Admin

Опорные балки для крепления устройств контроля схода в рельсовом пути

КРАСИЛЬНИКОВ Владимир Сергеевич, Самарский государственный университет путей сообщения (СамГУПС), Филиал СамГУПС в г. Нижнем Новгороде, кафедра «Общеобразовательные и профессиональные дисциплины», доцент, канд. физ.-мат. наук, г. Нижний Новгород, Россия

Ключевые слова: опорная балка, датчик контроля, устройство, подвижной состав, рельсовый путь
Аннотация. Для установки устройств контроля схода подвижного состава в рельсовом пути применяются разные типы опорных балок. Главной проблемой существующих устройств контроля схода является образование микротрещин и потеря электрического контакта вследствие незащищенности контрольной цепи от динамических воздействий, вызываемых колебаниями рельсов при прохождении состава. Это приводит к ложному срабатыванию датчиков. Проведен анализ конструкций опорных балок, определены признаки их сходства и различия, достоинства и ограничения. Обоснованы технические решения, направленные на устранение недостатков применяемых опорных балок. Использование полимерных диэлектрических материалов дает возможность расширить температурный и временной диапазон эксплуатации устройств контроля схода.


Основными составными частями устройства контроля схода подвижного состава (УКСПС) являются датчики контроля нижнего габарита, опорная балка, узлы крепления балки и контрольная электрическая цепь. Опорная балка предназначена для установки устройства контроля схода в рельсовый путь.
Существенными недостатками известных конструкций опорных балок является их вибрация при прохождении составов. Это влечет ослабление соединений элементов электрической цепи, нарушает целостность датчиков контроля и, как следствие, приводит к увеличению аварийности и задержке поездов. Снижение аварийности обеспечивается устройствами контроля схода и опасного приближения поезда [1-5].
Задачей исследования является поиск и обоснование технических решений, направленных на устранение недостатков применяемых опорных балок. С этой целью проанализированы достоинства и ограничения технических решений для них в виде шпал рельсошпальной решетки и специальных опорных балок из полимерных и металлических материалов.
Результаты анализа сравниваются с результатами, полуенными автором статьи, и интерпретируются в контексте необходимости создания надежной и эффективной конструкции опорной балки. ■ Рассмотрим опыт применения опорных балок в виде шпалы рельсошпальной решетки и в виде дополнительной шпалы,
укладываемой в межшпальное пространство.
Опорная балка - шпала рельсошпальной решетки. В УКСПС [6], регламентированном для применения на сети железных дорог, в качестве опорной балки используется деревянная шпала рельсошпальной решетки (рис. 1). На опорной балке 1 установлены датчики контроля 2, расположенные внутри и снаружи рельсового пути 3. Датчики соединены между собой в единую контрольную цепь, которая подключается концевыми проводниками 4 к кабельным муфтам. Балка 1 прикреплена к рельсам 3 рельсовыми скреплениями 5.

