожных участков переменного тока к пропуску тяжеловесных поездов, согласованные Главным управлением электрификации и энергетического хозяйства.
Неизвестно, к кому обращены выводы документа, кого и к чему они обязывают. Многие его положения пригодны для использования в лабораторных условиях, а не для практических целей в эксплуатации.
Можно привести и другие примеры не до конца логичных и четких правил и требований, например, раздел 9 Указаний ГТСС И-89-78 в части канализации тягового тока.
Создается впечатление о разобщенности и недостаточной глубине исследований вопросов канализации тяговых токов научных разработок электрификаторов, связистов и путейцев.
Стыковое Соединение должно обеспечивать пропуск определенного максимального тягового тока при регламентированной потере мощности в линии.
В идеальных условиях исходными величинами должны быть токи плеч пита¬ния тяговых подстанций, которые независимо от веса и длины поезда не могут превышать максимально допустимых нагрузок тягового плеча. Очевидно, это и должно быть одним из начальных условий при определении требований к соединителю с учетом неизбежных и допустимых утечек тяговых токов.
Наиболее сложным и малоизученным является вопрос утечки тяговых токов на участках электротяги переменного и постоянного тока.
Здесь следует обратиться к практике. У электрификаторов, прежде всего на участках электротяги переменного тока, проблемы потерь в линиях передачи, в обеспечении пропуска поездов при отсутствии соединителей не возникают. А у связистов, чаще всего с появлением или усилением морозов, когда утечки тяговых токов должны уменьшаться, не работают рельсовые цепи.
Временное восстановление рельсовой цепи осуществляется подручными средствами, нередко с помощью соединителей малых сечений с большим сопротивлением, которые длительное время обеспечивают работу рельсовой цепи, особенно на участках электротяги переменного тока.
Случайность это или закономерность? Безусловно, при отсутствии соединителей на участках с электротягой постоянного тока наряду с отказами рельсовых цепей возрастает электрокоррозия сооружений, что выявляется не сразу, и меры обычно сводятся к различным способам защиты, а не к улучшению условий канализации тягового тока.
Объединив усилия научных работников трех отраслей, следует опытным путем проверить значения тяговых токов в рельсах в различных климатических и природных условиях, на различных расстояниях от тяговых подстанций, от локомотива, на однопутных и многопутных участках. Выявив закономерности и особенности канализации тяговых токов, определить требования к соединителям по электропроводности и другим характеристикам, более четко регламентировать токи утечки, установить за ними контроль, которого в настоящее время нет.
В статьях приводятся предложения, позволяющие в процессе технического обслуживания полностью отказаться или сократить операции приварки соединителей
Одним из путей решения этой задачи видится в установке втулочных или штепсельных соединителей между рельсами и накладками. Допустима и установка тарельчатых шайб, о которых говорит в своем интервью заместитель начальника Главного управления пути Н. Ф. Митин. Но следует учесть, что тарельчатые шайбы нуждаются в добросовестном обслуживании, иначе возможны отказы, которые будет чрезвычайно трудно обнаружить, так же как и в случаях применения графитовой смазки и различных прокладок между рельсами и накладками.
Вызывает сожаление, что упомянутый в статье В. И. Бушуева и Л. В. Оводкова втулочный соединитель испытывается более 10 лет, а выводы о его широком применении до сих пор не сделаны.
Авторы статьи не приводят характеристики втулочного соединителя, не указывают возможность его использования при различных видах электротяги. Совершенно очевидно, что универсальный соединитель для всех условий экономически нецелесообразен, независимо от материала и технологии его изготовления.
Соединители, изготовленные из материалов, эквивалентных по электромагнитным свойствам материалам, применяемым в линиях электропередачи типа ПС, на 1 км рельсовой нити при длине рельса 12,5 км (160 соединителей) внесут максимальные дополнительные активное и ин¬дуктивное сопротивления при длине соединителя 250 мм и сечении 25 мм2 Кс=0,28 Ом, jwL=0,084 Ом, при длине соединителя 150 мм и сечении 35 мм2 Кс=0,130 Ом, jwL =0,041 Ом. Соединители устанавливаются между рельсом и накладкой.
