Разработка способов стабилизации сопротивления рельсовой линии: Для ж. д. Дальневосточного региона

Системы железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ) играют важную роль в перевозочном процессе, обеспечивая безопасность и ритмичность движения поездов и тем самым непосредственно влияя на сроки доставки грузов и их сохранность, безопасность пассажиров и работников, связанных с движением поездов.

К СЖАТ, обеспечивающих управление движением поездов, относятся системы: электрической централизации (ЭЦ) — автоматической и полуавтоматической блокировки (АБ, ПАВ) — автоматического управления движением поездов и автоматического управления тормозами (САУТ) — автоматической переездной сигнализации (АПС) — диспетчерской централизации (ДЦ).

К основным элементам СЖАТ относятся датчики контроля рельсовой линии (РЛ) — рельсовые цепи <РЦ) .

Рельсовые цепи работают в условиях значительного изменения сопротивления изоляции и рельсовых нитей и подвержены влиянию тягового тока. Все это создает большие трудности в обеспечении их бесперебойной и надежной работы.

Технико-экономический анализ технологии обслуживания средств СЦВ и оценки распределения эксплуатационных затрат по видам устройств, произведенных НИИЖА, показал, что при обслуживании устройств АБ и ЭЦ на РЦ приходится 23% эксплуатационных затрат. Из этого видно, что значительный экономический эффект можно получить за счет совершенствования существующих РЦ и разработки новых конструкций, менее критичных к дестабилизирующим факторам. При этом эффективность внедрения новой техники необходимо оценивать не только экономическими показателями. Первостепенным является вопрос обеспечения безопасности движения поездов.

Значительный вклад в развитие теории и внедрения систем и средств автоматики и телемеханики в процессах интервального регулирования автоведения и движения поездов внесли известные ученые Л. А. Баранов, И. В. Беляков,.

A.М.Брыле ев, В. П. Быков, М. Н. Василенко, И. Е. Дмитренко,.

B.Н.Иванченко, Р. А. Косилов,, И. М. Кокурин, Н. Ф. Котляренко, Ю. А. Кравцов, В. М, Лисенков, Н. Ф. Пенкин, A.C. Переборов, В. В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, Ю. В. Соболев, Б. М. Степенский, Д. В Шалягин, В. И Шелухин, О. И. Шелухин, А. П. Шишляков, A.A. Явна и многие другие.

Современная концепция развития СЖАТ предполагает широкое использование средств микропроцессорной техники, встроенной диагностики, обладающих новыми функциональными возможностями с достаточно высокой надежностью элементной базы. При этом важным звеном современных систем по прежнему остаются датчики контроля РЛ, обладающие сравнительно низкой надежностью,.

Максимальное число отказов в РЦ происходит по причинам частичного или полного обрыва электрической цепи в местах соединения рельсовых звеньев, напольных приборов с рельсами и применения нетиповых соединителей. В таких случаях любая система ЖАТ, требующая контроля РЛ, снижает планируемую эффективность внедрения. В перспективе развития СЖАТ ожидается широкое применение РЦ тональной частоты, которые также чувствительны к изменению параметров РЛ.

В настоящее время, по ряду объективных причин, возникла острая необходимость поиска альтернативных материалов для изготовления рельсовых соединителей и дроссельных перемычек, взамен дорогостоящей меди, что требует проведения исследования по обоснованию их конструкций, параметров, а также влияния на основные режимы работы РЦ и пропуск обратного тягового тока.

Наряду с существующими фундаментальными исследованиями работы РЦ возникает ряд проблем их эксплуатации, связанных с региональными и климатическими условиями. К этим проблемам добавляются экономические, демографические и социальные проблемы Дальневосточного региона.

