Монография 2 ред.

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ


А.В.ГОРЕЛИК
Е.Ю.МИНАКОВ




БЕЗОПАСНОСТЬ И НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ



МОНОГРАФИЯ


















МОСКВА - 2007

УДК 656.257-83; 625.151.3

А.В.Горелик, Е.Ю.Минаков Методы обеспечения безопасности движения поездов устройствами железнодорожной автоматики стрелочных переводов: Научн. изд. – М.: РГОТУПС.

Р е ц е н з е н т ы:
Главный инженер Юго-Восточной железной дороги – филиала ОАО «Российские железные дороги» Егоров Николай Владимирович.
Начальник «Управления, лицензирования и контроля качества образования» Российского государственного открытого технического университета путей сообщения. д.т.н.. профессор Бугреев Виктор Алексеевич.

НАУЧНОЕ ИЗДАНИЕ

Горелик Александр Владимирович
Минаков Евгений Юрьевич


БЕЗОПАСНОСТЬ И НАДЕЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ












ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение..5
1. Анализ состояния безопасности движения поездов и надежности электромеханических устройств автоматики железнодорожной автоматики.........................8
2. Методы оценки надежности и безопасности функционирования систем железнодорожной автоматики.................................21
2.1. Постановка задачи..21
2.2. Модели надежности и безопасности
систем железнодорожной
автоматики и телемеханики29
2.3. Особенности оценки надежности аппаратных средств
железнодорожной автоматики32
2.4. Нормирование и оценка безопасности систем
железнодорожной автоматики36
3. Классификация и анализ отечественных и зарубежных
систем и устройств замыкания стрелочных
переводов, стрелочных электроприводов, стрелочной гарнитуры. 45
3.1 Классификация стрелочных переводов и
электроприводов железнодорожной автоматики
и телемеханики..45
3.2. Анализ отечественных и зарубежных систем и
устройств замыкания стрелочных переводов,
стрелочных электроприводов, стрелочной гарнитуры.46
3.3 Перспективные направления развития приводов76
4. Концепция построения безопасных и ресурсосберегающих
систем перевода стрелок средствами железнодорожной
автоматики, основные эксплуатационно-технические требования.85
4.1. Цель и задачи Концепции..86
4.2. Основные функциональные и конструктивные
требования к безопасным и ресурсосберегающим
системам перевода стрелок средствами железнодорожной
автоматики «Нового поколения»87
4.3 Основные эксплуатационно-технические
требования к стрелочным электроприводам, стрелочной
гарнитуре, и системам управления, контроля и диагностики..92
4.4 Условия реализации Концепции построения
безопасных и ресурсосберегающих систем перевода
стрелок средствами железнодорожной автоматики..96
5. Исследование режимов работы стрелочных электроприводов99
5.1. Функциональное назначение стрелочных электроприводов.....99
5.2. Режим перевода стрелки..102
5.3. Статический режим работы110
5.4. Динамический режим работы.110
5.5. Режим взреза стрелки..117
6. Особенности работы быстродействующих
стрелочных электроприводов сортировочных станций..133
6.1. Функциональные особенности стрелочных приводов
сортировочных станций.133
6.2. Режим перевода стрелки.
Определение оптимального времени перевода стрелки ГАЦ134
6.3. Режим перевода стрелки. Исследование
динамики движения остряков в конце перевода стрелки,
оборудованной БСП....149
7. Анализ систем управления и контроля
стрелкой, основы построения диагностики стрелочного перевода158
7.1. Анализ системы контроля положения остряков стрелки
автопереключателем электропривода по положению
замыкателя шибера и контрольных линеек..159
7.2. Анализ системы контроля положения остряков стрелки
автопереключателем электропривода совместно
с датчиками положения остряков..................167
7.3. Основные методы построения
системы управления, контроля и диагностики технического состояния стрелочного электропривода и
стрелочного перевода в целом...173
8. Методы анализа эффективности проектирования систем
управления движением поездов.182
8.1. Проблема оценки качества проектирования
технических систем.182
8.2. Особенности систем железнодорожной
автоматики и телемеханики как объектов проектирования187
8.3. Технологическая эффективность
процесса проектирования микропроцессорных
систем железнодорожной автоматики...193
Заключение...205
Список используемой литературы.209













ВВЕДЕНИЕ

Хозяйство автоматики и телемеханики железнодорожного транспорта Российской Федерации как непосредственный организатор движения поездов, располагает огромным количеством напольного оборудования, расположенного непосредственно на железнодорожных путях в естественных условиях эксплуатации, без охраны и при этом несет огромную функцию управления и обеспечения безопасности перевозочного процесса. В эксплуатации находится более 130 тысяч стрелочных переводов, оборудованных устройствами телемеханики с электрической централизацией управления ими. В основном эти стрелочные переводы оборудованы электроприводами серии СП (СП-6М, СП-3; СП-12У; СПГ-3 и СПГБ-4М). Стрелочные электроприводы этой серии выпускаются более 50 лет. Около 13 тысяч железнодорожных переездов оборудовано автошлагбаумами, около 20 тысяч переездов имеют звуковую и световую автоматическую сигнализацию, более 350 тысяч светофоров. При всем этом многообразии основного напольного оборудования на каждом переезде, у каждого практически магистрального светофора, входного светофора установлены релейные шкафы, дроссель-трансфарматоры, кабельные муфты и др. И все это требует содержания постоянно в исправном и работающем состоянии.
В целом системы электрической централизации стрелок с электроприводами серии СП обеспечивают работу станций и перевозочный процесс со скоростями движения поездов до 160 км/ч.
Принятая в 2002 году Федеральная целевая программа модернизации транспортной системы России на 2002 - 2010 год требует повышения скорости движения поездов по основным направлениям (на главном ходу) к 2010 году до 200 км/ч, с последующим увеличением скорости движения до 350 км/ч. непрерывно идут качественные изменения верхнего строения пути, технологии его содержания, намечена тенденция к увеличению массы и длинны составов.
В связи с увеличением скоростей движения поездов, их массы, изменением структуры пути, повышением требований к обеспечению безопасности движения поездов, применяемые в настоящее время стрелочные электроприводы, стрелочная гарнитура и способ их установки на стрелку не могут обеспечить ее (скорости) увеличение на необходимом безопасном уровне. Изменить качественно серийные технические средства перевода стрелок практически не удается, запас совершенствования их конструктивных возможностей исчерпан.
Аналогичная картина наблюдается со стрелочными электроприводами системы горочной централизации. Создание горочных электроприводов путем простой модернизации электроприводов ЭЦ без учета специфики их работы позволило добиться только унификации изделия, но снизило их надежность, срок службы и безопасность движения. А так как парк горочных электроприводов составляет около 4000 электроприводов (109 механизированных горок), то подход к созданию специализированных стрелочных электроприводов горочной централизации должен строиться на иных принципах, отличных от построения электроприводов системы ЭЦ.
Содержание стрелочных электроприводов, стрелочной гарнитуры, переездного оборудования, светофоров, кабельных муфт, релейных шкафов и другого напольного оборудования в рабочем состоянии в условиях эксплуатации требует постоянных, значительных затрат. На протяжении многих десятилетий используется и совершенствуется система планово-предупредительных осмотров и ремонтов устройств СЦБ (включая стрелочное оборудование), т.е. система осмотров и ремонтов с нормативной периодичностью и регламентным составам основных видов работ. При этом используются единые технология и организация выполнения технологического обслуживания. Такая система технического содержания напольного оборудования в рабочем состоянии отвлекает на эти цели значительные человеческие ресурсы.
Практически полностью отсутствует диагностика стрелочного электропривода (за исключением уровня изоляции и контроля напряжения, тока фаз двигателя). Контроль фактического положения остряков стрелки в требуемом виде отсутствует.
Состояние и достижение науки и производства на современном этапе позволяют использовать иные принципы и структурные методы построения конструкции напольного оборудования, применять новые конструктивные решения, материалы, «безлюдные» или малообслуживаемые технологии, которые призваны значительно повысить надежность, безопасность и обеспечить работу напольных устройств с минимальными затратами в эксплуатации.
В связи с этим стоит острая необходимость приведения технических возможностей устройств железнодорожной автоматики и телемеханики в соответствии с предъявляемыми современными требованиями безопасности, ресурсосбережения и технологичности на основе научно обоснованных конструктивных принципах, достижений науки в области новых материалов, производства, технологий и диагностики.
В настоящей работе рассматривается состояние обеспечения безопасности движения поездов и приводится анализ технических средств железнодорожной автоматики стрелочных переводов отечественных и зарубежных аналогов. Изложены концептуальные положения и основные эксплуатационно-технические требования к устройствам железнодорожной автоматики стрелочных переводов. Приведены методы исследования режимов работы стрелочных электроприводов, основные расчетные соотношения и выводы по их построению. Рассмотрены вопросы надежности и безопасности и методы их обеспечения на этапе проектирования и эксплуатации устройств железнодорожной автоматики стрелочных переводов. Изложены основы построения диагностики стрелочного перевода.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ И НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ

Несмотря на то, что технические средства автоматики и телемеханики Российских железных дорог обеспечивают выполнение задач перевозочного процесса, состояние безопасности движения поездов и надежности работы технических средств железнодорожной автоматики не может в полной мере удовлетворять требованиям эксплуатации. Анализ причин и обстоятельств случаев брака [4-12] свидетельствует о том, что положение дел с обеспечением безопасности за последние десять лет хоть несколько улучшилось, но все равно остается на уровне, требующем работы по ее совершенствованию. Положение с обеспечением безопасности движения в хозяйстве автоматики и телемеханики характеризуется данными, приведенными в таблице 1.1.
Причинный анализ случаев брака (за 2003 год) показывает:
на эксплуатационные причины приходится 90,7 % от общего их количества;
на производственные (заводские) – 4,7 %;
на схемно-конструктивные – 1,8 %;
на остальные -2,8 %.
При этом эксплуатационные причины, в свою очередь, подразделяются на:
нарушения правил и технологии производства работ – 79,9 %;
нарушение технологии проверки и ремонта в РТУ -7,2 %;
небрежное ведение и неправильное оформление работ – 5,2 %;
прочие – 8,2 %.
Подавляющее большинство эксплуатируемых в настоящее время на сети дорог систем СЦБ не защищено от вмешательства эксплуатационного и обслуживающего персонала в логику их работы по неосторожности или недисциплинированности (а в отдельных случаях – вследствие преступного умысла).
Таблица 1.1
№№/
пп
Нарушение безопасности движения
Количество нарушений безопасности по годам



2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995

1
Крушения

0
0
1
1
1
0
0
1
1

2
Аварии

0
0
0
0
0
0
0
0
0

3
Случаи брака, всего:


107

118

145

184

234

259

321

315

382


3.1
в т.ч.
Перекрытие сигнала, вызвавшее проезд запрещающего сигнала на станции.

77

80

100

111

149

152

189

193

215

3.2
Неисправность устройств СЦБ с задержкой поезда на 1 час и более.
22
27
29
37
29
31
32
31
29

3.3
Сход, столкновение при маневрах.
7
9
6
9
13
15
12
18
18

3.4
Отправление поезда по неготовому маршруту.
1
1
0
1
0
0
0
0
0

3.5
Ложное появление на светофоре разрешающего показания вместо запрещающего.
0
1
0
0
1
0
1
2
1


Приведем некоторые характерные случаи брака в работе устройств СЦБ, связанные с эксплуатацией стрелочных переводов и приведших к чрезвычайным последствиям.
12 марта 2003 года на станции Кириши Чудовской дистанции сигнализации и связи Октябрьской железной дороги, оборудованной электрической централизацией стрелок и светофоров по альбому МРЦ-13 с двухпроводной схемой управления стрелками, при отправлении пригородного электропоезда № 6827 с седьмого тупикового пути при скорости движения 20 км/час на стрелочном переводе № 2/4 допущен сход с рельсов 2-го с головы вагона двумя тележками и 3-го вагона одной тележкой.
В результате схода повреждены два вагона электропоезда в объеме технического обслуживания ТО-3 и один стрелочный перевод.
Причиной схода с рельсов вагонов в пригородном электропоезде № 6827 явилось его отправление по неготовому маршруту при следующих обстоятельствах:
При приготовлении маршрута отправления пригородному электропоезду № 6827 в 10 часов 05 минут стрелки съезда № 2/4 потеряли контроль положения и, зазвенел звонок контроля взреза стрелки.
Причиной потери контроля положения стрелок съезда № 2/4 явилось перегорание рабочего предохранителя номиналом 5А в момент их перевода из-за заниженного сопротивления изоляции между жилами кабеля Л1 и Л2. В результате перегорания предохранителя стрелка № 4 съезда № 2/4 перевелась в плюсовое положение, но механически не замкнулась электроприводом и не создала цепь для перевода стрелки № 2. По указанной причине стрелка № 2 данного съезда осталась в минусовом положении.
ДСП, в нарушение требований п.13.1. - 13.3 «Инструкции по движению поездов и маневровой работе на железных дорогах Российской Федерации» № ЦД-790 и п. 1.12. «Инструкции по обеспечению безопасности движения поездов при производстве работ по техническому обслуживанию и ремонту устройств СЦБ» № ЦШ-530, не оформила запись в журнале осмотра формы ДУ-46 о потере контроля положения стрелок № 2/4, кнопкой «взрез стрелки» выключила звонок контроля взреза и устно сообщила о потере контроля положения стрелок № 2/4 лично старшему электромеханику СЦБ, обслуживающему эти стрелки.
Старший электромеханик СЦБ Чудовской дистанции сигнализации и связи, зная о том, что ранее, 11 марта 2003 года стрелка № 10, жилы управления которой находятся в одном кабеле с жилами управления стрелок № 2/4, теряла контроль положения по причине заниженного сопротивления изоляции и сообщения линейных проводов Л1, Л2 в стрелочном кабеле между муфтами СТ-2 и СТ-4, визуально убедился в том, что реле контроля положения стрелок № 2/4 ОК в блоке ПС-110А находится в выключенном состоянии, и, в нарушение требований п. 1.17. инструкции ЦШ-530, создал искусственную цепь подпитки этого реле путем установки выпрямительного блока типа БВС-88 в провода Л1- Л2. При этом появился ложный контроль «+» положения стрелок № 2/4 и создалась возможность открытия светофоров на разрешающее показание при неготовом маршруте.
После дачи ложного контроля положения стрелок съезда № 2/4 старший электромеханик сообщил дежурной по станции о возможности открытия выходного светофора, которая в нарушение требований п. 13.1 13.3 инструкции ЦД-790 и п. 1.12 инструкции ЦШ-530 открыла выходной светофор Н7 на разрешающее показание.
При проследовании колесных пар головного вагона электропоезда по корню незамкнутого стрелочным электроприводом правого остряка стрелки № 4, произошел его отход и отжатие гребнями колесных пар от правого рамного рельса, в результате чего движение колесных пар второго вагона и первой тележки третьего вагона осуществлялось по обоим рамным рельсам с последующим провалом их во внутрь колеи и сходом вагона. Только по счастливой случайности в результате данного случая не наступили тяжелые последствия.
06 декабря 2003 года на сортировочной горке станции Орск Южно-Уральской железной дороги при роспуске состава № 207 произошел сход вагона с грузом. Причиной схода явилось неудовлетворительное техническое содержание стрелочного перевода. Зазор между остряком и рамным рельсом по оси рабочей серьги на стрелке составил менее 2 мм. Ток электродвигателя при работе на фрикцию был завышен до 9 А. Произошло заклинивание шибера электропривода, при этом электродвигатель постоянно работал на фрикцию. При механическом воздействии остряков стрелки с первой колесной парой заклинивание шибера устранилось и стрелка № 207 перевелась по ранее заданному маршруту под базой вагона.
25 марта 2002 года на станции Мереть Западно-Сибирской железной дороги допущено отправление по неготовому маршруту пассажирского поезда при разрешающем показании выходного светофора Ч-2 с последующим взрезом входящей в маршрут пошерстной стрелки № 29 стрелочного перевода № 29/31 без схода подвижного состава, что явилось следствием появления ложного контроля стрелки по причине перепутывания линейных проводов Л-1 и Л-2 из-за нарушения технологии производства работ при ремонте неисправного кабеля.
31 мая 1999 года на станции Патриаршая Юго-Восточной железной дороги произошло крушение грузового поезда № 3312. Причиной крушения явились грубейшие нарушения правил производства работ, ПТЭ и должностных инструкций работниками Елецкой дистанции сигнализации и связи, которые в нарушение пункта 3.15. ПТЭ, пунктов 2.1, 1.14 и приложений № 1 и № 6 Инструкции ЦШ-530 без оформления в «Журнале осмотра» ДУ-46 записи на производство работ несмотря на запрет ДСП, приступили к замене вертикального болта соединения шарнира шибера электропривода с рабочей тягой на стрелке № 16. При приближении поезда, электромеханик и электромонтер не приняли мер по остановке поезда, а ограничились установкой закладки без ее запирания. В результате, при следовании поезда произошло выдавливание закладки, отход остряка от рамного рельса и сход 15 груженых рудным концентратом вагонов.
17 августа 1999 года на станции Чигда Юго-Восточной железной дороги допущено отправление электропоезда № 6334 по неготовому маршруту с последующим взрезом стрелки № 1. При монтаже временных устройств двухсторонней автоблокировки электромеханик Поворинской дистанции сигнализации и связи ошибочно подключил кабельные жилы временного монтажа вместо свободных на клеммы действующего монтажа, чем создал цепь возбуждения контрольно-маршрутного реле без проверки положения стрелки № 1/3. При этом старший электромеханик качество и соответствие схемы монтажа не проверил, а ввод в действие измененных устройств проводился без комиссионной проверки взаимозависимости.
20 февраля 1999 года на станции Балахонцы Свердловской железной дороги при производстве маневровой работы допущен сход локомотива одной колесной парой на стрелке № 1 (пошерстная). Сход произошел из-за отставания правого остряка от рамного рельса более 4 мм. Причиной отставания стало разрушение серьговых болтов 1-й соединительной тяги.
26 июня 1998 года на станции Анамакит Восточно-Сибирской железной дороги при приеме поезда № 3007 по разрешающему показанию входного светофора допущен сход 7-ми вагонов по причине отхода остряка стрелки № 3 от рамного рельса из-за нарушения правил производства работ электромехаником: при покраски электропривода без выключения стрелки из централизации были сняты два и ослаблены остальные болты крепления блока автопереключателя, чем нарушено замыкание стрелки.
24 июня 1998 года на станции Грачи Северо-Кавказской железной дороги
допущен сход 3-х вагонов на стрелке № 9 по причине неплотного прилегания остряка к рамному рельсу из-за допущенных отступлений от норм технического содержания шарнирных соединений шибера с рабочей тягой и межостряковой тягой с сережками.
05 февраля 1998 года на станции Декабристы Свердловской железной дороги и 13 августа на станции Карымская Забайкальской железной дороги допущены сходы вагонов на стрелках (на сортировочных горках) из-за недохода остряка к рамному рельсу по причине заниженного тока фрикции электропривода.
29 сентября 1997 года на станции Люк Горьковской железной дороги грузовой поезд был принят по неготовому маршруту из-за ошибки в проекте (ввод станции был в 1971г.), что позволило возвращать стрелку № 1/3 с местного управления без контроля ее положения. Ошибка была обнаружена через 10 лет в 1981 году. Однако при ее устранении была допущена ошибка в ее монтажной схеме и устройства не были проверены по технологии.
29 сентября 1997 года на станции Баскунчак Приволжской железной дороги при движении маневрового состава по разрешающему показанию маневрового светофора была взрезана стрелка № 181 (съезд №181/183), так как ее положение не соответствовало маршруту. Это стало возможным из-за перепутывания проводов Л-1 и Л-2 при переключении жил неисправного кабеля. Причина - была допущена ошибка при устранении неисправности и не были проведены необходимые проверки по технологии.
29 ноября 1996 года на станции Евлашево Куйбышевской железной дороги произошло крушение. В результате крушения 24 вагонов повреждены до степени исключения из инвентаря, 6 вагонов в объеме текущего ремонта, разрушено 200 метров пути и стрелочный перевод, сбита опора контактной сети с жесткой поперечиной.
Крушение произошло из-за сочетания ряда негативных факторов, к которым в первую очередь следует отнести: нарушение работы стрелки № 7, низкую квалификацию и неправильные действия обслуживающего персонала при устранении отказа. При снятии автопереключателя, из-за наличии пружинности остряка, произошло смещение шибера электропривода, в результате чего, при установке автопереключателя на место, было нарушено механическое замыкание шибера.
Одновременно в нарушении требований Инструкции ЦД-206 (п.13.13) и Инструкции ЦШ-4397 (п.1.14), до начала производства работ остряки стрелки не были закреплены типовой скобой и закладкой с навесным замком установленным порядком, не сделана соответствующая запись в журнале осмотра ДУ-46. В результате указанных нарушений прижатый остряк в процессе движения поезда отошел от рамного рельса, что привело к ходу вагонов.
В том же 1996 году на станции Кунгур Свердловской железной дороги при пропуске грузового поезда произошел сход пяти хвостовых вагонов из-за перевода стрелки 59/61 под составом. Случай стал возможным из-за ошибки, допущенной старшим электромехаником при ремонте стрелочного кабеля, который объединил провода Л-1 и Л-2 стрелок № 63 и 59/61.
В 1995 году на станции Раменское Московской железной дороги при пропуске пассажирского поезда допущен сход пяти вагонов из-за перевода стрелки под составом. Случай стал возможен из-за грубейших нарушений требований Инструкции по обеспечению безопасности движения поездов старшим электромехаником, который при периодической ложной занятости стрелочного участка, вместо отыскания причины, установил перемычку на путевое реле.
На станции Торьсма Кемеровской железной дороги на стрелке № 9 допущен сход трех вагонов в грузовом поезде по причине ослабления крепления стрелочного замка.
На станции Мухтолово Горьковской железной дороги при проверке кабеля электромеханик перепутал провода Л1 и Л2 на кроссовом стативе, что привело к появлению разрешающего показания на входном светофоре вместо запрещающего.
На Октябрьской, Западно-Сибирской, Горьковской, Северо-Кавказской железных дорогах допущены сходы подвижного состава при маневровой работе по причине неудовлетворительного содержания стрелочных переводов работниками службы пути и отсутствия контроля за плотным прилеганием остряков к рамным рельсам работниками ШЧ.
29 декабря 1995 года на станции Октябрьск Куйбышевской железной дороги из-за грубейших нарушений производства работ допущен сход одного вагона при маневровых перемещениях при следующих обстоятельствах: стрелка № 301 не переводилась в плюсовое положение, электромеханик, вместо выполнения своих обязанностей по обнаружению причины, перевел стрелку вручную, не убедился в замыкании электропривода, не закрепил остряки, а дежурному доложил, что маршрут приготовил. При следовании маневрового состава, остряк стрелки отошел от рамного рельса, что привело к сходу вагона.
В таблице 1.2 приведен анализ случаев брака по видам устройств.
Таблица 1.2
№№/
пп
Виды брака
Количество / % нарушений безопасности по годам



2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995


Общее количество случаев брака

107

118

145

184

234

259

321

315

382

1
Рельсовые цепи
36
33,6
39
33,0
28
19,3
21
11,4
50
21,4
61
23,6
80
24,9
82
26,0
117
30,6

2
Монтаж
12
9,3
13
11,0
9
6,2
6
3,3
13
5,6
15
5,8
17
6,2
20
6,3
10
2,6

3
Аппаратура
11
10,3
17
14,4
14
9,6
7
3,8
17
7,2
21
8,1
24
7,5
38
12,0
30
7,9

4
Электроприводы и гарнитура ЭЦ
10
9,3
10
8,5
8
5,5
7
3,8
14
6,0
18
6,9
18
5,6
12
3,8
15
3,9

5
Электроприводы и гарнитура ГАЦ
1
0,9
2
1,7
2
1,4
1
0,5
6
2,6
3
1,2
5
1,6
7
2,2
5
1,3

5
Кабельные линии
9
8,4
8
6.8
8
5,5
7
3,8
4
1,7
9
3,5
11
3,4
6
1,9
22
5,8

6
Предохранители
7
6,5
Нет сведений
6
4,1
9
4,9
13
5,6
15
5,8
12
3,7
10
3,2
10
2,6

8
Замедлители
5
4,7
3
2,5
2
1,4
2
1,1
5
2,1
8
3,1
4
1,2
7
2,2
8
2,1

9
Источники электропитания
3
2,8
5
4,2
6
4,1
12
6,5
7
3,0
11
4,2
8
2,5
5
1,6
14
3,7


Анализ всех этих случаев показывает на крайне низкий уровень технологической дисциплины непосредственных исполнителей – электромехаников и старших электромехаников, отсутствие контроля и требовательности со стороны руководителей дистанции, некачественное проведение технических ревизий руководством служб, недостаточный конструктивный уровень оборудования.
Наряду с браком в работе, отмеченных в таблице 1.2, в эксплуатации устройств СЦБ имеют место нарушения ее нормальной работы, и их количество не может оставлять без внимания.
В таблице 1.3 приведен анализ отказов устройств СЦБ по видам устройств.
Таблица 1.3
№№/
пп
Объекты СЖАТ
Количество / % отказов по годам



2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995

1
Общее количество случаев отказа по Ш

12490

11892

12825

15132

12800

12854

13330

68830

77081

2
Рельсовые цепи
1992
15,9
2189
18,4
2601
20,3
2863
18,9
2194
17,2
2367
18,4
2473
18,6
2508
19,4
2560
18,7

3
Аппаратура
2493
20,0
2546
21,4
2762
21,5
5088
33,6
4330
33,0
4137
32,2
3883
29,1
3483
26,5
2687
19,2

4
Электроприводы и гарнитура
1043
8,4
951
8,5
1018
7,9
1157
7,6
1028
8,0
1076
8,4
1386
10,4
1434
10,9
1605
14,7

5
Кабельные линии, воздушные линии
1607
12,9
1536
12,9
1632
12,7
1608
10,6
1670
13,0
1707
13,3
1708
13,0
1713
13,0
1759
12,9

6
Светофоры, светоуказатели
761
6,1
655
5,5
783
61
1000
6,6
664
5,2
680
5,3
764
5,7
762
5,8
748
5,5

7
Пуль табло, аппараты управления
278
2,2
248
2,1
270
2,1
243
1,6
222
1,7
286
2,2
301
2,3
308
2,3
370
2,7

8
Электропитающие устройства
200
1,6
172
1,4
204
1,5
302
2,0
741
5,8
437
3,4
439
3,3
463
3,5
200
1,5

9
Элементы защиты от перенапряжений
882
6,1
861
7,2
881
6,9
1020
6,7
741
5,8
806
6,3
777
5,8
819
6,2
976
7,1


Проведем анализ причин нарушений работы стрелочных электроприводов.
Количество нарушений нормальной работы устройств СЦБ, допущенных из-за неисправности стрелочных электроприводов и гарнитур в 2003 году по сравнению с 2002 годом, увеличилось на 10% (1043/951) и составило 8,4 % от общего количества отказов по хозяйству сигнализации и связи.
Системный анализ показывает, что:
Из-за отказов электроприводов допущено 856 случаев нарушения нормальной работы устройств СЦБ, что составляет 82% от отказов стрелочных электроприводов и гарнитур;
Количество отказов на 100 электроприводов в год распределилось следующим порядком: СП-6(6М) - 0,7 (701 - отказ, 99214 - в эксплуатации); СП-2(3) - 0,5 (131 - отказ, 26970 - в эксплуатации); СП-12(У) - 2 (15 - отказов, 768 - в эксплуатации); ВСП-150 - 2 (5 - отказов, 302 - в эксплуатации).
Отказы в электроприводах по узлам составили: автопереключатели - 46% (395 случаев); электродвигатели - 28% (241случай); монтаж - 7% (63 случая); курбельный контакт - 6% (51 случай); фрикционное сцепление - 5% (47 случаев) и др.
Из этого следует, что самым ненадежным из элементов является автопереключатель. Отказы в автопереключателе допущены из-за: разрегулировки контактов - 62%, индевения контактов - 17%, изломов контактных колодок - 6%, изломов ножевых контактов - 6%, изломов пружины - 5%, и др.
По прежнему много отказов происходит из-за электродвигателей - 241 случай, что составляет 28% от общего количества отказов по электроприводам.
Количество отказов на 100 электродвигателей в год по типам составляет: МСП - 0,2 (206 - отказов, 103221 - в эксплуатации), МСТ - 0,1 (35 - отказов, 27504 - в эксплуатации). Отказы электродвигателей постоянного тока составляют 84%., а переменного тока - 16% притом, что электродвигатели переменного тока составляют 26,65% от общего числа.
Отказы электродвигателей постоянного тока произошли из-за: обрыва секций обмоток якоря - 30%; нарушения контакта в щеточном узле - 27%: неисправности коллектора - 15%; понижения сопротивления изоляции - 12%; внутреннего обрыва монтажа - 9% и др.
На сети железных дорог по состоянию на 01.01.2004года в эксплуатации находится 130757 стрелочных электроприводов 32 типов, из которых только 7 (СП-6М, СП-12У, СПГБ-4М, СПГБ-4Б, ВСП-150, ВСП-220, ВСП-2х150Д) выпускаются в настоящее время. Несмотря на то, что по организационно - техническим мероприятиям ежегодно ведется работа по замене и ремонту стрелочных электроприводов, этого количества недостаточно для обновления стрелочного парка с истекшим сроком амортизации. В ближайшее время необходимо заменить 84617 стрелочных электроприводов электрической централизации серии СП и 1385 - горочных электроприводов, так как для данных электроприводов не изготавливаются ремонтные комплекты и запасные части. Более 35% стрелочных электроприводов выработало свой ресурс, а 23 на сегодняшний день сняты с производства. Однако обновить весь парк за короткий период времени не представляется возможным.
Как показывает практика, по мере старения устройств напольного оборудования удельные затраты на их содержание в работоспособном состоянии возрастают. Основой повышения надежной работы стрелочных электроприводов и гарнитур является качественное и своевременное техническое обслуживание, применение электродвигателей переменного тока, создание безуходных электроприводов (не требующих смазки, покраски; защищенных от воздействия колебаний температуры, влаги, вандализма), разработка износоустойчивой стрелочной гарнитуры с двойным контуром замыкания, без люфтов.
С этой целью в настоящее время:
разработаны и проходят эксплуатационные испытания электропривода СП-6К и СП-7 «Дон».
Электропривод СП-6К является модернизированным электроприводом СП-6М. Стрелочный электропривод СП-7 «Дон» разрабатывался как герметичный, для установки в местах, подверженных затоплению. Внедренные в них узлы из износостойких, коррозионостойких и самосмазывающихся материалов должны повысить надежность и увеличить межремонтные сроки обслуживания;
налажено серийное производство металлокерамических фрикционных дисков для электропривода СП-6М;
разработаны и происходит постановка на производство стрелочных электроприводов серии ВСП;
разработаны и поставлены на производство стрелочные электродвигатели переменного тока типа МСА, не требующие технического обслуживания в течение всего срока эксплуатации;
проходят опытную эксплуатацию стрелочные электродвигатели постоянного тока типа ДПС повышенной надежности со сроком гарантии 5 лет.
















2. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ СИСТЕМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ

2.1. Постановка задачи

Теоретические исследования, выбор моделей отказов и общие принципы обеспечения надежности аппаратных и программных средств систем ЖАТ должны соответствовать разветвленной системе стандартов: как отечественных, так и зарубежных. Анализ эволюции систем стандартизации в области надежности и безопасности приведен в [53, 54, 55, 182]. В табл. 2.1 и табл. 2.2. приведена структура действующих и разрабатываемых стандартов Международной электрической комиссии (МЭК) МЭК/ТК. В настоящее время система стандартов МЭК/ТК 56 "Надежность" недостаточно взаимоувязана с отечественной общетехнической системой стандартов "Надежность в технике" (стандарты группы 27) [57].
Таким образом, исследования в области надежности систем ЖАТ должны быть направлены на гармонизацию системы ГОСТ "Надежность в технике" с международными стандартами МЭК, а также ведомственными стандартами и руководящими документами, используемыми в области железнодорожной автоматики [58, 59]. В министерствах и ведомствах при разработке видовых и отраслевых стандартов по надежности распространена практика самостоятельной внутриведомственной регламентации общетехнических аспектов надежности, что приводит к ненужному дублированию и/или несоответствиям, а также к ненужным затратам [62, 63].
На безопасность и надежность проектируемой системы ЖАТ, в зависимости от стадии создания, влияют ошибки людей и (или) отказы техники (рис.2.1.) [61]. Очевидно, что ошибки в проектах, в технологии являются одними из основных причин ненадежности ТС. Методы обеспечения безопасности систем ЖАТ также реализуются прежде всего в виде обоснованных проектных решений.











































Рис. 2.1. Влияние ошибок людей и отказов техники на надежность и безопасность проектируемой ЖАТ


Таблица 2.1
Структура действующих и разрабатываемых стандартов МЭК/ТК

СТАНДАРТЫ-РУКОВОДСТВА

300-3-1
Обзор методологии анализа надежности
300-3-2 Сбор данных в эксплуата-
ции
300-3-3
Стоимость жизненного цикла
300-3-4
Задание требований по надежности
300-3-5
605-1
Условия и методы испытаний
300-3-6
Аспекты надежности программ- ных средств
300-3-7
Отбрако-
вочные испытания, электриче- ское оборудова- ние
300-3-8
Человече- ский фактор в безотказ- сти
300-3-9
Анализ риска техноло- гических систем
300-3-10
Ремонто- пригод- ность и система ТОиР
300-3-11
Надежно- стно-ориен- тирован- ное техничес- кое обслужива- ние
300-3-12
Матери- ально- техничес- кое обес- печение ТОиР
300-3-13
Управ- ние риском

ИНСТРУМЕНТАРИЙ

812
863
1014
1025
1078
1160
1165
1709
1703
319

409
419
410
605-2
605-3-1
605-3-2
605-3-3
605-3-4
605-3-5
605-3-6
605-4
605-6
605-7
1070
1123
1124
1164
1649
1650
1704
1713
1714
1719
1720
1163-1
1163-2

1882
706-1
706-2
706-3
706-4
706-5
706-6



Новая рабо- чая програ- мма

Перечень международных стандартов и проектов, разрабатываемых МЭК/ТК 56 «Надежность» Таблица 2.2

№ МСМЭК
Наименование МС или проекта МС на русском языке
Объем, с
Год издания
Пересмотр
Перевод

1
2
3
4
5
6

50(191)
Международный электротехнический словарь, гл. 191: Надежность и качество услуг (разработан совместно ТК 1 и ТК 56). Издание на четырех языках, в том числе русском.
35

Осуще-
ствляется
Есть РС-про- грамма срав- нения терми- ноологий

60300
Управление надежностью

60300-1
Ч. 1: Управление программой надежности
11
1993
Намечен
Есть

60300-2
Ч. 2: Элементы и задачи программы надежности
7
1995

Есть

60300-3
Руководства по управлению надежностью

60300-3-1
Ч. 3, разд. 1: Техника анализа надежностью. Руководство по методологии
20
1991

Есть

60300-3-2
Ч. 3, разд. 2: Сбор данных о надежности в ходе эксплуатации
5
1993

Есть

60300-3-3
Ч. 3, разд. 3: Стоимость жизненного цикла
4
1996

Осуществляется

60300-3-4
Ч. 3, разд. 4: Руководство по заданию требований к надежности
8
1996

Есть

60300-3-5
Ч. 3, разд. 5: Проект на заключительной стадии. Взамен 605-1 (см. далее)



Осуществляется

60300-3-6
Ч. 3, разд. 6: Аспекты программных средств в надежности
30
1997

Осуществляется

60300-3-7
Ч. 3, разд. 7: Руководство по отбраковочным испытаниям электронной аппаратуры





60300-3-8
Ч. 3, разд. 8: Руководство по учету человеческого фактора в безотказности





60300-3-9
Ч. 3, разд. 9: Анализ риска технологических систем
34
1995

Есть

60300-3-10
Ч. 3, разд. 10: Руководство по ремонтопригодности и системе технического обслуживания и ремонта



Есть

60300-3-11
Ч. 3, разд. 11: Руководство по надежностно-ориентированному техническому обслуживанию



Есть

60300-3-12
Ч. 3, разд. 12: Руководство по комплексному материально-техническому обеспечению технологического обслуживания и ремонта



Есть


Продолжение таблицы 2.2

1
2
3
4
5
6

60319
Представление данных о безотказности электронных компонентов
17
1978
Осущест- вляется
Есть*

60409
Отменен в 1998 г.





