Приборы безопасности движения путевых машин

 

Для путевых машин и моторно-рельсового транспорта правилами технической эксплуатации (ПТЭ) железных дорог Российской Федерации ЦРБ-756 (2000 г), введен термин специальный подвижной состав (СПС), с разделением на специальный самоходный подвижной состав (ССПС) и специальный несамоходный подвижной состав (СНПС). К самоходным путевым машинам и моторно-рельсовому транспорту, относящихся к ССПС, работающих на главных путях и оборудованных автоблокировкой, предъявляются повышенные требования по безопасности движения [7, 35, 54].

Для регулирования движения на железных дорогах России используются устройства трехзначной (красный, желтый, зеленый) автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа АЛСН. Внедряются новые двусторонние каналы передачи информации многозначной АЛС — АЛС-ЕН, устройства передачи данных по радиоканалу в диапазонах 160 и 460 МГц.

В рамках Государственной программы повышения безопасности движения поездов на железных дорогах России (1994 г.) осуществляется замена прежних устройств на более совершенные (КЛУБ, CАУТ, ТC КБМ, АБТЦ-М и др.), выполненные на базе микропроцессоров, (Институтом ВНИИАС России и Ижевским радиозаводом).

На путевых машинах и моторно-рельсовом транспорте с 1994 года устанавливается комплексное локомотивное устройство безопасности (КЛУБ-УП). На локомотивах и моторвагонных секциях устанавливают систему КЛУБ-У, которая имеет: спутниковую навигационную связь, производит регистрацию параметров движения и управления тормозами, имеет 3 датчика скорости, обеспечивающих более точное показание скорости движения, имеет возможность совместной работы с другими устройствами безопасности движения: САУТ (система автоматического управления тормозами); ТС КБМ (телемеханическая система контроля бдительности машиниста). Для определения местоположения подвижной единицы применяются комбинированные приемники, осуществляющие автоматический поиск, прием и обработку сигналов спутниковых радионавигационных систем (рис. 2.9) ГЛОНАСС (Россия) и GPS NAVSTAR (США). Приемники позволяют непрерывно определять значения географических координат (широту и долготу), пройденный путь транспортного средства, а также астрономическое время и скорость движения поезда.

В целях повышения безопасности и контроля работы путевых машин, технические требования, применяемые к системам обеспечения безопасности движения локомотивов и моторвагонного подвижного состава, стали обязательными и для ССПС первой и второй категории.

К I категории отнесены: самоходные путевые машины ВПР, ВПРС, Р, ПМГ, ПБ, БУМ, РОМ, ДСП, ПРСМ, СП-93, Дуоматик, Унимат, МПРС, GWM, SSP-103, РШП-48, Speno; тяговые модули УТМ, ТЭУ, ПТМ, ПА; автомотриса АС.

II категория ССПС включает в себя мотовозы, дрезины, специальные автомотрисы тяжёлого и среднего типа, предназначенные для транспортирования отдельных вагонов и платформ с обслуживающим персоналом (МПТ, ДГКу, АМД, АДМ, АГВ, АРВ, АМ, АГС, АГД).

Для ССПС первой категории применяется устройство КЛУБ-УП, а для ССПС второй категории – КЛУБ-П, внедрение которых началось с 1999 года.

Система КЛУБ-УП предназначена для применения на участках железных дорог с автономной и электрической тягой постоянного и переменного тока, оборудованных путевыми устройствами АЛСН, либо системой координатного регулирования движения поездов на базе цифрового радиоканала и системой МАЛС на станциях. В зависимости от типа путевой машины и количества кабин КЛУБ-УП (рис. 2.10) имеет 4 вида исполнений. Оборудование КЛУБ-УП размещается в кабине ССПС, не нарушая условий эксплуатации машины. Питание всех составных частей системы осуществляться от бортовой сети номинальным напряжением 24В постоянного тока.

Работа системы КЛУБ-УП. В зависимости от направления движения машины сигналы АЛСН от приемных катушек КПУ-1 поступают через блок коммутации БКР-УП на блок электроники БЭЛ-УП [73]. Информация о фактической скорости от датчика угла поворота Л178/1, о значении давления в тормозной системе и в тормозном цилиндре (от датчиков давления), информация о координате ССПС поступает через антенну спутниковой навигационной системы (А-СНС) также поступает в блок электроники.

В блоке электроники осуществляется обработка всей принятой информации, формирование значений допустимой скорости, сравнение ее с фактической, контроль бдительности машиниста, воздействие на клапан экстренного торможения (ЭПК-153). Блок индикации БИЛ-УВП принимает обработанную информацию для индикации и регистрации ее на кассете регистрации КР. Воздействия машиниста на рукоятку бдительности и рукоятку бдительности специальную РБ, РБС отрабатываются блоком индикации и поступают на блок электроники.

Структурная схема КЛУБ-УП представляет собой открытую систему взаимодействующих модулей (в блоке БЭЛ-УП, УФИР, в блоке БКР-УП), объединённых в локальную сеть. Все модули являются равноправными по доступу к сети. Основной рабочий цикл обмена и обработки информации составляет 450...500 мс. В качестве контроллеров использованы однокристальные CAN контроллеры с 11 битовым кодом размером 8 байтов. В качестве физического уровня сети выбрана гальванически развязанная от всех модулей и питаемая от отдельного источника 5В дифференциальная линия. В состав каждого модуля входит схема узла сопряжения с линией CAN.

Функциональная безопасность система КЛУБ-УП построена следующим образом. Все модули имеют в своем составе два канала обработки, получаемые простым аппаратным дублированием, либо программными средствами. Вся информация проходит по двум каналам обработки и поступает на безопасную схему контроля, которая воздействует на усилитель ЭПК. При нормальной работе усилитель ЭПК находится под током. Если возникает рассогласование между двумя информационными потоками, срабатывает схема перезапуска системы безопасности и при сохранении рассогласования происходит снятие питающего напряжения с усилителя ЭПК.

Функциональные свойства системы КЛУБ-УП: – приём сигналов канала АЛСН; – приём сигналов от систем управления о включении / выключении тяги, переключении кабин и направления движения, положении рукоятки ЭПК, давлении в тормозной магистрали; – отсчет текущего времени с корректировкой по астрономическому времени спутниковой навигационной системы; – определение параметров движения поезда (координаты, скорости) по информации от приемника спутниковой навигации, датчиков пути и скорости и электронной карты участка; – обработку принятой информации; – формирование информации о значениях целевой и допустимой скорости движения; – сравнение фактической скорости движения с допустимой и снятие напряжения с электромагнита ЭПК при превышении фактической скорости над допустимой; – невозможность движения при отключенном ЭПК и выключенной системе безопасности движения; – контроль максимальной допустимой скорости движения 20 км/ч в рабочем режиме и выработки сигнала автостопного торможения при ее превышении; – отмена контроля бдительности при движении со скоростью менее 10 км/ч в рабочем режиме и при полной остановке; – контроль снижения допустимой скорости перед светофором с запрещающим сигналом и исключение его проезда без предварительной остановки; – осуществление однократного и периодического контроля бдительности (посредством РБ, РБС); – исключение самопроизвольного и несанкционированного ухода состава (скатывания); визуальное отображение машинисту необходимой информации; – звуковую сигнализацию при изменении информации на БИЛ-УВП кроме координаты, времени, фактической скорости и давления в тормозной магистрали, а также при опасном приближении к допустимой скорости; – ввод и отображение характеристик, их сохранение при выключении питания; – включение индикации на БИЛ-УВП о текущем времени, фактической скорости, режиме работы, готовности кассеты, а также информации ввода и тестирования при выключенном ключе ЭПК; – включение белого сигнала локомотивного светофора БИЛ-УВП после включения питания, при отсутствии приёма информации из канала АЛСН при последующем включении ключа ЭПК; – переключение красного сигнала локомотивного светофора БИЛ-УВП на белый при одновременном нажатии ВК на БВЛ-УП и РБ; – регистрацию оперативной информации о движении состава, диагностики системы, характеристик в КР; – обмен информацией с устройствами цифровой радиосвязи, включая устройства оповещения работающих на путях (при специальном заказе); – прием и запись во внутреннюю энергонезависимую память данных электронной карты пути.

