[08-2014] Как повысить пассивную безопасность подвижного состава

[poster333]

Как повысить пассивную безопасность подвижного состава

Значительная часть эксплуатируемого в настоящее время подвижного состава, выполняющего пассажирские перевозки на сети железных дорог России, легко повреждается при аварийных столкновениях с препятствием на пути движения. Согласно данным служб мониторинга ОАО «РЖД» за семь с половиной лет наблюдения такие столкновения на железнодорожных переездах с мобильными транспортными средствами составляют примерно 86% (75% на неохраняемых и 11 % на охраняемых переездах) от общего количества случаев (рис. 1). Примерно 13 % аварийных столкновений происходит с грузовыми вагонами при выполнении маневровых работ и около 1 % — с другими препятствиями на пути движения.

По данным ОАО «ИЭРТ», около 90 % аварийных столкновений происходит при скоростях от 15 до 20 км/ч, остальные 10 % — на более высоких. При этом количество столкновений с мобильными транспортными средствами составляет в среднем 270 случаев в год, или от 2 до 4 на каждые 100 переездов. В результате ежегодно повреждается до 90 секций локомотивов и головных вагонов моторвагонного подвижного состава (МВПС), а перерывы в движении поездов достигают 165 ч. На рис. 2 представлены последствия таких аварий.

При столкновении с препятствием на переезде, например, с автоцистерной, самосвалом, трактором и др., часть ударной нагрузки приходится непосредственно на лобовую часть кабины машиниста. В результате происходят ее смятие и разрушение, что представляет серьезную угрозу травмирования работников локомотивной бригады. Учитывая удручающую статистику такого рода производственного травматизма, для исключения или, по меньшей мере, снижения его тяжести применяются многие действенные меры. В первую очередь, обучение локомотивных бригад навыкам срочной эвакуации из кабины машиниста в наиболее безопасное место при угрозе аварийного столкновения. Однако, как показывает мировая практика, наиболее эффективным способом повышения безопасности эксплуатации подвижного состава представляется оснащение локомотивов и вагонов МВПС (прежде всего головных) системами пассивной безопасности.

Анализ происходящих при аварийном столкновении процессов деформирования конструкции лобовой части локомотива (кабины машиниста) показывает, что в этом случае реализуется преимущественно пластический удар с незначительной долей упругих деформаций. Тогда на основе законов пластического удара при аварийном столкновении, в процессе которого локомотив массой m (кг), движущийся на скорости V (м/с) поезда, сбивает стоящее на его пути неподвижное препятствие массой т0 (кг), общая работа Av (Дж) динамических (ударных) сил на деформациях лобовой части локомотива и препятствия составляет:

где — коэффициент отношения масс.

Из представленной зависимости следует, что если масса препятствия примерно соответствует массе локомотива (µ ~ 1), то на деформацию конструкций уходит примерно 50 % кинетической энергии, которой обладает локомотив до момента столкновения: . Если же масса препятствия, например, в 10 раз меньше массы локомотива (µ ~ 1), то в этом случае на деформацию уходит около 9,1 %, т.е. примерно в пять раз меньшее количество этой энергии.

Подробные расчетные исследования показывают, что на процесс активного деформирования конструкций локомотива и препятствия, который длится обычно менее 0,25 с, заметного влияния со стороны сцепленных с локомотивом вагонов практически не наблюдается. Силовое «подталкивание» локомотива вагонами проявляется значительно позже, и оно способно усугубить дальнейшее развитие аварийной ситуации, в том числе инициировать сход локомотива и вагонов с рельсов.

Согласно законам механики в процессе столкновения общая работа на деформациях локомотива и препятствия вне зависимости от жесткости их конструкций совершается всегда именно в том количестве, которое описывается представленным выше соотношением. Если, например, конструкции локомотива и препятствия выполнить более жесткими, то в таком случае общая глубина их пластических деформаций s уменьшится, но при этом в обязательном порядке произойдет увеличение продольной силы удара F(s) так, что в результате общая работа этих сил на производимых ими деформациях останется прежней:

Оптимальное соотношение между такими показателями, как продольная сила удара, продольная перегрузка, глубина деформации, при типичных (наиболее вероятных) сценариях аварийных столкновений удается обеспечить за счет оснащения вновь проектируемого подвижного состава, прежде всего предназначенного для пассажирских перевозок, системами пассивной безопасности (СПБ). Основными компонентами таких систем являются:

□ энергопоглощающие устройства (крэш-системы аварийные в виде сминаемых буферов, «жертвенные зоны» кузовов, поглощающие аппараты и др., служащие для уменьшения продольных нагрузок и перегрузок до уровня, при котором исключаются потери устойчивости и остаточные деформации несущих конструкций кузова, а также сохраняются «пространства выживания» пассажиров и обслуживающего персонала);

□ заградительные устройства («антипене-трационные» панели для защиты «пространства выживания» от проникновения в него посторонних предметов, усилители контуров дверных и оконных проемов, предназначенные для обеспечения свободного входа-выхода после аварии).

Для повышения безопасности пассажирских перевозок, а также проведения в ОАО «РЖД» единой технической политики при создании перспективных, соответствующих мировому уровню локомотивов, пассажирских вагонов и МВПС, специалистами ОАО «ВНИКТИ» и ОАО «ВНИИЖТ» по заданию ОАО «РЖД» разработаны и к настоящему времени введены в действие следующие нормативные документы, предусматривающие оснащение подвижного состава системами пассивной безопасности:

• «Технические требования к системе пассивной безопасности подвижного состава для пассажирских перевозок железных дорог колеи 1520 мм». Введены распоряжением ОАО «РЖД» от 20.12.2011 №2740р;

• межгосударственный стандарт ГОСТ 32410—2013 «Крэш-системы аварийные железнодорожного подвижного состава для пассажирских перевозок. Технические требования и методы контроля». Дата введения — 01.07.2014 г.

Техническими требованиями устанавливаются сценарии столкновения, при которых должны проверяться показатели пассивной безопасности подвижного состава. В документе также предъявляются требования к энергопоглощающим устройствам, конструкции кабины машиниста, узлам крепления кузовного оборудования, путеочистителю и др.

Учитывая высокую стоимость натурных крэш-тестов с участием подвижного состава, оснащенного системами пассивной безопасности, их проведение не является обязательной процедурой. Соответствие подвижного состава требованиям пассивной безопасности может подтверждаться путем численного моделирования процессов аварийного столкновения в соответствии с принятыми в документе сценариями.

Межгосударственным стандартом ГОСТ 32410—2013 устанавливаются технические требования к крэш-системам (энергопоглощающим устройствам), применяемым на подвижном составе для пассажирских перевозок, и к методам их контроля. Данный стандарт разработан с учетом положений европейского стандарта EN 15227:2008+А1:2010 Railway applications — Crashworthiness requirements for railway vehicle bodies (Железные дороги. Требования к железнодорожному подвижному составу при аварийных столкновениях), но он не эквивалентен европейскому. ГОСТ 32410—2013 принят Евразийским советом по стандартизации, метрологии и сертификации (ЕАСС).
Освоение выпуска подвижного состава, отвечающего требованиям указанных нормативных документов, безусловно, будет способствовать повышению безопасности пассажирских перевозок, снижению рисков травмирования и гибели людей, уменьшению ущерба, причиняемого железнодорожному транспорту в результате аварийных столкновений.

Н.Ф. КРАСЮКОВ
заведующий лабораторией прочностных расчетов отдела прочности ОАО «ВНИКТИ»

[СЦБот]

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin