[07-2025] О теории и практике управления тормозами грузовых поездов

[Admin]

О теории и практике управления тормозами грузовых поездов

В.Г. ПОГУДИН, начальник тормозо-испытательного вагона Октябрьской дирекции инфраструктуры,
А.В. ИСАЕВ, канд. техн, наук, доцент,
руководитель программы «Судебная экспертиза» Санкт-Петербургского политехнического университета,
А.Э. ГЕРБЕК, инженер, машинист первого класса Октябрьской дирекции тяги

Поступление на сеть железных дорог современных локомотивов с объемом главных резервуаров (ГР) более 3000 л и инновационного подвижного состава, оборудованного тормозными приборами типа 483А/Б, безрезьбовыми соединениями в тормозной магистрали (ТМ) вагонов привело к повышению плотности тормозной сети (ТС) грузового поезда. Однако, к сожалению, сложившаяся практика управления тормозами в таких поездах на основании требований отдельных пунктов Правил технического обслуживания тормозного оборудования и управления тормозами железнодорожного подвижного состава (далее — Правила) ведет к росту отказов тормозного оборудования в пути следования.
По данным АСУТ НБД, на Октябрьской дороге с 2015 г. при росте грузопотока к 2024 г. на 27 %, несмотря на принимаемые Дирекцией тяги и Службой вагонного хозяйства меры по предупреждению отказов тормозного оборудования вагонов и ограничение величины завышения давления в ТМ при отправлении, замечен рост случаев одноразовых самопроизвольных срабатываний в поездах (рис. 1) и неотпуск тормозов отдельных вагонов. Это приводит к срыву графика движения поездов и рост к уровню 2015 г: по самопроизвольным срабатываниям тормозов в поезде — 260 % (см. рис. 1), по неотпуску тормозов отдельных вагонов — 25 % (рис. 2, 3).

Испытания тормозных приборов вагонов, имевших задержку поезда по неотпуску тормозов, на тормозной станции, а также расследования причин одноразовых самопроизвольных срабатываний в поезде по результатам расшифровки файлов КЛУБ вкупе с анализом данных отказов тормозного оборудования вагонов по показаниям

КТСМ

«неотпуск тормозов» отдельных вагонов и распределению их по сечению поезда дают основания для формулирования следующих выводов.
Основной причиной отказов тормозного оборудования является завышение давления в тормозной магистрали выше зарядного более чем на 0,03 МПа при выполнении требований пунктов 1 и 10 Приложения 3 Правил.
Отказ тормозного оборудования вагонов по неотпуску тормоза характерен для вагонов головной и средней частей поезда, где величина завышения давления в ТМ при отправлении поезда или отпуска тормозов после регулировочных торможений при высокой плотности максимальна.
Причины отказов тормозного оборудования подвижного состава авторы видят в следующем:

• > существующая теория и практика управления тормозами базируется, в основном, на воздухораспределителях (ВР) клапаннопоршневого типа MT3-135, MT3-320, типоразмера «270», у которых скорость распространения тормозной волны мала, и которые требуют повышенного зарядного давления в ТМ и высоких величин завышения давления для обеспечения отпуска тормозов (эта проблема частично решена у ВР типоразмера «270» с магистральной частью № 483, которая обеспечивает равномерный темп отпуска по длине поезда);
• > сомнительные требования отдельных пунктов Правил;
• > низкое качество сжатого воздуха, поступающего в ТС поезда, что приводит к засорению дроссельных отверстий 0,55 мм в главной части и 0,5 мм в магистральной части ВР и, как следствие, к отказу таковых.

ВР типа 270, КАВ-60, ВР с магистральной частью № 483 всех индексов обеспечивают скорость тормозной волны, близкую к теоретической (300 м/с), причем количество данных приборов в эксплуатации составляет почти 100 %. Согласно данным работников автоконтрольных пунктов ремонтных предприятий, более 90 % на сети дорог составляют ВР с магистральными частями 483А.010 и 483Б.010 (рис. 4), обеспечивающие:

• улучшенные характеристики по торможению и отпуску тормозов поезда;
• независимость отпуска в хвосте длинносоставного поезда от минимальных утечек из канала дополнительной разрядки (КДР);
• упрощенную конструкцию клапана мягкости;
• повышенную стабильность торможения при величине ступени снижения давления в тормозной магистрали 0,03 — 0,04 МПа.

Следует отметить, что ВР с магистральной частью 483Б.010 благодаря вертикально расположенным органам лучше защищен от самопроизвольного срабатывания при продольно-динамических реакциях в поезде. Данные приборы для отпуска тормозов не требуют завышения давления в тормозной магистрали выше зарядного.