Целью диссертационной работы является исследование дестабилизирующих факторов, существенно влияющих на сопротивление РЛ, для создания научно-обоснованных технических и технологических решений по улучшению работы РЦ в климатических условиях Дальневосточного региона.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

— провести статистический анализ сопротивлений токо-проводящих стыков на участках железных дорог при различных способах их электропроводности;

— исследовать влияние дестабилизирующих факторов на работу элементов РЛ на участках железных дорог Дальневосточного региона с учетом климатических особенностей;

— разработать математические модели для оценки влияния неоднородной РЛ на основные режимы работы РЦ;

— выполнить экспериментально-теоретическое исследование одноэлементных стыковых соединителей при механических воздействиях;

— определить значения электрических, механических параметров и термической стойкости конструкций соединителей, изготовленных из стальных материаловразработать конструкции дроссельных перемычек, стыковых и электротяговых соединителей из стальных материалов ;

— обосновать рекомендации по повышению надежности работы типовых стыковых соединителей;

— разработать стенды и приспособления для ускоренных испытаний соединителей на усталостную прочность и измерения их основных параметров в условиях, .близко приближенных к реальным.

Реализация результатов теоретических исследований и практических разработок выполнялась в соответствии с общим планом научных исследований Дальневосточного государственного университета путей сообщения: в рамках научно-исследовательских тем по заказу Управления технической политики МПС РФ на 1996;1998 гг.- раздела программы «Дальний Восток России» — по заказу Дальневосточной железной дороги.

Работа выполнена на кафедре «Автоматика и телемеханика» Дальневосточного государственного университета путей сообщения, сотрудники которой оказали ценные консультации и техническую помощь. Автор выражает благодарность за оказанную методическую помощь профессорам Э. Г. Меламеду, П. П. Супруну, Ю. Р. Чашкину, доцентам М. И. Харит о, но в у, А. И. Годя еву.

Выводы по главе.

1. На основании выполненных исследований выбран стальной провод 0,3 ОЖ ГОСТ 1526–81 и специально для стыковых соединителей и дроссельных перемычек изготовлен трос. Преимуществами предлагаемого троса являются: хорошая совместимость по сварке с материалом манжет, болтов и клемм простейшими способами электродуговой сваркивысокая механическая прочность и пластичностьменьшее удельное сопротивление по сравнению с высокоуглеродистыми сталями.

2. Дроссельные перемычки, состоящие из двух проводов сечением 8 6, 5 мм" 2 каждый, обеспечивают длительный пропуск эффективного тягового тока допустимого для дроссель — трансформаторов ДТ-1−150 (242 А) .

3. Стендовые и линейные испытания показали, что стальные стыковые соединители, изготовленные из провода 0, ЗОЖ ГОСТ 152 6−81, площадью сечения 8 6,5 мм% обеспечивают нормативное значение электропроводных стыков и устойчивую работу РЦ в основных режимах.

4. Стендовые испытания на усталостную прочность стыковых соединителей и дроссельных перемычек из стального многожильного провода показали, что они обладают ресурсом, превышающим срок службы рельсов.

5. Металлографические исследования макроструктуры и микроструктуры мест сварки (стальной провод — болт, стальной провод — манжета, стальной провод — клемма) и испытания на механическую прочность показали, что они соответствуют структурам свариваемых низкоуглеродистых сталей, а по механической прочности на разрыв — превосходят существующие аналоги.

6. Для повышения эксплуатационной надёжности типовых медных приварных соединителей фартучного типа необходимо: увеличить их длину до 215 ± 5ммсварку медного провода и стальной манжеты выполнять аргонодуговым способом с присадочным материалом МНЖприменять провод для обжимного кольца из нержавеющих материалов диаметром 2,5-Змм.

7. Разработанные методики и контрольно-испытательные стенды для измерения электрических параметров, проверки на термическую устойчивость, усталостную прочность стыковых соединителей и дроссельных перемычек могут быть использованы для контроля параметров при изготовлении новых конструкций.

8. Эффективность на один заменяемый соединитель оценивается годовым экономическим эффектом и составляет 4,4 тыс. руб. в ценах на апрель 1997 г.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Результаты комплексного анализа состояния электропроводных стыков, лабораторных, линейных испытаний и теоретических исследований позволяют сделать следующие выводы и рекомендации.