60605
Испытания на безотказность

60605-1
Ч. 1: Основные положения отменены в 1998 г. после издания заменяющего его руководства 60300-3-5 (см. выше)
30
1978

Есть*

60605-3-2
Ч. 3, разд. 2: Предпочтительные условия испытаний. Оборудование стационарного применения, эксплуатируемого в защищенных от атмосферного воздействия условиях. Высокая степень имитации
11
1986

Есть*

60605-3-3
Ч. 3, разд. 3: Предпочтительные условия испытаний. Оборудование стационарного применения, эксплуатируемое в частично защищенных от атмосферного воздействия условиях. Низкая степень имитации
15
1992

Есть

60605-3-4
Ч. 3, разд. 4: Предпочтительные условия испытаний. Портативное оборудование для нестационарной эксплуатации. Низкая степень имитации
17
1992

Есть

60605-3-5
Ч. 3, разд. 5: Предпочтительные условия испытаний. Наземное мобильное оборудование. Низкая степень имитации
18
1996

Есть

60605-3-6
Ч. 3, разд. 6: Предпочтительные условия испытаний. Транспортируемое наружное оборудование. Низкая степень имитации
16
1996

Есть

60605-4
Методы определения точечных оценок и доверительных границ показателей безотказности оборудования по результатам определительных испытаний
27
1986
Осуще- ствляется
Есть*

60605-6
Проверка постоянства интенсивности отказов и параметра потока отказов
15
1997



60706:
Руководство по ремонтопригодности оборудования

60706-1
Ч. 1, разд. 1, 2 и 3: Введение, требования по ремонтопригодности и программа ремонтопригодности
20
1982
Намечен
Есть*

60706-2
Ч. 2, разд. 5: Исследование ремонтопригодности на стадии проектирования
20
1990

Есть*


Продолжение таблицы 2.2

60706-3
Ч. 3, разд. 6 и 7: Проверка ремонтопригодности, сбор, анализ и представление данных о ремонтопригодности
24
1987
Намечен
Есть*

60706-4
Ч. 4, разд. 8: Планирование системы ТО и ремонта
32
1992

Есть

60706-5
Ч. 5, разд. 4: Диагностическая проверка
27
1994

Есть

60706-6
Ч. 6, разд. 10: Статистические методы в оценке ремонтопригодности
21
1994

Есть

60812
Техника анализа безотказности систем. Процедуры анализа видов и последствий отказов (FMEA)

1985
Намечен
Есть*

60863
Представление результатов прогнозирования безотказности, ремонтопригодности и готовности
12
1986

Есть*

61014
Программы повышения надежности
31
1989

РМ

61025
Анализ дерева отказов (FTA)
20
1990

РМ

61070
Процедуры проверки стационарного коэффициента готовности
26
1991

РМ

61078
Техника анализа надежности. Метод блок-схем безотказности
29
1991

Осуществляется

61123
Проверка безотказности. Планы испытаний для контроля доли успехов (вероятности безотказной работы)
31
1991

РМ

61160
Формальная экспертиза проекта
32
1992

Есть

61163-1
Отбраковочные испытания на безотказность. Ч. 1: Восстанавливаемые изделия, изготавливаемые партиями
77
1995

Осуществляется

61163-2
Отбраковочные испытания на безотказность. Ч. 2: Электронные элементы





61164
Повышение надежности. Методы статистических испытаний и оценивания
31
1995

Есть

61165
Применение техники марковского анализа
23
1995

РМ

61649
Критерии согласия, доверительные интервалы и нижние доверительные границы для распределения Вейбулла
16
1997



61150
Процедуры сравнения двух постоянных интенсивностей отказов и двух постоянных параметров потока отказов
20
1997



61703
Математические выражения терминов безотказности, ремонтопригодности и готовности













Окончание таблицы 2.2

61704
Руководство по методам испытаний программных средств на надежность





61709
Электронные компоненты. Безотказность. Базовые условия для определения интенсивности отказов и модели пересчета
42
1996

Осуществляется

61710
Критерии проверки гипотезы для модели степенного закона (повышения безотказности)





61713
Руководство по надежности программных средств в процессе их жизненного цикла





61739
Руководство по выбору показателей для количественной оценки надежности программных средств





61720
Надежность программных средств в особо ответственных условиях применения





61882
Руководство по безопасности





б/ч
Управление риском





б/н
Отбраковочные испытания на безотказность восстанавливаемых одиночных объектов





Для сравнения альтернативных технологий проектирования систем ЖАТ, а также решения задачи оптимизации с помощью аппарата функциональных сетей необходимо использовать статистические или условные значения показателей надежности и безопасности систем ЖАТ на этапе проектирования. Такая оценка необходима как для отдельных ТФС, так и для системы ЖАТ в целом, при этом должны быть заданы условия эксплуатации системы для оценки безошибочности выполнения технологических операций по ее проектированию.
Таким образом, любые вероятности 13 EMBED Equation.3 1415 или 13 EMBED Equation.3 1415 как критерии технологической эффективности систем ЖАТ соответственно по надежности и безопасности в соответствии с (1.13) - (1.15) могут быть представлены в виде условных вероятностей:
13 EMBED Equation.3 1415, (2.1)
13 EMBED Equation.3 1415; (2.2)
где 13 EMBED Equation.3 1415, 13 EMBED Equation.3 1415 - вероятности того, что 13 EMBED Equation.3 1415-ый показатель соответственно надежности и безопасности системы ЖАТ в течение эксплуатационного периода будет находиться в пределах, заданных заказчиком при условии отсутствия ошибок проектирования. Несоответствие показателей надежности и безопасности нормативным значениям для эксплуатационного периода может быть вызвано неправильной организацией технического обслуживания системы ЖАТ, условиями эксплуатации системы, несоответствующими техническим требованиям, либо неверно заданными требованиями заказчика.
Следовательно, в соответствии с (1.4) для оценки технологической эффективности системы ЖАТ в целом необходимо иметь методы аналитической оценки влияния условий эксплуатации систем ЖАТ на показатели их надежности и безопасности при заданных значениях показателей качества проектирования и наоборот.



2.2. Модели надежности и безопасности систем железнодорожной автоматики и телемеханики

Особенностью микропроцессорных систем ЖАТ является использование в качестве их основного элемента алгоритмического и программного обеспечения. Анализу надежности аппаратных средств систем ЖАТ посвящено большое количество исследований [68 и многие др.]. Показатели надежности и стандартные распределения времени наработки до отказа для технических систем известны.
Известно также, что надежность ПО существенно отличается от надежности аппаратуры. В частности, ненадежность АО и ПО – следствие исключительно ошибок проектирования, т.е. ошибок, внесенных в процессе разработки [64].
В связи с наличием различных подходов к определению надежности ПО [65,58], под надежностью ПО будем в дальнейшем понимать его свойство безошибочно выполнять функции, заданные пользователем; под отказом ПО – событие, заключающееся в проявлении ошибки, допущенной в процессе проектирования. Ошибкой ПО будем называть результат работы ПО, не соответствующий спецификациям и требованиям, заданным заказчиком.
В основе теории надежности технических средств лежит ряд фундаментальных понятий.
В частности считается, что функция надежности аппаратных средств 13 EMBED Equation.3 1415имеет следующие свойства:
1) 13 EMBED Equation.3 1415, т.е. можно рассматривать безотказную работу лишь тех объектов, которые были работоспособны в момент начала работы;
2) 13 EMBED Equation.3 1415 является монотонно убывающей функцией заданной наработки 13 EMBED Equation.3 1415;
3) 13 EMBED Equation.3 1415 при 13 EMBED Equation.3 1415, т.е. любой объект со временем откажет.
Для анализа надежности ПО эти постулаты не применимы, т.к. ПО не обладает свойством изнашиваемости.
Рассмотрим вероятность безотказной работы ПО 13 EMBED Equation.3 1415 на промежутке времени 13 EMBED Equation.3 1415. Если ПО не отказало до "достаточно удаленного" [66] момента время 13 EMBED Equation.3 1415, то логично предположить, что вероятность 13 EMBED Equation.3 1415 проявления ошибки на интервале 13 EMBED Equation.3 1415 будет небольшой. Отсюда следует, что при равномерной эксплуатационной нагрузке соответствующего алгоритмического обеспечения АО 13 EMBED Equation.3 1415, при условии, что 13 EMBED Equation.3 1415. Таким образом, при достаточно длительной безотказной эксплуатации ПО условие 13 EMBED Equation.3 1415 не выполняется.
Будем рассматривать известные модели надежности аппаратных средств как частный случай моделей надежности аппаратных и программных средств [67, 68]. Тогда обобщенная функция ненадежности аппаратных и программных средств систем ЖАТ может быть записана как
13 EMBED Equation.3 1415, (2.3)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - вероятность того, что объект на интервале времени 13 EMBED Equation.3 1415будет подвержен воздействию случайных факторов, способных вызвать его отказ,
13 EMBED Equation.3 1415 - вероятность того, что при условии воздействия случайных факторов, способных вызвать отказ объекта на интервале времени 13 EMBED Equation.3 1415, произойдет его отказ.
Для ПО систем ЖАТ параметр 13 EMBED Equation.3 1415 есть вероятность того, что в процессе эксплуатации ПО на интервале времени 13 EMBED Equation.3 1415 может проявиться хотя бы одна ошибка;
13 EMBED Equation.3 1415- априорная вероятность того, что при работе в интервале времени 13 EMBED Equation.3 1415 ПО будет содержать хотя бы одну ошибку, допущенную в процессе проектирования.
В соответствии с требованиями, предъявляемыми к ПО систем ЖАТ [69, 61, 70], ПО следует отнести к невосстанавливаемым объектам с точки зрения теории надежности. Это объясняется тем, что в случае отказа ПО оно требует исправления, в результате чего фактически создается новый программный продукт, подлежащий испытаниям и сертификации по надежности и безопасности. В этом случае можно допустить, что
13 EMBED Equation.3 1415, (2.4)
Перечислим некоторые свойства 13 EMBED Equation.3 1415.
1) при 13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415: (например, если в ПО не может по условиям эксплуатации проявиться ни одной ошибки, вероятность его отказа равна 0).
2) при 13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 - что представляет собой частный случай функции ненадежности технических средств. Функция 13 EMBED Equation.3 1415 представляет собой априорную модель надежности ПО.
Заметим, что при постоянной интенсивности отказов 13 EMBED Equation.3 1415 для аппаратных средств 13 EMBED Equation.3 1415, а 13 EMBED Equation.3 1415 учитывает вероятность отказа за счет воздействия внешних, случайных факторов в соответствии с условиями применения экспоненциального распределения наработки до отказа [71, 66].
Пусть интервал 13 EMBED Equation.3 1415; вероятности 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 являются независимыми, т.е. проявление ошибки ПО зависит лишь от того, в каком модуле ПО она допущена и не зависит от надежности работы аппаратных средств микропроцессорных систем ЖАТ. В качестве наиболее простой модели надежности ПО можем принять
13 EMBED Equation.3 1415; (2.5)
Тогда для системы ЖАТ в целом
13 EMBED Equation.3 1415, (2.6)
где 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 - интенсивность отказов ПО и технических средств соответственно.
В этом случае при 13 EMBED Equation.3 1415 функция 13 EMBED Equation.3 1415может быть представлена в виде нормального или усеченного нормального распределения случайной величины 13 EMBED Equation.3 1415 с экстремумом
13 EMBED Equation.3 1415. (2.7)
В этом случае 13 EMBED Equation.3 1415 при 13 EMBED Equation.3 1415 из-за предположения, что в любом ПО в момент времени 13 EMBED Equation.3 1415 содержится хотя бы одна ошибка; 13 EMBED Equation.3 1415 при 13 EMBED Equation.3 1415, связано с износом аппаратных средств.
Представленная модель является весьма приближенной. Использование для ПО принципиально иных начальных условий по сравнению с моделями надежности аппаратных средств не позволяет воспользоваться для расчета показателей надежности ПО известными из теории надежности зависимостями.
При этом совместную работу аппаратных и программных средств целесообразно рассматривать в интервале времени от 13 EMBED Equation.3 1415 до 13 EMBED Equation.3 1415 для сохранения общности.

2.3. Особенности оценки надежности аппаратных
средств железнодорожной автоматики

При анализе функций надежности аппаратных средств 13 EMBED Equation.3 1415 и соответствующих плотностей распределения необходимо учитывать специфику функционирования СЖАТ.
Очевидно, что на одной станции, не говоря, уже об отделении в целом, напольные и постовые устройства систем ЖАТ одного типа эксплуатируются с различной частотой. Это касается, например, количества переводов стрелок за определенный период времени, проследовании подвижных единиц через изолированный участок, изменения показаний поездных и маневровых светофоров и т.д. При этом период профилактики для них регламентируется и является одинаковым. Такой подход не в полной мере соответствует основным положениям теории надежности и является недостаточно обоснованным.
Параметры потоков событий срабатывания устройств зависят от объемов, характера и законов распределения поездной и маневровой работы на заданном участке железной дороги или на конкретной станции. Эти параметры определяются на основе анализа технологии эксплуатационной работы с учетом местных условий [72-75].
На основе проведенного анализа [несколько моих статей], исследований можно сделать вывод, что как и для ПО, функция надежности аппаратных средств систем ЖАТ
13 EMBED Equation.3 1415 (2.16)
должна учитывать параметрическую надежность напольных и постовых устройств ЖАТ в различных условиях эксплуатации.
В этом случае функция 13 EMBED Equation.3 1415должна учитывать в качестве определяющих внешних факторов, способных вызвать отказ технических средств ЖАТ, в том числе и интенсивность их использования, т.е характер изменения эксплуатационной нагрузки во времени.
Например, когда известен закон изменения 13 EMBED Equation.3 1415 в зависимости от нагрузки 13 EMBED Equation.3 1415, зависимость 13 EMBED Equation.3 1415, согласно [76], может быть аппроксимирована полиномом вида
13 EMBED Equation.3 1415, (2.17)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - исходное (справочное, номинальное) значение интенсивности отказов.
Следовательно, для одиночного элемента
13 EMBED Equation.3 1415. (2.18)
Отношение 13 EMBED Equation.3 1415 вероятностей безотказной работы системы произвольной конфигурации, вычисленные соответственно при фиксированных 13 EMBED Equation.3 1415 и с учетом их изменчивости [76]:
13 EMBED Equation.3 1415. (2.19)

Обозначив 13 EMBED Equation.3 1415, получим
13 EMBED Equation.3 1415; (2.20)
тогда
13 EMBED Equation.3 1415, (2.21)
таким образом, а рассмотренном примере:
13 EMBED Equation.3 1415. (2.22)
Достаточно строго и полно вопрос относительно учета изменчивости 13 EMBED Equation.3 1415-характеристик рассмотрен в [78].
Другим методом, позволяющим учесть характер эксплуатационной работы напольного и постового оборудования ЖАТ является параметрическая модель "прочность-нагрузка". При этом под "нагрузкой" понимают любые факторы, влияющие на эффективность функционирования изделия, а "прочность" характеризует способность изделия сохранять свои свойства при воздействии этих нагрузок [77].
Исходными данными при расчете функции 13 EMBED Equation.3 1415являются 13 EMBED Equation.3 1415 - плотности вероятности распределения соответственно прочности и нагрузки; 13 EMBED Equation.3 1415 - векторы параметров характеризующих соответственно прочность и нагрузку. В этом случае 13 EMBED Equation.3 1415, а общее выражение вероятности безотказной работы
13 EMBED Equation.3 1415. (2.23)
В работе [74] приведены расчетные формулы вероятности безотказной работы для различных законов распределения прочности и нагрузки.
Общий анализ параметрической надежности систем ЖАТ при различных условиях эксплуатации проведен в работе [79].
В общем случае на надежность действия устройств отказывают влияние следующие условия и факторы:
1) Интенсивность работы или интенсивность движения поездов.
2) Метеорологические условия и сезон года.
3) Степень загрязнения или агрессивности внешней среды.
4) Техническое состояние (степень приработки или износа).
5) Качество их содержания работниками смежных служб.
Основные требования к надежности аппаратных средств ЖАТ определяются в зависимости от количества задержанных поездов в результате их отказов.
Каждый вид устройств характеризуется выполняемыми функциями, средней длительностью отказа и длительностью перехода на ручной способ управления движения поездов (например, перевод стрелки курбелем или принятие поезда по пригласительному сигналу), которые влияют на размеры возможных задержек поездов.
Результаты исследований, обобщенные в работе [79], показывают, что на величину задержек поездов и их стоимость влияют следующие условия эксплуатации систем ЖАТ:
1) интенсивность и характер движения поездов (виды поездов и характер перевозимых грузов).
2) наличие на станциях постоянно работающих дежурных по станции.
3) наличие достаточного количества обсуживающего персонала на участке и организация восстановления (на малонаселенных участках или на участках с большим временем следования электромехаников к месту отказов возрастает их длительность).
4) особенности участка дороги, на котором находится дистанция (станция стыкования или участки передачи поездов на другие дороги).
5) вид устройства и место их расположения на плане станции.
Для определения законов распределения случайных функций 13 EMBED Equation.3 1415 и 13 EMBED Equation.3 1415 необходима классификация устройств СЖАТ по группам в зависимости от их расположения на плане станции и задержек поездов вследствие отказов. Определенные результаты в ходе аналогичных исследований получены в работе [77].
Кроме того, представляется целесообразным в зависимости от типа станции, количества маневровых передвижений, числа переводов стрелок выделить типовые, для которых эксплуатационные параметры будут различаться незначительно (с заданной дисперсией). Например, по данным ряда дорог имеется большой процент станций с количеством стрелок от 2 до 6, на которых осуществляются только поездные передвижения. Фактически большинство таких станций работают преимущественно в режиме автодействия [80].