Возможность применения железобетонной шпалы рельсошпальной решетки в качестве опорной балки для УКСПС (рис. 2) была обоснована автором в работе [7]. УКСПС состоит из трех корпусов, изготовленных из диэлектрического полимерного материала - полипропилена. Внутри корпусов находятся датчики контроля электромагнитного типа. Два корпуса, содержащие по одному датчику контроля, расположены вне рельсовой колеи 1, 2 и прикреплены к железобетонной шпале с помощью скоб и шпилек. Внутри рельсовой колеи расположен корпус с тремя датчиками 3-5. Корпус датчиков внутри рельсовой колеи прикреплен к железобетонной шпале через рельсовые скрепления.
Недостатки применения опорных балок в виде шпал рельсошпальной решетки (как деревянной, так и железобетонной) состоят в том, что колебания рельсов при прохождении составов передаются на опорную балку и приводят к разрушению датчиков контроля, а также в трудоемкости монтажа датчиков и необходимости его проведения непосредственно на рельсовом пути.
Опорная балка - дополнительная шпала в межшпальном пространстве. Типичная опорная балка УКСПС в виде дополнительной деревянной шпалы, размещенной в межшпальном пространстве рельсошпальной решетки с железобетонными шпа
лами, показана на рис. 3, а схема установки датчиков контроля на такой балке - на рис. 4.
В УКСПС [8] опорной балкой для установки датчиков контроля также служит дополнительная деревянная шпала, размещенная в межшпальном пространстве рельсошпальной решетки с деревянными шпалами (см. рис. 4). На опорной балке 1 размещены датчики контроля 2, соединенные между собой перемычками 3 и 4 в единую контрольную электрическую сеть. Концевые проводники 5 предназначены для соединения электрической сети с кабельными муфтами. Опорная балка 1 расположена в межшпальном пространстве и прикреплена к рельсам 6 рельсовыми скреплениями 7.
Применение опорной балки в виде дополнительной шпалы в межшпальном пространстве [8] влечет те же самые недостатки, что и указанные в работах [6, 7]. Кроме этого, такая опорная балка оставляет слишком малый зазор (около 5 см) с соседними шпалами, что препятствует проведению механизированной подбивки шпал. ■ Рассмотрим опорные балки специальных конструкций, которые изготавливаются из металлических или полимерных материалов, имеют уменьшенную площадь поперечного сечения по сравнению со штатными шпалами и прикрепляются к рельсам рельсошпальной решетки.
Балки с креплением к рельсам, устанавливаемые вместо шпалы рельсошпальной решетки. В устройстве УКСПС-У опорной балкой является специальная металлическая балка, установленная на место шпалы рельсошпальной решетки и прикрепленная к рельсам [9]. Общий вид расположения опорной металлической балки УКСПС-У показан на рис. 5, а схематическое изображение расположения
элементов этого устройства на опорной балке - на рис. 6. На опорной балке 1 установлены датчики контроля, состоящие из двух контрольных планок 2 и двух стоек 3. Контрольные планки 2 соединены гибкими тросовыми перемычками 4 и механически соединены цилиндрическими вкладышами. Датчики контроля, расположенные внутри рельсовой колеи, соединены между собой перемычками 5. Внешние датчики контроля имеют концевые перемычки 6 для соединения с кабельными муфтами. Внутренние и внешние датчики соединены перемычками, проходящими под рельсами 7.
Отличительная особенность устройства УКСПС-У от устройств, размещаемых на деревянных шпалах, заключается в том, что опорной частью конструкции является не шпала, а специальная балка из стального швеллера.

В [10] описана опорная балка УКСПС в виде полой композитной шпалы коробчатой формы, выполненная из синтетических материалов. Она установлена вместо шпалы рельсошпальной решетки и прикреплена к подошвам рельсов. Очевидно, что полая шпала, помимо ее высокой цены, имеет еще один существенный недостаток -прочностные ограничения.
Балки с креплением к рельсам, размещаемые в межшпальном пространстве. Специальные опорные балки, прикрепленные к рельсам, но размещенные в межшпальном пространстве, были представлены в работах [11, 12]. Опорные металлические балки плоской формы [11] или в форме Т-образного профиля [12] устанавливались в межшпальном пространстве и прикреплялись к подошвам рельсов с помощью электроизолированных креплений.
Недостаток конструкции опорных балок с креплением к рельсам состоит в том, что температурные изменения могут привести к неравномерному угону рельсов (до 30 см), в результате чего один край балки смещается относительно другого. В связи с этим реализация технического решения по креплению опорной балки к рельсам в работах [11, 12] также, как и в работах [9, 10], является недостаточной, потому что при жестком креплении к рельсам из-за неодинакового угона рельсов опорная балка деформируется и разрушает изоляцию контрольной электрической цепи [13]. Это может привести к ложному срабатыванию датчиков контроля. Причиной неравномерного угона являются температурные изменения длины рельсов, а следствием - неодинаковое смещение концов опорной балки. Это ограничивает применение опорных балок с жестким креплением к рельсам на протяженных блок-участках бесстыкового пути.