1″ На железных дорогах Дальневосточного региона, работающих в сложных климатических условиях, преимущественно используется звеньевой путь с костыльным скреплением рельсов и шпал. С точки зрения выполнения основных режимов работы рельсовых цепей, обеспечивающих безопасность движения поездов, на таких участках в качестве основного способа стабилизации электрического сопротивления токопроводящих стыков наиболее целесообразно применять глухое соединение стыкуемых рельсов с помощью приварных соединителей повышенной надежности.

2, На основании исследований установлено, что на работу электропроводных стыков существенное влияние оказываютбольшие годовые амплитуды колебаний температуры рельсов, достигающие 130 °Свысокая относительная влажность воздуха 704−85% зимой и 80*100% летомзначительное количество осадков в зимнее и летнее времяпреимущественное использование деревянных шпал, часть из которых работает с превышением нормативных сроков эксплуатацииналичие межстанционных перегонов большой протяженности и обслуживание их сокращенными бригадами. Предложена классификация основных факторов, влияющих на надежность работы электропроводных стыков, и выявлены причины отказов рельсовых цепей от их воздействия.

3. Проведены теоретические исследования влияния сопротивления стыков, дроссельных перемычек, заземлений конструкций, устройств и сооружений, присоединяемых к рельсовым нитям, на основные режимы работы рельсовых цепей, Предложено рассматривать рельсовую линию как несимметричную с неоднородной структурой, разработаны схемы замещения и получено обобщённое уравнение для определения критерия чувствительности рельсовых цепей к обрыву и шунту.

4. Разработан программно-математический комплекс и проведены расчеты на основании которых установлено, что наиболее неблагоприятными условиями для шунтового режима являются: одновременное увеличение сопротивления стыков, расположенных до и после места наложения шунтаувеличение входных сопротивлений по концам рельсовой цепиуменьшение сопротивлений заземлений .на рельсовую нить. Определены предельные длины и максимальные сопротивления стыков, удовлетворяющие шунтовому режиму эксплуатируемых рельсовых цепей.

5. Разработана методика квазидинамического расчета конструкции одноэлементных соединителей, изготовленных из обычной конструктивной стали, что позволило получить достоверные оценки напряженно-деформированного состояния и усталостной прочности соединителей на стадии их проектирования. Установлено, что предложенные конструкции соединителей обеспечат надежную' работу рельсовых цепей на участках железных дорог с грузонапряженностью до 50 млн т брутто в год.

6. Разработана конструкция стыковых соединителей фартучного типа для электрифицированных участков пути с использованием специально изготовленного ОАО.

Амуркабель" многожильного провода из стальной оцинкованной круглой проволоки.

7. Комплексные испытания на разрыв, термическую и коррозионную устойчивость, на усталостную прочность, металлографические исследования мест сварки стальных соединителей из многожильного провода дали положительный результат. Установлено, что соединители диаметром 10, 5 мм обеспечивают нормативное значение сопротивления электропроводных стыков, надежную работу рельсовых цепей и обладают ресурсом, превышающим срок службы рельсов, находящихся в эксплуатации".

8. Результаты исследований учтены в инструкции по содержанию путевых устройств рельсовых цепей на ДВЖД, положены в основу разработанных дорожным конструктор-ско-технологическим бюро технических условий- «Соединители электрические рельсовые стальные фартучного типа РЭССФ-ДКТБ-01» — «Соединители электротяговые стальные типа ЭС1» — «Перемычки дроссельные стальные типа ДС2 И ДСЗ». Опытная эксплуатация соединителей показала, что они надежно работают на электрифицированных участках железных дорог ДВЖД и их эффективность составляет 4,4 тыс. руб. на один заменяемый соединитель в ценах на апрель 1997 г.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Кириленко А. Г., Крамаренко Е. Р., Гриншпун Ю. И. Разработка мероприятий по стабилизации сопротивления рельсовой линии //Тезисы докладов региональной научно-технической конференции по МРНТП «Дальний восток России». — Хабаровск: Хабаровский государственный технический университет, 1995>- С, 17б,.