2.4. Нормирование и оценка безопасности систем
железнодорожной автоматики

Методами оценки, нормирования и средствам обеспечения безопасности систем ЖАТ посвящено большое число работ [81, 82, 83, 84, 87 и другие]. В настоящее время разработана система отраслевых стандартов "Безопасность железнодорожной автоматики и телемеханики" [85-87].
Целями и задачами разработки системы стандартов являлись определение терминологии, требований по безопасности к системам ЖАТ, выбор методов и средств их обеспечения на всех этапах жизненного цикла технических средств (разработка, проектирование и эксплуатация) [83, 89].
Однако, учитывая разнообразие элементов систем ЖАТ, особенности разработки и проектирования программных и аппаратных средств, к вопросам нормирования и оценки показателей безопасности систем ЖАТ существует несколько различных подходов. В [90, 191] указывается, что в настоящее время нормы и рекомендованные методы доказательства функциональной безопасности систем ЖАТ требуют пересмотра в связи с трудностями, связанными с их практическим использованием.
В соответствии с [92] к показателям безопасности относят количественные и качественные характеристики, которые могут иметь две формы представления: вероятностную и статистическую.
В соответствии с требованиями международных стандартов ИСО 9000 [93] нормы безопасности могут носить только вероятностный характер. Кроме того, в связи с тем, что системы ЖАТ, как правило, являются уникальными системами, то применение к ним статистической теории надежности ограничен. Статистическая оценка показателей безопасности систем ЖАТ возможна лишь на стадии экспериментальной обработки и испытаний методами имитационного моделирования.
На стадии проектирования и конструирования показатели безопасности трактуют как характеристику вероятностных математических моделей создаваемых систем.
Таким образом, возникает задача построения математических моделей для оценки вероятностных показателей безопасности проектируемых систем ЖАТ с помощью ОСМ.
При анализе показателей безопасности систем ЖАТ следует различать безопасность "внешнюю" и "внутреннюю". В соответствии с [86, 83, 84] безопасность системы ЖАТ – это свойство системы непрерывно сохранять исправное, работоспособное или защитное состояние в течение некоторого времени или наработки. При этом авторы исследуют только внутреннюю безопасность – свойство объекта не быть источником опасности для человека или окружающей среды из-за нарушения работоспособности (по причине внутренних отказов). Внешняя безопасность связана с сохранностью системы ЖАТ как объекта и может нарушаться из-за внешних причин (влияния окружающей среды и действий человека).
Перечень рекомендованных [86] показателей безопасности приведен в табл.2.3.
Таблица 2.3
Наименование показателя
Обозначение

Вероятность безопасной работы
13 EMBED Equation.3 1415

Вероятность опасного отказа
13 EMBED Equation.3 1415

Средняя наработка до опасного отказа
13 EMBED Equation.3 1415

Средняя наработка на опасный отказ
13 EMBED Equation.3 1415

Интенсивность опасных отказов
13 EMBED Equation.3 1415

Параметр потока опасных отказов
13 EMBED Equation.3 1415

Коэффициент безопасности
13 EMBED Equation.3 1415


Следует отметить, что ошибки оператора при эксплуатации системы ЖАТ, не связанные с внесением изменений в конструкцию или неправильным техническим обслуживанием, следует отнести к внутренней безопасности систем ЖАТ.
Таким образом, при анализе безопасности систем ЖАТ на этапах проектирования и эксплуатации целесообразно рассматривать внутреннюю безопасность систем ЖАТ, связанную с ошибками проектирования как для ПО, так и для аппаратных средств.
Существует два различных подхода к определению опасного отказа с точки зрения взаимодействия систем ЖАТ и транспортного комплекса в целом.
В соответствии с [83] система ЖАТ рассматривается изолированно от всего транспортного комплекса. Считается, что если произошел опасный отказ системы ЖАТ, который может привести к аварии, то это с точки зрения разработчика это опасно и недопустимо независимо от того, произошла фактическая авария или нет. В работах [94, 82, 95] предложен иной подход. Автор считает, что один и тот же отказ одного и того же элемента транспортной системы в одном случае может быть причиной перехода перевозочного процесса в нештатное состояние, а в другом – не может. Все дело в том, участвует ли в конкретный момент времени данный элемент транспортной системы в реализации перевозочного процесса или не участвует.
Состояние устройства транспортной системы называется активным в некотором интервале времени, если оно в этот интервал непосредственно участвует в реализации перевозочного процесса, а его параметры влияют на его протекание, т.е. на его состояние. Пассивное состояние устройства транспортной системы такое, когда оно в данный интервал времени непосредственно не участвует в перевозочном процессе, и его параметры не влияют на его протекание и, как следствие, на его состояние [95].
В этом случае в [95] дается следующие определения опасных отказов.
Опасный отказ аппаратных средств системы ЖАТ - это отказ аппаратных средств устройства (функционального узла) системы, находящегося в активном состоянии, обусловливающий переход перевозочного процесса из штатного или нештатного неопасного состояний в нештатное опасное состояние.
Опасная ошибка программного обеспечения системы управления – это ошибка модуля программы системы управления, находящегося в активном состоянии, обусловливающая переход перевозочного процесса из штатного или нештатного неопасного состояний в нештатное опасное состояние.
Такой подход закреплен в [96] в виде терминов безопасности по параметрам движения и показателей безопасности по параметрам движения поезда, аналогичных показателям, приведенным в табл.2.3.
Кроме терминологических разногласий, в настоящее время остается открытым вопрос о наиболее точном нормировании показателей безопасности.
В основе подхода к определению норм безопасности, изложенного в [82, 97], лежит концепция приемлемости риска. Смысл этой концепции заключается в том, что некоторая норма безопасности считается допустимой, если затраты на ее обеспечение не превышают потерь, возникающих при опасных отказах, либо ее значение соответствует достигнутому уровню безопасности, признанному обществом или специалистами достаточным на данный момент.
В первом случае должны быть известны перечень мероприятий по обеспечению или повышению безопасности системы ЖАТ, значения прироста безопасности и затраты на ее обеспечение, вид зависимости "эффективность – безопасность". При этом норма безопасности 13 EMBED Equation.3 1415 определяется исходя из следующих условий:
13 EMBED Equation.3 1415; 13 EMBED Equation.3 1415, (2.24)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - некоторое минимально допустимое значение нормы безопасности, при котором создание или эксплуатация изделия еще имеет смысл;
13 EMBED Equation.3 1415 - затраты на обеспечение нормы безопасности 13 EMBED Equation.3 1415;
13 EMBED Equation.3 1415 - максимально допустимая величина затрат, при которой создание или эксплуатация изделия ЖАТ еще имеет смысл.
Такой подход представляет собой одно из условий задачи оптимизации. Во втором случае норма безопасности системы ЖАТ определяется на основании уже достигнутого в аналогичных изделиях уровня безопасности.
Вопросы нормирования показателей безопасности связаны с оценкой функции распределения 13 EMBED Equation.3 1415 времени до первого опасного отказа либо между отказами. В работе [83] приведена попытка доказательства того, что распределение времени наработки между опасными отказами СЖАТ подчиняются экспоненциальному закону.
В этом случае параметр закона распределения – интенсивность опасных отказов – определяется экспериментальным путем, а остальные значения норм безопасности рассчитываются с помощью соответствующих формул.
Однако, использованные для этого статистические данные относились в большей степени к внешней безопасности, связанными с действиями человека, что делает это доказательство неубедительным.
В работах [81, 82] исходя из положений теории надежности исследуются упрощенные модели потоков опасных и неопасных отказов систем ЖАТ, в которых без достаточных оснований предполагается, что интенсивность опасных отказов 13 EMBED Equation.3 1415. В [82], кроме того, указывается, что при анализе характеристик опасных отказов могут использоваться нормальный, гиперэкспоненциальный и ряд других законов распределения.
Например, для экспоненциального закона распределения 13 EMBED Equation.3 1415, и учитывая предложенную в [99, 100] норму 13 EMBED Equation.3 1415 1/ч, средний период наработки до опасного отказа должен составить более 10 миллионов лет. Очевидно, что никакими статистическими данными невозможно подтвердить или опровергнуть как сам норматив, так и правомерность использования какого-либо распределения вероятностей для столь редкого события.
Интересный подход к нормированию показателей безопасности СЖАТ предложен в [98]. Авторами отмечается, что значительная доля нарушений, связанных с поездной и маневровой работой в службах, совершается человеком, а не техническими средствами; нередки случаи формирования устойчивых последовательностей повторяющихся предпосылок к транспортным происшествиям и т.д.
Исследования авторов показали, что параметр потока транспортных происшествий 13 EMBED Equation.3 1415 в широких пределах линейно зависит от величины грузооборота и в условиях постоянства перевозочной работы меняется незначительно.
При этом системы ЖАТ составляют лишь небольшую часть технических средств, отказы которых могут привести к возникновению опасного транспортного происшествия. Поэтому целесообразно предположить, что перечисленные числовые характеристики аварийности должны удовлетворять следующему неравенству [98]:
13 EMBED Equation.3 1415.
В соответствии с приведенным анализом в дальнейшем целесообразно рассматривать безопасность систем ЖАТ изолированию от транспортного комплекса (в терминах [94] – «безопасность аппаратных средств в узком смысле») при оценке безопасности на этапе проектирования системы ЖАТ, а при оценке безопасности в эксплуатационный период жизненного цикла системы - рассматривать показатели безопасности по параметрам движения поезда в соответствии с [96] (в дальнейшем – эксплуатационная безопасность систем ЖАТ).
Можно рассматривать вероятность 13 EMBED Equation.3 1415 с точки зрения внутренней безопасности как вероятность проявления ошибки проектирования, т.е. отказ, для которого при разработке системы ЖАТ не был с требуемой вероятностью предусмотрен перевод системы в защитное состояние.
Можно предположить, что с течением времени в условиях испытаний опытных образцов, тиражирования системы ЖАТ и их длительной эксплуатации система будет подвержена воздействию различных внешних факторов и их комбинациям, в том числе – различным эксплуатационным воздействиям (например, отказам напольного оборудования, различным видам поездной и маневровой работы и т.д.). Если при этом опасный отказ не проявится, то эксплуатационная безопасность за основной цикл работы систем ЖАТ будет повышаться, т.е. априорная вероятность 13 EMBED Equation.3 1415 будет подтверждаться в ходе эксплуатации.
В этом случае целесообразно задать различные значения нормы 13 EMBED Equation.3 1415 для определенных жизненных циклов систем ЖАТ, полагая, что 13 EMBED Equation.3 1415 изменяется скачком. Используя, в этом случае с целью упрощения экспоненциальный закон распределения отказов, согласно [101] для однократного изменения 13 EMBED Equation.3 1415 будем иметь:
13 EMBED Equation.3 1415. (2.25)
Учитывая специфику оценки надежности для ПО и аппаратных средств можно использовать аналогичную математическую модель для оценки эксплуатационной безопасности систем ЖАТ:
13 EMBED Equation.3 1415; (2.26)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - вероятность того, что объект на интервале времени 13 EMBED Equation.3 1415 будет подвержен воздействию случайных факторов, способных вызвать его опасный отказ.
Для ПО формула (2.26) представляет собой частный случай вероятности безотказной работы ПО (формула (2.12)) относительно опасных отказов ПО.
Для аппаратных средств системы ЖАТ при оценке внутренней безопасности
13 EMBED Equation.3 1415 (2.27)
Кроме того, при анализе функции 13 EMBED Equation.3 1415 эксплуатационные характеристики работы транспортного комплекса могут быть учтены как для изолированной системы ЖАТ, так и при оценке безопасности по параметрам движения поезда.
В [94] приводится пример, что перевод стрелки вследствие отказа приведет к катастрофе при условии, если он произойдет под движущимся составом. В этом случае вероятность катастрофы 13 EMBED Equation.3 1415определяется произведением вероятностей двух событий – вероятности 13 EMBED Equation.3 1415 занятия стрелки движущимся поездом и вероятности 13 EMBED Equation.3 1415 возникновения в это время опасного отказа, приводящего к переводу стрелки, т.е. 13 EMBED Equation.3 1415. При этом предполагается, что эти два события независимые, что вполне допустимо.
Аналогичные дополнительные условия можно сформулировать и для других видов опасных отказов.
Зависимость (2.27) соответствует рекомендованным в [99, 97] принципу определения норм безопасности, впервые сформулированному в [101, 102]. В его основе лежит принцип, заключающийся в том, что уровень безопасности считается приемлемым, если но одно изделие системы ЖАТ из некоторого множества не будет иметь ни одного опасного отказа за весь срок эксплуатации. Например, норма интенсивности опасных отказов 13 EMBED Equation.3 1415 может быть рассчитана так:
13 EMBED Equation.3 1415, (2.28)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - число изделий ЖАТ, находящихся в эксплуатации;
13 EMBED Equation.3 1415 - предполагаемый срок эксплуатации изделия ЖАТ.
На этапе проектирования системы ЖАТ показатели безопасности могут быть оценены с помощью аппарата функциональных сетей. Например, для АО системы ЖАТ целесообразно воспользоваться моделью Миллса, введя случайное подсеивание опасных ошибок в АО СЖАТ с учетом ТФС безопасности и первичного значения 13 EMBED Equation.3 1415. Это позволит доказать соответствие ПО системы ЖАТ одному из критериев безопасности. В дальнейшем изменение функции безопасности 13 EMBED Equation.3 1415 будет зависеть от условий эксплуатации системы ЖАТ. Норма безопасности системы ЖАТ может быть определена на основе достигнутого уровня в аналогичных изделиях.







3. КЛАССИФИКАЦИЯ И АНАЛИЗ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ УСТРОЙСТВ ЗАМЫКАНИЯ СТРЕЛОЧНЫХ ПЕРЕВОДОВ, СТРЕЛОЧНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДО, СТРЛОЧНОЙ ГАРНИТУРЫ

3.1 Классификация стрелочных переводов и электроприводов
железнодорожной автоматики и телемеханики

Стрелочные переводы предназначены для разветвления, соединения и пересечения железнодорожных путей в одном уровне. Стрелочные переводы классифицируются по:
назначению (числу и расположению соединяемых путей);
взаимному расположению; типам рельсов;
маркам крестовины.
Кроме того, по назначению стрелочные переводы подразделяют на:
одиночные;
двойные.
Одиночные стрелочные переводы бывают:
симметричными;
несимметричными разносторонними;
несимметричными односторонними;
перекрестными;
сбрасывающими стрелками;
сбрасывающий остряк.
По взаимному расположению стрелочные переводы могут быть:
встречные;
попутные;
обратные;
съезды;
стрелочные улицы под углом крестовины;
стрелочные улицы на основном пути;
веерные.
Согласно Правилам технической эксплуатации железных Российской Федерации на главных и приемо-отправочных путях укладывают стрелочные переводы с марками крестовины не круче 1/11. Перекрестные переводы и стрелочные переводы, по которым пассажирские поезда проходят только по прямому пути, могут иметь крестовины марки 1/9. Для движения поездов по боковому (ответвленному) пути с повышенными скоростями используют переводы с маркой крестовины 1/18. За рубежом встречаются еще более пологие остряки с маркой крестовины 1/33, а во Франции - даже 1/65.
Тип стрелочного перевода определяется типом рельсов. Наибольшее распространение на сети железных дорог России нашли стрелочные переводы типов Р50 и P65 марок 1/11 и 1/9, которые составляют около 80% всех стрелок. В эксплуатации находятся стрелочные переводы типа P43, готовят к широкому применению стрелочные переводы типа Р75. Всего на сети железных дорог эксплуатируют около 210 тысяч стрелочных переводов, из них 131 тысяча стрелок управляется электроприводами.
Классификация электроприводов железнодорожной автоматики и телемеханики приведена на (прил. 2 рис. 3.1).

3.2. Анализ отечественных и зарубежных систем и устройств замыкания
стрелочных переводов, стрелочных электроприводов,
стрелочной гарнитуры
3.2.1 Стрелочный перевод марки 1/11
В комплект одиночного стрелочного перевода (рис.3.2) входят следующие основные детали:
1, 2 - двух рамных рельсов;
3, 4 - двух остряков;
5, 6 - двух комплектов корневых устройств;
7 - переводного устройства (электропривода);
8 - стрелочные подкладки.

3.2.2 Стрелочный перевод марки 1/18

На скоростных магистралях железных дорог мира применяется стрелочные переводы с длинными гибкими остряками. Внедрение длинных гибких остряков сопровождается решением зада по удержанию в переведенном положении всей их длины. Гибкость остряков увеличивается настолько, что уже при скоростях 200 км/ч поперечные силы, действующие на рельсы, приводят к недопустимым изменениям ширины колеи. Поэтому для обеспечения плотного прилегания остряков в зоне остроги к рамным рельсам и к упорным болтам-накладкам для стрелок с гибкими остряками дополнительно к основному силовому узлу перевода устанавливают вспомогательные переводные устройства, количество которых увеличивается с увеличением длины остряков. Такими устройствами могут быть как автономные приводы, так и различного типа рычажно-шарнирные механизмы, движением которых управляет основное переводное устройство.
Переводы марки 1/18, с радиусом переводной кривой 1200 м оборудуются двумя стрелочными приводами с контрольными системами и переводным
механизмом (ЭП), пятью внешними замыкателями (ВЗ) и автономным устройствами контроля (УК). Стрелки рассчитаны на максимальную скорость по боковому пут до 100 км/ч. На рисунке 3.3 представлена типовая схема стрелочного перевода марки 1/18.
3.2.3 Стрелочный перевод марки 1/22
В отечественной практике для участков скоростного движения дополнительно к основному электроприводу типа СП применяют специальное рычажное устройство и систему тяг. Так, в переводах типа Р65 марки 1/22 (рис.3.4) устанавливаются два электропривода и три межостряковые рабочие тяги. Рабочая тяга, связанная с электроприводами у острия остряков, как правило, выполняется жесткой, остальные имеет регулировку по длине с помощью стяжных муфт.
































На схеме стрелочного перевода типа Р65 марки 1/22 использованы следующие обозначения:
межостряковая рабочая тяга;
переводной рычажно-шарнирный узел;
соединительная трубчатая тяга;
командный рычажно-шарнирный узел;
соединительная тяга;
2-я межостряковая тяга;
двуплечный рычаг компенсации хода;
3-я межостряковая тяга;
ЭП1, ЭП2 - электроприводы.

