[06-2024] Выбор технико-эксплуатационных характеристик рельсовых цепей на ВСЖМ

[Admin]

Выбор технико-эксплуатационных характеристик рельсовых цепей на ВСЖМ

Линьков Владимир Иванович, Российский университет транспорта, профессор кафедры «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте», доцент, д-р техн, наук, Москва, Россия
КУЗЬМИН Владислав Сергеевич,
Российский университет транспорта, кафедра «Автоматика, телемеханика и связь на желез! юдорож ном транспорте», сырший преподаватель, канд ioxii наук, Москва, Россия

Рельсовые цепи являются основой для построения значительного количества систем управления движением поездов. Основные достоинства, а именно использование канала «путь-локомотив» для организации передачи информации о допустимой и предупредительной скоростях на поезда, обнаружение самопроизвольного ухода подвижного состава и контроль целостности поезда, обнаружение излома рельса, воз можность использования канала «путь-путь» для трансляции ин формации между отдельными сигнальными установками (для систем с децентрализованным размещением оборудования), позволяют применять рельсовые цепи для нужд систем управле! 1ия на высокоскоростных железнодо рожных магистралях (ВСЖМ) во многих странах мира [1].
Активные исследования оте-ч<>( ।венных специалистов [2—4], а ।. 1кжс) опы г разработки и проектирования системы управления для НСМ Москва - Казань и Москва
Санкт-Петербург позволяют судить об основных особенностях средств напольной части инфра-сгруктуры системы управления, предлагаемых к применению в рамках проекта ВСЖМ-1. Однако слабо изученным остается ряд вопросов, определяющих роль и основные технико-эксплуатационные характеристики рельсовых цепей в системах управления на ВСЖМ.
Существенными технико-эксплуатационными характеристиками рельсовых цепей, определяющими возможность их применения в качестве базового компонента напольной части инфраструктуры систем управления на скоростном и высокоскоростном железнодорожном транспорте, являются:

• функциональное назначение в составе системы управления;
• шунтовая чувствительность; эксплуатационная длина;
• инерционность путевого и локомотивного приемников;
• несущая частота, вид модуляции и принципы кодирования сигнала контроля рельсовой линии для путевого и локомотивного приемников.

В качестве существенных можно рассматривать и другие технико-эксплуатационные характеристики рельсовых цепей, оказывающие влияние на область их применения на ВСЖМ.

Для изучения того, как ученые и специалисты отрасли решают задачи построения системы управления для ВСЖМ, а также того, как определяются основные технико-эксплуатационные характеристики рельсовых цепей при решении задач организации высокоскоростного движения, было проведено исследование современного отечественного уровня техники. В его рамках рассмотрены технические решения, опубликованные в патентной и научно-технической документации. За последние 20 лет поиск информации с учетом его предмета осуществлен только в отноше
нии Российской Федерации. При количественном и качественном анализе не рассматривались материалы, посвященные техническим решениям, связанным с конструкцией стрелочных переводов и их отдельных узлов.
Количественный анализ опубликованных работ в области систем управления, предлагаемых к применению на ВСЖМ, представлен рис. 1, 2. Он позволяет утверждать следующее:

• основные технические решения в данной области разрабатываются преимущественно специалистами АО «НИИАС» и принадлежат или АО «НИИАС», или ОАО «РЖД»;
• пики публикационной активности приходятся на инициализацию проектов разработки нормативно-технической документации для обеспечения проектирования ВСМ, а также на старт строительства линии ВСЖМ-1.

Качественный анализ технических решений позволяет утверждать, что большинство отечественных технических решений для ВСЖМ предполагает применение комбинированных (гибридных) систем управления с использованием как путевой части инфраструктуры с рельсовыми цепями (реже с использованием датчиков счета осей), так и радиоканала. При этом четкого функционального разделения между радиоканалом и индуктивным каналом «путь-локомотив» рельсовых цепей, кроме случаев отказа одного из них, в опубликованных работах не прослеживается.
В предложенных авторами решениях при возникновении одиночных неисправностей рельсовых цепей предполагается
осуществлять подключение резервного комплекта передатчиков и приемников или автоматическую реализацию режима реконфигурации путевой части инфраструктуры. Последнее является существенным фактором при выборе эксплуатационных длин рельсовых цепей, так как при возникновении одиночного отказа одного из генераторов/ приемников эксплуатационная длина рельсовой цепи может увеличиться в два-три раза.

Практически отсутствуют комплексные работы, в которых излагался бы опыт проектирования или разработки систем управления на ВСЖМ, а также перечень инженерных задач и проблем, с которыми столкнулись специалисты. Это может являться некоторым препятствием при внедрении передового опыта разработки оборудования ВСЖМ в образовательный процесс с целью опережающей подготовки кадров.
С учетом изложенного рассмотрим подходы к определению существенных технико-эксплуатационных характеристик и сформулируем постановку задачи син-теза/адаптации рельсовых цепей для ВСЖМ. Особенностью такой постановки задачи является ее сложная взаимосвязь с выбором функциональности рельсовой цепи в составе путевой части инфраструктуры ВСЖМ.
Для нужд систем управления ВСЖМ рельсовые цепи могут участвовать в реализации одной или нескольких функций:

• контроля целостности рельсовых нитей;
• обнаружения подвижного состава (или одной его колесной пары);
• трансляции информации об основной и предупредительной скоростях движения по участку/ расстоянии до точки прицельного торможения (препятствия)/реко-мендуемом режиме движения поезда [5];
• трансляции уникального идентификатора рельсовой цепи, а также иной вспомогательной информации;
• использовании границ эксплуатационных длин смежных рельсовых цепей в качестве реперных точек аналогично бализам в системах точечной автоматической локомотивной сигнализации.

При реализации первой и второй функций существенной характеристикой является эксплуатационная длина рельсовой цепи. При этом на практике следует стремиться к ее увеличению. Для реализации второй функции существенным является вопрос о шунтовой чувствительности рельсовой цепи, поскольку движение на высоких скоростях приводит к сокращению площади контактного пятна «колесо-рельс», а значит к увеличению переходных сопротивлений «колесо-рельс» и фактического сопротивления поездного шунта. Последнее потребует научного обоснования соответствующей нормы. В настоящее время АО «НИИАС» завершило предварительные испытания оборудования перспективных рельсовых цепей с использованием увеличенного сопротивления поездного шунта [6]. Однако указанное значение, вероятно, будет уточнено по результатам опытной эксплуатации перспективного подвижного состава ВСЖМ.

Кроме этого, для решения задачи обнаружения колесных пар подвижного состава и контроля целостности рельсовых нитей существенное значение будет иметь инерционность приемников, в первую очередь путевого, поскольку при высоких скоростях движения (свыше 250 км/ч и до 400 км/ч) при сравнительно небольшой длине подвижного состава (до 500 м) рельсовая цепь будет заниматься на незначительное время (от 7,2 до 13,5 с) при эксплуатационной длине рельсовой цепи от 300 до 1000 м.
С учетом высокой скорости движения подвижного состава реализация третьей и четвертой функций рельсовых цепей по
требует обоснования диапазонов значений таких технико-эксплу атационных характеристик как их эксплуатационная длина и инерционность приемников. Такое обоснование в отношении системы автоматической локомотивной сигнализации с подвижными блок-участками, применяемой как самостоятельное средство сигнализации и связи, достаточно хорошо сформулировано в [7].
При применении рельсовых цепей для определения поездом своего местоположения, а также для нивелирования погрешности одометрической системы (функции 4 и 5)возникает противоречие между эксплуатационной длиной рельсовой цепи и инерционностью локомотивного приемника с одной стороны и погрешностью в определении пространственных координат подвижного состава с другой. Для решения данной задачи с учетом характеристик перспективных одометрических систем и систем спутникового по зиционирования предполшаотся

<)(»<>< inman. 11)<Юования к расстояниям между ыкими реперными точками. Возможно, что и в этом случае целесообразным окажется применение рельсовых цепей с большей эксплуатационной длиной.
В отношении всех функций рельсовых цепей должны быть решены вопросы электромагнитной совместимости, поскольку электромагнитная обстановка на ВСЖМ будет определяться с одной стороны характеристиками электрического подвижного состава, а с другой - особенностями организации канализации тягового тока, в частности геометрическим положением заземляющего проводника относительно ходовых рельсов. Кроме того, с учетом требований электромагнитен совместимости и установленных норм в отношении >к< iniyaiационной длины, ценой и задач применения рельсовых ценой необходимо выбран. члснны несущих сигналов, inn модуляции и особенности кодирования В графической форме комплексная постановка задачи и взаимосвязи между приведенными подзадачами имеют вид, представленный на рис. 3.

