Содержание к диссертации
Введение
1. Исследование состояния безопасности движения поездов и надежности работы электромеханических устройств железнодорожной автоматики 12
1.1. Анализ состояния безопасности движения поездов и надежности работы электромеханических устройств железнодорожной автоматики на сети железных дорог 18
1.2. Анализ состояния безопасности движения на железнодорожных переездах российских железных дорог и надежности работы устройств ограждения 25
1.3. Выводы по главе
2. Методы построения и технической эксплуатации комплекса переводных, замыкающих и контрольных устройств стрелочного перевода 31
2.1. Исследование механизма поведения рельса в зоне контакта с колесом движущегося подвижного состава 31
2.2. Методы предотвращения схода колесной пары подвижного состава при въезде на стрелку в противошерстном направлении 39
2.3. Исследование методов построения механизмов замыкания остряков и подвижных сердечников крестовин стрелочных переводов 51
2.4. Методы обеспечения безопасности и надежной работы замыкающих устройств стрелки с электроприводами с внутренним замыканием шибера 58
2.5. Методы обеспечения безопасности взреза стрелки при движении подвижного состава в пошерстном направлении 69
2.6. Исследование методов получения контроля фактического положения стрелки, оборудованной внешними замыкателями 78
2.7. Выводы по главе 2 84
3. Методы повышения эффективности построения и эксплуатации электромеханических устройств железнодорожной автоматики на перегонах и станциях 89
3.1. Методы построения системы управления, контроля и мониторинга технического состояния стрелочных электроприводов нового поколения и стрелочного перевода в целом 89
3.2. Технические и технологические решения повышения эффективности эксплуатации устройств ограждения железнодорожных переездов 93
3.3. Методы и механизмы обеспечения аэродинамической устойчивости напольного оборудования железнодорожной автоматики при движении высокоскоростных поездов 100
3.4. Выводы по главе 3 119
4. Эксплуатационно-технические требования, предъявляемые к электромеханическим устройствам железнодорожной автоматики и телемеханики 122
4.1.Функциональное назначение технических средств перевода стрелок, устройств ограждения железнодорожных переездов и других напольных устройств железнодорожной автоматики 122
4.2. Эксплуатационно-технические требования, предъявляемые к стрелочным электроприводам, замыкающим устройствам, устройствам контроля положения стрелок и стрелочной гарнитуре 136
4.3. Эксплуатационно-технические требования, предъявляемые к устройствам ограждения железнодорожных переездов 148
4.4. Выводы по главе 4 157
Заключение 159
Список использованных информационных источников
- Анализ состояния безопасности движения на железнодорожных переездах российских железных дорог и надежности работы устройств ограждения
- Методы предотвращения схода колесной пары подвижного состава при въезде на стрелку в противошерстном направлении
- Технические и технологические решения повышения эффективности эксплуатации устройств ограждения железнодорожных переездов
- Эксплуатационно-технические требования, предъявляемые к стрелочным электроприводам, замыкающим устройствам, устройствам контроля положения стрелок и стрелочной гарнитуре
Анализ состояния безопасности движения на железнодорожных переездах российских железных дорог и надежности работы устройств ограждения
Анализ случаев отказа устройств ЖАТ показывает, что на эксплуатационные причины приходится до 85 % от общего их количества, на производственные (заводские) до 8 %, на схемно-конструктивные – до 5 %, на остальные – 4 %.
При этом эксплуатационные причины, в свою очередь, подразделяются на нарушения правил и технологии производства работ – 65%, нарушение технологии проверки и ремонта в РТУ -15 %, прочие – 20 %. Отказы стрелочных электроприводов
На сети железных дорог РФ в эксплуатации находится 137626 стрелочных электроприводов 22-ух различных типов. Основную долю из них составляют стрелочные электроприводы типа СП-6 – 29711 (22%), СП-6М – 88200 электроприводов (65,0%) от общего количества.
Также на сети железных дорог РФ в эксплуатации находится 6970 электроприводов к УЗП (устройство заградительное переездное).
Количество нарушений нормальной работы устройств СЦБ, допущенных из-за неисправностей стрелочных электроприводов и гарнитур в 2012 году уменьшилось в сравнении с 2011 годом на 4,6% (861/902 случаев). Количество нарушений по причине отказов стрелочных электроприводов уменьшилось на 5,4% и составило 666 случай в 2012 году против 704 случаев в 2011 году.
Анализируя отказы стрелочных электроприводов по узлам (диаграмма 1.10) необходимо отметить, что по-прежнему, большая часть из них приходится на автопереключатели – 38,6% и стрелочные электродвигатели постоянного тока – 22,4%.