3.2.4 Стрелочный перевод марки 1/42

Самые длинные переводы марки 1/42 с радиусами переводной кривой 7000/6000 м (рисунке 3.5) оборудуются тремя стрелочными приводами с контрольными системами, одиннадцатью внешними замыкателями и семью автономными устройствами контроля. Стрелки таких переводов допускают прохождение подвижного состава по боковому пути со скоростью до 200 км/ч.
По виду запирания различают стрелочные приводы с внутренним и внешним запиранием. Суть их отличия сводится к следующему:
Стрелочный привод с внутренним замыканием – это привод, при котором Главный (основной) механизм, запирающий (замыкающий) прижатый остряк к рамному рельсу (подвижный сердечник крестовины к усовику), находится внутри корпуса привода;
Стрелочный привод с внешним замыканием – это привод, в котором Главный (основной) механизм, запирающий прижатый остряк к рамному рельсу (подвижный сердечник крестовины к усовику), находится вне корпуса привода, хотя при этом в самом приводе (внутри корпуса) могут находиться дополнительные запирающие (замыкающие) механизмы, но не основные и требования к ним иные, чем к Главному (основному) запирающему (замыкающему) механизму.
Внешние замыкатели
3.2.5 Крюковой замыкатель
Конструкция крюкового замыкателя представлена на рисунке 3.6. Снизу на каждом остряке с возможностью поворота смонтированы запорные крюки 1 и 2. Оба крюка соединены тягой 3, которая соединена с рабочей тягой 4. На каждом рамном рельсе закреплена подушка 5 и 6. На рисунке 3.6 показана запертая стрелка в крайнем правом положении, если смотреть на острия стрелочных остряков.
Правый запорный крюк 2 охватывает подушку 6, обеспечивая плотное прижатие остряка к рамному рельсу. Никакие вибрации на стрелке не могут нарушить их взаимное расположение. Запорный крюк левого остряка развернут в верхнее положение. При переводе стрелки запорный крюк движется вместе с соединительной тягой.
Стрелка, оборудованная крюковым замыкателем, имеет последовательный ход остряков. Отход остряка от рамного рельса в месте цапфы крюка в крайнем положение составляет 165-175 мм. Эта величина называется раскрытием остряков. Поскольку крюки трутся о подушки, центры вращения крюков и центры выпуклых стенок подушек удалены вследствие угона рельсов более чем на 10-20 мм. Раскрытие остряков 170±5 мм принято из соображений защиты крюка от разрушения при взрезе стрелки. Это означает, что данный замыкатель является взрезньм, то есть неправильный перевод стрелка при движении поезда позволяет сохранить замыкатель.
Следует отметить, что для внешних замыкателей, необходимо различать остряки с низким и высоким профилем. Остряки с низким профилем достаточно жестки, при движении поезда не вибрируют, а зимой при заносах зоны между остряком и рамным рельсом снегом не пружинят.







Остряки высокого профиля являются упругими, их верхняя часть может отходить, увеличивая зазор между остряком и рамным рельсом. В связи с этим остряк необходимо фиксировать не только от угона, но и со стороны пера после его примыкания к рамному рельсу.
Следует отметить, что без выяснения причин нельзя увеличивать усилие перевода, регулируя фрикцию. Это может вызвать замыкание крюкового замыкателя даже тогда, когда между остряком и рамным рельсом находится какой-нибудь предмет. В результате произойдет прогиб остряка в месте присутствия инородного предмета и сход локомотива с рельсов вследствие уменьшения ширины колеи. Кроме того, обеспечение безопасного движения локомотива работа крюкового замыкателя может быть нарушено при осевом смещении рамного рельса.
В стрелках с высоким профилем недостатком является то, что крюковый замыкатель расположен в нижней части остряка. Такое расположение замыкателя требует квалифицированного обслуживания. Время на обслуживание крюковых замыкателей одной стрелки составляет 750 часов в год. Совершенствование их конструкции необходимо для снижения трудоемкости обслуживания и повышения надежности в эксплуатации.

3.2.6 Замыкатель с ласточкиным хвостом

Замыкатели с ласточкиным хвостом нашли широкое применение на железных дорогах России, Германии, Австралии и Польши и других стран Европы. От крюкового замыкателя эти устройства отличаются тем, что рабочее движение отдельных деталей в них является возвратно-поступательным, тогда как в крюковом замыкателе крюки вращаются. Основная деталь замыкателя - запорная скоба - кляммера, которая имеет форму ласточкина хвоста (отсюда его название). Эта скоба установлена на остряке в корпусе направляющей, закрепленной на рамном рельсе (рис 3.7 и 3.8).
На рисунке 3.7 показан отечественный внешний замыкатель остряков стрелки с ласточкиным хвостом ВЗ-2, механизм замыкания которого осуществляется в горизонтальной плоскости.
ВЗ-2 получил широкое применение на железных дорогах России, однако из-за того что эти замыкатели имеют ограничения по условиям вертикальных колебаний остряков относительно рамных рельсов в эксплуатации, иногда приводящих к разрушению шарнирного соединения кляммеры с кронштейном и остряком, их дальнейшая эксплуатация прекращена и идет выменивание на внешние замыкатали ВЗ-5, механизм замыкания которого осуществляется в вертикальной плоскости.
На рисунке 3.8 показан отечественный внешний замыкатель остряков стрелки с ласточкиным хвостом ВЗ-5.
На рисунке 3.9 показан отечественный внешний замыкатель подвижного сердечника крестовины стрелки с НПК с ВЗК-2, механизм замыкания которого осуществляется в вертикальной плоскости.
Внешний замыкатель с ласточкиным хвостом представляет собой 2-а механизма зажимного типа, установленных под рамными рельсами и соединенных с рабочими сережками остряков стрелки посредством кляммеров (стопоров).
Основание замыкателя 3 крепится на подошве рамного рельса с помощью крюковых болтов. Верхняя сторона окна основания является рабочей гранью зажима. Внутри оснований располагаются клямеры и фигурной планки, соединенные ведущей планкой с элементами электрической изоляции, элементами регулировки длины ведущей планки и ушком для крепления рабочей тяги гарнитуры привода. Кляммеры крепятся к острякам с помощью кронштейнов. Фигурная планка на конце имеет ведущий и запирающий выступы.
Недостатком данного замыкателя является то, что в зимнее время его детали примерзают друг к другу, а также его надежная работа в значительной степени зависит от ухода за ним и от угона остряков (см. Прил Рис.3.7,стр 58, см. Прил Рис.3.8,стр 59, См Прил Рис.3.9,стр 60).

3.2.7 Французский замыкатель

Конструкция замыкателя показана на рисунке 3.10. Запорный крюк расcположен горизонтально и поворачивается на оси 4, жестко связанной с остряком. Один конец крюка 1 заканчивается головкой, заходящей за опорную точку. Эта часть крюка размещена в корпусе 3. Второй его конец шарнирно соединен с соединительной тягой 5, которая присоединена к рабочей тяге 7 электрического привода и к крюку 8. Стрелочные остряки соединены между собой шарнирной соединительной тягой 6.








Перевод стрелки осуществляется следующим образом:
при переводе стрелки рабочая тяга 7 и соединительная рабочая тяга 5 поворачивают головку крюка 8 и тем самым выводят его головку из опорной точки;
правый крюк 8 поворачивает свою головку с роликом 2, перемещающимся по направляющей в корпусе - замыкатель остряка освобожден.
затем крюк с помощью ролика 2 движется по направляющей, и остряки завершают движение одновременно, после чего головка правого крюка входит в паз;
левый остряк раскрыт, а головка крюка 1 входит в специальный паз в корпусе, в результате чего оба остряка зафиксированы в этом положении, а движение крюков ограничено упором 10.

3.2.8 Шарнирно-коленчатый замыкатель

В ряде стран, в том числе на железных дорогах России, широко применяется шарнирный замыкатель. В принципе процесс перевода остряков аналогичен переводу стрелки с крюковым замыкателем.
На рисунке 3.11 представлена конструкция шарнирно-коленчатого замыкателя:
1 - корпус;
2, 7 - распорные штанги;
2 - фундаментный угольник;
4 - крепежные болты;
5 - ось переводного рычага;
6 - короткий угольник;
8 - вертикальные серьговые болты;
9 - аппаратная тяга; 10 - кулачки;
11 - ось кулачков, переводного рычага и аппаратной тяги;
12 - кожух.
Во избежание быстрого изнашивания внешних замыкателей необходимо систематически очищать их рабочие поверхности, что является сложным и небезопасным в реальных условиях эксплуатации. Наружное размещение элементов конструкции способствует нарушению его работы при заносе снегом и загрязнении, что снижает его надежность.
В меньшей степени этот недостаток присущ французскому замыкателю, смонтированному в специальном корпусе, а поверхность трения крюка имеет ролик. Монтаж внешних замыкателей в пути ужесточает требования к обслуживанию и ремонту, что повышает опасность для обслуживающего персонала вследствие большой интенсивности движения поездов и высоких скоростей.






3.2.9 Вертикальные внешние замыкатели

В вертикальных замыкателях запорный крюк закреплен на остряке и перемещается при переводе стрелки, заходя за опору, укрепленную на рамном рельсе. В принципе эти замыкатели можно разделить на:
устройства без электрического контроля положения крюка;
устройства с электрическим контролем положения крюка.
Замыкатели этого типа применяют на стрелочных переводах Швейцарии и Венгрии. На рисунке 3.12 показана конструкция замыкателя. В исходном положении, когда остряк 4 поджат к раешному рельсу 5, крюковый замыкатель 1 фиксируется в этом положении выступом на тяге 2 ведущей планкой 3. Стрелка управляется электрическим приводом с контролем положения остряков. Преимуществами замыкателей с вертикальным ходом запорного крюка являются:
независимость от угона;
замыкание остряка на рамном рельсе;
стрелочный брус контролирует работу запорного крюка;
сила перевода приложена по оси остряков
Надо отметить, что, не смотря на ряд преимуществ, внешние замыкатели обладают следующими недостатками:
уход за ними вследствие расположения их в колее сложен и небезопасен для обслуживающего персонала, что особенно проявляется при интенсивном движении с повышенными скоростями;
наружная установка приводит к быстрому засорению, и как следствие, к частым заклиниваниям замыкателей;
тяговые и опорные элементы быстро изнашивался из-за отсутствия постоянной смазки на трущихся поверхностях;
требует дополнительной величины рабочего хода шибера, необходимого для размыкания и замыкания механизмов внешнего замыкателя, и как следствие большое время перевода стрелки.
Челюстной замыкатель стрелки предназначен как для существующего типа стрелок, так и для стрелок перспективно предназначенных для скоростей более 160 км/час.
Замыкающим элементом челюстного замыкателя является подвижная челюсть, перемещающаяся в вертикальной плоскости, серьгой прикреплённая к шейке остряка. Неподвижная зажимная челюсть прикреплена к подошве рамного рельса и в укреплённом положении сжата подвижной челюстью. Перемещение остряков стрелки и зажим замыкателя в конечном положении осуществляется при помощи передвижной замыкающей линейки (ведущей планки).
Безопасной работе замыкателя не мешает температурные изменения длинных остряков гибких стрелок, кроме того, возможно его использовать в качестве вспомогательного замыкателя стрелок с длинными или жесткими остряками.
Замыкатель в унифицированном исполнении для всех типов стрелочных конструкций имеет повышенную устойчивость против эксплуатационных напряжений и при переводе минимально напрягает остряки на кручение.




3.2.10 Челюстной внешний замыкатель






Челюстной замыкатель для стрелок UIC 60 марки 1/9 дополнен вспомогательным замыкателем, который обеспечивает требуемое прилегающее и отведенное положение остряков по всей их длине, но в прижатом положении остряк не замыкает. Управляется механизмом челюстного замыкателя с помощью сцепки. Замыкатель можно использовать совместно с датчиком положения остряков стрелки.
Внешний вид челюстного внешнего замыкателя и вспомогательного замыкателя представлена на рис.3.13.

Внутренние замыкатели

Внутренний запирающий механизм, являясь рабочим органом электропривода, осуществляет отпирание, перевод из одного крайнего положения в другое, а также из среднего - в любое крайнее, замыкание и надежное удержание шибера в статическом и динамическом режимах работы электропривода.
Механизм запирания выполняет конкретные операции и является сложным кинематическим узлом, в который входят множество элементов, представленные в единой оптимизированной конструкции, работающей с конкретным алгоритмом, где участие каждого элемента подчинено строгому закону движения с высокой степенью надежности. Состояние и четкая работа каждого элемента конструкции запирающего механизма напрямую связаны с обеспечением безопасности движения поездов.

3.2.11 Замыкатель стрелочного электропривода типа JEA-53
Электропривод JEA-53 - невзрезной стрелочный электропривод с внутренним замыкателем. Механизм замыкания шибера в работе показан на рисунке 3.14. Когда стрелка находится в запертом положении (рис. 3.14а), остряк заперт крайним толстым зубом шиберной шестерни 2, находящейся напротив соответствующего крайнего зуба шибера 1. Во время работы электродвигателя главный вал 3 повернется приблизительно на 24°, шиберная шестерня 2 и шибер 1 входят в зацепление. Стрелка не заперта, но положение остряков не изменилось (рис. 3.14,б).
При дальнейшем вращении вала 3 происходит преобразование его вращения в поступательное движение шибера (рис. 3.14в). Перевод происходит с тяговым усилием, ограниченным моментом проскальзывания фрикциона, до тех пор, пока стрелка не примет новое крайнее положение (рис. 3.14г).
Работа электропривода заканчивается, когда шиберная шестерня 2 повернется еще приблизительно на 24°. В процессе этого вращения верх крайнего толстого зуба шиберной шестерни вступает в контакт с выпирающей поверхностью шибера и стрелка запирается (рис. 3.14г).



Время перевода и величина хода шибера могут быть различными. Это достигается путем изменения конструкции шиберной шестерни и самого шибера, изменения количества зубьев, модуля и диаметра делительной окружности шиберной шестерни и реечной пары в целом.
Реечная передача широко используется в стрелочных электроприводах как звено, преобразующее вращательное движение в поступательное. Но эта пара не является самотормозящейся, поэтому необходимо применять различные методы и конструктивные решения по фиксации шибера в крайних положениях.

3.2.12 Замыкатель стрелочного электропривода фирмы Siemens

Передача вращательного движения главного вала в поступательное движение шибера осуществляется по классической реечной схеме.
Запирание шибера производится специальным запорным сегментом 5, который входит в проточку 6 шибера 4. На рисунке 3.15 показан цикл перевода и запирания шибера:
при вращении главного вала 1 шестерня 2, насаженная на главный вал при помощи шпонки 3, переводит шибер 4 в направлении слева направо;
в конце хода шибера, при окончании работы последнего зуба шестерни 2, сегмент 5 подходит к проточке в шибере 4;
дальнейшее вращение главного вала 1, приводит к выходу из зацепления шестерни 2 с рейкой-шибером 4, а сегмент 5 заходит в проточку 6, при этом поступательное движение шибера прекращается;
конечное положение запирающего механизма - шибер 4 заперт запорным сегментом 5.





В электроприводах фирмы Siemens запирающий механизм имеет значительный угол запирания, достигнутый за счет увеличения радиуса запирающего кулачка, выполненного в виде сегмента отдельно от шиберной шестерни. Это потребовало применения электродвигателя большей мощности, чем необходимо для перевода стрелки и, кроме того, по сравнению с отечественными приводами усложнило конструкцию и технологию изготовления всего запирающего механизма и, в частности, шиберов.

3.2.13 Механизм замыкания шибера электроприводов серии СП

Из известных конструкций внутренних запирающих механизмов (кулачковых, рычажных, клиновых и др.) наиболее простыми являются кулачковые запирающие механизмы. На рисунке 3.16 представлен запирающий механизм электроприводов серии СП.
Шибер 1 заперт (рис. 3.16а). Движение влево невозможно из-за зацепления зубьев-кулачков 5 и 6. В другом крайнем положении (рис. 3.16в) шибер будет заперт (движение вправо невозможно) за счет зацепления зубьев-кулачков 3 и 2. Остальные зубья шестерни 4 имеют корригированный эвольвентный профиль и перемещают шибер при рабочем ходе. Запирающие механизмы описанной конструкции могут быть расположены на одном или двух шиберах, имеют минимальное число деталей, просты по технологии изготовления и поэтому получили широкое распространение.
Однако, как показал опыт эксплуатации кулачковых запирающих механизмов в стрелочных приводах серии СП, имели место следующие недостатки:
заклинивание шибера;
быстрый износ кулачков из-за высокого вращающего момента, требующегося при отпирании;
фитинг запирающих поверхностей и др.



Длительное время эти явления объясняли отсутствием смазки либо неточностью изготовления элементов запирающего механизма. Основная причина заключается в том, что параметры известных механизмов, подобранные эмпирическим путем, далеки от оптимальных.
Особую роль играет правильный выбор угла запирания запирающего механизма для предотвращения заклинивания привода и задержек роспуска отцепов, а также обеспечения безопасности роспуска составов. При его определении должны быть выполнены необходимое и достаточное условия.

3.2.14 Механизм замыкания шибера электропривода ВСП-150

На рисунке 3.17 показан принцип работы запирающего механизма стрелочного электропривода ВСП-150, в основу конструкции которого положен кулачковый механизм симметричной установки.
Толкатель 1 (рис.3.17а), движущийся поступательно слева направо упирается в кулачки 2 и 3 в точке «А», пытаясь повернуть их на своей оси. Однако этому препятствуют упоры 4 и 5, в поверхность «В» и «Г» которых упираются кулачки. Поступательное движение толкателя 1 приводит к поступательному движению кулачков 2 и 3, закрепленных в корпусе 6 и 7 механизма запирания шибера 10 при помощи закладных полуколец 8, 9. В конце перевода кулачки выходят за пределы поверхности "В" и "Г" упоров 4 и 5, поворачиваются на своей оси под действием толкателя 1 и входят в контакт с упорами 4 и 5 поверхностями «Д» и «Е» (рис.3.17б), а толкатель занимает место, контактируя с поверхностью кулачков «Ж» и «З», и тем самым запирает их. Шибер заперт в крайнем правом положении.
Для того чтобы осуществлялся перевод шибера в другое крайнее положение (рис.3.17в) необходимо толкателю 1 двигаться справа налево до упора о кулачки 11 и 12, освободив кулачки 2 и 3 для поворота и, тем самым, разомкнув шибер. Дальнейший процесс перевода и запирания шибера идет аналогично предшествующему.

3.2.15 Механизм замыкания шибера электропривода ВСП-220

На рисунке 3.18 показан принцип работы внутреннего запирающего механизма стрелочного электропривода ВСП-220 для работы с внешним замыканием остряков. На рисунке 3.18а показан шибер в сборе, а на рисунке 3.18б - механизм замыкания и взреза стрелочного электропривода ВСП-220.
Шибер представляет собой конструкцию из самого шибера 1, состоящего из двух выходных концов круглого сечения диаметром 45 мм и средней части прямоугольного сечения с проточками, где устанавливаются шарнирно на осях 4, 5 кулачки 2, 3 в двух уровнях.
Механизм замыкания и взреза (рис. 3.18б) состоит из шиберной части 1, 2, 3, 4, 5, толкателя 6 и упругого упора, который представляет собой три элемента: упор левый 8, упор правый 9, разведенные пружиной 7.
Принцип работы механизма заключается в следующем:
при работе электродвигателя в процессе равномерного поступательного движения толкателя 6 (гайки шарико-винтовой пары), предположим слева направо, последний поверхностью «А» правого выступа выходит из контакта с кулачком 2 и при дальнейшем движении поверхностью «Б» другого левого выступа упирается в поверхность «В» кулачка 3, пытаясь развернуть его на оси 5. в направлении движения толкателя.
Невозможность поворота кулачка 3 на оси 5 приводит к движению шибера в направлении движения толкателя 6, при этом толкатель 6 своим выступом полностью выходит из контакта с кулачком 2 по поверхности «А», что позволяет беспрепятственно повернуться кулачку 2 на своей оси 4 при движении шибера в направлении движения толкателя.






