Admin

Какие тормозные средства нужны для автоматического ведения поездов

Железнодорожный подвижной состав в целях обеспечения, прежде всего, безопасности движения должен быть оборудован тормозными устройствами. Задача этих устройств — создать необходимое сопротивление движению поезда, позволяющее ему остановиться в заданных пределах тормозного пути, в том числе, что особенно важно, в экстремальной ситуации. Но не только. Тормозные устройства необходимы и для регулирования скорости движения поезда согласно графику движения в соответствии с профилем, состоянием рельсовой колеи и с учетом показаний сигналов. Таким образом, тормоза подвижного состава выполняют важнейшую функцию в организации безопасного движения на железнодорожном транспорте, имеющем свою специфику в сравнении с другими видами транспорта.

Следует обратить внимание на тот принципиально важный факт, что мощность локомотива, которая сконцентрирована и реализуется в конечном итоге на приводных осях, предназначена только для реализации тяги и разгона, ускорения движения поезда, для достижения относительно высокой скорости движения на некотором расстоянии. Но эту мощность локомотив не способен использовать при торможении на строго ограниченном тормозном пути. Когда поезд достиг определенной и немалой скорости движения и появилась необходимость торможения, то для его остановки в пределах строго нормированного расстояния, называемого тормозным путем, требуется затратить значительно большую мощность, чем ту, которой обладает локомотив. Осей локомотива недостаточно, чтобы погасить значительную кинетическую энергию движущегося с большой скоростью поезда, о чем мы скажем несколько ниже. Необходимо задействовать колесные пары вагонов.

Сила трения создается непосредственно на поверхностях катания колеса либо на специальных дисках, жестко связанных с колесными парами. Наука о трении до сих пор не располагает единой формулой для определения коэффициента трения, учитывающей все параметры, влияющие на процесс трения. Возможность получения такой идеальной теории сомнительна ввиду многообразия условий трения и огромного множества воздействующих факторов. Вот почему нужны каждый раз экспериментальные исследования процессов трения для конкретных пар материалов в определенных условиях трения. Такой подход для практики важнее, продуктивнее и надежнее. Эта особенность зависимости процессов трения от реальных внешних условий, безусловно, создает определенные трудности при разработке и реализации программ автоматического ведения поезда, обязанной учитывать эти условия.

Основной фрикционной характеристикой тормозного узла «колодка (накладка) — колесо» является зависимость коэффициента трения скольжения от скорости движения для конкретных материалов пары трения. Расчетный коэффициент трения сцепления колеса с рельсом, который в настоящее время применяется в практике тяговых расчетов, не в полной мере отражает реальные внешние условия трения на фрикционном контакте колеса и рельса, но обеспечивает гарантии нормального безостановочного движения поезда в экстремальных условиях. Такой подход к проведению тяговых расчетов оставляет значительный резерв для оптимизации перевозочного процесса как в режиме тяги, так и в режиме торможения.

На поверхности катания колеса нередки случаи появления местного, локального износа, так называемые ползуны. Ползун является тормозным дефектом, возникает при движении колеса по рельсу юзом в зоне их контакта в результате комплексного влияния явлений схватывания, интенсивной пластической деформации и разогрева места контакта до высоких температур.

В чем заключаются основные причины заклинивания колесных пар тормозными колодками, приводящего к юзу? Во-первых, ими являются неисправности тормозных приборов и элементов тормозной рычажной передачи усилий на тормозные колодки. Во-вторых — это неправильное управление тормозами машинистом поезда, особенно при ведении длинносоставного поезда, когда не осуществляется полный отпуск тормозов в хвостовой части поезда, и часть вагонов движется в подторможенном состоянии. В-третьих — это такое изменение взаимного соотношения коэффициентов трения тормозной колодки о поверхность обода колеса и коэффициента трения сцепления колеса с рельсом, когда силы трения скольжения колодки о поверхность катания бандажа (или тормозного диска) оказываются больше сил трения сцепления колеса с рельсом. При этом тормозной момент от сил трения скольжения колодки, приложенный к колесу, оказывается больше крутящего момента от сил трения сцепления колеса с рельсом. А на коэффициент трения сцепления, как уже было сказано выше, может неблагоприятно влиять множество факторов, в том числе и климатические особенности местности, и время года, и даже время суток.