По остальным узлам отказы составляют: курбельный контакт – 11,7%; редуктор (фрикционное сцепление) – 6,2%; неисправность монтажа – 9,2%; шибер и контрольные линейки – 3,8%; стрелочные электродвигатели переменного тока – 4,9%; прочие – 0,1%.
Диаграмма 1.10 – Отказы стрелочных электроприводов по узлам Основные причины неисправности автопереключателя электроприводов: разрегулировка контактов – 59,1%; индевение контактов – 30,0%; - излом контактных пружин - 2,7%; - излом контактных колодок - 2,7%); излом контактной рессорной пружины - 1,9%; - неисправность микровыключателя - 1,6%; - излом ножевых колодок - 1,2%; - излом рычагов - 0,8%.
Стрелочные электродвигатели постоянного тока отказывали по следующим причинам: неисправности щточного узла - 38,9%; обрыв обмотки якоря - 20,8%; - неисправности коллектора - 22,1%; обрыв обмотки статора - 6,7%; - неисправности монтажа - 6,0%; - неисправности изоляции - 5,5%.
Стрелочные электропривода типа СП-2, СП-2Р, СП-3, СП-6 и СПВ-5 находятся в эксплуатации уже более 20 лет и выработали установленный в технических условиях срок эксплуатации на данные изделия.
Основными направлениями повышения надежности работы стрелочных электроприводов и электродвигателей являются: - качественное и своевременное техническое обслуживание; создание малообслуживаемых электроприводов с бесконтактным автопереключателем и применение современных композиционных материалов, не требующих смазки, покраски, защищенных от воздействия колебаний температуры, влаги и вандализма; разработка современных, надежных стрелочных электродвигателей; - создание бесконтактного автопереключателя; - создание электроприводов в полом металлическом брусе - «привод-шпала». Нарушения нормальной работы светофоров
Количество нарушений нормальной работы устройств СЦБ из-за неисправности светофоров в 2013 году по сравнению с 2012 годом уменьшилось на 11,8 % (689/781 случаев) и составляет 6,1 % от общего числа отказов по хозяйству Ш.
Основными причинами отказов светофоров (диаграмма 1.11) являются: перегорание светофорных ламп - 373 случаев (54,1% от общего числа нарушений нормальной работы светофоров), в том числе из-за заводских дефектов - 134 случая; остальные причины (в т.ч. случаи умышленной порчи и вандализма) Диаграмма 1.11 – Распределение доли отказов светофоров по причинам 74 случаев (10,7%). Увеличение числа отказов из-за неисправности светофоров допущено на Юго-Восточной (+130,8 %), Восточно-Сибирской (+80,0 %), Северо-Кавказской (+48,0%), Забайкальской (+48,0%) и Калининградской (+37,5 %) железных дорогах.
На станциях Подклетное и разъезд 239 км Юго-Восточной ж.д. автором проводились испытания наружных светофорных линз из ударопрочной оптической пластмассы. Испытания успешно завершены и их серийное производство освоено на Армавирском ЭМЗ - филиале ОАО «ЭЛТЕЗА», что позволяет значительно повысить наджность линзовых комплектов, увеличить их срок службы, снизить материальные и эксплуатационные затраты [Приложение Ж].
Повышение наджности работы светофоров с лампами накаливания достигается за счт тренировки светофорных ламп перед их установкой в эксплуатацию в условиях РТУ дистанций СЦБ, качественной регулировки контактов ламподержателя, повсеместного внедрения двухнитевых светофорных ламп с включением второй нити по схеме с ПКУ.
Кардинально решить проблему повышения наджности работы светофоров способна комплексная программа замены существующих светофоров с лампами накаливания на светофоры со светодиодными светооптическими системами (далее - ССС).
Методы предотвращения схода колесной пары подвижного состава при въезде на стрелку в противошерстном направлении
Основанием для такого решения служит тот факт, что контрольные линейки являются узлом регулировки при производстве пусконаладочных работах и требуют е периодически проводить в течение всего периода эксплуатации, даже при исправном в целом стрелочном переводе. И вызвано это тем, что нормы содержания колеи имеют более свободные пределы, чем нормы содержания величины зазоров между остряками и рамными рельсами, между ПСК и усовиком крестовины. Отклонения ширины колеи находится в пределах -2 +4 мм [54], в сумме 6 мм, а контроль положения подвижных элементов с зазором 24 мм, измеренном у острия остряка/ ПСК. Отсюда при уширении/ сужении колеи положение контрольных линеек требует регулировки. Изменения размеров колеи в пределах существующих допусков могут проходить в процессе движения поезда по стрелке, а в то же время может происходить потеря контроля стрелки. И это происходит при исправном состоянии стрелочного перевода.