2. Гриншпун Ю. И., Кириленко А. Г., Крамаренко Е. Р. Анализ факторов, влияющих на первичные параметры рельсовых цепей //Тезисы докладов семинара-совещания и 39-й научно-технической конференции ученых транспортных вузов, главных инженеров дорог, отделений и линейных предприятий Дальневосточного региона /Под редакцией С. М. Гончарука.- Хабаровск: ДВГАПС, 1995. 0,2 4−25 с.

3. Кириленко А. Г, Годяев А. И., Крамаренко Е. Р, Оптимизацияэлементов стабилизации сопротивления рельсовой сети //Тезисы докладов II международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта» в двух томах /Под редакцией В. М. Лисенкова. -М.: МГУПС (МИИТ), 1996, — Том 1,-С.160.

4. Соединитель рельсовый стыковой" Пат" 2 085 415″ Россия, МПК6 В 60 М 5/00 /Супрун П.П., Кириленко А. Г., Ли В. Н, Крапивный В. А., Крамаренко Е, Р", Бабенко 3.Г. — ДВГАПС.-®- 95 122 313/11- Заявл. 26.12.95- Зарег.27.06.97.

5. Крамаренко Е. Р. Анализ причин отказов в работе рельсовой сети на участках железных дорог Дальневосточного региона //Тезисы докладов второго международного студенческого форума стран Азиатско-Тихоокеанского региона, г. Владивосток, 22−26 алр., 1997 «ABSTRACTS Second International Students' Congress of the Asia-Pacific Region Countries, Vladivostok: Far-Eastern State Technical University, April 22−26, 1997Владивосток: ДВГТУ, 1997. С.100−101.

6″ Крамаренко E.P. Работа элементов рельсовой цепи в сложных климатических условиях //Сборник докладов научно-технической конференции «Комплексные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железных дорог в условиях Крайнего Севера» .- Хабаровск: ДВГУПС, 1997<-Т. 2. С.98−99.

7. Кириленко А. Г. Крамаренко Е.Р. Анализ работы рельсовых соединителей на участках с электротягой переменного тока //Проблемы железнодорожного транспортаМежвуз. сб. науч. тр.- / Дальневосточный государственный университет путей сообщения. — Хабаровск: ДВГУПС, 1997. С.26−30.

8. Кириленко А. Г. Крамаренко Е.Р. Исследование электрических и тепловых характеристик элементов рельсовой цепи //Проблемы железнодорожного транспортаМежвуз. сб. науч. тр. /Дальневосточный государственный университет путей сообщения. — Хабаровск: ДВГУПС, 1997,-С.21−2 6.

9. Кириленко А. Г., Б ердник С, П, Крамаренко Е. Р,. Стабилизация сопротивления рельсовой линии на участках железных дорог восточного региона // Проблемы транспорта Дальнего Востока. Материалы второй международной конференции. 1−3 октября 1997 г. Владивосток: ДВО Академии транспорта РФ, 1997. — С.114=.

10, Кириленко А. Г., Бердник С. П., Крамаренко Е. Р. Анализ работы стальных приварных соединителей для электрифицированных участков железных дорог на переменном торсе //Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Сибири и Дальнего Востока: Сборник тезисов докладов" Часть 1, — Хабаровск: ДВГУПС, 1997, — С, 14−16″.

11, Кириленко А. Г, Тележников И. А, Крамаренко Е. Р. Программно-математический комплекс расчета несимметрич-ных рельсовых цепей //Новые информационные технологии в управлении на транспорте и в организации учебного процесса. — Хабаровск: ДВГУПС, 1998. С.117−122.

12, Кириленко А. Г., Бердник С. П., Крамаренко Е. Р. Стабилизация сопротивления рельсовой линии //Актуальные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта: Тезисы докладов третьей межвузовской научно-методической конференции. Часть 1. М.: РГОТУПС, 1998.-С.136−137.

13, Кириленко А. Г., Супрун П. П., Бабенко Э. Г., Крамаренко Е. Р. Повышение надежности работы рельсовой линии на электрифицированных железных дорогах Восточного региона /./Информационные технологии в управлении перевозочном процессом на железнодорожном транспортеМежвузовский сборник научных трудов /Дальневосточный государственный университет путей сообщения. — ХабаровскДВГУПС, 1998. — С.4−12.