Фрикционное же состояние рельсов изменяется существенно (например, через показатели влажности, наличия капель росы, инея, загрязнений и проч.). Вот почему в зимних условиях эксплуатации подвижного состава ползунов образуется значительно больше, чем в летний период. Ползуны во время движения вагона вызывают толчки и удары, которые приводят к расстройству или разрушению деталей подвижного состава и верхнего строения пути.

Выдающийся русский ученый Н.П. Петров в свое время писал: «можно вывести следствие, чрезвычайно важное при устройстве и обсуждении каких бы то ни было тормозов: для наиболее быстрой остановки поезда нужно тормозить колеса такими силами, которые не вызывали бы скольжения колес по рельсам и были бы настолько велики, чтобы малейшее увеличение их вызывало уже скользящее движение колес по рельсам». Нам представляется, что этот вывод Н.П. Петрова следует считать законом оптимального управления тормозами.

Возникает коварный и извечный вопрос: как на практике унифицировать расчетные характеристики процесса торможения поезда в условиях многообразия внешних первичных и вторичных условий, сопровождающих процесс трения? Может быть, следует искать решение с учетом реального эффекта трения (торможения) по каждому узлу трения с последующим суммированием тормозного эффекта на весь поезд? Очевидно, такой подход потребует коренной модернизации тормозного хозяйства. Понадобятся новые воздухораспределители с независимым плавным автоматическим регулированием режимов (без подразделения на порожний, средний, груженый), автоматические средства блокирования юза, изменения механических схем передачи усилия на колодки, снижения их инерционности действия и др. При такой организации упрощаются также документирование и подготовка поезда к рейсу.

Напомним, что тормозной путь — это расстояние, проходимое поездом за время от момента воздействия машиниста на орган управления тормозной системой до полной остановки. Для выполнения этой важнейшей операции счет идет на секунды. И риски здесь велики.

Такова высокая цена обеспечения безопасности движения. Естественно, что машинистам локомотивов необходимо иметь отменное здоровье, мгновенную реакцию на вызовы реальной поездной обстановки, многогранный опыт управления поездом и владения техникой, в том числе в нестандартных, неординарных ситуациях. Применение комплексного локомотивного устройства безопасности (КЛУБ), системы автоматического управления торможением поезда (САУТ), телемеханической системы контроля постоянного бодрствования машиниста (ТСКБМ) и системы автоведения поезда (УСАВП) позволяет снимать с машиниста значительную психологическую нагрузку и обеспечивать безопасность движения.

Следующий этап развития систем управления и обеспечения безопасности движения заключается в оптимальном объединении этих систем в одном многоканальном и едином блоке системы управления локомотивом, в том числе тормозными устройствами и системами автоматического ведения поезда.

Возникает необходимость управлять тормозами не по показаниям степени разрядки воздуха в тормозной магистрали, а по значениям реальных сопротивлений в размерностях силы. И надо знать, что дает конкретная величина сопротивления для получения необходимого тормозного эффекта (тормозной путь, скоростной режим и время для достижения эффекта). Именно такая стратегия позволяет создать расчетные методы, основанные на законах классической механики, которые затем воплотятся в компьютерные программы автоматического ведения поезда.

Время перемен требует также создания современных систем тестирования тормозных устройств, автоматического электронного документирования в бортовом компьютере и визуального отражения их состояния на информационной панели локомотива с помощью светодиодных индикаторов без вмешательства машиниста. Это необходимо выполнять всякий раз согласно Инструкции по автотормозам при прицепке локомотива к составу, длительном ожидании отправления поезда и в других, в том числе чрезвычайных, случаях.

Необходимо создание новых приборов и технических средств для автоматического управления движением поезда. Эта разумная и полезная рекомендация сегодня, как никогда, является весьма актуальной, очень необходимой и важной.

Рабочим телом, создающим усилие на тормозную колодку в железнодорожных тормозах, является воздух повышенного давления. Важнейшую роль в этом процессе, как известно, играет воздухораспределитель, установленный на каждом вагоне. Именно этот принцип заложен в смысл автоматизации торможения — срабатывание исполнительных механизмов тормозной системы поезда в подвижном составе осуществляется понижением уровня давления воздуха в тормозной магистрали.

