[06-2019] Влияние параметров тормозной сети и режима управления тормозами на надежность тормозного оборудования

[Admin]

Влияние параметров тормозной сети и режима управления тормозами на надежность тормозного оборудования

В.Г. ПОГУДИН, начальник тормозоиспытательного вагона Октябрьской железной дороги — филиала ОАО «РЖД»,
А.В. ИСАЕВ, канд. техн, наук, ООО «Регион Транспорт Групп», г. Санкт-Петербург

Под параметрическим отказом технической системы [1], [2] понимается ее отказ не из-заста рениеия зноса, авслвдсевиевы -хода рабочих параметров рисеемы за поля допусков. При этом элементы системы могут не иметь конструктивных или эксплуатационных повреждений. Известно, что определение непосредственной технической причины такого отказа вызывает значительные сложности из-за конструктивной исправности элементов системы.

Основными параметрами тормозной сети поезда являются зарядное давление в тормозной магистрали и скорость понижения давления в ней из-за утечек — так называемая «плотность тормозной магистрали». Так как фактически при проверке плотности тормозной магистрали (ТМ) как в грузовых, так и в пассажирских поездах определяются не только плотность ТМ, но и плотность запасных резервуаров (ЗР) и камер воздухораспределителей (ВР), то более корректным будет применение термина «плотность тормозной сети».

В случае выхода плотности тормозной сети (ТС) за нормативное значение (снижение давления произойдет темпом более, чем 0,02 МПа за 60 с) возможно срабатывание отдельного ВР состава на торможение. Данный ВР произведет дополнительную разрядку ТМ, что вызовет срабатывание на торможение остальных воздухораспределителей.

Другим случаем параметрического отказа тормозной сети является неотпуск тормозов. Это может произойти как из-за перезарядки рабочей камеры грузового воздухораспределителя, так и из-за несоответствия параметров сжатого воздуха требованиям ГОСТ 32202-2013 [3], что ведет за собой заужение или даже засорение каналов ВР.

Повышение качества ремонта тормозов подвижного состава в вагоноремонтных депо и появление на отечественном железнодорожном транспорте нового подвижного состава существенно изменили качественные параметры плотности тормозной магистрали поезда. Известный ученый П.Т. Гребенюк в своих трудах неоднократно указывал, что «большое значение имеет реализация технических мероприятий, направленных на снижение зарядного давления и повышение плотности тормозных сытый»,

что «улучшает управляемость тормозными средствами поезда» [4]. Следствием реализации промышленностью и вагоноремонтными предприятиями мероприятий по повышению плотности ТС явилось то, что этот параметр значительно увеличился по сравнению с нормативным ([6], прил. 2, табл. IV.I) и, по данным еормозооапытательного вагона Октябрьской дороги, в отдельных поездах достигает значения в 0,05 МПа за 1000 с и даже более, что, на наш взгляд, требует новых подходов к управлению тормозами поезда и алгоритму замера плотности ТС.

Самое негативное влияние на работу тормозных приборов при высокой плотности тормозной сети, по мнению авторов статьи, оказывает повышенное (по сравнению с зарядным) давление в тормозной магистрали и особенно — требование завышения давления в ТМ при отправлении поезда постановкой управляющего органа крана машиниста (далее — «Ручка») в положение «Зарядка и отпуск» на 3 — 4 с. Данное требование было введено 07.06.2008 г. телеграммой ЦТ №3/872 [5] с целью выявления перекрытых концевых кранов в голове поезда и в 2015 г. было включено в пункт 1 приложения 3 «Правил технического обслуживания тормозного оборудования и управления тормозами железнодорожного подвижного состава» ([6], далее — «Правила»).

На практике же неукоснительное выполнение машинистами данного требования привело к тому, что при хорошей и даже сверхнормативной плотности ТС рабочие камеры грузовых воздухораспределителей перезаряжались, что приводило к замедленному отпуску и даже самопроизвольному срабатыванию тормозов при исправных ВР. Следствием этого явился рост задержек поездов, но в то же время за весь период действия данного требования (10 лет) данным способом не был выявлен ни один перекрытый концевой кран. Более того, не было предотвращено и крушение поездов на перегоне Ерал — Симская Куйбышевской дороги в 2011 г.! На наш взгляд, это все говорит о неэффективности данного метода и применении его машинистами на уровне условного рефлекса.