Проведенные испытания на тормозной станции НПФ «Ритм» (г. Тверь) и контрольные поездки в грузовых поездах с установкой автономных устройств регистрации параметров тормозной магистрали поезда (АУР) показывают, что чем больше ступень торможения и выше величина завышения давления, тем медленнее происходит отпуск тормозов в поезде.
На рис. 5 представлен график измерения времени отпуска головного и хвостового вагонов в зависимости от ступени торможения и величины завышения давления в ТМ. Лучшее время отпуска головного и хвостового вагона при ступени торможения 0,08 МПа обеспечено при отпуске тормозов поезда с завышением давления до зарядного. Минимальное время отпуска тормозов головного и хвостового вагонов составляет 33 с.
На рис. 6 представлены графики зависимости скорости тормозной волны и времени отпуска тормозов вагонов от ступени торможения и величины завышения давления при отпуске тормозов с использованием АУР.
Измерения были выполнены АУРами в зимних условиях в январе 2023 г. Первый вагон находился на груженом режиме, хвостовой — на среднем, длина состава составляла 89 вагонов. Данные испытаний сведены в таблицу.

В соответствии с проведенными исследованиями есть все основания полагать, что скорость тормозной волны не зави-сит от ступени торможения, а обеспечивается конструкцией тормозных приборов вагонов и отличается от теоретической (300 м/с) в зависимости от чувствительности конкретного воздухораспределителя, на котором установлен измерительный прибор АУР.
Анализ самопроизвольных срабатываний по данным АСУТ НБД показывает зависимость частоты самопроизвольных срабатываний в поезде от типа локомотива, объема главных резервуаров и профиля пути, что характерно для поездов, ведомых локомотивами с объемом ГР более 2000 л (рис. 7).
Как следует из рис. 7, наибольшая частота срабатывания тормозов в поезде имеет место при ведении поезда двух- и трехсекционными локомотивами, оборудованными тормозными блоками, устройствами КЛУБ и имеющими объем ГР более 2000 л (электровозы ЗЭС4К, 2ЭС6, тепловозы 2ТЭ25КМ).
Причины данного явления, как указывалось выше, — выполнение требований Правил при управлении тормозами поезда, качество сжатого воздуха, поступающего из локомотива в ТС поезда, засорение отверстия диаметром 0,55 мм в главной части воздухораспределителя BP 483А вагона и высокая плотность ТС. В своей совокупности эти факторы приводят к перезарядке рабочей камеры ВР и, как следствие, после ликвидации сверхзарядного давления (СЗД) в ТМ происходит самопроизвольное срабатывание тормозов в поезде или неотпуск тормоза вагона.
Как известно, машинист управляет тормозами поезда по манометру уравнительного резервуара (УР) крана машиниста. Указанный резервуар наполняется через калиброванное отверстие диаметром 1,6 мм, а ТМ при постановке управляющего органа крана машиниста (УОКМ) в положение «Зарядка» наполняется по каналам большого сечения и через питательный клапан.
В зависимости от давления в главных резервуарах объемом 2000 — 4000 л в момент постановки УОКМ и времени выдержки в положении «Зарядка» при давлении в ГР локомотива 0,9 МПа или 0,75 МПа, объем сжатого воздуха, поступающего в тормозную магистраль при одном и том же давлении УР, значительно отличается. Испытаниями установлено, что если пиковое значение давления в ТМ по манометру при нахождении УОКМ в положении «Зарядка» превышает 0,6 МПа, то возрастает риск перезарядки рабочих камер ВР как локомотива, так и вагонов в головной и средней частях поезда. При этом давление в УР в этот период может еще не достигнуть требуемой величины завышения давления в тормозной магистрали 0,03 — 0,07 МПа выше зарядного (рис. 8).

