[08-2019] Перспективное направление обеспечения безопасности движения поездов

[бабулер44]

Перспективное направление обеспечения безопасности движения поездов

В.В. КОЧЕРГИН, И.Н. МАКСИМОВ, кандидаты технических наук

В настоящее время в соответствии с приказом МПС от 12.11.2001 №41 «Нормы допускаемых скоростей движения подвижного состава по железнодорожным путям колеи 1520 (1524) мм федерального транспорта», а также распоряжением от 8.11.2016 г. № 2240р скорости движения подвижного состава в кривых устанавливаются исходя из непревышения непогашенного ускорения 0,7 м/с2. Назначаемые скорости определяются двумя факторами — радиусом кривой и возвышением наружного рельса. В конечном счете, перечисленные факторы определяют нормативы по динамике подвижного состава, прочности его несущих элементов, взаимодействию пути и подвижного состава и воздействию на человека.

Повышение скоростей движения в кривых участках пути возможно двумя альтернативными путями:

- увеличением возвышения наружного рельса в кривых; увеличением норматива допускаемого непогашенного ускорения выше 0,7 м/с2.

Первый путь связан со значительными материальными затратами, а также с дополнительными требованиями к скоростям движения грузовых поездов.

Для исследования возможности и условий повышения скоростей движения благодаря повышению допускаемых непогашенных ускорений в кривых участках пути АО «ВНИИЖТ» совместно с ФГУП «ВНИИЖГ» Роспотребнадзора и Центром подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина выполнен комплекс исследований. В результате разработана «Типовая методика для проведения работ по повышению скоростей движения современного скоростного подвижного состава по существующему пути». Методика утверждена ОАО «РЖД» 26.12.2013 № 430. Она содержит основные требования по перечню контролируемых показателей безопасности и методам их оценки при определении возможности и условий повышения скоростей движения в кривых участках пути.

При этом допускаемый уровень непогашенного ускорения для подвижного состава определяется:

rfp уровнем воздействия на человека;

& динамико-прочностными показателями подвижного состава;

& показателями устойчивости пути против поперечного сдвига по балласту.

Работы по определению допускаемых скоростей движения в кривых участках пути выполняют для каждого типа и серии подвижного состава, для которого планируется увеличение непогашенных ускорений выше 0,7 м/с2 на всем протяжении участков планируемого повышения скоростей движения.

На основе данной методики выполнен комплекс исследований с целью снижения времени хода электропоездов серии ЭС1 «Ласточка» на линии Москва — Смоленск. Также аналогичные исследования выполнены для линии Москва — Брест для электровоза ЭП20 при его движения с поездами «Тальго». Здесь реализовано движение ЭП20 с непогашенными ускорениями до 1,1 м/с2.

Необходимость проведения таких исследований применительно к каждому типу подвижного состава и на всем протяжении участков предполагаемого повышения допускаемого уровня непогашенных ускорений в кривых диктуется тем, что кривые вследствие принятой технологии выправки пути в плане не соответствуют их реперному положению и не являются однорадиусными. Установленные по результатам испытаний в соответствии с «Типовой методикой...» скорости движения зависят от устройства пути (состояние кривых, переходных кривых и возвышения наружных рельсов). Устройство пути

может меняться при проведении работ по выправке пути в плане или при изменении возвышения наружного рельса.

Это обстоятельство требует периодического (а лучше — непрерывного) контроля уровня непогашенных ускорений (и ряда других показателей) в кривых при установленных для эксплуатации скоростях. Исходя из этого, была поставлена задача по определению возможности и эффективности непрерывного контроля показателей «безопасности» и «ходовых характеристик», характеризующих комфорт проезда пассажиров.

В рамках работ в 2018 г. институтом проведены исследования движения ЭС1 «Ласточка» на линии Москва — Смоленск для разработки методологии систематического контроля воздействия на экипаж и пассажиров со стороны пути с индикацией участков пути повышенного воздействия.