Анализ уровня техники указывает на то, что в качестве базового датчика для обнаружения колесных пар подвижного состава и контроля целостности рельсовых нитей на ВСЖМ и средства трансляции сигналов от путевой части инфраструктуры на борт (наравне с радиоканалом) предполагается использовать рельсовые цепи, в первую очередь тональной частоты. К реализации предлагается комбинированный вариант системы управления движением поездов, который бы сочетал в себе как достоинства систем управления движением поездов на базе рельсовых цепей в части обнаружения колесных пар подвижного состава и контроля целостности рельсовых нитей и соответствующих систем автоматической локомотивной сигнализации, так и достоинства применения радиоканала, направленные на повышение эксплуатационной эффективности системы управления (т.е. повышения пропускной и провозной способности линий ВСЖМ). Такой подход с учетом анализа международного опыта выглядит наиболее предпочтительным, поскольку позволит обеспечить реализацию перевозочного процесса при возникновении одиночных отказов оборудования радиоканала или рельсовых цепей.

Для рельсовых цепей наmВСЖМ, обеспечивающих передачу информации от путевой части инфраструктуры к устройствам безопасности, основным является решение задач по выбору инерционности локомотивного приемника и предпочтительного диапазона эксплуатационных длин рельсовых цепей. При этом должны учитываться требования к электромагнитной совместимости напольных устройств ЖАТ, диапазон несущих частот сигналов контроля рельсовой линии и сигналов автоматической локомотивной сигнализации, модуляции и принципов кодирования.

В случае, когда рельсовые цепи предполагается использовать только в качестве средств обнаружения колесных пар подвижного состава и излома рельса, целесообразно рассматривать применение неограниченных рельсовых цепей с увеличенной эксплуатационной длиной. При этом требуется дополнительно определить нормативные значения, характеризующие инерционность путевых приемников. В отношении подвижного состава нужно решить задачу научного обоснования нормативного значения сопротивления поездного шунта для ВСЖМ, что потребует проведения комплекса натурных экспериментальных исследований.
Полученные результаты по комплексной постановке задачи предполагается использовать в дальнейшем при синтезе комбинированных систем управления движением поездов с использованием
рельсовых цепей и радиоканала и решении отдельных практикоориентированных задач в рамках теории рельсовых цепей.

СПИСОК источников

1. Озеров А.В. Принципы построения систем управления движением поездов на высокоскоростных линиях зарубежных стран // Наука и технологии железных дорог. 2023. Т. 7, № 3(27). С. 3-7.
2. Розенберг Е.Н., Озеров А.В., Баранов А.Г. Проектные решения РСУ-ДП для ВСЖМ-1 //Автоматика, связь, информатика. 2024. Ns 3. С. 2-4. DOI: 10.34649/АТ.2024.3.3.001.
3. Патент Ns 2811446 РФ, В61L 23/16. Система перегонных рельсовых цепей для высокоскоростного движения / Воронин В.А., Исмаилов К.И., Лобанова В.С., ШеметовС.В.; патентообладатель АО «НИИАС». Ns 2023130039; заявл. 20.11.2023; опубл. 11.01.2024; Бюл. Ns 2. 8 с.
4. Линьков В.И. Рельсовые цепи: использовать дальше или обойтись без них? И Автоматика, связь, информатика. 2019. Ns 2. С. 26-27.
5. Патент Ns 2768303 РФ, B61L 23/16. Способ интервального регулирования режимов движения поездов / Линьков В.И., Кузьмин В.С., Табунщиков А.К.; патентообладатель РУТ (МИИТ). № 2021126738; заявл. 10.09.2021; опубл. 23.03.2022; Бюл. Ns 9. 16 с.
6. НИИАС завершил предварительные испытания бесстыковой тональной рельсовой цепи // АО НИИАС : официальная страница ВКонтакте. 2022. 29 дек. URL: https://vk.com/@vniias-niias-zavershil-predvaritelnye-ispytaniya-besstykovoi-tonaln (дата обращения: 01.04.2024).
7. Воронин В.А. Многозначная АЛС на участках АЛСО с ПБУ // Автоматика, связь, информатика. 2022. Ns 7. С. 2-5.