Admin

Электроприводы с внутренним и внешним запиранием остряков

С.Л. КОНДРАТЕНКО, старший научный сотрудник ПГУПС, канд. техн. наук

Для обеспечения безопасного движения поездов по стрелочному переводу на российских дорогах применяют электроприводы с внутренним запиранием шибера (ВНУ), а также с внешними замыкателями (ВНЕ). Несмотря на то что эти технические средства имеют одинаковое назначение, между ними существуют принципиальные отличия.

Рассмотрим ситуации, при которых возникает угроза безопасности движения поезда по стрелке.

При пошерстном направлении движения поезда по прямому пути (рис. 1) за счет бокового поперечного виляния экипажа от колесной пары возникают горизонтальные усилия, направленные на прижатый остряк и рамный рельс. В результате происходит его упругое смещение, т.е. уширение колеи в пределах норм эксплуатации. В этом случае электроприводы (ВНУ и ВНЕ) не препятствуют движению остряка и не требуется усилие для его удержания.

Если поезд движется с ответвления на прямой путь (рис. 2), под воздействием колеса остряк может упруго изгибаться по принципу «коромысла» и отходить от рамного рельса. Это не влияет на безопасность движения, поскольку колесная пара с большой инерционной массой прижимает упруго изогнутый остряк обратно к рамному рельсу, т.е. колеса сами прокладывают себе путь.

В обоих случаях при скатывании колеса с остряка на рамный рельс происходит упругое горизонтальное смещение (отжим) рамного рельса. При этом остряки, запертые электроприводом ВНУ, стоят на месте, а между отжатым рамным рельсом и остряком возникает зазор. После ухода колеса рамный рельс, возвращаясь в исходное положение, ударяется об остряк. Удар через гарнитуру электропривода передается на запирающий узел, но благодаря изогнутости рабочей тяги, массе второго (отведенного) остряка и межостряковой тяги смягчается. При движении поезда по прямому пути со скоростью 200 км/ч это усилие достигает 12 кН. Такие повторяющиеся удары постепенно приводят к отказу элементов силовой цепи гарнитуры и электропривода.

При движении с бокового пути, как известно, скорость ограничена 40 км/ч, поэтому сила удара не превышает 1,5 кН и практически не влияет на электропривод.


При использовании электропривода ВНЕ отжимаемый колесом рамный рельс жестко (кляммерой) связан с прижатым остряком и, соответственно, тянет его за собой. После прохода колеса одновременно с рамным рельсом в исходное положение без удара возвращается и остряк. Электропривод не испытывает при этом сущес твенных силовых воздействий, в чем, несомненно, состоит одно из основных преимуществ внешних замыкателей.

Движение поезда по стрелке в противошерстном направлении является наиболее опасным. Схемы движения по прямому пути и при заезде на боковой путь представлены соответственно на рис. 3 и 4. В этом случае за счет бокового виляния и массы экипажа колесо поезда перед заездом на вострие остряка упруго отжимает рамный рельс. Электропривод ВНУ удерживает остряк в том положении, в которое он переместится при переводе, т.е. остряк остается на месте. При этом между рамным рельсом и остряком появляется превышающий норму зазор, что угрожает безопасности движения.

Колесо, наезжая на неплотно прижатый остряк, начинает постепенно его разрушать. Тонкое вострие крошится, что может привести к выезду реборды колеса между рамным рельсом и остряком (в желоб), а затем к сходу поезда.

На стрелке с электроприводом ВНЕ остряк плотно прижат к рамному рельсу внешним замыкателем. Упругое смещение рамного рельса всегда сопровождается таким же смещением остряка. Это еще одно важное преимущество данного электропривода. Если вострие приподнято относительно рамного рельса на расстояние свыше нормы, выкрашивание остряка возможно и при подобном способе запирания.

Усилие, с которым колесо отжимает рамный рельс, зависит от кривизны пути, массы и скорости экипажа, а также надежности крепления рельса к шпале. Сила удара колеса о неплотно прижатый остряк пропорциональна скорости движения поезда по стрелке.