В 2008 г. при расследовании причин роста задержек поездов по неисправности тормозного оборудования работниками службы вагонного хозяйства Октябрьской дороги были проведены испытания тормозных приборов, приведших к задержке поездов, на тормозной станции ООО НПФ «РИТМ». Было установлено, что причиной неотпуска тормозов стало завышение давления в тормозной сети при высокой плотности таковой в сочетании с заужением калиброванного отверстия диаметром 0,9 мм в главной части воздухораспределителя. При этом возникает перепад давлений между рабочей и золотниковой камерами более 0,03 МПа, что влечет за собой перемещение главного поршня в тормозное положение при отсутствии понижения давления в ТМ.

Наблюдениями было установлено, что данный эффект наиболее вероятен у воздухораспределителей головной части поезда по прошествии интервала времени 10 мин после завышения давления в ТС перед отправлением (рис. 1).

В ходе поездок в 2014 — 2015 гг. были выполнены замеры величин завышения давения в головной и хвостовой частях поезда как при отправлении, так и после регулировочных торможений. Было установлено, что при выдержке ручки крана машиниста в положении I «Зарядка и отпуск» более 3 с возникает следующий эффект: в процессе ликвидации сверхзарядного давления (СЗД) при давлении в главных резервуарах (ГР) 0,75 МПа происходит самоторможение в головной части поезда, а при давлении в главных резервуарах 0,8 — 0,9 МПа — самоторможение в средней или хвостовой частях поезда (рис. 2).

Результаты опытных поездок в сочетании с рекомендациями классиков тормозного дела В.Г. Иноземцева [7], П.Т. Гребенюка и В.Г. Козубенко [8] легли в основу рекомендаций локомотивным бригадам по предупреждению случаев самоторможения и неотпуска тормозов. Эти рекомендации включали в себя:

- установление в поездах с высокой плотностью ТС зарядного давления по нижнему пределу, установленного Правилами, как то: груженые поезда — 0,5 МПа, порожние — 0,48 МПа;

- установление контроля за величиной завышения давления в ТМ поезда перед отправлением не более чем на 0,6 МПа (пиковое значение) или же выдержка ручки крана машиниста в положении I не более 3 с в сочетании с визуальным контролем отсутствия «встречи стрелок» на двухстрелочном манометре в обоих случаях;

- в поездах с плотностью ТС, превышающей нормативное значение более чем в два раза, — ограничение величины завышения давления после регулировочных торможений и крайнего торможения при выходе с затяжного спуска на величину не более чем 0,03 МПа, а в поездах повышенной длины — не более чем на 0,05 МПа (определяется по манометру уравнительного резервуара). Данное требование не относится к управлению тормозами поезда, следующего по затяжному спуску, где требуются последовательные регулировочные торможения с интервалом не менее 180 с.

Применение вышеперечисленных рекомендаций на полигоне Октябрьской дороги по мере их освоения локомотивными бригадами при увеличении грузопотока в 2018 г. на 5 % по сравнению с 2017 г. позволило снизить задержки поездов по показаниям КТСМ «Неотпуск тормозов» на 40 %, а по отношению к 2008 г. — в 10 раз! Как видно из рис. 3, при освоении машинистами рекомендаций в сочетании с ограничением величины завышения давления в ТС идет стабильное уменьшение случаев неотпуска тормозов вагонов.

При вождении поездов повышенной массы и длины локомотивами, оборудованными системами КЛУБ, участились случаи срабатывания датчиков контроля целостности тормозной магистрали № 418. Так, количество зарегистрированных в системе АСУБД случаев одноразового самопроизвольного срабатывания датчиков составило 1220 случаев в 2017 г., из них в 623 случаях произошла остановка поезда на перегоне. В 2018 г. таких случаев было зарегистрировано уже 1957, из них 433 — с остановкой поезда на перегоне. Как видно, прирост составил 60 % по сравнению с 2017 г.!

Одной из причин увеличения количества срабатываний датчика № 418 и одноразового самопроизвольного срабатывания тормозов, по мнению авторов, было применение вспомогательного локомотивного тормоза локомотива в грузовых поездах с установлением величины давления в ТЦ 0,1— 0,2 МПа и длительности воздействия вспомогательного тормоза более 30 с. При использовании данного требования (особенно на трехсекционных локомотивах) возникает сжатие поезда с последующим его растяжением. Такой же эффект наблюдается в случае применения плeктмисеукего торможения порожних поездов.