Соединители длиной 150 мм могут быть применены при накладках, имеющих 4 отверстия для болтов, соединители длиной 250 мм — при накладках, имеющих 6 отверстий. Установка соединителя у конца накладки здесь затруднительна.
В связи с тем, что в настоящее время применяются в основном рельсы длиной 25 м и цельносварные плети, а также существует проводимость рельс — накладка, не поддающаяся точному теоретическому расчету, фактически вносимое соединителями сопротивление будет значительно ниже.
Если принять, что отсутствие контакта между рельсами и накладками приходится только на 10—15% стыков, что соответствует практическим условиям при расстройстве пути, то (при рельсах длиной 12,5 м) приведенные выше значения вносимых соединителями дополнительных сопротивлений будут ниже на порядок и более.
В расчете не учитывалось переходное сопротивление между штепселем и накладкой, штепселем и рельсом. При глубине забивки штепселя на 3.3...4 мм площадь контакта более чем в 3 раза превышает площадь сечения соединителя.
Практические измерения показывают, что сопротивление контакта штепселя при отверстии диаметром 9,6 мм составляет 0,00003 Ом.
Длительная допускаемая токовая нагрузка с учетом нагрева проводника до +70°С при температуре воздуха +25 °С для провода сечением 25 мм составляет 60 А, для провода сечением 35 мм2 — 75 А.
Допускается и более высокий нагрев соединителя как проводника, не имеющего непосредственного соединения с аппаратами. Ток плавления соединителя составляет 500... 600 А. При дублировании соединителей по внутренней стороне нити обеспечивается канализация тока около 300 А без перегрева соединителя.
По просьбе Северо-Кавказской дороги на Артемовском электротехническом заводе изготовлены стальные штепсельные соединители длиной 150 и 250 мм из провода диаметром 8,2 мм, применяемого для изготовления гибких перемычек.
Сопротивление соединителей совместно со штепселями при длине 150 мм составляет 0,00096...0,00098 Ом, при длине 250 мм — 0,0017...0,0018 Ом.
Соединители, установленные на двух блок-участках грузонапряженных линий с электротягой переменного тока, в течение года не привели к отказам в работе рельсовых цепей. Осуществлялся пропуск сдвоенных и тяжеловесных поездов. Не было выявлено случаев нагрева соединителей.
Положительными качествами таких соединителей являются механическая прочность, надежность контакта троса со штепселем, возможность установки и замены соедини¬теля с применением простейших приспособлений.
Недостатком является трудность сверления отверстий в накладках и рельсах, особенно в объемнозакаленных, в полевых условиях. Это необходимо выполнять на звеносборочных базах и заводах-изготовителях.
Другим недостатком изготовленной партии соединителей является выcокая упругость материала и при длине соединителя 150 мм практически жесткая связь между штепселями. При расстройстве стыка нарушается контакт штепселя с накладкой за счет стирания шейки штепселя.
За год эксплуатации ослабление контакта выявлено примерно на 5 % соединителей. При длине соединителей 250 мм этот недостаток не наблюдался. Для соединителя необходим гибкий материал.
Очевидно, ленточный соединитель Уральского отделения ВНИИЖТа будет иметь аналогичный недостаток вследствие своей жесткости, хотя проявиться он может в другой форме.
Приведенные данные свидетельствуют о том, что необходимая токопроводность стыка при электротяге переменного тока может быть обеспечена не только путем установки медного приварного соединителя.
Представляется целесообразной такая схема организации обслуживания рельсовых цепей по обеспечению токопроводности стыков. При строительстве и капитальном ремонте пути, а также сплошной замене рельсов нужно устанавливать приварные соединители необходимого типа и в качестве дублирующих — соединители рельс — накладка.
В этих условиях снизится себестоимость работ по приварке соединителей и повысится качество приварки. В процессе эксплуатации в случаях отказа приварных соединителей следует поддерживать работоспособность рельсовой цепи штепсельными соединителями рельс — накладка.
Сложнее решить вопрос соединителя для участков с электротягой постоянного тока. Однако и здесь имеется возможность разработки штепсельного соединителя, обеспечивающего достаточную токопроводность стыка.