При определенных выше условиях это приводит к перезарядке рабочих камер вагонов поезда и закрытию клапана мягкости ВР 483А. При ликвидации СЗД это приводит к возникновению разницы давлений более 0,03 МПа между золотниковой и магистральной камерами, перемещению диафрагмы магистральной камеры в положение торможения со срабатыванием клапана дополнительной разрядки. Как следствие, происходит срабатывание датчика контроля целостности тормозной магистрали на локомотиве со всеми вытекающими последствиями, т.е. задержка поезда по самопроизвольному срабатыванию тормозов или остановка поезда по показаниям КТСМ «Неотпуск тормоза отдельного вагона».
Авторы данной статьи считают, что машинист может и должен сам выбирать величину завышения давления при выполнении регулировочных торможений в зависимости от скорости движения, плана и профиля пути, а также плотности тормозной сети поезда. При следовании поезда по затяжному спуску, где требуются последовательные регулировочные торможения с частотой 60 — 180 с, машинисту надлежит озаботиться максимально возможным для длины поезда завышением давления, за исключением крайнего регулировочного торможения при выходе с затяжного уклона. При этом торможении завышение давления не должно превышать 0,02 — 0,03 МПа выше зарядного для исключения перезарядки рабочих камер ВР.
При управлении тормозами поезда машинист при регулировке скорости автоматическими тормозами поезда учитывает величину ступени торможения и её связь с давлением в тормозных цилиндрах (ТЦ) для обеспечения эффективности тормозов поезда и снижения остаточного тормозного эффекта поезда при достижении установленной скорости после постановки УОРКМ в поездное положение (рис. 9,10).
Давление в ТЦ устанавливается в зависимости от режима включения ВР и ступени торможения, при этом величина давления втормоз-ных цилиндрах при ступени торможения 0,05 — 0,08 МПа устанавливается тормозными приборами вагона в пределах 0,08 — 0,1 МПа.
При этом при ступени торможения 0,03 — 0,04 МПа первоначально устанавливается давление в тормозных цилиндрах вагонов 0,08 — 0,1 МПа, после чего наблюдается эффект понижения давления в ТЦ в течение 10 — 15 с до 0,05 — 0,07 МПа. После постановки УОКМ в положение «Зарядка и отпуск» тормоза отпускают полностью, при этом значительно снижается так называемый остаточный тормозной эффект (падение скорости поезда после перемещения УОКМ в поездное положение). Этого вполне достаточно для обеспечения регулировки скорости поезда в порожних поездах длиной до 530 осей со 100%-но включенными тормозами и отпуске тормозов с минимальной величиной завышения давления не более 0,03 — 0,05 МПа (в зависимости от плотности тормозной сети поезда) выше зарядного, что улучшает отпуск тормозов и значительно снижает остаточный тормозной эффект поезда после постановки УОКМ в поездное положение.

По мнению авторов, торможение с разделением ступени повышает тормозное давление в тормозных цилиндрах вагона и, как следствие, тормозную эффективность поезда. При торможении в одну ступень 0,08 МПа давление в ТЦ вагонов будет составлять: 1 вагон — 0,1 МПа, 51 вагон — 0,08 МПа, 101 вагон — 0,08 МПа. При ступени торможения 0,05 МПа и через 4 — б с происходит «добавление» 0,03 МПа: 1 вагон — 0,1 МПа, 51 вагон — 0,1 МПа, 101 вагон — 0,09 МПа. Данный эффект достигается благодаря снижению термодинамического эффекта (нагрева воздуха и повышения давления в ТМ после его охлаждения при снижении давления).
При следовании поезда по затяжному спуску, где последовательно с частотой 60 — 120 с и более выполняются регулировочные торможения, лучше применять регулировочные торможения с разделением ступени торможения 0,05 ... 0,08 МПа + 0,03 ... 0,04 МПа или применять двухступенчатое торможение с длительностью следования на одной ступени до 150 с и более. Опытные поездки с поездами массой 5200 т, проведенные в 2014 г. тормозоиспытательным вагоном на полигоне Октябрьской дороги на затяжных спусках до 17 %о, и в 2020 г. тормозоиспытательным вагоном ВНИИЖТа на полигоне Дальневосточной дороги с поездами весом до 6300 т на затяжных спусках более 18 %о на участке Смоляниново — Находка, показывают возможность применения регулировочного торможения на равнинном режиме включения воздухораспределителей вагонов при ступени торможении 0,06 — 0,08 МПа с длительностью до 300 с. При этом величина завышения давления должна быть максимальной (0,05 — 0,7 МПа) выше зарядного для обеспечения неистощимости тормозов в хвосте поезда и замедления отпуска тормозов в поезде. Последний отпуск тормозов при выходе поезда с затяжного спуска должен быть выполнен с минимальным завышением давления в тормозной магистрали поезда не более, чем на 0,03 МПа.
Исходя из вышеизложенного, основной причиной отказа тормозов грузовых поездов авторы видят в сложившейся эксплуатационной практике управления тормозами поезда при современном подвижном составе, а также в требованиях отдельных пунктов Правил в части завышения давления в ТМ поезда на величину более 0,03 МПа выше зарядного давления при отправлении и отпуске тормозов.