Наличие внешнего замыкателя обеспечивает замыкание остряка непосредственно к рамному рельсу. Кинематика механизма внешнего замыкателя и его работа такова, что независимо от положения рамного рельса (в пределах существующих норм содержания пути), остряк дойдет до него, замкнется и будет находиться в замкнутом положении с гарантированным выставленным зазором вс время, пока он (остряк) находится в данном замкнутом положении.
Если предположить, что между остряком и рамным рельсом случайно попадет посторонний предмет размером больше выставленной величины зазора (более 2-х мм), внешний замыкатель не замкнет остряк, ведущая планка не сможет поднять кляммеру и замкнуть е, а соответственно ведущая планка не сможет продолжать сво движение, которое составляет 35 мм. В этом случае шибер электропривода не выполнит свой рабочий ход, контроля положения не будет (электропривод будет работать на фрикцию).
При оборудовании стрелочного перевода внешними замыкателями наличие упругой деформации рабочих тяг и отжима рамного рельса (изменение исходного положения рамного рельса) на работу внешнего замыкателя влияние не оказывает т.к. их размеры отличаются на порядок, а потому принудительного замыкания остряков не произойдет.
Причм все эти три ступени собираются последовательно и, каждая последующая может состояться только при условии выполнения предыдущей. При невыполнении во время перевода стрелки любой из фаз Б, В, или Г окончательные действия фазы А или Д даже не состоится, а только при завершении выполнения конечных фаз А или Д наступает контроль положения стрелки.
В исправном стрелочном переводе проекта 2956 в каждой контрольной точке подвижных элементов стрелочного перевода имеется внешний замыкатель, обеспечивающий их надежное прилегание и замыкание непосредственно к рамному рельсу или усовику крестовины, а таких точек в данном проекте имеется две на один подвижный элемент. Тогда во 2-й и 4-й точках контроль по положению контрольных линеек можно упростить, оставив их лишь у острия остряков и острия подвижного сердечника крестовины у стрелочных электроприводов №1 и №3 рисунок 2.24. Такое состояние не снижает безопасность движения поездов и проверено временем на всех стрелочных переводах проекта 2726 со стрелочными электроприводами типа СП-12.
На основании исследования, проведенного выше, с достаточной уверенность можно сделать вывод, что созданная система контрольная положения стрелочного перевода Р65, М1/11 проекта 2956 для организации высокоскоростного движения обеспечивает контроль с гарантированным безопасным состоянием даже при одиночном отказе благодаря следующим конструктивным признакам:
Введение дополнительных электроприводов на стрелке создает систему с независимым двухконтурным механическим замыканием и удержанием остряков и подвижных сердечников крестовины и обеспечивает дополнительный контроль положения стрелки в точках №2 и №4 стрелочного перевода.
При этом все эти три ступени собираются последовательно и, каждая последующая может состояться только при условии фактического выполнения предыдущей. 3. Плотность прилегания остряка к рамному рельсу и ПСК к усовику гарантировано обеспечивается и стабильно сохраняется в процессе эксплуатации внешним замыкателем – 2-я ступень контроля.
Установка дополнительных электроприводов во 2-й и 4-й точках без контрольных линеек увеличивает безопасность движения, при этом надежность (безотказность) работы контрольной системы не снижается и является дублирующим контуром контроля положения стрелки. Контроль положения подвижного элемента стрелки в одной точке – у острия остряка и у острия подвижного сердечника крестовины стрелочного перевода с внешними замыкателями ВЗ-7 и ВЗК-2 в настоящее время осуществляется традиционным методом, проверенным временем и является достаточным.
Технические и технологические решения повышения эффективности эксплуатации устройств ограждения железнодорожных переездов
Особенности эксплуатации устройств телемеханики стрелочных переводов, необходимость непрерывного контроля фактического положения остряков и замыкателей выставляют определенные функциональные требования и требования безопасности при построении систем управления, контроля и диагностики технического состояния стрелочного электропривода и стрелочного перевода в целом. Все существующие системы управления и контроля стрелочным переводом имеют определенные преимущества одной по отношению к друг другу, вызванные прежде всего спецификой корпоративных условий их производства, элементной базы и принципам построения методов содержания в условиях эксплуатации. Но ни одна из известных систем не имеет полной информации о состоянии перевода. А потому наряду с уже имеющимися техническими средствами дистанционного управления по переводу стрелки, системы контроля положения стрелки, технической диагностики и удаленного мониторинга, существует необходимость дополнительно выполнять ряд технологических операций по поддержанию стрелочных электроприводов и стрелочных переводов в целом в исправном и работоспособном состоянии. В настоящее время устройства железнодорожной автоматики стрелочных переводов нельзя считать полностью автоматизированными, так как часть функций управления и контроля выполняет человек.
