Admin

УКСПСк гарантирует повышение надежности

М.Б. ЗИНГЕР, начальник Вологодского отделения ПКТБ ЦШ

Вниманию читателей предлагается устройство контроля схода подвижного состава -УКСПСк. В нем применен датчик нового поколения на основе композитных и полимерных материалов. Датчик крепится к железобетонным и деревянным шпалам посредством оригинальной фундаментной балки или оснований датчиков УКСПС и не имеет многих недостатков существующих устройств контроля схода подвижного состава. Конструкция исключает зависимость эффективности его разрушения от направления вектора силового воздействия в вертикальной плоскости. Резервированная электрическая цепь УКСПСк не подвергается прямым динамическим и климатическим воздействиям. Она обрывается только после разрушения защитного корпуса датчика вследствие внешних динамических воздействий со значениями выше пороговых.

Более десяти лет на сети дорог активно внедряются устройства контроля схода подвижного состава (УКСПС) различных модификаций. Наиболее распространены изделия завода «Термотрон» (12,6 тыс. комплектов), известные как УКСПС, и ЗАО «Дальневосточные технологии» (1,4 тыс. комплектов)-УКСПС-У. Они имеют в своем составе контактные датчики разрушающегося типа, предназначенные для фиксации всех случаев схода подвижного состава с последующим перекрытием ограждающих сигналов и, с определенной степенью вероятности, волочения тяжелых предметов.

Следует отметить, что обнаружение волочения - отдельная задача, решить которую посредством пороговых датчиков разрушающегося типа невозможно. Реализовать эту функцию можно с помощью аппаратно-программных комплексов на базе акселерометрических или им подобных датчиков и программной установки необходимых уровней срабатывания. Последние вычисляются по силе удара и скорости движения состава и позволяют оценить массу волочащегося предмета.

Приступить к разработке систем контроля схода подвижного состава в 90-х годах заставила череда крушений, вызванных входом на станцию сошедшего с рельсов подвижного состава.

Одним из первых было устройство контроля неразрушающегося типа УКНГ. Его конструкция очень проста - внутри колеи через специально просверленные в рельсах отверстия натягивался стальной трос, который с одной стороны крепился к концевому выключателю. При эксплуатации практически любой сход всегда вызывал разрушения, требующие замены или основательного ремонта устройства. К тому же у него была очень низкая защищенность от случайных воздействий - при массе перекрытий сигналов невозможно было подтвердить обоснованность срабатывания (удары незначительной силы не оставляли каких-либо явных следов). Доработка конструкции УКНГ не могла дать необходимого уровня надежности из-за очень серьезного недостатка такой конструкции - неравномерный (до 30 см) угон рельсов вызывал ложное срабатывание.


В связи с этим было решено заменить его на устройства с датчиками разрушающегося типа - УКСПС. Сама конструкция создавалась в сжатые сроки без проведения полноценных исследований для определения требуемых и фактических параметров срабатывания датчиков. Большинство недостатков выявлялось и устранялось непосредственно в процессе эксплуатации.

Многолетний опыт применения УКСПС дал возможность выработать «Эксплуатационно-технические требования к устройствам УКСПС», в которых прописаны прочностные характеристики датчиков (22-42 кН в горизонтальном и 19-20 кН в вертикальном направлениях). Но эти значения только фиксируют сложившуюся ситуацию и не имеют соответствующего обоснования. По мнению автора, они существенно завышены, что в определенных ситуациях может привести к не-разрушению датчиков при сходе колесной пары.

Причиной такого положения дел является стремление разработчиков уменьшить вероятность повреждения датчика вследствие появления и последующего разрастания микротрещин. Это основной недостаток существующих конструкций.

Отправной точкой для обоснования прочностных параметров датчиков должно стать условие его разрушения нагрузкой, создаваемой в статическом режиме колесной парой вагона.

