[07-2013] Влияние намагниченности элементов верхнего строения на кодовые сигналы АЛС

[Admin]

Влияние намагниченности элементов верхнего строения на кодовые сигналы АЛС

А.И. БОРЦ, И.В. СВЕТ03АР0ВА, В.М. ФЕДИН, А.Е. НЕЖИВЛЯК, 4 Ю.Е. ГРИГОРОШВИЛИ, Е.В. ГОРЕНБЕЙН

Ежегодно на дорогах происходят сотни тысяч сбоев в работе автоматической локомотивной сигнализации (АЛС), причем как в релейных системах АЛСН, так и в современных микропроцессорных устройствах безопасности КЛУБ различных модификаций. Причиной многих из них являются искажения кодовых сигналов помехами, возникающими из-за высокой индукции магнитного поля элементов верхнего строения пути (ВСП). При движении по рельсам, изолирующим стыкам, элементам стрелочных переводов с повышенным уровнем индукции магнитного поля в приемных катушках АЛС возникает импульсный электрический сигнал, создающий помеху в принимаемом основном кодовом сигнале. Характерный вид наложения сигнала помехи на кодовый сигнал приведен на рис. 1.

Основным негативным последствием сбоев в работе АЛС является возможная вынужденная остановка подвижного состава вследствие резкого снижения контролируемой допустимой скорости в это время. При самом приблизительном расчете затраты ОАО «РЖД», связанные с задержками движения поездов при сбоях АЛС, составляют около 280 млн руб. в год.

Высокая намагниченность элементов ВСП возникает из-за транспортировки и погрузки рельсов на металлургических комбинатах подъемными кранами с магнитными захватами, наличия у прошедших объемную закалку рельсов особых магнитных свойств (большая коэрцитивная сила) и способности длительное время сохранять состояние намагниченности, взаимодействия рельсов с магнитами путевой техники при ремонте пути.

В случае изолирующих стыков высокие значения индукции обусловлены рассеянием магнитного поля на концах рельсов в стыке. Особенно это характерно для стыков с композитными накладками, где отсутствует шунтирование магнитного потока.

Очевидно, что обеспечить состояние элементов ВСП, при котором индукция их магнитного поля будет фактически равна нулю и поддерживать такой уровень на протяжении всего срока их эксплуатации, не представляется возможным. Однако единственным реальным способом уменьшить негативное влияние намагниченности на работу АЛС является нормирование предельно допустимых значений индукции магнитного поля на различных стадиях жизненного цикла рельсов, включая их производство, сварку на рельсосварочных предприятиях (РСП), сборку рельсошпальной решетки в ПМС и текущее содержание в пути. При превышении допустимого значения индукции магнитного поля необходимо размагничивать элементы ВСП также на различных стадиях жизненного цикла рельсов.

Решению данной задачи посвящена работа, проведенная специалистами ОАО «ВНИИЖТ», ОАО «НИИАС» и ПТКБ ЦШ в 2011—2012 гг. по заказу ОАО «РЖД». Были проанализированы сбои АЛС по причине неравномерной намагниченности элементов
ВСП на сети железных дорог ОАО «РЖД», определены опытные участки и проведены исследования на Московской и Восточно-Сибирской дорогах, на РСП Горьковской дороги и металлургических комбинатах. Измерения проводили как типовыми приборами, используемыми на дистанциях пути и дистанциях сигнализации централизации и автоблокировки, например, «А9-1», «Стык-ЗО», «ИТРЦ-М», «МФ-23ИМ», так и опытным диагностическим комплексом «Орион-1». Как показали исследования, для получения полной картины распределения магнитной индукции на рельсовых плетях на РСП или участках пути необходим сплошной мониторинг магнитного состояния на всей протяженности рельсовой плети с автоматической регистрацией снимаемых показаний. С помощью применяемых в настоящее время на сети железных дорог ОАО «РЖД» измерительных приборов магнитного поля подобное диагностирование не представляется возможным. Данные приборы целесообразно использовать для точечных измерений в локальных местах, например, на изолирующих стыках.

Результаты измерений свидетельствуют, что наибольшее влияние на сбои кодовых сигналов АЛС оказывают участки с остаточной разнополюсной неравномерной намагниченностью новых рельсов. Эти участки имеют периодическое распределение, совпадающее с зонами контакта поверхности рельса с захватами магнитного крана и могут достигать уровня намагниченности до 7 мТл при расстоянии между ними около 6 м. Характерный вид таких участков, получивших условное название «магнитные пятна», приведен на рис. 2, где показана магнитограмма по результатам измерений диагностическим комплексом «Орион-1». Значительной индукцией магнитного поля, достигающей 40 мТл и более, характеризуются сборные изолирующие стыки с композитными накладками, которые не обеспечивают шунтирование магнитного потока.