Разработка и внедрение такого систематического контроля являются предпосылками для оценки возможности повышения максимального значения непогашенного ускорения с 0,9 м/с2, установленного в соответствии с «Типовой методикой...» до 1 м/с2. При этом возрастает потребность в систематическом контроле как показателей безопасности, так и показателей комфорта проезда пассажиров.

При проведении исследовательских поездок также определялись координаты местонахождения (GPS) движущегося электропоезда (вспомогательный параметр для определения мест расположения участков пути с повышенным воздействием на поездную бригаду и пассажиров, а также для непрерывного контроля скорости движения электропоезда). По результатам опытных поездок с непогашенными ускорениями в кривых до 0,9 м/с2 разработаны технические требования к автономной «Системе обеспечения безопасной эксплуатации электропоездов ЭС1 "Ласточка"» (далее — «Система»),

Опытные поездки с реализацией непогашенных ускорений в кривых до 1 м/с2 выполнялись с учетом положений разработанных технических требований. Далее с учетом результатов поездок с непогашенными ускорениями до 1 м/с2 в технические требования внесены дополнения в части методов обработки результатов измерений.

По результатам опытных поездок выполнена оценка по показателям «комфорта проезда пассажиров», «безопасности» и «ходовым характеристикам». Оценка комфорта проезда пассажиров выполнена в соответствии с европейскими нормативными требованиями EN12299.

Оценка выполнялась для двух зон — центра кузова и кузова над тележкой по следующим показателям:

Nmv — стандартный метод оценки среднего комфорта;

Nmvz — стандартный метод оценки среднего комфорта по оси Z;

'Ъ Nmvy — стандартный метод оценки среднего комфорта по оси Y; Nvd — метод оценки среднего комфорта в полном объеме; С& — метод оценки непрерывного комфорта по оси Z; ССу, — метод оценки непрерывного комфорта по оси Y.

Показатели комфорта проезда пассажиров делятся на следующие градации комфорта:

> по показателям Nmv, Nvd, Nmvy и Nmvz — очень комфортно, комфортно, средний комфорт, некомфортно, очень некомфортно;

> по показателям CCz и ССу — очень комфортно, комфортно, среднекомфортно, низкокомфортно.

По показателям «безопасность» и «ходовые характеристики» оценка выполнялась по методикам, представленным в технических требованиях к автономной «Системе обеспечения безопасной эксплуатации электропоездов ЭС1 "Ласточка"», разработанной в рамках выполняемых исследований.

Категория «безопасность» характеризуется следующими показателями:

Ysp— горизонтальные поперечные ускорения рамы тележки над внешней колесной парой;

YsK— горизонтальные поперечные ускорения кузова;

Zsk— вертикальные ускорения кузова.

В категории «ходовые характеристики» оценивались следующие показатели:

Yq — горизонтальные поперечные ускорения кузова;

Zq — вертикальные ускорения кузова;

ССу — средние квадратические значения горизонтальных поперечных ускорений кузова;

CCz — средние квадратические значения вертикальных ускорений кузова.

Оценка по показателям категорий «безопасность» и «ходовые характеристики» показала:

< по категории «безопасность» (YsK, ZsK, Ysp) требования, предъявляемые к показателям данной категории, выполняются;

< по категории «ходовые характеристики» предъявляемые требования выполняются по показателям Yq, Zq и CCz. По показателю ССу комфорт проезда пассажиров в четырех кривых направления Москва — Смоленск и пяти кривых направления Смоленск — Москва находится на уровне «низкокомфортно».

Следует отметить, что при положительных результатах оценки показателей динамики вагона электропоезда «Ласточка» ЭС1 -030 показатели комфорта проезда пассажиров во многих случаях находятся на крайнем низком уровне («некомфортно» и «низкокомфортно»).

К настоящему времени АО «ВНИИЖТ» накопил большой опыт индикации участков пути, вызывающих повышенное воздействие на экипаж. Этот опыт получен на базе систем КПДС (система непрерывного контроля показателей динамической системы «экипаж-путь»), разработанных по техническим требованиям АО «ВНИИЖТ» совместно с «Сименс АГ» и установленных на двух электропоездах «Сапсан».