При дальнейшем движении кулачок 3 выходит поверхностью «Г» за пределы удержания упором 9 и, под действием толкателя, начинает проворачиваться на своей оси 5, при этом левый выступ толкателя выходит из контакта поверхности «В» кулачка 3 и переходит в контакт с поверхностью «Д», тем самым замыкается шибер.







Так как кулачок, провернувшись, входит в контакт с упором 9 поверхностью «Е», а толкатель своей поверхность «А» левого выступа занимает место над его запорным выступом.
На рисунке 3.18б показан механизм с замкнутым шибером в крайнем левом положении.

3.2.16 Стрелочный электропривод фирмы Ebiswitch

На рисунке 3.19 показана конструкция и принцип установки электропривода-шпалы фирмы Ebiswitch. В конструкцию использован силовой механизм преобразования вращательного движения в поступательное на базе шарико-винтовой пары качения.
Электропривод состоит из:
корпуса;
панели ввода кабеля управления;
стрелочных подкладок;
мотора-редуктора;
механизма замыкания;
рабочих тяг;
контрольного устройства;
защитных кожухов;
блока управления и контроля на посту ЭЦ.
На рисунке 3.20 показана конструкция и принцип установки электропривода-шпалы фирмы SmartwayTM MET. Основные узлы электропривода показаны на рисунке 3.21, а установка на рисунке 3.22.
В его корпусе электропривода-шпалы расположены:
силовой механизм на базе шарико-винтовой пары 1;
карданный вал 3;
контрольное устройство 4;
курбельный ввод 5;
электродвигатель 6.
В таблице 3.1 приведен анализ отечественных и зарубежных стрелочных электроприводов по назначению и их основные характеристики.






















3.3. Перспективные направления развития приводов

Анализ стрелочных приводов свидетельствует о большом разнообразии как конструкций в целом, так и конструктивных решений отдельных узлов. Рассмотренные технические решения являются достаточно сложными, дорогостоящими, что подтверждает ни одно техническое решение в полной мере не отвечает требованиям надежности и безопасности, предъявляемым к стрелочному электроприводу. Это позволяет утверждать об актуальности задачи создания нового стрелочного электропривода, характеристики которого отвечали бы современным требованиям надежности и безопасности движения поездов.
В европейской части России на каждый километр развернутой длины пути приходится около двух стрелочных переводов, поэтому их состояние существенно влияет на перевозки. В последние годы созданы переводы путей 1 и 2 классов для участков скоростного движения.
Конструкции отечественных и зарубежных стрелочных приводов, независимо от их назначения и конструкционных особенностей, содержат следующие функциональные блоки:
система управления электроприводом (ЭЦ);
двигатель (Д);
редуктор (Р);
механизм замыкания (ЗМ);
автопереключатель (АП);
механизм сравнения положения контрольных линеек и запирающего механизма (МС).
Электрические двигатели по безопасности, надежности, экономичности и другим эксплуатационным показателям имеют значительные преимущества по сравнению с пневматическими и гидравлическими.
Наибольшее распространение получили трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. В качестве основного источника электропитания для них используется системы электроснабжения станций. Резервным источником обычно служит аккумуляторная батарея с инверторным преобразователем или дизель-генераторная установка.
Для запирания стрелок применяются внешние запирающие механизмы - замыкатели, устанавливаемые внутри железнодорожной колеи, и внутренние, встраиваемые в привод.
Подробно внешние замыкатели проанализированы выше настоящей монографии, поэтому отметим лишь их недостатки:
уход за ними вследствие расположения их в колее сложен и небезопасен для обслуживающего персонала, что особенно проявляется при интенсивном движении с повышенными скоростями;
наружная установка приводит к быстрому засорению и, как следствие, к частым заклиниваниям замыкателей;
тяговые и опорные элементы быстро изнашиваются из-за отсутствия постоянной смазки на трущихся поверхностях;
для замыкания остряков требуется дополнительная величина хода шибера, необходимого для размыкания и замыкания механизмов внешнего замыкателя и, как следствие большое время перевода стрелки.
Внутренние запирающие механизмы лишены этих недостатков благодаря расположению вне колеи и простоте их герметизации. При этом надежность запирания стрелки через рабочую тягу механизмом, находящимся в самом приводе выше, чем с внешними замыкателями.
Основными видами внутренних запирающих механизмов являются: кулачковые, применяемые в большинстве стран, и пружинные (Франция и Бельгия). Перспективными являются замыкатели кулачкового типа трехэлементные.
На практике нашли применение как взрезные, так и невзрезные приводы.
Взрезные приводы строятся в основном фиксаторного типа или реже - с гибкой связью. В последних обычно устанавливаются специальные взрезные механизмы, или их функции выполняют фрикционные сцепления.
Взрезной механизм в целях упрощения конструкции привода иногда совмещают не с запирающим механизмом, а с фрикционным сцеплением. В этом случае между валами электродвигателя и фрикциона приходится помещать стопорящий элемент (обгонную муфту, центробежный или храповый тормоз, самотормозящуюся червячную передачу и др.). Следует отметить, что величина усилия взреза в таком приводе сильно зависит от коэффициента трения фрикционных элементов. Кроме того, совмещение взрезного и фрикционного механизмов привода для стрелок, требующих сравнительно небольших переводных усилий, как показали результаты исследования, оказывается невыгодным с точки зрения долговечности самого привода. Это объясняется тем, что величина регулировочного усилия фрикционного сцепления должна быть не ниже величины взрезного усилия. Обычно достаточно, чтобы регулировочное усилие лишь несколько превышало переводное, величина которого значительно меньше взрезного.
Фиксаторные приводы обычно имеют одну рабочую тягу, и поэтому величина взрезного усилия у них устанавливается, исходя из соображений надежного удержания остряков в замкнутом состоянии при проходе подвижного состава по стрелке. Все без исключения фиксаторные приводы создают это усилие за счет пружин, что снижает надежность удержания прижатого остряка в замкнутом состоянии. Следовательно, при усталостной деформации или поломке пружин запирание либо ослабляется, либо отсутствует совершенно (явление самовзреза), что является серьезным недостатком таких приводов. Однако их преимуществом является простота конструкции за счет совмещения запирающего и взрезного механизмов в одном устройстве.
Взрезные приводы с гибкой связью в основном строятся с двумя шиберами, каждый из которых присоединяется к определенному остряку стрелки. Это требует раздельного хода остряков, что вполне допустимо благодаря небольшой длине парковых стрелок. Применение двух рабочих тяг и раздельного хода остряков позволяет отделить запирающее усилие от взрезного. В этом случае запирающее усилие прикладывают к прижатому остряку, а взрезное - к отведенному.
При взрезе стрелки первым всегда перемещается отведенный остряк, преодолевая взрезное усилие привода и затем отпирая прижатый остряк прежде момента начала воздействия на него гребней колес движущегося состава. Применение приводов с раздельным ходом остряков приводит к усложнению конструкции привода, в результате введения отдельно запирающего и взрезного механизмов. Однако по сравнению с фиксаторным у такого привода есть несомненное преимущество: при повреждении врезной пружины стрелка остается запертой, исключается самовзрез, замыкание прижатого остряка осуществляется с усилием, независящим от усилия взреза.
Анализ различных конструктивных решений взрезных механизмов показывает, что все они обладают определенными недостатками, влияющими как на качество выполнения ими своих функций, так и на качество работы привода в целом. Однако в настоящее время, ввиду проявления опасных последствий взрезов стрелок, на многих железных дорогах мира применение взрезных стрелочных приводов ограничены.
Связь между электродвигателем и стрелкой может быть как непосредственной, так и через редуктор. Применение в электроприводе редуктора позволяет:
снизить масса-габаритные размеры привода;
улучшить компоновку, более рационально разместить узлы и блоки;
повысить унификацию, перейдя на серийные типовые конструктивы двигателя и других стандартизованных узлов;
получить основные определяющие технические характеристики.
Сравнение электроприводов по весу и стоимости, принимая во внимание повышенный расход цветных металлов и электротехнической стали, также показывает преимущества редукторного привода. Характерно, что редукторный привод, в частности, за счет быстроходного электродвигателя, имеет более высокий пусковой момент, коэффициент полезного действия и меньший момент инерции.
Механизм преобразования вращательного в поступательное движение применяют трех видов:
кулисный;
реечная передача;
винтовая передача как скольжения, так и качения.
Перспективным является использование шарико-винтовой пары качения.
Контактный автопереключатель, используемый в отечественных стрелочных электроприводах серии СП, обладает рядом недостатков. Совмещение функций контроля и переключения силовой цепи отрицательно сказывается на надежной работе привода в целом.
Наиболее характерными причинами отказов контактного автопереключателя являются - подгорание, механический износ или излом контактов, их обледенение или индевение, поломка контактных колодок или пружин автопереключателя. Следует также отметить сложность ухода и регулировки автопереключателя:
необходимость поддержания заданного контактного давления;
наличие частых разрегулировок;
удаление металлической пыли, образующейся в следствии износа контактных пружин и др.
Значительный износ, как следствие большого среднесуточного числа переводов стрелок, восприимчивость к воздействию климатических факторов ввиду напольных условий работы электроприводов и т.п. свойственны любым контактным системам автопереключателей.
Уменьшение числа контактов автопереключателя до минимума и передача их функций реле схемы управления стрелкой приводит к увеличению числа проводов между постом централизации и стрелочным электроприводом, и, в целом, не повышает надежности устройства.
Повышение надежности и долговечности автопереключателя можно достигнуть разделением функций контроля и коммутации и использованием бесконтактных датчиков. Назначенный ресурс бесконтактного переключателя больше чем у контактного в 10 и более раз, колебания температур, влажности и др. не препятствуют его функционированию, эксплуатационные расходы минимальны. Переключение электродвигателя должно обеспечиваться схемой и происходить на посту.
Наиболее оптимальным представляется конструкция контрольной системы стрелочного привода основанная на принципе следящего механизма с использованием бесконтактных датчиков контроля положения остряков стрелки.
Вопрос снижения воздействия остряка на рамный рельс в конце перевода стрелки практически никогда не рассматривался. Считалось, что увеличение усилия в конце перевода стрелки возникает только при попадании постороннего предмета между остряком и рамным рельсом либо, если не выдержана ширина колеи. Проведенные исследования силовых механизмов отечественных и зарубежных стрелочных приводов позволяет говорить о том, что из-за конструктивных особенностей замыкающих механизмов наблюдается увеличение усилия прижатия остряка к рамному рельсу в конце перевода стрелки. Кроме того, запасенная энергия движущихся масс привода и стрелки оказывает негативное воздействие на рамный рельс (отжим). Причем чем больше скорость перевода остряков, тем больше оказываемое негативное воздействие. Все это приводит к преждевременному износу деталей привода, гарнитуры, отжиму рамного рельса и, в конечном итоге, к нештатной ситуации.
В отечественных стрелочных электроприводах серии ВСП, за счет специальной конфигурации кулачков механизма замыкания и применения демпфирующих устройств исключено воздействие на рамный рельс со стороны остряков в конце перевода стрелки.
Из изложенного можно сформулировать основные направления развития стрелочных переводов.
Необходимо создание стрелочных приводов, наилучшим образом соответствующих конкретным условиям эксплуатации. При этом существуют два подхода.
Первый подход - новые стрелочные приводы для линий, имеющих особенности обращения подвижного состава, например, скоростные, с высокой осевой нагрузкой и т.д.
Второй подход - стрелочные приводы, конструкция которых учитывает особенности их работы. В специфических условиях эффективнее будет служить стрелочный привод, спроектированный и изготовленный для конкретной стрелки.
С учетом сегодняшних сложностей целесообразно использовать подход, основанный на создании модельных рядов стрелочных электроприводов для работы в специфических условиях. В ближайшие годы необходимо разработать и освоить в производстве:
полный модельный ряд стрелочных электроприводов, учитывая стрелочные переводы для высоких скоростей движения по основному и ответвленному путям;
электропривод для условий преимущественного движения на ответвленное направление;
горочный стрелочный электропривод на современной элементной базе;
стрелочный электропривод для крупных станций и узлов (массовый);
унифицированные сочетания стрелочных переводов на железобетонных брусьях;
бесконтактные схемы управления и контроля;
применение новых конструктивных материалов и технологий, исключающих смазку, коррозию, периодическое и сезонное обслуживание в эксплуатации.
Изменяющееся состояние ходовых частей подвижного состава влияет (как правило, отрицательно) на работу элементов стрелочных переводов. Так, за последние 20 лет средний прокат колес уменьшился в 2,5 раза, а средняя толщина гребней - на 2,7 мм. Стала иной форма рабочих поверхностей изношенных колес. В результате значительно ухудшились условия эксплуатации крестовин и стрелок, геометрия зон перекатывания на которых уже не отвечает оптимальным условиям прохождения колесных пар. При совершенствовании стрелочных переводов предполагается:
переработать геометрию рабочих поверхностей стрелок и крестовин;
закончить модернизацию типовых проектов;
создать конструкции, позволяющие стабилизировать ширину колеи в переводах на железобетонных брусьях;
разработать способы и конструкции, уменьшающие боковой износ рельсовых элементов упорной нити ответвленного пути;
повысить безопасность при проходе подвижного состава по стрелочным и закрестовинным кривым;
внедрить на стрелочных заводах новые технологии механической и термической обработки рельсовых элементов;
разработать новые конструкции крестовин с применением сварочных технологий, новых видов металла взамен высокомарганцовистой стали.


























4. КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ БЕЗОПАСНЫХ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ ПЕРЕВОДА СТРЕЛОК СРЕДСТВАМИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ

Основные эксплуатационно-технические требования

Концепция – (от лат.: понимание, система) определенный способ понимания; трактовка; основная точка зрения; руководящая идея; ведущий замысел; конструктивный принцип.
Необходимость создания безопасных и ресурсосберегающих систем перевода стрелок средствами железнодорожной автоматики «Нового поколения» вытекает из выводов, сделанных в первой и во второй главе настоящей монографии, обусловлена результатами эксплуатации средств ЖАТ последних лет, эксплуатационными требованиями к ним по увеличению скорости движения поездов, повышению надежности эксплуатации стрелочных переводов, обеспечением безопасности движения, снижением эксплуатационных затрат, а потому является актуальной.
Концепция построения безопасных и ресурсосберегающих систем перевода стрелок средствами железнодорожной автоматики «Нового поколения» (далее Концепция или система) основана на результатах научно-исследовательской работы, разработки, создания, испытания и опытной эксплуатации различных систем и устройств перевода стрелок, как отечественных, так и передовых зарубежных аналогов, учета результатов патентного поиска и анализа перспективных направлений, выполненных аванпроектных работ, эскизных и технических проектов и технико-экономических обоснований, проводимых специалистами кафедры «Автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте РГОТУПС и авторами в частности. Концепция не опирается на стереотипы, содержит в поле поиска пионерные, принципиально новые методы и структурные решения по построению стрелочных приводов, стрелочной гарнитуры, систем управления, контроля и диагностики устройств стрелочного перевода.
В настоящей Концепции декларирован ряд принципиально новых подходов и технических решений по обеспечению безопасности движения поездов, которые на сегодняшний день являются предметом обсуждения и осознания у специалистов отрасли, но необходимость в их реализации не вызывает сомнений.
В Концепции принято принципиальное ограничение, состоящее в том, что конструкция стрелочного перевода принята неизменной и стрелочный привод рассматривается как его составная часть.
Концепция построения стрелочного привода «Нового поколения» после широкого обсуждения специалистами отрасли утверждена руководством Департамента Автоматики и телемеханики ОАО «РЖД» (30.08.2004г.) и принята как основной руководящий документ при разработке новых стрелочных приводов, стрелочной гарнитуры, схем управления, контроля и диагностики.
В данной главе приведены основные положения Концепции, дополнены эксплуатационно-техническими требованиями и даются комментарии и разъяснения по отдельным положениям.

4.1. Цель и задачи Концепции

Целью Концепции является выбор и обоснование конструкции (идеологии) безопасных и ресурсосберегающих систем и технических средств перевода стрелок устройствами железнодорожной автоматики «Нового поколения», которая позволяет удовлетворить предъявляемые к ней требования и может быть реализована в заданные сроки.
Концепция призвана решить следующие задачи:
Выработка Главных функциональных требований к приводу «Нового поколения», стрелочной гарнитуре, системам управления, контроля и диагностики, а также требований к технологическому и метрологическому обеспечению;
Формирование единых оптимальных подходов и концептуальных положений к назначению и построению систем перевода стрелок «Нового поколения»;
Формирование концептуальных требований к построению стрелочной гарнитуры, систем управления, контроля и диагностики стрелочного привода «Нового поколения»;
Определение перспективных направлений в области конструкционных материалов, элементной базы и технического обслуживания при разработке, изготовлении и эксплуатации безопасных и ресурсосберегающих систем перевода стрелок средствами железнодорожной автоматики «Нового поколения».