Для оценки ситуации специалисты ПКТБ ЦШ исследовали всю технологическую цепочку - от производства до монтажа и последующей эксплуатации устройств УКСПС. Основные проблемы и возможные пути их решения были изложены в статье «Резервы повышения надежности УКСПС», «Автоматика, связь, информатика», 2008 г., No 4 .

Многие конструктивные и технологические просчеты конструкций УКСПС объясняются предельно сжатыми сроками разработки, обкатки и массового внедрения этих систем - такова была обстановка в тот момент. Тем не менее, своевременность и оперативность внедрения этих устройств внесла неоценимый вклад в стабилизацию ситуации - были предотвращены десятки случаев проследования на станцию поездов, имеющих сход колесных пар вагонов, и выявлены сотни случаев волочения деталей или посторонних предметов. В частности, только в 2009 г. устройствами УКСПС предотвращено 10 подобных случаев с возможными тяжелыми последствиями.

В ходе эксплуатации устройств контроля наработан значительный опыт для изменения подходов к проектированию и сдаче в эксплуатацию, модернизации существующих конструкций и создания следующего их поколения, включая использование бесконтактных методов обнаружения.

Сейчас самым слабым звеном является датчик. Поэтому первоочередная задача - это разработка и внедрение его более надежных вариантов. При поддержке Департамента автоматики и телемеханики в этом направлении интенсивно работают несколько групп разработчиков.

Не остается без внимания и вопрос улучшения конструкции существующих устройств контроля. Например, разработан вариант УКСПС-1 с балкой из стеклотекстолита с креплением к железобетонной шпале и уменьшенным числом болтовых соединений в электрической цепи.

К серьезным недостаткам существующих устройств контроля следует отнести возможность возникновения обходных электрических цепей при попадании токопроводящих предметов и металлической пыли с тормозных колодок на конструкцию.


Автор считает, что основу следующего поколения УКСПС должны составить существующие устройства с модернизированными датчиками, дополненные подсистемой бесконтактного обнаружения волочения (схода) и счета осей с организацией канала связи по кабельной сети. Нет смысла менять имеющиеся принципы обнаружения схода посредством разрушающихся датчиков, бесспорным преимуществом которых является предельная простота, надежность и фактически 100 %-ная вероятность выявления схода подвижного состава в любых ситуациях. К тому же, такой подход не потребует изменения существующих схемных решений.

У всех вариантов УКСПС есть один и тот же принципиальный недостаток - образование микротрещин и потеря электрического контакта вследствие незащищенности электрической цепи от климатических и динамических воздействий. Он не позволяет кардинально улучшить ситуацию с неподтверждаемыми (ложными) срабатываниями устройств, которые, по мнению эксплуатационного штата, могут достигать 40 %. Отсюда и появление дефектоскопных технологий, призванных хоть как-то спрогнозировать возможный отказ датчика.

Но дефектоскопия датчиков - дело малоперспективное, ведь трещины могут образовываться и разрастаться в очень короткие временные промежутки. Кроме того, использование дефектоскопных технологий для УКСПС означает появление еще одной несвойственной для электромеханика функции. Именно эта проблема заставляет дороги предлагать резервирование УКСПС, заключающееся в установке рядом еще одного устройства с параллельным включением. Однако, такое решение вдвое увеличивает эксплуатационные расходы и создает дополнительные организационнотехнологические проблемы (например, при срабатывании только одного УКСПС).


Принципиальной проблемой является сама основа конструкции существующих устройств - неразделенные динамическая и электрическая цепи, подверженные прямому динамическому и климатическому воздействию. Как следствие - окисление и загрязнение электрических контактов и появление микротрещин на датчиках. Попутно следует отметить, что сталь в конструкции ряда испытанных датчиков при отрицательных температурах (ниже -ЗО’С) по своим механическим свойствам больше напоминала чугун и имела слишком большой разброс прочностных характеристик в рабочем диапазоне температур.