Пришло время, когда машинист должен получать информацию о важнейших и объективных данных, необходимых для управления тормозными системами для получения реального тормозного эффекта, действуя не на ощупь, определяя эффективность торможения только по степени разрядки давления воздуха в тормозной магистрали, как это осуществляется в настоящее время. Этого уже недостаточно. Подчеркнем, что нужны приборы, отражающие действительный тормозной эффект, т.е. реальную тормозную силу именно в размерностях силы. Это особенно важно и необходимо в режиме автономного ведения машинистом конкретного поезда.

Выполнение в полном объеме этой рекомендации требует разработки и установки на подвижной состав соответствующих новых систем контроля и управления, принципиально нового тормозного оборудования. Информационная система подскажет и уточнит действительное тормозное нажатие с учетом массы поезда, начальной скорости движения, профиля пути, заданного тормозного пути (или необходимого времени до получения требуемой конечной скорости).

В идеале машинисту важно видеть перед собой на экране монитора данные о фактической величине общего тормозного сопротивления, предельные значения тормозных сил по критерию сцепления и данные систем автоматического слежения за этими характеристиками в целях адекватного независимого воздействия на исполнительные органы управления тормозами, предотвращения юза колесных пар.

Технически такую модернизацию тормозных средств выполнить можно. Очевидно, для этого нужны соответствующие компьютерные программы, микропроцессорное оборудование, датчики обратной связи, финансы и др. Именно слежение за величиной давления (нажатия) на тормозные колодки, адекватного значению тормозных сил, зависящих от скорости, в значительной степени является гарантией предотвращения юза. Надежной гарантией нормального качения колесных пар является наличие на каждом вагоне эффективных противогазовых устройств, отклик от которых немедленно воспринимается воздухораспределителем для снижения давления в тормозном цилиндре. Противогазовые устройства должны быть встроены непосредственно в систему автоведения поезда.

Те же средства необходимы для непрерывной фиксации силы тяги в размерностях силы в Международной системе измерений (SI).

Очевидно, эта система должна работать автоматически по компьютерной программе, решающей дифференциальное уравнение движения конкретного поезда в непрерывном режиме, что и обеспечивает автоведение поезда. Исходные данные о поезде (масса), его тормозных средствах (силы нажатия, сопротивления движению), полученные в результате тестирования системы перед отправлением поезда, отражаются в памяти бортового компьютера локомотива. Эта задача, конечно, достаточно сложная и в техническом, и в организационном, и кадровом отношениях. Но решать эту проблему предстоит специалистам железных дорог в ближайшем будущем. Это залог повышения производительности труда, повышения провозной и пропускной способности магистралей, повышения безопасности движения на основе технологии интервального регулирования движения поездов.

В экспериментальном порядке в 2009 г. создана единая комплексная система автоведения (ЕКС2) пассажирских поездов и установлена на электровозе ЧС7-227 приписки депо Москва-Пассажирская-Курская Московской дороги. Эта система объединила систему автоматического управления торможением (САУТ), комплекс локомотивных устройств безопасности (КЛУБ-У) и усовершенствованную систему автоматического ведения пассажирского поезда (УСАВП II). Система самостоятельно набирает скорость или снижает ее в зависимости от рельефа пути и действующих ограничений, а также останавливает электровоз при запрещающем сигнале. Машинисту необходимо перед отправлением поезда внести в бортовой компьютер данные о маршруте следования и характеристику состава. Далее автоматика определит оптимальные режимы движения, сообразуясь с поездной обстановкой и другими необходимыми условиями.

Эта идея автоведения поезда пока не нашла своего широкого практического применения на железнодорожном транспорте. Но ее реализация является существенным резервом повышения эффективности и надежности тормозных систем. Для этого, очевидно, каждый вагон поезда должен быть оборудован специальными следящими быстродействующими системами, автоматически поддерживающими необходимое предельное давление на тормозную колодку. Эти противоюзо-вые устройства должны быть встроены непосредственно в систему автоведения поезда. Возникает только законный вопрос: справятся ли с этой емкой задачей экономика транспорта, экономика страны?

Д-р техн. наук Г.С. ГУРА, почетный академик Российской академии транспорта, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

СЦБот

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin