ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ НА ГОРКАХ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

На сети железных дорог Российской Федерации насчитывается более сотни сортировочных горок большой и средней мощности, на которых процессы регулирования скорости роспуска составов механизированы. Для механизации таких горок разработаны и успешно эксплуатируются различные типы вагонных замедлителей, рассмотренные выше. Совсем другая картина наблюдается на горках малой мощности, общее число которых на сети дорог — более 60. Здесь для торможения отцепов сегодня почти повсеместно используется труд регулировщиков скорости отцепов — «башмачников», и лишь на некоторых горках малой мощности установлены механические башмаконаладыватели Пачеса (рис. 8.1), имеющие ряд недостатков конструкции и зачастую не обеспечивающие требуемого качества и безопасности работы.

Башмачное торможение выполняется с использованием той же конструкции тормозных башмаков, что и для закрепления под-

Рис. 8.1. Башмаконакладыватель Пачеса вижного состава на станционных путях. Эти башмаки имеют ряд конструктивных недостатков, следствием которых является малый срок их службы, возможность «приваривания» полоза к рельсу в процессе торможения, а также образование дефектов на поверхности катания колес. Обычно это небольшие «ползуны» и так называемые «белые пятна» — термические повреждения за счет тепла, выделяемого в процессе трения колеса о рельс. Один из таких ползунов показан на рис. 8.2. Как на ползунах, так и на «белых пятнах» в результате термомеханического воздействия образуется сетка термических трещин, которая при дальнейшей эксплуатации резко увеличивает вероятность возникновения контактно-усталостных повреждений (выщербин) на поверхности катания колес.

Рис. 8.2. Внешний вид «ползуна» на поверхности катания колеса вагона

Даже самый щадящий режим башмачного торможения приводит к серьезным повреждениям колес подвижного состава. А если колесо имеет тонкий обод, выщербины приводят к образованию усталостных трещин в диске или в ободе, с последующим изломом колеса и крушением поезда.

Так, например, односторонний ползун несколько лет тому назад явился причиной излома колеса и крушения нефтеналивного состава в момент прохождения встречного пассажирского поезда на Горьковской ж.д., что привело к тяжелым последствиям.

В последнее время на сортировочных горках малой мощности сложилась особенно тяжелая ситуация из-за резкого возрастания числа случаев образования односторонних ползунов на колесах после «башмачного» торможения вагонов.

Так, по данным Восточно-Сибирской ж.д. только за один месяц в текущий ремонт поступает около 130 вагонов с односторонними «ползунами» колес размером более 1 мм. Подобное положение наблюдается на Юго-Восточной, Северо-Кавказской, Северной и других дорогах.

Анализ сложившегося на дорогах положения показал, что односторонние «ползуны», превышающие допустимые размеры, образуются более интенсивно при повышении осевых нагрузок, увеличении числа полногрузных вагонов в отцепе, завышенных скоростях выхода вагонов на башмак (более 4,5 м/с). Длина юза вагона при торможении башмаками одиночных вагонов достигает 15 м при скорости входа вагонов до 3 м/с (10,8 км/ч), 40 м — при скорости входа 6 м/с (21,6 км/ч) и 60 м — при скорости 7 м/с (25,2 км/ч). Допустимая скорость входа вагона на башмак — 4,5 м/с (16,2 км/ч) — превышается на станциях более чем в 30 % всех случаев.

В сочетании с увеличением осевых нагрузок вагонов и ростом скоростей роспуска составов длина юза интенсивно увеличивается, что приводит к росту термонапряженности фрикционного контакта, увеличению скорости износа колес вагонов и, как следствие, количества ползунов, превышающих допустимые размеры.

Обострение ситуации в последнее время во многом связано с появлением нового, более опасного вида изнашивания, которое до этого наблюдалось лишь в сверхнагруженных трибосистемах, таких как направляющие ракетных установок, орудийные системы и т.п. Этот вид изнашивания не связан с образованием ядра заедания и борозд на поверхностях трения. При этом виде изнашивания интенсивность энерговыделения настолько высока, что поверхностный слой металла сдирается в виде пластин толщиной до 0,5 мм и длиной до 100 мм, которые состоят из отдельных лепестков. По виду продуктов износа и характеру их отделения его можно определить как «пластинчатый износ».

Суммарные затраты, связанные с ремонтом поврежденных колесных пар, включая затраты на их дефектацию, перегрузку вагонов, выкатку колесных пар и их доставку в депо, обточку дефектных колесных пар, последующую сборку и подкатку под вагон тележки, составляют более 10,0 тыс. руб. на вагон, что в масштабах сети дорог, учитывая массовый характер повреждений, оборачивается потерей многих сотен миллионов рублей.

Сложившееся положение дел потребовало принятия в экстренном порядке эффективных организационных и технических мер по повышению безопасности сортировочного процесса на горках малой мощности.

К числу организационных мер относятся следующие:

— корректировка норм расчета высоты горок и на их основе — приведение к современным условиям эксплуатации высоты и профиля эксплуатируемых сортировочных горок;

• — уменьшение скорости надвига и роспуска составов с горок, чтобы скорость входа вагонов на башмак не превышала нормированных значений 4,5 м/с (16,2 км/ч);
• — деление длинных отцепов на более короткие с таким расчетом, чтобы в них было не более 2-3 полногрузных вагонов;
• — исключение имеющих повсеместное распространение случаев перегрузки вагонов;
• — разделение существующих тормозных позиций на два участка и передвижка их ближе к горбу горки с целью уменьшения длины юза (тормозного пути);
• — использование антифрикционных материалов для тормозных башмаков с целью обеспечения возможности проворачивания тормозимой колесной пары.

Однако наиболее эффективным мероприятием по повышению безопасности сортировочного процесса на горках малой мощности является применение современных технических средств, как простых, дешевых и легкодоступных, так и более сложных и дорогостоящих.

Рис. 8.3. Общий вид башмака с антифрикционными вставками

Наиболее простым техническим средством, предназначенным для этой цели, является горочный тормозной башмак с антифрикционными вставками (рис. 8.3). От серийного он отличается наличием на опорной поверхности колодки вставок из дисперсно-упрочненного самосмазывающего материала на медной основе. Такое выполнение обеспечивает проворот движущейся колесной пары, под одно колесо которой подложен башмак, а другое скользит по соседнему рельсу. При этом образующийся ползун как бы размазывается по поверхности катания колеса и, тем самым, его толщина уменьшается до приемлемых значений (менее 1 мм).

Он выполнен в виде балочной конструкции, в которой на одном рельсе размещена тормозная система, а другой оборудован контррельсом и нажимным механизмом, приводящим ее в рабочее положение при наезде колеса тормозимого вагона. Для создания тормозного эффекта замедлитель использует кинетическую энергию движущегося вагона и не требует дополнительного подвода энергоносителя от внешнего источника. Усилие нажатия тормозных шин обеспечивается гидросистемой, а перевод замедлителя из заторможенного в отторможенное положение — пружинным механизмом.

Замедлитель ПГЗ имеет короткую тормозную шину, соответствующую базе тележки грузового вагона. Тормозная система такого замедлителя может занимать следующие два положения:

• — отторможенное «ОТ», при котором раствор тормозных шин больше ширины вагонного и локомотивного колеса. В этом положении через замедлитель можно пропускать без торможения весь габаритный подвижной состав вагонного и локомотивного парка как в прямом, так и в обратном направлении (с горки и на горку) с ограничением скорости движения до 40 км/ч;
• — заторможенное «Т», в которое тормозная система автоматически переводится при въезде вагона на замедлитель. В этом положении по замедлителю можно пропускать с торможением все габаритные вагоны. Пропуск через замедлитель локомотивов всех типов категорически запрещен.

Замедлитель ПГЗ работает следующим образом. При подходе вагона к замедлителю, находящемуся в положении «ОТ», когда раствор тормозных шин замедлителя больше ширины колеса, первое колесо первой по ходу движения тележки вагона своим гребнем наезжает на нажимную планку, размещенную перед замедлителем вблизи ходового рельса, и утапливает ее до УГР. При этом тормозная система замедлителя переводится в положение «Т», когда раствор тормозных шин замедлителя становится меньше ширины колеса. Далее первая тележка вагона входит в замедлитель и раздвигает тормозные балки с шинами до ширины колеса вагона, и тем самым создается тормозное усилие на шинах замедлителя за счет работы его гидравлической и рычажной систем. При выходе первой тележки вагона из створа замедлителя последний автоматически переводится в положение «ОТ».

Более сложным техническим средством обеспечения безопасности роспуска составов на горках малой мощности является энергонезависимый пружинно-гидравлический вагонный замедлитель типа

Рис. 8.4. Общий вид замедлителя ПГЗ

ПГЗ, общий вид и конструктивные особенности которого показаны на рис. 8.4.

Далее, при подходе второй тележки вагона (или тележки следующего вагона) к замедлителю цикл работы замедлителя, описанный ранее, повторяется.

Технико-эксплуатационные параметры замедлителя ПГЗ следующие.

Расчетная погашаемая энергетическая высота, м э. в., для вагона весом 80 т при скорости его входа 4,5 м/с

в замедлитель, не менее.......................................................................0,2

Предельно допустимая скорость входа вагона

на замедлитель, м/с, не более..............................................................6,0

Масса замедлителя полная, включая рельсы, т, не более.................3,5

Ширина колеи в пределах замедлителя, мм.................................1520_₂

Габаритные размеры номинальные, мм:

длина по рельсам.......................................................................... 4750

длина по шинам........................................................................... 2700

ширина.......................................................................................... 2700

высота (от низа шпал до УГР)......................................................360

Время срабатывания при оттормаживании

замедлителя, с, не более.......................................................................0,2

Марка применяемого гидравлического масла...............................ВМГЗ

Давление масла в гидросистеме при торможении вагона,

кгс/см², не более....................................................................................70

Объем масла в гидросистеме, л, не более............................................10

Величина питающего напряжения управляющего соленоида, В.......24

Потребляемая электрическая мощность, Вт, не более.......................25

Тип ходового рельса в пределах замедлителя....................................Р65

Радиус кривой, в которой можно устанавливать

замедлитель, м, не менее.....................................................................140

Требования, предъявляемые к месту установки и к монтажу замедлителя ПГЗ, следующие: в пределах тормозной позиции железнодорожный путь должен быть прямолинейным в вертикальной плоскости; установка устройства должны производиться в полном соответствии с рабочими чертежами проекта и монтажным чертежом; стыкование рельсов устройства с рельсами горочных путей или между собой должно выполняться с помощью типовых накладок; ширина рельсовой колеи в пределах тормозной позиции должна быть 1520^2 5 в пределах устройства должны быть уложены рельсы типа Р65.

Перед установкой замедлителя ПГЗ на дно отрытого котлована укладывают слой песка не менее 200 мм, который планируют и уплотняют. Затем в котлован подсыпают щебень слоем не менее 400 мм, который уплотняют до проектной отметки (низа бруса устройства). Планировку песчаной подушки, щебеночного основания и установку устройства производят по проектным отметкам с учетом осадки грунта в процессе эксплуатации, но не более 40—50 мм.

Замедлитель ПГЗ поставляется с завода-изготовителя в собранном виде, отрегулированным и готовым к установке в путь. С помощью крана грузоподъемностью не менее 10 тс замедлитель укладывают в подготовленный котлован, выравнивают по уровню и его рельсы соединяют с ходовыми рельсы. Наладка замедлителя перед пуском в эксплуатацию не требуется.

Система технического обслуживания замедлителя ПГЗ направлена на поддержание его работоспособности и предупреждение преждевременных отказов в работе устройства. Проверка исправности замедлителя ПГЗ заключается в осмотре крепления тормозных шин, балок устройства и состояния всех силовых элементов, состояния гидроцилиндров, пружин и гидравлических рукавов. Одновременно должны быть выполнены очистка и обдувка устройства сжатым воздухом. Визуально проверяют просадку секций устройства при прохождении подвижного состава. К обслуживанию замедлителя ПГЗ допускаются только работники, изучившие его конструкцию, электрические схемы, эксплуатационные инструкции.

Новый энергонезависимый гидравлический вагонный замедлитель РГЗ для горок малой мощности разрабатывается специалистами ОАО «Калугапутьмаш» как альтернатива замедлителю ПГЗ, имеющему весьма сложные кинематическую и гидравлическую схемы, недостаточную жесткость конструкции и, как показал опыт его внедрения, низкую эксплуатационную надежность.

Общий вид разрабатываемого энергонезависимого вагонного замедлителя РГЗ показан на рис. 8.5, а его конструктивное устройство — на рис. 8.6. В замедлителе РГЗ задача повышения надежности решена упрощением конструкции и повышением жесткости тормозной системы. Вместо сложной рычажной системы замедлителя ПГЗ в замедлителе РГЗ предусмотрены всего по два рычага и два гидроцилиндра на каждую тормозную балку.

Нажимной механизм выполнен в виде трех плунжерных цилиндров с пружинами возврата. Нажимные цилиндры соединены с плунжерами через предохранительный клапан, а плунжерные цилиндры соединены с емкостью через обратные клапаны.

К достоинствам замедлителя РГЗ по сравнению с замедлителем ПГЗ относятся: упрощение рычажной системы замедлителя, что резко уменьшает потери при передаче усилия от гидроцилиндров к тормозным балкам; исключение педального механизма вместе с нажимными цилиндрами подкачки жидкости в результате применения нажимных плунжерных насосов; упрощение управления, осуществляемое с помощью одного электроуправляемого предохранительного клапана с различными настройками по величине допустимого давления, что позволяет получить несколько градаций усилия нажатия тормозных шин и сделать более эффективным процесс торможения вагонов; уменьшение объема гидросистемы.

Рис. 8.5. Общий вид энергонезависимого замедлителя РГЗ

Рис. 8.6. Конструктивное устройство замедлителя РГЗ

На сортировочных горках российских железных дорог и в большинстве зарубежных стран принята технология интервально-прицельного регулирования скорости отцепов, в соответствии с которой горки оборудуют тормозными позициями (ТП), располагаемыми, как правило, соответственно перед разделительной стрелкой (I ТП), за пучковой стрелкой (II ТП) и в начале парковых путей (III ТП). Основное назначение горочных тормозных позиций состоит в том, чтобы обеспечить необходимые временные интервалы между скатывающимися с горки отцепами, достаточные для перевода соответствующих стрелок, и обеспечить подход к III ТП со скоростью не выше 6 м/с. На парковых тормозных позициях скорости отцепов должны быть достаточны для того, чтобы, во-первых, они докатились до расчетной точки, а во-вторых, чтобы скорость соударения отцепов в парке не превышала 5 км/ч (1,5 м/с).

В соответствии с этой технологией на сортировочных горках повышенной, большой и средней мощности верхние тормозные позиции оборудуют современными балочными, как правило, нажимными вагонными замедлителями тяжелого типа, устанавливаемыми на тормозных позициях попарно, а парковые — легкими секционными замедлителями с короткой тормозной шиной, устанавливаемыми по три секции на путь, или замедлителями с длинной тормозной шиной, устанавливаемыми поодиночке. Для горок малой мощности разработаны описанные ранее балочные энергонезависимые вагонные замедлители.

Принятая технология регулирования скорости отцепов обеспечивает необходимую интенсивность роспуска составов, однако не исключает отдельные сбои в работе сортировочных горок, повреждаемость вагонов и перевозимых грузов. Это связано главным образом с инерционностью и нестабильностью тормозных характеристик балочных замедлителей, неудовлетворительным состоянием продольных профилей путей, ошибками в работе горочных операторов и автоматизированных систем управления из-за неполного учета влияющих факторов. Несмотря на отмеченные недостатки, системы интервально-прицельного регулирования получили доминирующее распространение на железных дорогах во всем мире и успешно функционируют вот уже почти 100 лет.

Однако существует и другая технология — квазинепрерывного регулирования скорости отцепов, в соответствии с которой сортировочные горки (в основном, малой мощности) оборудуют точечными домкратовидными вагонными замедлителями. Их устанавливают вдоль одного или двух рельсов в шпальные ящики на протяжении всего пути следования отцепа.

Схемы установки точечных замедлителей (ТВЗ) могут быть различными: на всем пути от вершины горки до конца сортировочного парка, только на сортировочных путях, как это показано на рис. 8.7. В зависимости от конкретного места установки ТВЗ настраивают на требуемую (граничную) скорость, при превышении которой проявляется его тормозящий эффект. Если эта скорость ниже граничной, тормозящий эффект отсутствует.

Рис. 8.8. Взаимодействие ТВЗ с колесом тормозимого вагона

Рис. 8.7. Общий вид сортировочных путей, оборудованных точечными

замедлителями

Точечные замедлители взаимодействуют не с боковой поверхностью колеса вагона, традиционно используемой балочными вагонными замедлителями для создания тормозящего воздействия на колесо, а с гребнем колеса, как это показано на рис. 8.8.

Первые упоминания в литературных источниках о технологии квазинепрерывного регулирования скорости отцепов с использованием ТВЗ, разработанных фирмой Даути (Англия), относятся к концу 60-х годов XX века, когда на одном из сортировочных путей станции Ашчерч были установлены такие замедлители и проведены их испытания. В дальнейшем подобные ТВЗ были опробованы и на станции Холл.