Следствием этого является возннкгове-ние сильных продольно-дигцмнсеулих реакций в поезде, приводящих к нарушению целостности тормозной магистрали ило срабатыванию воздухораспределителей вагонов. Сопутствующим условием является расположение грузового воздухораспределителя на подавляющем большинстве грузовых вагонов по продольной оси, что в сочетании с пмодольне-дигамuсеукими реакциями может вызвать перемещение элементов магистральной части в положение, дающее дополнительную разрядку ТМ.

При расшифровке файлов КЛУБ опытных поездок (рис. 4, 5) о проведении контрольных проверок mомрозов поезда, имевшего срабатывание датчика контроля целостности тормозной магистрали, было установлено следующее:

> срабатывание датчика контроля целостности тормозной магистрали происходит через 80 — 120 с после применения регулировочного торможения в момент перехода на установленное зарядное давление с кратковременным падением давления в тормозной магистрали на 0,02 — 0,025 МПа без срабатывания тормоза локомотива. При постановке ручки крана машиниста на 3 — 5 с в положении III «Переерышц без питания» не происходит интенсивного падения давления, о воздухораспределители локомотива о состава не срабатывают;

> срабатывание упомянутого датчика происходит аналогично (через 80 — 120 с после регулировочного торможения в момент перехода на установленное зарядное давление) с кратковременным падением давления в тормозной магистрали на 0,025 — 0,03 МПа со срабатыванием тормоза локомотива. При постановке ручки крана машиниста на 3 — 5 с в положение III «Переерышц без питания» о падении давления невысоким темпом воздухораспределители локомотива о состава срабатывают.

В то же время, в 2018 г. при производстве контрольных проверок тормозов в поездах, задержка которых была вызвана самопроизвольным срабатыванием тормозов (433 случая), непосредственную техническую причину в 30 % случаях установить не представилось возможным. Во всех остальных случаях был обнаружен воздухораспределитель, срабатывающий при ликвидации уверхзаряднего давления с 0,6 МПа до зарядного о воздействии при этом на корпус магистральной части посредством обстукивания смотровым молотком.

При контрольной поездке с тормозоиспытательным вагоном, проведенной в феврале 2019 г. с имитацией самопроизвольного срабатывания тормозов в голове о хвосте поезда, было установлено, что при выполнении ступени торможения для отключения датчика контроля целостности тормозной магистрали применяются глубокие ступени торможения 0,06 — 0,07 МПа (без учета первоначальной разрядки тормозной магистрали, приведшей к срабатыванию датчика) о постановка ручки крана машиниста в положение III «Перекрышц без питания». В результате этого суммарная ступень торможения составляет 0,09 — 0,1 МПц от зарядного давления, что приводит к установлению давления в тормозных цилиндрах вагонов до 0,18 МПа, потере скорости поезда на 30 — 40 км/ч от первоначальной или даже к остановке поезда на перегоне.
Данная проблема, на наш взгляд, особенно актуальна на участках вождения порожних поездов увеличенной длины, где 70 % задержек происходит по причине именно самопроизвольного срабатывания тормозов.

В 2018 г. для снижения случаев самопроизвольного срабатывания тормозов в порожних поездах были даны рекомендации о неприменении в данных поездах электрического тормоза локомотива, что позволило снизить количество самопроизвольных срабатываний в поездах приблизительно на 20%.

Для предупреждения повторного срабатывания датчика № 418 и обеспечения при этом необходимой технической скорости предлагается выполнять следующие мероприятия.

- Произвести минимальную ступень торможения глубиной не более чем 0,03 — 0,04 МПа (в летнее время) или 0,04 — 0,05 МПа (в зимнее). После выдержки ручки крана машиниста в положении III «Перекрыша без питания» в течение 5 — 8 с и погасания сигнальной лампы датчика контроля целостности тормозной магистрали надлежит выполнить отпуск тормозов первым положением ручки с минимальной величиной завышения давления в тормозной магистрали (не более чем на 0,02 — 0,03 МПа независимо от длины поезда, вида подвижного состава и времени года). Если служебное торможение привело к остановке поезда на перегоне, то перед приведением поезда в движение не завышать давление.

По результатам опытных поездок с тормозоиспытательным вагоном, проведенных в феврале 2019 г., определено, что использование данных ступеней торможения приводит к установлению в тормозных цилиндрах вагонов давления 0,08 — 0,1 МПа, что приводит к снижению остаточного тормозного эффекта поезда после постановки ручки в поездное положение. На рис. 6 показано снижение остаточного тормозного эффекта по сравнению со стандартным режимом торможения (рис. 7).