Специалисты институтов провели на Экспериментальном кольце ОАО «ВНИИЖТ» (станция Щербинка) исследования по оценке влияния уровня магнитной индукции элементов верхнего строения пути и скорости движения локомотива на сбои в работе АЛС при опытных поездках локомотивов, оснащенных системой диагностики АЛС.

На первом этапе опытные поездки проводились на электровозе переменного тока ЧС4Т собственной тягой при движении со скоростями 10, 20, 40 и 70 км/ч. Сигналы регистрировались на приемных катушках АЛС с использованием цифрового регистратора напряжений в непрерывном режиме на борту электровоза, оборудованного системой КЛУБ-У. Сигнальные рельсовые цепи на задействованном пути Экспериментального кольца отключили, что позволило фиксировать и анализировать импульсные помехи только от намагниченности элементов верхнего строения. Частота дискретизации при регистрации сигналов составляла 10 кГц. Для привязки к путевым координатам расшифровывали данные кассеты регистрации КЛУБ-У.

Предварительно магнитную индукцию измеряли по всему кольцевому пути с использованием измерительно-диагностического комплекса «Орион-1», регистрирующим индукцию магнитного поля методом магнитной локации непрерывно с построением магнитограмм.

Зарегистрированные сигналы на приемных катушках АЛС затем обработали с использованием полосовых фильтров приемных устройств для последующего анализа, наложения на стандартные кодовые сигналы и выявления нормы предельного уровня магнитной индукции.

С целью устранения влияния помех от тягового тока частотой 50 Гц и получения более точных данных о воздействии индукции магнитного поля элементов верхнего строения на характеристики импульсных помех на Экспериментальном кольце ОАО «ВНИИЖТ» также проводились опытные поездки на тепловозе ТЭП70БС. Для получения более точного результата регистрировали показания только с одной приемной катушки. Также на задействованном пути в контрольных точках были уложены искусственные магниты с различным уровнем магнитной индукции для оценки амплитуды возникающих импульсных помех в зависимости от скорости движения локомотива.

На рис. 3 приведено распределение помех в приемных катушках при движении электровоза ЧС4Т по кольцевому пути с изолирующими стыками и участками, имеющими различную индукцию магнитного поля. Видно, что с увеличением скорости движения амплитуда помех возрастает.
Следует заметить, что условием возникновения сбоя в работе системы АЛС, выражающегося в ложном переключении огня локомотивного светофора, является искажение трех последовательных кодовых посылок из-за наложения сигнала помехи на кодовый сигнал. *\

Длительность стандартной посылки кода зеленого огня составляет 1,6 или 1,9 с (в зависимости от типа кодового путевого трансмиттера). При этом кодовая посылка состоит из трех импульсов заданной длительности и трех интервалов (двух коротких и одного длинного). Сбой АЛС будет происходить при искажении подряд трех кодовых посылок в течение 3 х 1,6 = 4,8 с или 3 х 1,9 = 5,7 с. Искажения кодовых сигналов приводят к неправильной их дешифрации приемными устройствами АЛС вследствие неверного распознавания импульсов или интервалов в кодовой посылке. Критерием оценки и прогнозирования возможного сбоя в работе АЛС являются амплитуда и длительность сигнала помехи.

Еще одним важным фактором, оказывающим заметное влияние на сбои систем АЛС из-за намагниченности элементов верхнего строения пути, является повторяемость расположения «магнитных пятен» на поверхности рельсов. Так, при сплошной укладке новых рельсов без предварительной магнитной обработки «магнитные пятна» в местах захвата рельсов магнитными кранами расположены по три на каждом рельсе длиной 25 м с одинаковым расстоянием между ними (около 6 м). При значении амплитуды вертикальной составляющей магнитной индукции Вг = 1,3 мТл в таких «магнитных пятнах» на опытном участке дороги происходили сбои АЛС.

