Пневматическая схема электровозов 2(3)ЭС5К «ЕРМАК» нуждается в совершенствовании
А.А. СМОЛИН, электромеханик сервисного локомотивного депо Абакан филиала «Восточно-Сибирский» ООО «ЛокоТех-Сервис»
На ряде железных дорог России работают грузовые электровозы переменного тока 2(3)ЭС5К «Ермак», оснащенные микропроцессорной системой управления и диагностики (МСУД) с поосным регулированием силы тяги, оборудованные двумя вариантами схемы возбуждения тяговых электродвигателей (последовательная и независимая), а также системой рекуперативного торможения. На фоне всех преимуществ за время эксплуатации данных электровозов был выявлен и ряд недостатков, которые требуют незамедлительного устранения.
В предыдущей статье (см. «Локомотив» № 2, 2026 г.) было рассказано об опыте эксплуатации электровозов данной серии на полигоне Западно-Сибирской и Красноярской дирекций тяги, приведены предложения по совершенствованию системы управления электровоза для устранения выявленных недостатков. В этой статье автором приводятся предложения по совершенствованию пневматической схемы электровозов этой серии.
УПРАВЛЕНИЕ РАБОТОЙ КОМПРЕССОРОВ
Изначально на электровозах 2(3)ЭС5К «Ермак» с поос-ным регулированием силы тяги включение/выключение мотор-компрессоров (МК) осуществлялось по дискретному сигналу от датчика (схемное обозначение SP6), аналогично первому поколению электровозов этой серии. В 2021 г. с выходом версии программного обеспечения 2.5 ПО МСУД-015 датчик SP6 был исключен, а алгоритм управления МК построен на данных от двух аналоговых датчиков давления питательной магистрали (ПМ) (схемное обозначение ВР20), расположенных на головных секциях электровоза. Для снижения количества запусков в алгоритме удачно реализовано поочередное включение МК на разных секциях. В то же время, при падении давления в ПМ ниже 0,75 МПа, больших утечках или низкой производительности предусмотрено подключение остальных МК.
Включение МК МСУД осуществляет по данным того датчика BP20, который фиксирует наименьшее значение давления (0,78 МПа), а отключение — по датчику ВР20 с наибольшим значением (0,9 МПа). Таким образом, уже при допустимой (за счет погрешности) разнице показаний датчиков ВР20 на 0,03 МПа перепад давления между включением и выключением МК будет составлять 0,09 МПа, т.е. менее 0,1 МПа.
Что же может произойти, если разница показаний датчиков ВР20 будет еще больше?
На рис. 1 приведен пример работы МСУД электровоза 3ЭС5К-921 при неисправности датчика ВР20 на ведомой секции. В одном временном промежутке на двух головных секций события происходили в следующем порядке:
- > при снижении давления в ПМ до 0,78 МПа запустился МК на ведомой секции 2;
- > во время его работы на этой же секции скачкообразно снизилось показание ВР20 до 0,5 МПа, и МСУД запустил МК на всех секциях;
- > при достижении давления в ПМ 0,9 МПа на секции 1 МСУД многократно включает/выключает все МК, получая одновременно от неисправного датчика ВР20 секции 2 показания давления 0,55 МПа и менее.
В данном случае на стоянке машинист отключением тумблера «Компрессор» на пульте прервал некорректную работу МСУД, а во время движения поезда несколько раз срабатывали тепловые реле в цепи контакторов МК, так как машинисту сложней определить данную ситуацию, а МСУД её не определяет как неисправность и не формирует никаких сообщений.
МСУД считает неисправным датчик ВР20 только в случае обрыва его цепи (далее управляет МК по одному датчику ВР20), а при получении любых, даже абсурдных, показаний учитывает их данные, что приводит к хаотичной работе компрессоров и преждевременному выходу их из строя. Необходимо, чтобы система МСУД анализировала отклонения между показаниями датчиков давления ВР20. Например, если разница между давлениями в ПМ разных секций превышает 0,03 МПа, то должно выводиться соответствующее диагностическое сообщение «Внимание! Недопустимый разброс давлений в питательной магистрали секций» с рекомендацией для обслуживающего персонала.