Например:

• п. 1 Приложения 3 в части завышения давления при отправлении поезда;
• п. 10 Приложения 3 в части установления величины завышения давления при отпуске тормозов поезда 0,03 — 0,7 МПа;
• п. 4 Приложения 3 в части ограничения времени следования в тормозном режиме по затяжному уклону на ступени торможения;
• п. 14 Приложения 3 в части установления времени стоянки поезда после торможений.

Чтобы обеспечить надежную работу тормозных приборов вагонов при ведении поезда, необходимо устранить причины неустойчивой работы воздухораспределителей вагонов от избыточного давления в тормозной магистрали при управлении тормозами. Для этого, по мнению авторов, необходимо:

• в п. 1 Приложения 3 Правил отменить требование в части завышения давления в тормозной магистрали поезда;
• в п. 10 Приложения 3 Правил ограничить диапазон величины завышения давления при отпуске тормозов: от зарядного + 0,03 МПа выше зарядного — для поездов до 350 осей и локомотивов с объемом главных резервуаров до 3000 л и более; 0,02 — 0,05 МПа выше зарядного — для поездов свыше 350 осей, при этом чем выше плотность ТМ, тем ниже величина завышения давления (за исключением случаев при следовании поезда по затяжному уклону, где последовательно выполняются регулировочные торможения с частотой 60 — 180 с и величина завышения должна быть максимальной для замедления отпуска тормозов вагонов и обеспечения неистощимости тормозной магистрали);
• в п. 4 Приложения 3 Правил увеличить время следования на одной ступени торможения 0,05 — 0,08 МПа на равнинном режиме включения ВР со 150 до 240 — 300 с при устойчивом тормозном эффекте;
• разрешить в поездах при следовании по зеленому или желтому сигналу светофора для регулировки скорости порожнего поезда применение ступени 0,03 МПа, а груженого — 0,04 МПа для снижения остаточного тормозного эффекта поезда после постановки управляющего органа крана машиниста в поездное положение;
• обеспечить качество сжатого воздуха по требованиям ГОСТ 32202-2013 «Сжатый воздух пневматических систем железнодорожного подвижного состава. Требования к качеству»;
• обеспечить обучение машинистов локомотивов управлению тормозами поезда с минимальной величиной завышения давления в тормозной магистрали.

Утверждение, что большая величина завышения давления выше зарядного ускоряет отпуск тормозов, неверно. Величина завышения выполняет функцию выравнивания отпускной волны по длине поезда в поездах повышенной длины, так как замедляет отпуск тормозов в головной части поезда (из-за конструктивных особенностей магистральной части ВР 483А/Б) и обеспечивает неистощимость тормозной магистрали в хвосте поезда при управлении тормозами с частотой применения 60— 180 с при следовании поезда по затяжному уклону.

Если при управлении тормозами поезда будут обеспечены режимы управления тормозами с завышением давления при отпуске тормозов не более 0,03 МПа выше зарядного, что позволит работать тормозным приборам без перезарядки рабочих камер, то отказы тормозов по неотпуску значительно снизятся. На основании анализа статистических данных (см. рис. 1) снижение может быть выполнено примерно на 2/3 (с 398 до 114 случаев).
Обеспечение выполнения локомотивными бригадами рекомендаций по предупреждению отказов тормозного оборудования в
части ограничения величин завышения давления при управлении тормозами позволяет снизить количество самопроизвольных срабатываний в поезде, а при отмене требования о завышении давления при отправлении (п. 1 Приложения 3 Правил) это снижение может быть в два раза и даже более.
Исходя из вышеизложенного, авторы считают, что внесение изменений в Правила в части режима управления тормозами, обеспечивающего условия безотказной работы тормозных приборов, а также изменения в эксплуатационной практике обучения машинистов современных локомотивов приемам управления тормозами поезда дают перспективы снижения отказов тормозного оборудования.
Авторы выражают признательность исполняющему обязанности главного конструктора АО МТЗ ТРАНСМАШ им. А.А. Егоренкова П.М. Тагиевуза помощь в подготовке настоящей статьи.

Библиография

1. Соколов А.Б. Воздухораспределители: настоящее и перспективы // Железнодорожный транспорт. 2006. № 8. С. 73 — 76.
2. Кравчук В.В., Верхотуров В.К., Никулин Ю.В. Управление безопасностью движения. Хабаровск: Издательство ДВГУПС, 2011.251 с.
3. Правила технического обслуживания тормозного оборудования и управления тормозами железнодорожного подвижного состава: введ. с 1.01.2015 г. М.: Техинформ, 2014.224 с.