Кроме этого, опорные металлические балки не обладают высокой электрической изоляцией относительно рельсового пути, особенно при повышенной атмосферной влажности.
Еще один недостаток плоских опорных балок, размещаемых в межшпальном пространстве и прикрепляемых к рельсам, состоит в том, что подрельсовые перемычки могут быть механически разрушены из-за внешнего воздействия элементами железнодорожной насыпи.
Была разработана опорная балка [14, 15], обеспечивающая ее продольное перемещение без возникновения деформации в ней при угоне рельсов (рис. 7). Бесконтактные электромагнитные датчики контроля 1 соединены в единую контрольную электрическую цепь 2. Датчики помещены в ударопрочные корпуса 3, выполненные из полипропилена. Корпуса 3 датчиков закреплены на плоской опорной балке 4 на уровне подошвы рельсов. Балка 4 выполнена из ударопрочного полипропилена толщиной 40 мм, прикреплена к рельсам 5 и расположена между шпалами 6. Крепления 7 опорной балки снабжены амортизирующими прокладками 8. Электрическая цепь 2, включающая подрельсовые перемычки, размещена внутри корпусов 3 датчиков контроля и внутри каналов в опорной балке 4. Это надежно защищает ее от механических разрушений элементами железнодорожной насыпи.
Амортизирующие прокладки 8 обеспечивают менее жесткое прикрепление балки к рельсам и дают возможность для ее продольного перемещения относительно рельсов без деформации при возникновении угона. Это позволяет повысить сохранность датчиков контроля.
Опорная балка с амортизирующими прокладками [14] имеет менее жесткое крепление к рельсам по сравнению с балками [9-12] и допускает ее перемещение вдоль рельсового пути при возникновении угона рельсов. Ввиду этого применение опорной балки с амортизирующими прокладками более предпочтительно, потому что позволяет нивелировать влияние неравномерного угона.
Опорные балки из диэлектрических материалов [14, 15] обеспечивают (по сравнению с деревянными и металлическими балками) повышенную надежность изоляции электрической цепи относительно рельсов. Это увеличивает срок службы устройств контроля схода не менее, чем до 25 лет. Использование полимерных диэлектрических материалов дает возможность эксплуатировать опорные балки в температурном диапазоне от -60 до +80 °C.

Недостатки применения опорных балок в виде шпалы рельсошпальной решетки или дополнительной шпалы в межшпальном пространстве связаны с трудоемкостью монтажа датчиков контроля на рельсовом пути и повышенной вероятностью разрушения датчиков при прохождении составов. Использование дополнительной шпалы ограничивает механизированную подбивку шпал.
Опорные балки, жестко прикрепленные к подошвам рельсов, подвержены влиянию неравномерного угона рельсов, в результате чего может произойти ложное срабатывание датчиков контроля [13]. Опорная балка с амортизирующими прокладками имеет менее жесткое крепление к рельсам, поэтому ее применение предпочтительнее, так как позволяет нивелировать влияние неравномерного угона.
Использование полимерных конструкционных материалов дает возможность расширить температурный и временной диапазон эксплуатации опорных балок.

Дальнейшая разработка оптимальной конструкции опорной балки для устройств контроля схода сохраняет свою актуальность. В частности, такой разработкой могла бы стать модульная конструкция балки из полимерных диэлектрических материалов, которая обеспечивала бы полную сборку устройства до его установки в рельсовый путь и предотвращала вибрацию опорной балки из-за колебаний рельсов при прохождении составов.