Данная информация своевременно предупредит машиниста, который на блоке индикации МСУД по кадру «Пневматическое оборудование» определит неисправный ВР20, сравнив его показания с показаниями манометра на данной секции, и отключит его. Эта же информация в условиях низких температур поможет своевременно определить перемерзание ПМ между секциями.
АВТОМАТИЧЕСКАЯ ПРОДУВКА
Управление клапанами продувки главных резервуаров и маслоотделителя со стороны МСУД без участия локомотивной бригады — несомненно, хорошая идея. Не буду останавливаться на всем алгоритме автоматической продувки — он подробно описан в технических требованиях к программному обеспечению МСУД-015 (ТТ ПО МСУД-015), но хочу указать на ряд недостатков.
Первое предложение, и наверно самое главное — необходимо запретить включение автоматической продувки при отсутствии условий включения компрессоров при любой скорости, в том числе на стоянке.
Каждый машинист знает, как важно сохранить «воздух» во время определения и устранения неисправности. А что делает МСУД (рис. 2) при отключенном на пульте тумблере «Компрессор», при выключенных ГВ, при отсутствии напряжения в контактной сети или при опущенных токоприемниках? МСУД с периодичностью 10 — 12,5 мин включает автоматическую продувку на разных секциях. Для чего это сделано? Чтобы машинист не забыл заказать вспомогательный локомотив через 10 мин? Может ещё мало примеров самопроизвольного ухода подвижного состава? Конечно, имеется возможность отключения автоматической продувки через блок индикации, но в случае вынужденной остановки машинисту бывает не до этого.
Второе предложение — периодичность срабатывания автоматической продувки должна зависеть от темпа образования конденсата в каждой группе главных резервуаров (или проще сказать, от длительности работы МК).
На данный момент автоматическая продувка включается через одинаковые промежутки времени, а частота включений и длительность работы МК зависят от величины расхода воздуха в пневматических сетях локомотива и поезда, которая, кроме того, значительно изменяется в процессе поездки из-за применения пескоподачи и повторных торможений.
Алгоритм, построенный на основе длительности работы каждого МК, кроме того позволит своевременно определить снижение производительности отдельного компрессора.
На рис. 3 видно, что большинство срабатываний автоматической продувки не совпадает с моментом работы МК на отдельно взятой секции, из-за чего:
А происходит интенсивное перемещение горячего влажного воздуха между секциями;
А в зимнее время конденсат успевает замерзнуть в главных резервуарах до следующей продувки на этой секции.
Из вышесказанного напрашивается третье предложение — автоматическая продувка должна включаться именно на той секции, где работает компрессор при давлении в ПМ около 0,88 МПа. Данный алгоритм будет иметь еще один положительный эффект — машинисту не нужно выключать автоматическую продувку для замера плотности грузового поезда, так как она не будет включаться при неработающих компрессорах.
КНОПКА S23 «ОТПУСК ТОРМОЗОВ», ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ SP16, ЭЛЕКТРОБЛОКИРОВОЧНЫЙ КЛАПАН Y3
Согласно ТТ ПО МСУД-015, включение электроблоки-ровочных клапанов Y3 (кроме режима рекуперации) на всех секциях МСУД осуществляет при выполнении всех нижеперечисленных условий:
- в ведущей секции нажата кнопка с самовозвратом S23 «Отпуск тормозов»;
- хотя бы в одной из секций с кабиной есть давление в тормозных цилиндрах по информации от датчика давления SP16 (0,03 МПа в импульсной магистрали от воздухораспределителя).
При этом датчик SP16 не установлен в бустерных секциях, а воздухораспределитель установлен.
На рис. 4 показан случай образования проворотов бандажей всех колесных пар бустерной секции электровоза 3ЭС5К-1335. Из-за неисправности (в конце ликвидации сверхзарядного давления) воздухораспределитель срабатывал на торможение, но при нажатии кнопки S23 «Отпуск тормозов» система МСУД не подавала питание на электроблокировочный клапан Y3, так как не было сигналов от двух датчиков SP16 головных секций (там воздухораспределители были исправны). При этом видно, что все цепи исправны, в режиме рекуперации клапан Y3 срабатывал, и воздух уходил из тормозных цилиндров.
Совершенно непонятны действия локомотивной бригады на выводимые на экран сообщения, на лампу сигнализации ТЦ — понажимали кнопку S23 «Отпуск тормозов», но индикатор тормозных цилиндров не погас. В итоге локомотивная бригада следовала далее более 100 км. А ведь можно было просто на ходу отключить тормозные цилиндры на бустерной секции!