4.2. Основные функциональные и конструктивные требования к
безопасным и ресурсосберегающим системам перевода стрелок
средствами железнодорожной автоматики «Нового поколения»

Генеральной функцией стрелочного привода и стрелочной гарнитуры является перемещение подвижных звеньев стрелочного перевода (остряк, подвижный сердечник крестовины) на заданное расстояние в заданное время, удержание их в требуемом положении необходимое время при известных статических, динамических, электромагнитных, климатических и вандальных воздействиях, выработка и передача на пост электрической централизации (далее ЭЦ) контрольных сигналов о состоянии фактического положения рабочих органов и работоспособности комплекса в целом.
Исполнять генеральную функцию система должна при следующих ограничениях:
1. Ресурс - не менее 20 лет;
2. В качестве источника энергии привод должен использовать электрическую энергию;
3. Отвечать требованиям габарита приближения строений;
4. Для работы и управления использовать имеющиеся коммуникации, допускается применение новых коммуникаций;
5. Быть управляемым и контролируемым с поста ЭЦ, допускается местное (индивидуальное) управление;
6. Иметь блочную конструкцию, допустима агрегатно-модульная конструкция;
7. Обеспечить пропуск железнодорожного подвижного состава со скоростями до 350 км/час в климатических условиях Российской Федерации.
Основные технические признаки, отличающие систему «Нового поколения» от известных стрелочных приводов, состоят в следующем:
1. Повышение надежности, что достигается:
а) исключением возможности получения ложного контроля положения стрелки;
б) исключением возможности получения опасного состояния стрелки при одиночном отказе;
в) предсказуемостью последствий взреза стрелки;
г) встроенной диагностикой технического состояния.
2. Повышение уровня безопасности, что достигается:
а) для пассажиров, перевозимого груза, подвижного состава и окружающей среды:
повышенной надежностью;
наличием резервирования и дублирования ответственных каналов и команд;
минимизацией влияния «человеческого фактора» за счет сокращения количества и объема работ по проверке технического состояния, регулировке и обслуживанию привода и гарнитуры;
вандалозащищенностью;
применением современных экологически чистых материалов и технологий, как при изготовлении, так и при утилизации технических средств.
б) для обслуживающего персонала:
минимизацией времени и периодичности пребывания персонала у привода в полевых условиях;
наличием удаленного мониторинга технического состояния.
3. Снижение затрат на обслуживание за счет:
а) перехода от обслуживания «по регламенту» к обслуживанию «по состоянию»;
б) обеспечения ремонтопригодности путем замены блоков, используя при этом индустриальный метод организации и проведения работ;
в) применения современных материалов и технологий.
Основные требования к системе:
1. По назначению:
а) Электрическая централизация стрелок станций магистрального железнодорожного транспорта;
б) Электрическая централизация стрелок на сортировочных станциях (ГАЦ).
2. По принципу компоновки и установки на стрелку:
а) Открытый вариант – в шпальном ящике;
б) Закрытый вариант – в шпальном брусе (привод-шпала).
3. По уровню унификации и блочности - агрегатно-модульного типа в составе:
а) Приводной модуль;
б) Силовой модуль (внутренний замыкатель);
г) Модуль управления, контроля и диагностики встроенный (первый уровень контроля);
д) Модуль контроля положения и диагностики технического состояния остряков (второй уровень контроля);
е) Модуль внешнего замыкания остряков или подвижных сердечников крестовины;
ж) Комплект стрелочной гарнитуры унифицированной для установки на все марки стрелочных переводов и типы рельсов Р50, Р65, Р75.
4. По степени замыкания и удержания остряков и подвижных сердечников крестовины:
а) Электропривод, внешний замыкатель, стрелочная гарнитура должны строиться на принципе двойного (двухконтурного) замыкания и удержания остряков и подвижных сердечников крестовин;
б) Электропривод, внешний замыкатель должны ограничивать динамическое воздействие через остряк (подвижный сердечник крестовины) на рамный рельс (усовик) в конце перевода.
5. Проблема взреза стрелочных переводов с невзрезными стрелочными электроприводами - сводится к решению 3-х задач:
а) Обеспечение безопасного прохода подвижного состава по стрелке, т.е. выполнения условия устойчивости по выдавливанию колеса на рельсы;
б) Обеспечение предсказуемости и наглядности повреждения конкретного элемента стрелочного перевода при сохранении прочности и работоспособности элементов силовой цепи самого электропривода;
в) Обеспечение устойчивого контроля взреза стрелки системой контроля и невозможности получения ложного контроля до полного устранения последствий взреза, а так же невозможность электрического перевода электропривода с поста ЭЦ.
Задача сохранения элементов стрелочного перевода: остряков, соединительных и рабочих тяг и др. в рабочем или исправном состоянии при взрезе стрелки невзрезным стрелочным электроприводом не ставится.
6. По уровню надежности и обеспечения безопасности движения поездов.
а) Механические узлы (модули), кинематические пары и отдельные детали должны иметь и обеспечивать заданный ресурс на весь период эксплуатации системы. Электромеханические узлы и устройства, входящие в состав системы (покупные), должны отвечать по уровню надежности и ресурсу работы электропривода, либо на определенном этапе эксплуатации подтверждать свою работоспособность, в противном случае заменяться;
б) По уровню обеспечения безопасности движения одиночные отказы электропривода, стрелочной гарнитуры и схем управления должны быть контролируемыми и не приводить к опасному состоянию.
Наличие опасных отказов не допускается!
7. По состоянию системы управления, контроля и диагностики.
а) Система по управлению, контролю и диагностики должна строиться на принципе косвенного управления, элементная база должна быть бесконтактная;
б) Двухуровневая система контроля в своей основе должна содержать:
внутренний контроль и управление электроприводом – 1-й уровень;
внешний контроль (контроль положения остряков) – 2-й уровень.
в) Диагностика электропривода и стрелочного перевода в целом должна основываться на принципе трехступенчатого контроля технического состояния:
первая ступень – контроль и диагностика в условиях завода-изготовителя, включая методы неразрушающего контроля ответственных деталей;
вторая ступень – диагностика технического состояния модулей по определяющим параметрам, измеряемых специальными датчиками (сопротивление изоляции, целостность электрических цепей, частотный по механическим колебаниям и линейным перемещениям и др.). Диагностика данного уровня должна проводиться непрерывно в условиях эксплуатации, мониторинг должен проводиться автоматически комплексно на посту ЭЦ с передачей информации ответственным пользователям;
третья ступень – плановый технический осмотр и ревизия эксплуатационным штатом.
Все виды диагностики должны решать задачу определения предотказного состояния объекта.
г) Техническое обслуживание привода, стрелочной гарнитуры, системы управления, контроля и диагностики в условиях эксплуатации должно строиться на принципах:
Эксплуатация до назначенного ресурса (без проведения профилактических работ);
Обслуживание по состоянию на основе результатов диагностики и удаленного мониторинга.
Ремонт на основе агрегатного принципа в условиях РТУ дистанции или сервисных центрах.

4.3 Основные эксплуатационно-технические требования к стрелочным электроприводам, стрелочной гарнитуре, и системам управления,
контроля и диагностики

1. Стрелочные электроприводы должны разрабатываться в двух базовых вариантах:
с внутренним замыканием шибера (остряков и подвижных сердечников крестовин);
для работы с внешними замыкателями остряков и подвижных сердечников крестовин.
2. В зависимости от места установки электроприводы должны иметь следующие варианты исполнения:
для установки на остряки стрелки;
для установки на крестовины с НПК,
и позволять устанавливать как с правой, так и с левой стороны стрелочного привода без значительных затрат времени и технических средств на переборку электропривода.
3. В зависимости от восприятия взреза стрелки электроприводы должны иметь два варианта исполнения:
взрезной;
невзрезной.
4. Стрелочные электроприводы, стрелочная гарнитура и внешние замыкатели в комплексе технических средств стрелочного перевода должны обеспечивать двойное (двухканальное) замыкание и удержание остряков (см. Приложение 1 и Приложение 2).
5. Наличие двух каналов удержания остряков не должно требовать частых регламентных работ и специальной технологии обслуживания в условиях эксплуатации, отличающихся от сроков, технологических приемов, действующих нормативов обслуживания электроприводов и внешних замыкателей и стрелки.
6. Электроприводы должны разрабатываться, как правило, с электродвигателями переменного тока.
7. Электропривод должен обеспечивать перевод остряков электродвигателем в обоих направлениях из любого положения.
8. Электроприводы общего назначения должны иметь возможность ступенчатой регулировки передаваемого на шибер усилия от 2500 Н до 6000 Н с шагом не более 500 Н. При этом электропривод должен иметь ограничение передаваемого на шиберы усилия не более 7500 Н при полностью выбранном ходе регулировочной гайки фрикционной муфты.
9. Электроприводы должны иметь, как правило, фрикционные муфты с использованием металлокерамики.
10. Электроприводы специального назначения, усилие перевода шибера которых не превышает 4000 Н, могут не иметь устройства регулировки передаваемого на шибер усилия. При этом работа электропривода на упор (фрикцию) должна ограничиваться временем (не более чем двойного времени перевода стрелки) и отключаться схемой управления.
Для других электроприводов время работы на фрикцию должно ограничиваться и составлять не более 25 с., после чего электропривод должен отключаться от электропитания (схемное решение).
11. Электропривод при воздействии механических нагрузок и климатических факторов должен соответствовать требованиям для классификационных групп МС4 и К4 (исполнение "У" и "УХЛ") соответственно, по ОСТ 32.146-2000.
12. Электропривод по помехоустойчивости должен относится к классу А2 по ОСТ 32.146-2000.
13. Электропривод, внешний замыкатель должен ограничивать динамическое воздействие через остряк (подвижный сердечник крестовины) на рамный рельс (усовик) в конце перевода за счет снижения скорости доводки остряка (подвижного сердечника крестовины).
14. Электропривод должен удовлетворять требованиям габарита приближений строений "С" и обеспечивать существующие строительные нормы по установке стрелки в междупутье.
1.5 Установка электропривода на стрелку, как правило, должна осуществляться на специальные полосы (каркас), не имеющие прямого крепления с рамными рельсами.
16. Несущие конструкции электропривода совместно с гарнитурой не должны обеспечивать жесткость пути (не должны выполнять функции удержания колеи в зоне установки электропривода).
17. Прочностные параметры звеньев силовой цепи стрелочные электроприводы, стрелочная гарнитура и внешние замыкатели должны обеспечивать механическую устойчивость в рабочем и динамическом режимах, быть согласованы между собой, обеспечивать сохранность кинематической цепи, быть предсказуемыми при воздействии максимальных нагрузок при проходе подвижного состава, не допускать остаточных или сверх нормативных упругих деформаций или смещений отдельных звеньев, внешних замыкателей, корпуса привода и несущего каркаса.
18. Контроль положения (состояния) стрелки должен осуществляться двухуровневой системой контроля фактического положения и диагностики с распределенными контрольными точками и обеспечивать передачу информации на пост ЭЦ двумя независимыми каналами. Где:
1-й уровень – контрольная система электропривода на базе автопереключателя (контактного или бесконтактного);
2-й уровень – контрольно-диагностические устройства - датчики положения остряков, аналоговые бесконтактного типа, устанавливаемые на стрелочном переводе в точках, распределенных по длине остряков (подвижного сердечника крестовины);
диагностика основана на анализе динамики изменения фактического положения остряков стрелки относительно рамного рельса (подвижного сердечника крестовины относительно усовика) при проходе подвижного состава по стрелке, а также изменении положения остряков (подвижных сердечников крестовин), механизма электропривода и электродвигателя в процессе перевода стрелок.


4.4 Условия реализации Концепции построения безопасных и
ресурсосберегающих систем перевода стрелок
средствами железнодорожной автоматики

Все напольное оборудование по своему функциональному назначению отличается по скоростям движения подвижного состава, месту установки и имеет очень широкое применение. Это и маневровые районы станций, скоростное и высокоскоростное движение, как пассажирское, так грузо-пассажирское, сортировочные станции (районы), малодеятельные станции и перегоны.
Для таких различных условий эксплуатации создание единого унифицированного комплекса оборудования является технически не целесообразным. Поэтому в зависимости от условий и требований эксплуатации напольное оборудование должно строиться по индивидуальным требованиям, быть оличным по назначению, оборудоваться системой диагностики, но в тоже время с максимальной унификацией по отдельным узлам, элементам, технологическим приемам и пр.
Первоочередным этапом реализации данной Концепции должна стать модернизация серийных устройств перевода стрелок.
На этом этапе необходимо провести конструктивную переработку деталей и узлов, подвергающихся в условиях эксплуатации интенсивному износу и обильной смазке, заменить их на аналогичные, изготовленные из износостойких самосмазывающихся материалов с усиленными антикоррозиционными свойствами при необходимости, применив для этих целей соответствующие материалы и покрытия, включая стойкие порошковые, полимерные и термодиффузионные покрытия.
Целью данного этапа реализации концепции должно стать создание после проведения модернизации устройств напольного оборудования увеличение (не менее чем в 3- 5 раз) периодов межпрофилактических осмотров и ремонтов, снижение трудозатрат, расходов материалов, запасных частей, себестоимости в эксплуатации.
На втором этапе должен быть разработан комплект оборудования и технология проведения первичной диагностики состояния ответственных деталей и узлов на заводах-изготовителях.
Целью данного этапа является создание необходимой контрольно-измерительной базы и технологии на заводах, что позволит значительно повысить качество выпускаемой продукции, увеличить гарантийные сроки и разрешить эксплуатацию изделия с клеймом под гарантию завода без проверки его в КИПе.
Следующим этапом реализации Концепции является разработка безопасных и ресурсосберегающих систем перевода стрелок средствами железнодорожной автоматики «Нового поколения».
Данный этап предусматривает создание инфраструктуры устройств перевода стрелок в том числе для перевода остряков (подвижных сердечников крестовин) включая электропривод, механизм замыкания и удержания остряков (подвижных сердечников крестовин), гарнитуру, схему управления, контроля и диагностики, исходя из современных эксплуатационно-технических требований с использованием последних достижений науки в области материалов и технологий, оборудования устройствами диагностики, обеспечивающих передачу информации о фактическом состоянии устройств на АРМ ДСП и АРМ ШЧД.
При полной реализации концептуальных положений данного этапа хозяйство СЦБ должно получить безопасную, практически необслуживаемую, а потому и ресурсосберегающую систему перевода стрелок средствами железнодорожной автоматики «Нового поколения».
При этом, за счет применения новых материалов, технологий, полного использования ресурса изделий расходы на содержание устройств в эксплуатации значительно сократятся, что компенсирует затраты на разработку и приведет к экономии материалов и труда, позволит перейти от планово-предупредительных методов содержания к принципам обслуживания по состоянию с предупреждением возникновения предотказного состояния.
Завершающим этапом реализации Концепции должно стать освоение серийного производства на заводах-изготовителях новых изделий и плановая поэтапная замена эксплуатируемых устройств на комплекс технических средств напольного оборудования, а также на новую нормативно-техническую базу по организации технического содержания и ремонта.























5. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СТРЕЛОЧНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

5.1. Функциональное назначение стрелочных электроприводов

Стрелочный электропривод в комплекте со стрелочной гарнитурой предназначен выполнять следующие функции:
создание достаточного усилия и необходимой величины хода шибера для перевода остряков стрелки или подвижных сердечников крестовин с непрерывной поверхностью катания (далее НПК) из одного крайнего положения в другое, а также из среднего в любое крайнее. В случае работы с внешними замыкателями остряков или подвижных сердечников крестовин обеспечение дополнительного хода шибера к величине хода остряков (подвижных сердечников крестовин), достаточного для размыкания и замыкания внешних замыкателей;
надежное замыкание шибера в крайних положениях в сторону, противоположную предшествующему его движению и свободное удержание шибера в противоположную сторону;
обеспечивать постоянство силовых факторов замкнутого шибера в статическом (пассивном) режиме эксплуатации, а также в динамическом режиме при проходе неограниченного числа подвижного состава по стрелке, с установленной скоростью до полной выработки своего нормированного ресурса;
обеспечивать постоянный и достоверный контроль положения остряков стрелки (подвижных сердечников крестовин), механизма замыкания шибера, состояния взреза стрелки, целостности и исправности силовой и контрольно-механической связей и электрических цепей;
при потере механической связи между стрелочным электроприводом и внешним замыкателем, последний должен сохранять стрелку в замкнутом состоянии;
для взрезных электроприводов - обеспечение сохранения целостности и работоспособности узлов и деталей электропривода и гарнитуры при взрезе стрелки, обеспечение предсказуемости и наглядности последствий взреза стрелки при обеспечении устойчивости подвижного состава против выдавливания колесной пары из колеи;
обеспечение исправного, работоспособного или защитного состояний независимо от времени суток, погодных условий и других внешних дестабилизирующих факторов.
Стрелочные электроприводы, стрелочная гарнитура и внешние замыкатели как комплекс переводного устройства стрелок в зависимости от области применения следует подразделять по четырем направлениям (группам):
Для работы на стрелочных переводах по маршрутам следования скоростных поездов в соответствии с ТРА станции;
Для работы на стрелочных переводах по маршруту следования пассажирских, пригородных и грузовых поездов, на которых согласно ТРА станции предусмотрен безостановочный пропуск грузовых поездов;
Для работы в составе стрелочных переводов электрической централизации (ЭЦ) станций, кроме предусмотренных в п.п. А и В;
Для работы в системе горочной автоматической централизации (ГАЦ) и маневровых районах станций.
Алгоритм работы стрелочного привода заключается в выполнении следующих операций: после включения электродвигателя, вал последнего начинает свободное вращение, или холостой ход. Во время холостого хода автопереключатель выключает контрольное реле, сигнализируя о начавшемся переводе стрелки, одновременно подготавливается цепь реверсирования. Следующая фаза работы электропривода – отпирание стрелки. За отпиранием следует рабочий ход шибера электропривода. В конце рабочего хода шибера стрелка занимает новое крайнее положение. Заключительной фазой является – запирание стрелки, получение сигнала контроля ее крайнего положения и выключение двигателя.
Работа стрелочных электроприводов характеризуется [19] четырьмя режимами:
Режим перевода стрелки (активный режим).
В этом режиме стрелочный электропривод выполняет следующие функции:
включение в работу электродвигателя и начало движения силового механизма;
потеря контроля и размыкание шибера электропривода;
перевод шибера, соответственно, остряков стрелки (подвижного сердечника крестовины) из одного крайнего положения в другое;
замыкание шибера, отключение электродвигателя и получение контроля стрелки.
Статический (пассивный) режим работы.
Обеспечивает сохранение замыкания шибера с заданным усилием и непрерывный контроль положения стрелки.
Динамический режим работы.
Заключается в выполнении тех же функций, что и статический режим работы, но в условиях прохождения подвижного состава по стрелке. Характеризуется восприятием электроприводом и гарнитурой со стороны колесных пар динамических воздействий - вибраций, усилий, ударов, упругих деформаций и пр.
Режим взреза стрелки.
Такой режим работы характеризуется прохождением подвижного состава в пошерстном направлении по стрелке, не обеспечивающей данный маршрут движения. Взрез стрелки, как правило, является следствием нарушения организации движения поездов и проведения станционной работы.


5.2. Режим перевода стрелки

При переводе стрелки, остряки осуществляют перемещение из одного крайнего положения в другое на величину хода шибера Sш со скоростью перевода V:
13EMBED Equation.31415, (5.1)
или переходя от линейной скорости к угловой,

· = 13 EMBED Equation.3 1415 (5.2)
В процессе перевода стрелки [19, 40]энергия электропривода, затрачивается на работу по приведению остряков в движение в начале перевода и поддержанию движения в процессе перевода с необходимой скоростью (преодоление сил сопротивления движению остряков). Затрачиваемая энергия определяется как:
13 EMBED Equation.3 1415, (5.3.)
где: Тнач - энергия в начальный момент процесса перевода стрелки;
Туст - энергия в установившемся режиме движения остряков с постоянной
скоростью.
13 EMBED Equation.3 1415- динамическая составляющая кинетической энергии
движущихся частей стрелочного перевода;
m
· – удельная масса движущихся частей стрелки (остряков).