СПИСОК источников
1. Кириллов А.Н. Устройства контроля схода подвижного состава на подходах к искусственным сооружениям // Автоматика, связь, информатика. 2021. № 9. С. 21-22. DOI: 10.34649/ АТ.2021.9.9.002. EDN: DVZYMA.
2. Красильников В.С. Применение закладных брусьев для размещения несущих платформ устройств контроля схода подвижного состава // Инновационный транспорт. 2023. Ns 1. С. 78-81. DOI: 10.20291/2311 -164Х-2023-1 -78-81. EDN: BQCPFN.
3. Красильников B.C. Системы предупреждения персонала о приближении подвижного состава и перспективы их развития // Автоматика, связь, информатика. 2023. № 5. С. 7-9. DOI: 10.34649/ АТ.2023.5.5.001. EDN: XCDYKS.
4. Седов В.В., Сорокин С.В., Красиль
ников В.С. Системы оповещения обслуживающего персонала постов KTCM // Железнодорожный транспорт. 2019. № 9. С. 50-52. EDN: FZZBGC.
5. Красильников В.С. Блок базового контроля повышенной надежности для УЗП // Автоматика, связь, информатика. 2022. № 10. С. 6-8. DOI: 10.34649/ АТ.2022.10.10.001. EDN: IAUNLP.
6. Устройство контроля схода подвижного железнодорожного состава (УКСПС). Технология обслуживания : Ns ЦШЦ-37/19 : утв. МПС России 30 января 2003 г.
7. Красильников В.С. Несущие платформы для устройств контроля схода подвижного состава в виде шпал рельсошпальной решетки // Инновационный транспорт. 2023. Ns 2. С. 47-50. DOI: 10.20291/2311-164Х-2023-2-47-50. EDN: BWXRLA.
8. Пат. 2279369 РФ, В61L 23/26, В60К 28/14, G08B 21/00. Устройство контроля схода подвижного состава / Дементьев И.В., Ванцев С.С., Исайчев Н.Г., Букин М.Н., Петров А.А.; патентообладатель ОАО «РЖД». № 2004104956/11; заявл. 18.02.04; опубл. 10.07.06; Бюл. № 19. 5 с.: ил.
9. Технико-нормировочная карта Ns ТНК ЦШ 0504-2020. Устройство контроля схода подвижного состава (УКСПС). Проверка состояния несущей конструкции и контрольного устройства УКСПС : утв. ЦДИ ОАО «РЖД» 22.04.2020.
10. Пат. 32071 РФ, B61L 23/26. Устройство схода подвижного состава / Мокрицкий Б.Я., Каменев
А.И., Гоман Е.А.; патентообладатель ЗАО «Дальневосточная технология». Ns 2003107268/20; заявл. 26.03.03; опубл. 10.09.03; Бюл. Ns 25. 7 с.: ил.
11. Пат. 25722 РФ, В61L 23/26, В61F 19/10. Устройство контроля схода подвижного состава / Штанов О.В., Васин В.В., Степанов Ю.С., Гриншпун Ю.И.; патентообладатель ЗАО «Дальневосточная технология». Ns 2002115401/20; заявл. 13.06.02; опубл. 20.10.02; Бюл. Ns 29. 8 с.: ил.
12. Пат. 2243119 РФ, B61L 23/26, В60К 28/14, G08B21/00. Устройство контроля схода подвижного состава / Васин В.В., Широких К.В., Штанов О.В., Степанов Ю.С., Хорев А.М.; патентообладатель ЗАО «Дальневосточная технология». Ns 2002113146/11; заявл. 18.05.02; опубл. 27.04.04; Бюл. Ns 36. 9 с.: ил.
13. Зингер М.Б. Резервы повышения надежности УКСПС//Автоматика, связь, информатика. 2008. № 4. С. 39-42. EDN: ILGJWD.
14. Пат. 155788 РФ, В 61 L 23/00, В 60 К 28/10, В 60 К 28/14, G 08 В 21/00. Устройство контроля схода колесной пары с рельсов / Зайцев И.А., Ерилин Е.С., Исайчев Н.Г., Красильников В.С. и др.; патентообладатель ОАО «РЖД». Ns 2015102034/11; заявл. 23.01.15; опубл. 20.10.15; Бюл. Ns 29. 4 с.: ил.
15. Красильников В.С. Узлы крепления платформы для устройств контроля схода подвижного состава // Автоматика, связь, информатика. 2022. Ns 6. С. 12-14. DOI: 10.34649/АТ.2022.6.6.003. EDN: YFKQKV.