В настоящее время ТВЗ получили распространение в Европе, как правило, на сортировочных горках малой мощности (Великобритания, Германия, Швейцария, Венгрия. Польша), где применяют два принципиально различных типа таких устройств — газонаполненные Даути и с тарельчатыми пружинами фирмы Тиссен (Германия). На сортировочных горках КНР применяют газонаполненные точечные замедлители TDJ, изготавливаемые по английской лицензии и аналогичные по конструкции ТВЗ фирмы Даути. На сортировочных горках США и Канады также используют ТВЗ типа New Joule, аналогичные европейским.

Основные технические характеристики ТВЗ типа Даути и Тиссен приведены в табл. 8.1. Как видно из таблицы, в рабочем режиме они способны поглощать от 1200 до 1650 Дж энергии, превращаемой в теплоту. В результате температура внутри устройства при каждом срабатывании повышается примерно на 1 °С, поэтому частота срабатывания ограничена (не более 30 срабатываний в минуту). При этом величина развиваемого тормозящего усилия, как правило, не превышает 20—22 кН и ограничена нагрузкой на рельс от колеса вагона легкой весовой категории с тем расчетом, чтобы не допустить его отрыва от рельса в момент взаимодействия с рабочей головкой точечного замедлителя. При этом, естественно, чем тяжелее вагон, тем меньший тормозной эффект приходится на 1 т его массы.

Такая особенность работы зарубежных ТВЗ является их органическим недостатком. В результате требуется большое число замедлителей по длине пути скатывания вагонов для создания необходимого тормозного эффекта. Как правило, на каждом подгорочном пути устанавливают 800—1200 точечных замедлителей типа Даути, Тиссен или TDJ.

Другой негативной особенностью работы ТВЗ является то, что они создают тормозной эффект при превышении граничных скоростей независимо от направления движения колеса (с горки или на горку). Поэтому маневровые передвижения горочных локомотивов по сортировочным путям, оборудованным точечными замедлителями, и вытяжка составов требуют дополнительных затрат энергии на преодоление сопротивления движению со стороны ТВЗ.

Несмотря на известные недостатки, системы квазинепрерывного регулирования скорости отцепов с точечными замедлителями повышают качество сортировочного процесса, значительно сокращают, а иногда — и полностью исключают повреждаемость вагонов и перевозимых грузов. Однако для эффективной работы ТВЗ требуется сплошной продольный уклон пути не менее 0,002—0,0025, поэтому простая замена балочных вагонных замедлителей точечными без изменения профиля путей, выполненного на действующих горках по существующим нормативам для интервально-прицельного регулирования скорости отцепов, не приводит к желаемому эффекту. При переходе к точечным вагонным замедлителям необходима дорогостоящая реконструкция профиля горки и подгорочных путей.

Кроме того, при эксплуатации ТВЗ необходима сплошная проверка их работоспособности с использованием специализированного оборудования, размещаемого на путевой тележке, а также выборочная проверка на специальном стационарном стенде, размещенном в мастерской горки. Эти работы также связаны со значительными трудовыми и материальными затратами.

Особо следует подчеркнуть, что для обеспечения высокой эксплуатационной надежности работы ТВЗ на сортировочных горках необходимо иметь специализированные мастерские с дорогостоящим ремонтным и диагностическим оборудованием, испытательные стенды, поставляемые заводами-изготовителями, как правило, по отдельному контракту. Стоимость такого оборудования и стендов намного больше стоимости самих замедлителей. При невозможности организации требуемого технического обслуживания ТВЗ, особенно китайского производства, быстро выходят из строя, а для восстановления их работоспособности необходим капитальный ремонт в условиях заводов-изготовителей.

С учетом приведенных достоинств и негативных моментов, присущих применению ТВЗ, вопрос о возможности и целесообразности их широкого использования на сортировочных горках российских железных дорог в каждом конкретном случае должен, очевидно, решаться на основе глубокого технико-экономического обоснования. Скорее всего применение технологии квазинепрерывного регулирования скорости отцепов с использованием ТВЗ в условиях российских железных дорог возможно только на вновь проектируемых сортировочных станциях, расположенных в южных регионах, где исключены низкие температуры воздуха и обильные снегопады.

На действующих станциях в качестве наиболее рационального пути повышения безопасности роспуска составов, безопасности эксплуатационного персонала, эффективности работы сортировочных горок, сохранности перевозимых грузов следует рассматривать механизацию и автоматизацию сортировочного процесса с использованием балочных вагонных замедлителей современной конструкции.