Отсюда напрашивается вывод — на всех секциях, где установлены воздухораспределители, необходимо устанавливать датчики SP16, а машинистам советую учиться на чужих ошибках.
Также согласно ТТ ПО МСУД-015, питание на всех клапанах Y3 должно сохраняться после отключения кнопки S23 «Отпуск тормозов» при выполнении двух условий:
- V замкнут датчик SP16 хотя бы на одной секции;
- V отсутствие разрядки ТМ ниже 0,29 МПа по аналоговым датчикам ВР17.
Значит, если воздухораспределитель не сработает на отпуск или не отключится датчик SP16 (такой случай уже был), то после нажатия кнопки S23 «Отпуск тормозов» на всех секциях клапаны Y3 будут находиться под питанием и автотормоза на локомотиве не будут срабатывать при служебных торможениях до разрядки ТМ ниже 0,29 МПа.
Особенно данная ситуация опасна при одиночном следовании и с короткими хозяйственными поездами — при торможении САУТ цилиндры локомотива не наполнятся, остановить сможет только срыв ЭПК.
Из вышесказанного следует, что МСУД должна анализировать по работе датчиков SP16 исправность и включение воздухораспределителей на всех секциях и формировать соответствующие сообщения для локомотивной бригады с привязкой к номеру секции.
ДВА ДАТЧИКА ВР17, ДАТЧИК ВР10 (ОТ КЛУБ-У), А РАЗРЯЖЕНА ЛИ ТОРМОЗНАЯ МАГИСТРАЛЬ?
Приведу для начала один из многих случаев (но самый показательный!) неисправности датчика давления в ТМ (схемное обозначение ВР17). На рис. 5 показан момент саморас-цепа в грузовом поезде на перевальном участке — ведущий электровоз 3ЭС5К-905, подталкивающий электровоз 2ЭС5К-535 (без объединения ТМ). Показания датчика ВР17 на головной секции электровоза 3ЭС5К-905 начали отклоняться за несколько часов до этого случая. Но именно здесь снижение произошло до 0,28 МПа, и на головном локомотиве отключился тяговый режим.
В результате в первой трети состава возникли большие сжимающие усилия (хорошо видно по изменению ускорения секции), а в сочетании с неисправностью 24-го вагона (разница высот автосцепок по концам вагона более 25 мм плюс неправильное размещение ограничителя перемещения зубьев) произошел саморасцеп поезда. При этом показания датчика временно восстановились до нормального значения, что дало возможность машинисту вновь включить тяговый режим, после чего произошел обрыв ТМ из-за разъединения рукавов между 24-м и 25-м вагонами.
Согласно ТТ ПО МСУД-015, МСУД получает информацию о давлении в ТМ от трех датчиков — два своих ВР17 (на головных секциях) и от ВР10 по интерфейсу CAN от системы КЛУБ-У. Для работы используется минимальное давление по информации от всех работоспособных датчиков ВР17, а неработоспособность ВР17 МСУД также определяет только при обрыве.
Неисправности датчика ВР17 или его цепи чаще всего проявляются в виде кратковременного провала давления, при этом формируемое МСУД сообщение о разряженной ТМ не содержит привязку к номеру секции, а машинисту после этого нет возможности определить, на какой секции нужно отключить неисправный датчик ВР17.
Необходимо чтобы система МСУД игнорировала снижение показаний одного датчика из трех, анализировала отклонения между показаниями датчиков давления ВР17. Например, если разница между давлениями в ТМ разных секций превышает 0,03 МПа, то должно выводиться соответствующее диагностическое сообщение «Внимание! Недопустимый разброс давлений в тормозной магистрали секций» с рекомендацией для обслуживающего персонала. Кроме того, при падении давления в ТМ до 0,28 МПа должно выводиться, например, такое сообщение: «Работа силовой схемы. Схема разобрана по причине: (Тормозная магистраль не заряжена на секции…)».
Данная информация своевременно предупредит машиниста, который на блоке индикации МСУД по кадру «Пневматическое оборудование»:
Э либо определит неисправный ВР17, сравнив его показания с показаниями манометра на данной секции, и отключит его;
Э либо своевременно определит истощение ТМ.