При следовании на боковой путь по обычным стрелочным переводам с маркой крестовин 1/9 и 1/11 скорость поезда ограничена из-за их пологости и составляет 40 км/ч (для высокоскоростных с типом рельсов Р65 и маркой крестовин 1/11 - 50 км/ч). Ограничение скорости при следовании поезда по прямому пути связано с конструкцией крестовины. Для обычных стрелочных переводов она составляет 140 км/ч, для стрелочных переводов на скоростных участках - 200 км/ч, высокоскоростных - 250 км/ч.

На новых стрелочных переводах при возросшей скорости движения упругое смещение рамного рельса и сила ударных воздействий на остряк и гарнитуру существенно увеличились, поэтому применять электроприводы ВНУ стало небезопасно. В связи с этим на сети российских дорог с 1997 г. на участках со скоростью более 160 км/ч эксплуатируются только электроприводы с внешними замыкателями.

В некоторых странах, например в Германии, эти устройства используются на участках с пассажирским движением независимо от скорости движения поездов по стрелкам.

Однако исследования динамической взаимосвязи кривизны пути, массы поезда, скорости движения и величины возникающего смещения рамного рельса, уложенного как на деревянные, так и на железобетонные шпалы, не проводились. Поэтому действующее на российских дорогах ограничение скорости поездов по стрелкам с электроприводами ВНУ научно не обосновано. Кроме того, чрезмерно затянутая фрикция во время перевода стрелки и при попадании камня между остряком и рамным рельсом приводит к его отжиму. В такой ситуации при уширении колеи может быть получен ложный контроль.

Основное предназначение стрелочного электропривода, гарнитуры и дополнительных стрелочных устройств - обеспечивать плотное прижатие остряка к рамному рельсу при движении поезда по стрелочному переводу с максимально разрешенной скоростью. При этом крайне важно удерживать вострие остряка постоянно прижатым к рамному рельсу именно во время движения поезда по стрелке (особенно в противошерстном направлении и при большой скорости), исключая возникновение зазоров.

С этой целью применяется внешний механический замыкатель отечественного производства ВЗ-7, обеспечивающий непосредственное зацепление остряка за рамный рельс. Однако подобные технические средства не защищены от внешних климатических воздействий и требуют частого обслуживания.

Для предотвращения зазора также используются электропривод ВНУ и пружина, установленная внутри или в гарнитуре. Во время движения поезда она постоянно воздействует на остряк, прижимая его к рамному рельсу. Благодаря этому исключается возникновение опасного динамического зазора между остряком и рамным рельсом.
Сила пружины рассчитана на смещение двух соединенных межостряковой тягой остряков, которые перемещаются вслед за упруго отжатым колесной парой рамным рельсом. В этом случае усилие электропривода должно быть достаточным не только для перевода остряков, но и для сжатия пружины. Подобное техническое решение применено в шведском электроприводе EBISwitch 2000.

На железных дорогах мира давно применяются ролико-пружинные устройства. Такие пружинные «дожиматели» могут быть автономными, т.е. механически не связанными с электроприводом.

Еще один вариант - электропривод ВНУ, который жестко (без изоляции) закреплен за рамный рельс, предназначенный для направления подвижного состава по прямому пути. С ближайшим остряком он связан короткой тягой. Остряк, ведущий на боковой путь, переводится и запирается через межостряковую тягу. Его фактическое прижатие контролирует внешнее автономное устройство, установленное на другом рамном рельсе. Такой электропривод совмещает функции внешнего замыкателя и обычного электропривода с внутренним запиранием. Подобное техническое решение было предложено сотрудниками ЛИИЖТа более 30 лет назад, но, к сожалению, осталось без внимания.

Сегодня, в связи с ростом грузооборота, развитием высокоскоростного пассажирского движения на российских дорогах, особое внимание необходимо уделять проследованию поездов по стрелочным переводам. Безопасное движение по стрелке может гарантировать только устройство, у которого запирающий узел надежно закреплен непосредственно за рамный рельс и жестко связан с ближайшим остряком.

С учетом специфики эксплуатации целесообразно при внедрении отдавать приоритет стрелочным устройствам отечественных производителей. Это, прежде всего, малогабаритные и малообслужиаемые автономные устройства, контролирующие фактическое прижатие остряка к рамному рельсу и внешние замыкатели с контролем запирания остряка. Достойные предложения есть у многих российских разработчиков.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

СЦБот

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

Перенес: Admin