Соотношение для энергии в установившемся режиме имеет следующий вид:
13 EMBED Equation.3 1415 (5.4)
где: Jпр - приведенный момент инерции остряков;

· –угловая скорость перемещения остряков;
V – линейная скорость движения остряков.
Соотношение между линейной и угловой скоростью имеет следующий вид:
13 EMBED Equation.3 1415, (5.5)
тогда выражение для энергии в установившемся режиме можно записать как:
13 EMBED Equation.3 1415 (5.6)
Приведенный момент инерции Jпр является величиной постоянной для конкретной стрелки и не зависит от угла (, т.е. переменной является угловая скорость (. Зная закон изменения угловой скорости (, можно описать энергетический характер движения остряков (рис.5.1.).
Анализ полученных зависимостей позволяет утверждать, что весь процесс перевода остряков стрелки, с точки зрения изменения кинетической энергии, делится на три фазы:
разгон - приведение остряков из состояния покоя в состояние равномерного движения (фаза а);
равномерное движение со скоростью ( - установившийся режим (фаза б);
торможение - приведение остряков стрелки из состояния движения со скоростью ( в состояние покоя, ( = 0 (фаза в).
Разгон и торможение остряков относится к неустановившемуся режиму работы стрелочного электропривода.
Фаза а (рис.5.1.) определяется механической характеристикой силового механизма. Например, электропривод с асинхронным двигателем переменного тока имеет механическую характеристику, показанную на рисунке 4.1а, кр.1, повторяющую механическую характеристику электродвигателя в начальной ее стадии (участок СDN).
Вторая фаза движения остряков (фаза б) - равномерное движение с установившейся скоростью (. Равномерным это движение можно назвать с достаточной точностью по условию рабочей характеристики силового механизма.
Частота вращения ротора асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором представляет собой жесткую характеристику (рис.5.1а, кр.1, участок DE), т.е., при достаточно значительном изменении нагрузки, его угловая скорость ( изменяется незначительно и, в пределах номинальных нагрузок, практически остается постоянной.
Третья фаза - торможение (фаза в) представляет в режиме перевода остряка (шибера) в системе электрической централизации (ЭЦ) наибольший интерес, т.к. именно в этом конечном положении шибера (остряка) происходят динамические процессы, влияющие на надежность работы стрелочного перевода и гарнитуры.
Согласно теореме об изменении кинетической энергии в системе:
13 EMBED Equation.3 1415, (5.7.)
где:
·Аe – работа внешних сил системы;

·Аi – работа внутренних сил системы;
Ткон - энергия системы в конце процесса перевода.

Учитывая тот факт, что механическая система (остряки, гарнитура) является неизменяемой (Тнач = 0) соотношение (5.7.) приобретает следующий вид:
13 EMBED Equation.3 1415, (5.8.)
Суммарная работа внешних сил включает в себя работу по преодолению сил трения и работу по переводу остряков стрелки:
13 EMBED Equation.3 1415. (5.9.)
Выражение для определения работы по переводу остряков из одного крайнего положения в другое имеет следующий вид:
13 EMBED Equation.3 1415, (5.10.)
где Fпер – усилие перевода остряков.
Выражение для определения работы, затраченной на преодоление сил трения остряков об стрелочные подкладки, имеет вид:


Рис.5.1. Скорость движения остряков



13 EMBED Equation.3 1415, (5.11.)
где: Мтр – приведенный момент трения остряков.
Подставив соотношения (5.10.) и (5.11.) в выражение (5.9.), получаем соотношение, описывающее распределение энергии в установившемся режиме (перевод остряков с установившейся скоростью):

13 EMBED Equation.3 1415. (5.12.)

Выражение (5.12.) показывает, какой кинетической энергией остряки стрелки обладают при подходе к рамному рельсу, т.е.:

13 EMBED Equation.3 1415. (5.13.)

Считая, что электродвигатель обладает значительным запасом мощности, и разгон происходит за короткий интервал времени, можно утверждать, что энергия движущихся частей стрелки в установившемся режиме затрачивается на перевод остряков стрелки и равна кинетической энергии остряков в конце перевода стрелки, т.е.:

13 EMBED Equation.3 1415. (5.14.)

Анализ соотношения (5.14.) показывает, что в момент окончания рабочего хода шибера Sш, его линейная скорость V имеет максимальное значение, процесс торможения инерционной системы сопровождается только силовым фактором, которым является приведенный момент Мпр. Иначе говоря, для того чтобы остановить инерционную систему необходимо приложить к ней определенное силовое воздействие, направленное в сторону противоположную движению перемещающихся масс.
Во всех отечественных, кроме электроприводов серии ВСП, и в большинстве зарубежных стрелочных электроприводах (за исключением в электрогидроприводах фирмы "Lorens" L-710) третья фаза движения остряков осуществляется без участия механики электропривода, т. е. скорость движения остряков остается неизменной вплоть до отключения электродвигателя (рис.5.1а, кр.2). Это означает, что работа по гашению кинетической энергии в конце перевода стрелки проводится лишь за счет сил трения в кинематических парах (в основном: остряк скользуны, и упругих сил рамного рельса и гарнитуры), т. е. без снижения ее самим электроприводом (рис.5.1а, кр. 3), что недостаточно и приводит, практически, к ударам остряков о рамный рельс, его отжиму и отбою остряков. В практике имелись случаи излома остряков. При этом в стрелочных электроприводах серии СП к кинетической энергии остряков добавляется кинетическая энергия вращающихся масс самого электропривода.
Рассмотрим в качестве примера работу механизма запирания шибepa электроприводов серии СП. На рисунке 3.16 показан запирающий механизм, процесс работы его в конце перевода стрелки. Поступательное движение шибера 1 осуществляется путем реечной передачи от шестерни главного вала 4 на рейку, которая выполнена заодно с шибером (рис. 3.16а, 3.16б). Крайние зубья шестерни 2 и 5 и рейки 3 и 6 имеют специальную форму и являются запирающими зубьями в крайних положениях шибера (рис. 3.16в)
Анализируя данную конструкцию, недостатки, описанные выше, объясняются с позиции энергии движущихся масс тем, что в момент выработки шибером электропривода своего рабочего хода Sш, его линейная скорость V или угловая скорость остряков
· имеет максимальное установившееся значение (рис. 5.1а, кр. 2) Остряк подходит к рамному рельсу именно с такой скоростью, а запасенная кинетическая энергия движущихся масс Т, согласно выражению (5.3), как видно из графика (рис. 5.1а, кр.3), в виде упругого удара переходит в потенциальную энергию рамного рельса, отжимая его рабочую тягу и гарнитуру крепления электропривода на величину
·. Эти упругие силы ведут к ослаблению креплпния электропривода, рамных рельсов и т.д.
На рисунке 3.17 показан запирающий механизм нового винтового стрелочного электропривода ВСП-150, кинематический процесс работы сводится к следующему. Толкатель 1 (рис.3.17а), движущийся поступательно слева направо упирается в кулачки 2 и 3 в точке "А", пытаясь повернуть их на своей оси. Однако, этому препятствуют упоры 4 и 5, в поверхность "В" и "Г" которых упираются кулачки. Поступательное движении толкателя 1 приводит к поступательному движению кулачков 2 и 3, закрепленных в корпусе 6 и 7 механизма запирания шибера 10. В конце перевода кулачки выходят за пределы поверхности "В" и "Г" упоров 5 и 6, поворачиваются на своей оси под действием толкателя 1 и входят в контакт с упорами 5 и 6 поверхностями "Д" и "Е" (рис.3.17б), а толкатель занимает место, контактируя с поверхностью кулачков "Ж" и "З", и тем самым запирает их. Шибер заперт в крайнем правом положении.
Для того чтобы осуществлялся перевод шибера в другое крайнее положение (рис.3.17в) необходимо толкателю 1 двигаться справа на лево до упора о кулачки 11 и 12, освободив кулачки 2 и 3 для поворота и, тем самым, разомкнув шибер.
Дальнейший процесс перевода и запирания шибера идет аналогично предшествующему.
При дальнейшем движении (рис. 3.17) кулачок начинает проворачиваться на своей оси на угол
· по мере выхода из упора. При этом скорость движения шибера Vш, и угловая скорость остряков в будут уменьшаться (рис.5.1, кр.4) по мере роста угла
·, что определяется из выражения
Vш = Vт (1 соs
· + tg
· sin
· tg
·). (5.15)
Кинетическая энергия остряков снижается (рис.5.1 б. кр.5).
Из изложенного можно дать определение, вывести формулу динамического коэффициента гашения кинетической энергии остряков стрелки в конце перевода:
13EMBED Equation.31415, (5.16)
где Ттек - кинетическая энергия остряков в текущий момент времени;
Т - кинетическая энергия остряков в установившемся режиме движения.
Подставляя в формулу (5.13) выражение (5.15) и зная, что

13symbol 119 \f "Symbol" \s 1414
·15тек=13symbol 119 \f "Symbol" \s 1414
·15*(1-cos13symbol 106 \f "Symbol" \s 1414
·15+tg13symbol 106 \f "Symbol" \s 1414
·15-sin13symbol 106 \f "Symbol" \s 1414
·15*tg13symbol 106 \f "Symbol" \s 1414
·15), (5.17)
получим
13EMBED Equation.31415, (5.18)

после преобразований получим:

13EMBED Equation.31415, (5.19)
где: 13symbol 119 \f "Symbol" \s 1414
·15тек - значение угловой скорости остряков в текущий момент времени,
13symbol 119 \f "Symbol" \s 1414
·15 - значение угловой скорости остряков в установившемся режиме движения.
Как видно из выражения (5.19), этот коэффициент не зависит от типа стрелок (Jпр), а только от закона движения, т.е. конструкции механизма запирания электропривода, и является безразмерной величиной или может выражаться в процентах.
Динамический коэффициент гашения кинетической энергии остряков по своей физической сущности показывает, какую часть кинетической энергии остряков от ее величины в установившемся режиме составляет в данный момент процесса торможения остряков.
С математической точки зрения, динамический коэффициент гашения кинетической энергии остряков представляет собой взятое в квадрате отношение скорости движения остряков (шибера) на текущий момент к скорости его равномерного движения (до начала торможения).
Сравнительный анализ характера движения остряков серийных электроприводов с реечной передачей на шибере и винтовых показывает значительные преимущества последних по условию их гашения энергии остряков в конце перевода стрелки, т.к. в конце перевода стрелки энергия остряков у винтового стрелочного электропривода ВСП практически равна нулю и 13symbol 122 \f "Symbol" \s 1414
·15 = 0.

5.3. Статический режим работы

Статический или пассивный режим работы обеспечивает сохранение замыкания шибера с заданным усилием и непрерывный контроль положения стрелки. Стрелка, а соответственно и электропривод, в этом случае находятся в режиме ожидания: а) - прохода поезда по стрелке; б) – перевода стрелки. Особенности данного режима будут подробно рассмотрены в V
·
· главе настоящей монографии, поэтому в данной разделе ограничимся этими сведениями.

5.4. Динамический режим работы

Работа электропривода, стрелочной гарнитуры, в отдельных случаях внешних замыкателей остряков (подвижных сердечников крестовин) в динамическом режиме заключается в выполнении тех же функций по удержанию в замкнутом состоянии и обеспечению контроля положения стрелки, что и в статическом режиме работы, но в условиях прохождения подвижного состава по стрелке. Характеризуется восприятием электроприводом и гарнитурой со стороны колесных пар динамических воздействий - вибраций, усилий, ударов, упругих деформаций и пр.
По этому на динамический режим работы возложено решение [3] главных двух задач по обеспечению безопасности движения поездов:
1. Надежное удержание прижатого к рамному рельсу остряка на величину менее 4 мм и отведенного остряка от другого рамного рельса, обеспечивая желоб необходимой величины (не менее 125 мм) для прохода колеса подвижного состава установленной массы (нагрузки на ось);
2. Обеспечение прохождения подвижного состава по стрелке с установленной скоростью.
В связи с этим рассмотрим некоторые методы обеспечения безопасности движения поездов стрелочным электроприводом и стрелочной гарнитурой в данном режиме работы.
5.4.1. Определение сил, действующих в стрелочном переводе
при проходе колесной пары по стрелке

При прохождении подвижного состава по стрелке [19, 40], в рабочей тяге возникают усилия упругой деформации Fупр. Для обеспечения надежной и безопасной работы стрелочного перевода эта деформация должна быть меньше 4 мм и находиться в зоне упругой деформации материала. Таким образом, значение усилия упругой деформации рабочей тяги Fупр находится в следующих пределах:
13 EMBED Equation.3 1415. (5.20)
При дальнейшем росте усилия на шибере, действие упругой деформации прекращается и наступает потеря несущей способности гарнитуры (в первую очередь - рабочих тяг). Наступает пластическая деформация. Это усилие составляет: при сжатии рабочей тяги Fнес=32 кН, а при растяжении Fнес = 76 кН. Такое расхождение объясняется не симметричной конструкцией рабочей тяги. Таким образом:
13 EMBED Equation.3 1415. (5.21)13EMBED Equation.31415
Для определения величины усилия, обеспечивающего гарантированное удержание прижатого остряка к рамному рельсу Fзам, рассмотрим математическую модель, приведенную на рисунке 5.2. На стрелочных переводах прижатие остряка к рамному рельсу происходит под начальным углом (н, который образуется при теоретическом пересечении рабочей грани рамного рельса с рабочей гранью остряка. Текущий угол, зависит от положения колеса при входе на стрелку и называется углом удара (у. Сила F1 - сила бокового удара гребня колеса об остряк, вызывает ответную реакцию - силу F2, направленную на отжатие остряка от рамного рельса. Из расклада сил выведем уравнение для определения усилия замыкания (удержания) остряка

13 EMBED Equation.3 1415, (5.22)
где:

· – зазор между рамным рельсом и колесом;
F1 - сила бокового удара гребня колеса об остряк, которая численно равна силе бокового прижатия гребня колеса к остряку первым и вторым колесами одной колесной пары.
F2 – реакция рамного рельса на воздействие силы F1;
F3 – усилие замыкания (удержания) остряка.
А – точка приложения силы, удерживающей остряк;
D – точка удара колеса в остряк;
D – проекция точки приложения силы F2 на ось Х;
N – точка конца строжки остряка;
С – текущая координата соприкосновение остряка и колеса.
Из полученного уравнения следует, что усилие замыкания остряка определяется выражением:
13EMBED Equation.31415. (5.23)
Усилие, обеспечивающее надежное замыкание (удержание) прижатого остряка должно удовлетворять следующему условию:
13 EMBED Equation.3 1415. (5.24)
Данная величина нормирует предельно допустимые рабочие усилия, которые способен выдерживать стрелочный привод длительное время без разрушений и видимых деформаций (менее 4 мм).
Учитывая условие надежного запирания и определение угла удара (у, выражение для определения усилия надежного прижатия остряка к рамному рельсу имеет вид:
13EMBED Equation.31415 , (5.25)
где:
G – нагрузка на ось, Gmax = 25 т;
n/m - тангенс угла нормали контакта колеса с остряком, n/m = 1/5;
kу - коэффициент устойчивости колесной пары на рельсе, kу = 3,5(5,0;
kд - коэффициент динамики, уменьшающий фактическую нагрузку колес, по сравнению с ее статическим значением, kд = 0,25 (0,9.
В результате вычислений (5.25) получаем – минимально допустимое усилие замыкания прижатого остряка к рамному рельсу варьируется в диапазоне F3 = 8500ч12500 Н.
Усилия, возникающие при прохождении подвижного состава по стрелке и направленные на отжим прижатого остряка от рамного рельса, воспринимаются гарнитурой (рабочей тягой) и электроприводом (механизмом запирания шибера). Для обеспечения безопасности прохождения подвижного состава по стрелке усилие замыкания (прижатия) прижатого остряка должно быть гарантированной величиной с определенным запасом (2,5ч3,5). Значительное увеличение этой величины для стрелочного электропривода нецелесообразно, т.к. это с одной стороны приведет к увеличению габаритных размеров и металлоемкости электропривода, а с другой стороны не обеспечит надежного замыкания остряков, т.к. эти значения выходят за пределы значений несущей способности гарнитуры. Таким образом, усилие надежного удержания (замыкания) остряка стрелочным приводом составляет (в большинстве отечественных и зарубежных электроприводов) F3ном = 50000 ч90000 Н.

5.4.2. Способы установки электропривода на стрелку
Стрелочный электропривод в комплекте с гарнитурой является устройством, от работоспособности, надежности установки и в целом от его способности воспринимать, выдерживать и сохранять функции замыкания и удержания остряков (подвижного сердечника крестовины), при динамическом воздействии на него со стороны подвижного состава, в значительной степени, зависит безопасность движения. В этом случае электропривод и гарнитура испытывают экстремальные нагрузки, воздействующие длительное время и имеющие большой спектр изменения амплитуды и частоты ударов, а потому их работа проходит в крайне тяжелых условиях. Каждая из колесных пар подвижного состава, обладая определенной массой (нагрузкой на ось), при проходе по стрелке является источником (генератором) колебательных процессов (ударов и вибраций и пр.), которые воспринимаются, распределяются и гасятся в устройствах верхнего строения пути.
На рисунке 5.3 приведен типовой профиль верхнего строения пути. Соответствующая расчетная математическая модель динамической системы приведена на рисунке 4.4, а диаграмма распространения силовых возмущений на рисунке 5.5.

Рис. 5.3 Типовой профиль верхнего строения пути



Рис.5.4. Расчетная математическая модель динамической системы
Цифрами на рисунках показаны следующие позиции:
1 - колесная пара подвижного состава с массой m0;
2 - рельс колеи пути с распределенной массой m1;
3 - шпальный брус с распределенной массой m2;
4 - щебеночный балласт с распределенной массой m3;
5 - песчаная подушка с распределенной массой m4;
6 - земляное полотно с приведенной массой m5 = 13symbol 165 \f "Symbol" \s 1414
·15;
с14 – линеаризованная контактная жесткость механической связи двух условных элементов расчетной модели;
f14 – коэффициент сил трения в условных связях элементов расчетной модели.
Параметры, контактная жесткость с0, коэффициент трения f0 относятся к условной связи: колесо – рельс.


Рис. 5.5. а диа

Приложенные файлы

  • doc 5906544
    Размер файла: 9 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий