[10-2025] Как сократить потери энергии при проверке действия тормозов в пути следования

[бабулер138]

Как сократить потери энергии при проверке действия тормозов в пути следования

А.Н. КОСТИКОВ, главный инженер,
А.В. БОРОДКИН, заместитель начальника отдела, Проектно-конструкторское бюро локомотивного хозяйства - филиал ОАО «РЖД»

В соответствии с пп. 6 п. 8 раздела 2 Устава ОАО «Российские железные дороги» главнейшей задачей Компании является обеспечение безопасности движения поездов [1].

Одной из основных систем, обеспечивающих требования безопасности движения, является тормозная система железнодорожного подвижного состава, четкая и безаварийная работа которой позволяет предотвратить наступление опасных ситуаций и избежать серьезных последствий. Именно поэтому регламентирующими документами предусмотрена система контроля и оценки эффективности действия тормозов как при техническом обслуживании подвижного состава, так и в процессе его движения [2 — 4].
Общими критериями оценки эффективности тормозов служат: величина тормозного пути; значение среднего замедления при торможении и тормозная сила. Первый из указанных критериев, а именно путь, пройденный в процессе торможения подвижного состава, на сегодняшний день является основным и единственным эксплуатационным показателем эффективности тормозных средств поезда.
Существующая технология проверки действия тормозов по снижению скорости на установленную величину и оценке пройденного расстояния, не превышающего расчетного, была установлена Инструкцией по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог в 1981 г. [5]. До этого, начиная с 1935 г., проверка действия тормозов в пути следования регламентировалась «легким притормаживанием» перед подходом к станции» [6], а конкретизация требований по снижению давления в магистрали на определенную величину при проверке действия тормозов на площадке или спуске была проведена лишь в 1950 г. [7].
При этом расстояние, проходимое поездом в режиме торможения, и время снижения скорости существенно зависят как от характеристик поезда по загрузке, длины состава, типа применяемых колодок, состояния и режимов включения тормозных приборов, так и от скорости движения, профиля пути, а также от погодных условий. Кроме того, в процессе отпуска тормозов в зависимости от скорости распространения отпускной волны, а также некоторого времени, необходимого на выпуск воздуха из тормозных цилиндров, на поезд продолжают действовать уменьшающаяся тормозная сила и силы основного сопротивления движению.
Под действием этих сил даже после полного отпуска тормозов скорость поезда продолжает некоторое время уменьшаться, соответственно фактическое снижение скорости при проверке действия тормозов может достигать 20 — 25 км/ч. Таким образом, на последующий разгон затрачиваются дополнительные энергоресурсы. К примеру, как указано в работе [8], при одной проверке действия тормозов в пути следования и последующий разгон электровоз в среднем затрачивает 6 кВт ч электроэнергии.

На фоне совершенствования железнодорожного подвижного состава и эксплуатируемых технических средств, направленных на повышение их надежности, безопасности и эффективности, применяемая технология проверки действия тормозов выглядит, по меньшей мере, архаичной и субъективной. Поэтому наиболее обоснованными и конкурентоспособными для определения эффективности автотормозов грузового поезда в пути следования являются методы, учитывающие удельную (отнесенную к массе поезда) тормозную силу подвижного состава при выбранной ступени торможения и совокупности действий всех вышеперечисленных независимых друг от друга факторов, т.е. методы, наиболее адаптированные под непосредственные условия эксплуатации.
Для решения данной задачи в рамках плана научно-технического развития ОАО «РЖД» Проектноконструкторское бюро локомотивного хозяйства (ПКБ ЦТ) проводит эксплуатационные испытания технологии проверки тормозной эффективности поезда в пути следования, основанной на определении реализуемой удельной тормозной силы, выраженной в форме отрицательного ускорения. Это позволит сократить время и диапазон снижения скорости при проверке тормозов, а, следовательно, и потери энергии.
Основой испытываемой технологии является численное решение уравнения движения поезда в режиме торможения. В данном случае удельная тормозная сила, выраженная в форме отрицательного ускорения подвижного состава, представляет собой кинетическую энергию, приходящуюся на единицу массы поступательно движущегося поезда, которая гасится его тормозной системой и силами сопротивления на единице длины тормозного пути. Таким образом, воспользовавшись Правилами тяговых расчетов для поездной работы (ПТР), проводится определение расчетного значения ускорения для разных категорий поездов и различных скоростей движения, которое предлагается принять в качестве заданного тормозного норматива [9].
Для современных локомотивных устройств безопасности и регистрации параметров движения (КПД-3 всех индексов, КЛУБ-У БЛОК) одним из множества входных сигналов является информация от датчиков пути и скорости (Л-178, ДПС, ДПС-1 и т.д.), предназначенных для измерения угла поворота оси колесной пары и преобразования его в дискретные электрические сигналы, используемые в измерительных системах, контролирующих направление движения, пройденный путь, скорость и ускорение подвижного состава. Указанные устройства при соответствующей доработке программного обеспечения имеют возможность вывода на знакосинтезирующий дисплей величины фактического значения отрицательного ускорения (замедления), реализуемого тормозными средствами поезда при торможении, и внесение данных измеренных значений в модуль памяти.

В соответствии с основами механики тормозная кривая определяется из энергетического баланса по уменьшению кинетической энергии поезда во время торможения к работе силы торможения, потраченной на это при постоянном замедлении. Таким образом, фактически реализуемая при торможении величина среднего замедления определяется локомотивными устройствами безопасности из уравнения сохранения энергии для движущегося в тормозном режиме поезда. При этом визуальное наличие цифровой индикации фактического замедления позволяет инструментально проводить оценку действия тормозов поезда в пути следования.

Для согласования результатов теоретических расчетов с эксплуатационными данными используют коэффициент эффективности торможения. Отношение реально действующего (фактического) замедления поезда к расчетному значению позволяет определить коэффициент эффективности пневматических тормозов. При каждом торможении при достижении значения фактического замедления, равного расчетному, развитие тормозных сил считается достаточным, действие тормозов признается эффективным, и может быть произведен их отпуск (см. рисунок).

Удаленное считывание и анализ файлов поездок, осуществляемых специалистами ПКБ ЦТ на материально-технической базе автоматизированной системы расшифровки АСУТ НБД-2, позволяют провести глубокий анализ поездок, проводимых в рамках вышеуказанных испытаний. Предварительные результаты показывают, что точка пересечения величины замедления по прогнозному расчету с фактическим значением, реализуемым тормозными силами поезда, в которой можно производить отпуск тормозов, по пройденному расстоянию и времени происходит значительно раньше регламентированного снижения скорости. Для поездов различной категории на отличающемся профиле пути проверка действия тормозов инструментальным методом от начала торможения до отпуска может позволить сократить время, затраченное на указанную проверку, до двух — двух с половиной раз в сравнении с типовой технологией.
Наработанная по итогам испытаний статистика позволит подтвердить достоверность сделанных выводов, доказать эффективность, преемственность и репрезентативность данной методики и провести технологический трансфер инструментального метода проверки действия автоматических тормозов с тиражированием по всей сети железных дорог ОАО «РЖД».

Библиография

1. Устав ОАО «Российские железные дороги», утвержден постановлением Правительства РФ от 18.09.2003 № 585, в редакции от 26.11.2024 г.
2. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации, утверждены приказом Минтранса России от 23.06.2022 № 250.
3. Правила технического обслуживания тормозного оборудования и управления тормозами железнодорожного подвижного состава, утверждены Советом по железнодорожному транспорту государств-участников Содружества (протокол № 60 от 6 — 7 мая 2014 г.).
4. Инструктивное указание «Типовой порядок проведения проверок действий тормозов в пути следования», утвержден распоряжением ОАО «РЖД» от 24.05.2023 № 1266р.
5. Инструкция по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог № ЦТЦВ-ЦНИИ-3969, утверждена МПС СССР 16.03.1981 г.
6. Инструкция по автотормозам машинисту и помощнику машиниста, утвержденная НКПС СССР 14.08.1935 г.
7. Инструкции по автотормозам машинисту локомотива № ЦТ1527, утверждена МПС СССР 20.06.1950 г.
8. Гребенюк П.Т. и др. Тяговые расчеты: Справочник. - М.: Транспорт, 1987. - 272 с.
9. Правила тяговых расчетов для поездной работы, утверждены распоряжением ОАО «РЖД» от 12.05.2016 № 867р.