Решить такой комплекс сложных задач технической диагностики представляется возможным на базе использования теории, методов и способов технической диагностики. Базируясь на объективных факторах в оценке состояния объектов контроля, теория построения технической диагностики и реализация ее на практике обеспечивают своевременное выявление неисправностей и создают возможность для оперативного их устранения, вплоть до прогнозирования работы отдельных узлов и всего объекта контроля.
Таким образом, для решения данной проблемы следует разработать эффективную систему технического диагностирования, позволяющую решать ряд теоретических и практических задач, связанных с оценкой надежности эксплуатируемых устройств автоматики и телемеханики, анализом отказов, моделированием процесса поиска и устранения неисправностей, выбором необходимого и достаточного числа контролируемых параметров, разработкой способов и методов передачи и обработки контрольной информации, создания и исследования высоконадежных диагностических датчиков, а также определения оптимальной структуры системы диагностирования, обеспечивающей высокую экономическую эффективность всего диагностического комплекса.
Возможности технического диагностирования позволяют обеспечивать автоматический контроль и своевременную оценку работоспособности объекта контроля. Особенность технического диагностирования устройств автоматики и телемеханики состоит в том, что объекты контроля рассредоточены непосредственно на контролируемых объектах и контрольных точках, удаленных в данный момент относительно друг друга на большом расстоянии, помимо этого они находятся в непрерывном (круглосуточном) режиме эксплуатации и не допускают перерывов в работе. Устройства железнодорожной автоматики стрелочных переводов относят к объектам контроля длительного пользования, восстанавливаемость которых во многом зависит от ремонтопригодности, или приспособляемости к выполнению ремонта, и технического обслуживания. Последнее свойство определяется конструктивными особенностями объекта контроля, квалификацией обслуживающего персонала, наличием запасных частей, территориальным размещением и т.д. Следовательно, их восстанавливаемость есть функция таких случайных величин, как время поиска неисправности Tп, время оповещения о появившейся неисправности Tоп, время, затрачиваемое на проследование к отказавшему устройству Tпр , и собственно время устранения неисправности Tус: Tв = Tп + Tоп + Tпр + Tус (3.1)
Отметим, что при внедрении системы диагностирования время оповещения незначительно. Величина Tоп определяется временем цикла опросов контролируемых элементов. В реальной системе диагностирования устройств автоматики и телемеханики это время составляет несколько тысячных долей секунды, поэтому при расчетах восстанавливаемости величиной Tоп, можно пренебречь.
Анализируя формулу (3.2), можно придти к выводу, что при проведении непрерывного контроля за техническим состоянием устройств время поиска неисправности Tп можно вести в период действия системы То (параллельная работа) и с учетом проведения анализа и планирования предотказного состояния время проследования к неисправному объекту Tпр, тоже можно ввести в период действия системы То. Тогда Tв = Tус. (3.3)
При планировании работ по устранению предстоящей неисправности, может быть полностью исключена задержка движения поездов.
В Приложении А приведена структурная схема построения системы управления, контроля и диагностики технического состояния стрелочного электропривода с использованием раздельных каналов управления и контроля.
В Приложении Б приведена структурная схема построения системы управления, контроля и диагностики технического состояния стрелочного электропривода с дублированием раздельных каналов управления и контроля.
В Приложении В приведена структурная схема построения системы управления, контроля и диагностики технического состояния стрелочного электропривода с использованием раздельных каналов управления и контроля и дополнительного канала передачи данных состояния электропривода по радиоканалу.
В Приложении Г приведена матрица организации контроля, управления и диагностики стрелочных электроприводов «Нового поколения».
В Приложении Д приведен перечень параметров, мест измерения и периодичности контроля при организации контроля, управления и диагностики стрелочных электроприводов «Нового поколения».
Эксплуатационно-технические требования, предъявляемые к стрелочным электроприводам, замыкающим устройствам, устройствам контроля положения стрелок и стрелочной гарнитуре
Стрелочный электропривод должен обеспечивать возможность ручного (при помощи специальной рукоятки) перевода остряков (ПСК) из любого положения с блокировкой их электрического перевода.