Сейчас в составе УКСПСк создан датчик нового поколения на основе композитных и полимерных материалов. Он крепится к железобетонным и деревянным шпалам посредством собственной фундаментной балки или оснований существующих устройств УКСПС и не имеет всех упомянутых недостатков. Его конструкция исключает зависимость эффективности его разрушения от направления вектора силового воздействия в вертикальной плоскости. Резервированная электрическая цепь разработанного устройства УКСПСк не подвергается прямым динамическим и климатическим воздействиям. Разрыв электрической цепи происходит только после разрушения защитного корпуса датчика вследствие превышения нормированных динамических воздействий.

Кроме того, конструкция УКСПСк исключает возникновение обходных электрических цепей в процессе его эксплуатации и необходимость применения специальных технологий, например дефектоскопии, для оценки его механического состояния. При этом не требуется устанавливать изолирующие элементы в случае его крепления к несущей конструкции (фундаментной балке, выполненной из стандартного стального уголка) и применять диэлектрические материалы при изготовлении.

Рабочая поверхность датчика УКСПСк имеет покрытие, позволяющее визуально оценить наличие механических воздействий на него в процессе эксплуатации, В его комплект входит защитное устройство для ограждения от незначительных динамических ударов (рис. 1), которое позволило отказаться от необоснованного завышения прочностных характеристик датчика.

Два датчика 3 (рис. 2), корпус которых выполнен из стеклопластиковой трубы СПК-14/10, с внутренней электрической цепью на основе эмалированного провода 4 сечением 0,75-0,90 мм2, расположенного по их центру, фиксируются в защитной трубе торцевыми крышками 2. Защитная стеклотекстолитовая труба 1 диаметром 50/40 мм имеет нормированные характеристики разрушения (10-12 кН) при внешних динамических воздействиях.

Выводы 5 датчиков имеют разъемы (штепсель 6 и розетку 7) и соединяются в последовательную цепь, для чего между соседними датчиками расположены соединительные коробки. Температурный диапазон эксплуатации датчика (от +90’до -60° С) определяется характеристиками примененных клеев-герметиков. Заданные прочностные характеристики относительно стабильны во всем температурном диапазоне. При отсутствии сильных механических воздействий расчетный срок службы датчика составляет не менее 25 лет.
Крепление существующих конструкций УКСПС последних версий к одной шпале приводит, как показывает практика, к постепенному ее раскачиванию и сползанию в шпальный ящик. В результате приходится постоянно подтягивать шпальные крепления. Фундаментная балка УКСПСк крепится к двум смежным железобетонным шпалам (рис. 3), что дает неоспоримые преимущества.

Согласно расчетам, при внедрении УКСПСк увеличение периодичности обслуживания и уменьшение количества внеплановых отвлечений специалистов за счет значительного повышения надежности снизят эксплуатационные расходы не менее чем в 4-5 раз.

Кроме того, новый датчик может устанавливаться на существующих основаниях устройств УКСПС производства ЗАО «Термотрон» (рис. 4). Его круглая форма обеспечивает независимость усилия разрушающего воздействия от направления вектора удара в вертикальной плоскости и минимизирует риск срабатывания от воздействия легких волочащихся предметов.


Еще одним серьезным недостатком существующих УКСПС последних версий является то, что вся конструкция вместе с датчиками монолитна, что крайне затрудняет ее установку с соблюдением требуемых габаритов, а при дефектах литья на концах железобетонных шпал может сделать невозможной. Кроме того, подобные конструкции исключают возможность регулировки габаритов датчиков с учетом бокового износа рельсов и очень затрудняют при вертикальном.

Следует отметить, что устройство УКСПСк надежно крепится на любых шпалах, положение его датчиков легко регулируется в вертикальной и горизонтальной плоскостях при минимально возможном разрыве контролируемой зоны.

На данный момент УКСПСк проходит опытную эксплуатацию на перегоне Вологда 2 - Молочное Северной дороги в двух вариантах - в самостоятельном конструктиве с креплением к железобетонным шпалам и с установкой в основания устройства УКСПС существующей конструкции на деревянной шпале.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

СЦБот

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Автоматика, связь, информатика".

Перенес: Admin