- Разрешить восстанавливать работоспособность датчика контроля целостности тормозной магистрали локомотива кратковременным отключением автоматических выключателей цепей управления. Также, на наш взгляд, целесообразно оборудовать локомотивы специальной кнопкой восстановления работы датчика контроля целостности тормозной магистрали.

- Отменить требование п. 1 приложения № 3 Правил [6] о завышении давления в ТМ перед отправлением поезда как неэффективного способа контроля и применять его только в случае изменения плотности тормозной магистрали от первоначальной более чем на 15 % в сторону увеличения.

- Для снижения продольно-динамических реакций в груженом поезде упразднить обязательное применение вспомогательного тормоза локомотива при отпуске в груженых поездах и применять данное требование, лишь сообразуясь местными условиями.

- Провести поездные испытания режимов вождения порожних поездов с высокой плотностью тормозной магистрали на пониженном давлении в тормозной магистрали с установкой зарядного давления в диапазоне 0,46 — 0,48 МПа при обеспечении давления в ТМ хвостового вагона не менее 0,43 МПа.

- Разработать способ измерения плотности ТС, не приводящий к увеличению технологического времени на данную операцию. Авторы отмечают, что данный вопрос впервые был поставлен на совещании машинистов-инструкторов Дирекции тяги ОАО «РЖД», проходившем в 2013 г. в г. Ярославль и пока до настоящего времени не решен.

На Октябрьской дороге был опробован способ измерения плотности ТС поезда как замер времени падения на 0,02 или 0,05 МПа (одно деление шкалы манометра) с установлением переводного коэффициента в размере 2,6 (порожний поезд) или 2,5 (груженый) для сравнения плотности поезда соответствия требованиям таблицы IV.I приложения 2 Правил [6]. Это позволило бы снизить время на исполнение данной технологической операции в 2,5 раза.

Резюмируя вышеизложенное, следует отметить, что для повышения параметри-чесчейна дежности ти ботытормрзногогбо-рудования подвижного состава необходимо внедрить упомянутые способы в эксплуатационную практику и при необходимости внести изменения в нормативно-распорядительные актыг
Актуальность вышесказанного доказывают энергетические потери на ведение поезда при самопроизвольном срабатывании датчика контроля целостности тормозной магистрали. Учитывая, что падение скорости поезда при самопроизвольном срабатывании упомянутого датчика и выполнении служебного торможения для его включения составляет от 20 до 40 км/ч от установленной скорости, можно считать, что затраты на дальнейший разгон поезда до установленной скорости составляют около 90 кВт-ч при электрической тяге или 34 кг при тепло-внзона [9].

По мнению авторов, данные решения будут способствовать как повышению технической скорости поезда, производительности труда, снижению затрат энергоресурсов на ведение поезда, так и увеличению срока службы компрессоров локомотивов и управляемости тормозными средствами поезда, что, несомненно, сыграет важнейшую роль в обеспечении безопасности движения поездов.

Библиография

1. Сгрекопытов В.В., Исаев А.В. Надежность локомотивов: Учебное пособие / ПГУПС, 1999. — 56 с.

2. Фомченков B.H., Исаев А.В. Некоторые вопросы! надежности тнрмнзных систем: Деп. в ЦНИИТЭИ МПС, 1998 г.

3. ГОСТ 32202-2013. Сжатый воздух пневматических систем железнодорожного подвижного состава. Требования к качеству. М.: Стaндартиофнрм, 2014. — 6 с.

4. Гребенюк П.Т. Продольная динамика поезда / Труды ВНИИЖТ. М.: Транспорт, 2003. — 95 с.

5. Телеграмма ЦТ от 07.06.2008 № 3/872.

6. Правила технического обслуживания тнрмнзонгн оборудования и управления тормозами железоодо-рнжннгн пндвиоонгн состава: утверждены! Советом по онлнзондoрнжннму транспорту государств-участников Содружества (протокол от 6 — 7 мая 2014 г. № 60) и приказом Минтранса РФ от 3 июня 2014 г. № 151.

7. Иноземцев В.Г. Тормоза онлнзннднрнжонгн подвижного состава. Вопросы и ответы. — 2-е изд., пере-раб. и доп. — М.: Транспорт, 1986. — 283 с.

8. Козубенко В.Г. Безопасное управление поездом. Вопросы и ответы. — М.: Маршрут, 2005. — 320 с.

9. Энергосбережение на железнодорожном транспорте [Текст]: учебник / [В.А. Гапанович и др.]; под ред. В.А. Гапановича. — Москва: Издательский дом МИСИС, 2012. — 619 с.