Дальнейший анализ влияния множественных «магнитных пятен» на поверхности новых рельсов на сигнал помехи в приемных катушках АЛС показывает, что при расстоянии между «магнитными пятнами» 6 м на рельсе длиной 25 м при скорости движения 70 км/ч (19,4 м/с) время между прохождением двух последовательно расположенных «магнитных пятен» составит 6/19,4 = 0,3 с. Очевидно, что помехи длительностью более 0,3 с будут накладываться друг на друга и на кодовый сигнал, вызывая его искажения. При движении подвижной единицы со скоростью 70 км/ч (19,4 м/с) за время, соответствующее трем кодовым посылкам 4,8 с (для наихудшего случая), локомотив проедет участок пути длиной 93 м, что соответствует четырем последовательно уложенным звеньям по 25 м или соответствующей сварной плети.

При укладке трех смежных звеньев по 25 м время их прохождения со скоростью 70 км/ч составит около 3,9 с, в течение которого импульсные сигналы помех от магнитных пятен с интервалом 0,3 с будут воздействовать на три кодовых посылки, что может привести к сбою АЛС. Только лишь проезд по двум 25-метровым звеньям с новыми рельсами с «магнитными пятнами» со скоростью 70 км/ч даже при поступлении импульсов помех в приемные катушки локомотива не приведет к сбою АЛС, так как время прохождения а) такого участка составит 2,6 с, что не превышает временного отрезка двух кодовых посылок.

Таким образом, новые рельсы, укладываемые в путь в количестве трех звеньев по 25 м и более, необходимо подвергать размагничиванию.

Опытные работы по размагничиванию новых рельсов и последующему мониторингу их состояния были проведены с участием ОАО «ВНИИЖТ» на перегоне Са-фоново—Милохово Смоленского отделения Московской дороги.

Величина периодически расположенной остаточной неравномерной намагниченности новых рельсов до размагничивания составляла 1,2—1,3 мТл. При этом наблюдались сбои в работе АЛС подвижного состава. После размагничивания с использованием ВПО-ЗООО индукция магнитного поля рельсов составила 0,02 — 0,16 мТл. Сбои прекратились.

Таким образом, результаты исследований позволили установить нормы для индукции магнитного поля на поверхности элементов верхнего строения:

для новых рельсов, укладываемых в путь при первичной укладке до размагничивания, а также для рельсов, эксплуатирующихся в пути в независимости от пропущенного тоннажа, но не подвергавшихся после укладки процедуре размагничивания и сохранивших периодическое распределение остаточной неравномерной намагниченности с интервалом между магнитными пятнами 6—8 м — не более 1 мТл;

для рельсов с одиночными «магнитными пятнами», элементов стрелочных переводов, участков пути с рельсами внутри колеи или по концам шпал — не более 7 мТл;

для изолирующих стыков — не более 10 мТл.

Указанные значения должны обеспечиваться на всех участках пути со скоростями движения подвижного состава свыше 40 км/ч, так как при этой скорости значение амплитуды помехи, а, следовательно, ее влияние на кодовый сигнал и риск сбоя существенно возрастают.

Разница в полученных значениях обусловлена различным характером наложения импульсного сигнала помехи на стандартный кодовый сигнал и соответственно различными вариантами искажения кодовых посылок, приводящих к сбоям.

При наличии отдельных участков намагничивания на рельсах, изолирующих стыках, элементах стрелочных переводах, концах инвентарных рельсов, уложенных внутри колеи без шунтирующего магнитный поток закрепления накладками, в качестве предельного значения выбрано 7 мТл, так как по экспериментальным данным, начиная с этого значения, наблюдается резкий рост амплитуды импульсного сигнала помехи.

Нормативное значение индукции для изолирующих стыков (10 мТл) установлено на основе утвержденного распоряжением ОАО «РЖД» № 651 р от 03 апреля 2012 г. документа «Устройства и элементы рельсовых линий и тяговой рельсовой цепи. Технические требования и нормы содержания» и обусловлено требованиями отсутствия условий для образования электрических мостиков — цепочек продуктов износа рельсов (металлических частиц), создающих электрическое замыкание стыка.

Наибольшее ограничение по допускаемому значению магнитной индукции предлагается ввести для новых рельсов с множественными «пятнами» намагниченности от взаимодействия с магнитными захватами подъемных кранов на металлургических комбинатах. Это связано с тем, что по результатам исследования механизма возникновения помех при прохождении таких участков пути происходит наложение помех друг на друга и на три кодовых посылки при длине участка более 50 м.

По результатам работы разработаны Инструкция по определению мест со сверхнормативной намагниченностью рельсов в пути и на рельсосварочных предприятиях и Технология обеспечения нормативного значения намагниченности рельсов, изолирующих стыков и рельсовых элементов стрелочных переводов, которые введены в действие с 1 февраля 2013 г.

[СЦБот]

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Путь и путевое хозяйство".

Перенес: Admin