С помощью этих систем выявлено, что даже на линии Санкт-Петербург — Москва существуют участки пути с многократным превышением средних уровней динамического воздействия на несущие элементы экипажа, и при этом характеризующиеся (по данным штатных систем путеизмерения) как участки отличного состояния.
Система КПДС предназначена для непрерывного контроля реакции подвижного состава на неровности пути в плане и профиле с регистрацией мест повышенного динамического воздействия на экипаж. Ранее совместно с «Сименс АГ» институтом выполнены исследования по применению системы, предназначенной для выявления участков пути с повышенным уровнем воздействия на экипаж.

Оценка реакции подвижного состава осуществляется по ускорениям на элементах экипажа, характеризующих уровни необрессо-ренной динамики — буксы колесных пар (вертикальные ускорения), обрессоренной динамики — горизонтальные поперечные ускорения рам тележек, вертикальные и горизонтальные поперечные ускорения кузова вагона.

Системы КПДС регистрируют уровни ускорений на всем протяжении движения поезда с привязкой их к участкам пути по показаниям системы GPS, установленной на подвижном составе. Признаком наличия отклонений в содержании пути, требующих принятия мер по их устранению, является повторяемость на отрезке пути повышенных реакций датчиков системы КПДС, установленных на нескольких поездах.

В процессе освоения системы КПДС и опытной ее эксплуатации были выполнены измерения на линии Санкт-Петербург — Москва. На рисунке представлены результаты измерений вертикальных ускорений букс. На этом графике отчетливо видна устойчивая повторяемость участков пути с повышенным воздействием на экипаж.

Для анализа данных и наглядного их представления разработан метод обработки результатов непрерывных измерений, который позволяет подробно анализировать и производить оценку наиболее значимых результатов.

В ходе выполнения ходовых динамико-прочностных испытаний электропоезда «Ласточка» выполнено сравнение натурных неровностей, получаемых по методике ИНФОТРАНС и при применении датчиков системы КПДС. При сравнении вертикальных неровностей в диапазоне длин 3 — 25 м (контролируется штатными системами путеизмерения) получено весьма близкое совпадение этих неровностей.

Неровности длиной менее трех метров не нормируются, в связи с чем не контролируются штатными средствами путеизмерения. В то же время, исследованиями АО «ВНИИЖТ» установлено, что неровности длиной менее трех метров формируют до 70 % напряженного состояния несущих элементов тележек скоростного подвижного состава.

Учитывая значимость полученных результатов исследований с применением систем КПДС, считаем целесообразным рассматривать эти результаты как начало развития инновационного направления в части индикации участков пути с повышенным воздействием на экипаж.

Неразрывно с этим связано развитие направления исследований неровностей пути длиной менее трех метров и их влияния на формирование напряженного состояния в несущих элементах экипажей, особенно скоростного и высокоскоростного подвижного состава.

В современных условиях представляется необходимым разработать технические требования к системам КПДС, имея в виду использование доступной элементной базы для измерительной части системы

и отечественной разработки алгоритмов обработки и программного обеспечения с целью обеспечения независимости и снижения себестоимости аппаратно-программных комплексов систем КПДС.

Применение систем КПДС позволит благодаря адресности управляющих воздействий на отдельные участки пути оптимизировать процедуры организации содержания и ремонта пути и, как следствие, существенно повысить безопасность движения.

Библиография

1. Типовая методика для проведения работ по повышению скоростей движения современного скоростного подвижного состава по существующему пути. № 430. М., 2013 г.

2. Кочергин В.В., Грабнер Г., Максимов И.Н., Певзнер В.О. Система выявления участков пути с повышенным уровнем воздействия на экипаж скоростного подвижного состава // Вестник ВНИИЖТ. 2015. №2. С. 3 — 8.