Конструкция электропривода и механизмов, обеспечивающих замыкание и контроль положения остряков (ПСК), должна иметь автономные узлы крепления в корпусе электропривода и к острякам стрелки (ПСК), с обеспечением их независимого линейного перемещения относительно друг друга.
Конструкция электропривода должна позволять осуществлять контроль положения стрелки двумя раздельными каналами (контрольными тягами) от каждого остряка по принципу следящей системы.
Усилие перевода контрольных тяг со стороны пути и переключение автопереключателя не должно вызывать деформацию контрольных тяг и излом элементов контрольного устройства.
Использование контрольных тяг в качестве дублирующего канала замыкания и удержания остряков не допускается. Конструкция узлов соединения стрелочной гарнитуры, внешних замыкателей (шарниров) должна обладать свойствами естественных замков, исключая возможность выпадения болтов, валиков, пальцев и др. в условиях эксплуатации, даже в случае повреждения и излома фиксирующих устройств. Болтовые соединения электропривода, стрелочной гарнитуры и внешних замыкателей в целях исключения самоотвинчивания должны иметь контргайки, отгибные шайбы (планки), шплинты, проволочные закрутки и иные предохранительные устройства.
Стрелочная гарнитура должна иметь тяги, расположенные в шпальном ящике ниже уровня подошвы рельса.
При вскрытии электропривода и переводе его на ручное управление должны размыкаться блокировочные контакты силовой цепи. Эксплуатация электроприводов, устройств контроля и диагностики стрелок, включая не штатные ситуации, возникающие в процессе эксплуатации, не должны приводить к пожароопасной ситуации.
Для работы в особых условиях: взрыво- и - пожароопасных, агрессивных условиях в близи нефте- и - газоперерабатывающих заводов, нефтеналивных, газораспределительных терминалов, химических предприятиях и зонах с повышенным содержанием угольной и др. взрывоопасных средах должны применяться электроприводы для эксплуатации в особых условиях - с взрыво- и -пожаробезопасным исполнением.
Электроприводы, стрелочная гарнитура и внешние замыкатели должны быть устойчивы к воздействию дождя, снегопадов и др. воздействиям внешних климатических факторов.
Электроприводы, автономные устройства контроля и диагностики, внешние замыкатели, стрелочная гарнитура должны иметь защиту от проявления фактов вандализма (констр. + мониторинг).
Наличие опасных не защищенных отказов не допускается. Опасным отказом является одно из следующих событий: - наличие контроля положения стрелки не соответствующее фактическому (ложный контроль); - отсутствие замыкания рабочего шибера в конечных положениях и наличие при этом контроля положения стрелки; - самопроизвольное (несанкционированное) размыкание шибера в динамическом или статическом режимах; - возникновение механического усилия на рабочем шибере при переводе стрелки, превышающее нормы безопасности; - для взрезных электроприводов - самопроизвольное (несанкционированное) срабатывание взрезного механизма в рабочем или динамическом режимах (самовзрез); - для электроприводов, конструктивно выполненных в виде стрелочного бруса (привод-шпала), - нарушение прочностных свойств корпуса электропривода (излом, пластическая деформация, упругая деформация, превышающая нормативные требования), вызванных воздействием колесной пары подвижного состава, проходящего по стрелочному переводу.
Сооружения и устройства на перегонах и станциях при скоростях движения свыше 200 км/ч должны соответствовать габариту приближения строений С250 по СТО РЖД 1.07.001-2007 [45].
Расстояние между осями путей на прямых участках перегонов и станций должно быть не менее 4100 мм.
На всем протяжении высокоскоростной магистрали должен быть уложен бесстыковой путь с рельсовыми плетями длинной до перегона, со сварными стыками уравнительными, ограничивающими стрелочные переводы.
Для компенсации температурных перемещений в местах примыкания к стрелочному переводу бесстыковых рельсовых плетей должны ввариваться уравнительные стыки. Для работы в зимний период (в период низких температур) стрелочные переводы и съезды должны быть оборудованы системой электрообогрева, в том числе элементы стрелочной гарнитуры электропривода и внешнего замыкателя.
В качестве системы сигнализации и связи при движении скоростных и высокоскоростных поездов должна применяться автоматическая блокировка без изолирующих стыков, дополненная автоматической локомотивной сигнализацией (далее - АЛСН). Устройства автоблокировки должны обеспечивать пропуск скоростных и высокоскоростных поездов в обоих направлениях по каждому пути перегона. Движение поездов по неправильному пути перегона должно осуществляться по сигналам АЛСН со скоростью не более 160 км/ч.