Порядок работы электронной карты и стационарного устройства дешифрации. Для нормальной работы КЛУБ-УП необходимо наличие электронной карты железной дороги, которая позволяет машинисту точно знать местоположение ССПС и корректировать свои действия в зависимости от типа находящегося впереди железнодорожного объекта, расстояния до него.

Формирование и запись электронной карты маршрутов движения ССПС в КЛУБ-УП производится с помощью устройства формирования электронной карты (УФК). Устройство состоит из переносного варианта приемника спутниковой навигации с пассивной антенной, переносного персонального компьютера класса Pentium и блока преобразователя напряжений (БПН). Предварительный этап по созданию электронной карты заключается в создании компьютерного файла, отражающего все предполагаемые маршруты передвижения ССПС. Эта работа осуществляется в стационарных условиях на персональном компьютере с помощью программы «Конструктор».

Второй этап работы заключается в «привязке» (задания соответствия) линейных и принимаемых со спутника сферических (географических) координат характерных объектов. Характерными объектами в системе УФК выбраны километровые столбы. Привязка осуществляется во время движения по всему предполагаемому для передвижения ССПС эксплуатационному маршруту. В привязке участвует весь комплекс программ и технических средств системы УФК.

Третий этап состоит в проверке правильности произведенной при движении привязки и в случае правильной привязки конвертации файла формата “*.map” в файл укороченного формата, соответствующий шаблону “*.gps”.

Заключительный этап в работе с электронной картой состоит в перенесении информации из памяти персонального компьютера в память, расположенную на печатной плате ячейки ЭК блока электроники БЭЛ-УП. Персональный компьютер соединяется с аппаратурой безопасности через развязывающее устройство, называемое БВД-У. Сформированная (конвертированная) электронная карта маршрута переносится во внутреннюю память при подключении к разъему CAN блока БКР-УП через блок БПИ переносного персонального компьютера из состава УФК.

Порядок дешифрирования кассет регистрации КЛУБ-УП на стационарном устройстве дешифрации СУД-У. На завершающем этапе внедрения системы дешифрации обработке подлежит информация обо всех передвижениях в рабочем и транспортных режимах ССПС. Работа по дешифрации кассет регистрации выполняется в специальных стационарных пунктах железной дороги и оснащенных необходимым оборудованием

Система КЛУБ-П [74] устанавливается на ССПС II категории. Набор функций КЛУБ-П упрощен: отсутствует кассета регистрации. Планируется их замена на систему КЛУБ-УП.

 

 

2.4. Вписывание путевой машины в габарит

подвижного состава

 

Габарит (от французского слова gabarit) – это предельные внешние очертания предметов, сооружений и устройств, определяющие возможность безопасного перемещения какого-либо предмета среди других. Безопасная транспортировка в составе поезда или отдельно, а также работа путевой машины возможна только при соблюдении габаритов [57].

При работе машина контактирует с обрабатываемыми элементами пути, при этом должен быть гарантирован свободный пропуск поездов по соседнему пути на двухпутных участках и станционных путях. Во время транспортировке должно быть исключено касание рабочими органами машины сооружений, устройств и выгруженных вдоль пути материалов, не предназначенных для непосредственного взаимодействия с подвижным составом. В транспортном положении рабочие органы машины закрепляются стопорными устройствами.

Продольные размеры путевой машины выбираются конструктивно и расчетным путем, исходя из ее компоновки с учетом технологии работ и последовательности расположения рабочих органов, распределения нагрузок, прохождения кривых и сопряжений участков пути, динамики движения и т.д. Допустимые компоновочные размеры машины в ее поперечных сечениях по условиям транспортировки определяются по расчетной методике ГОСТ 9238-83. Установлены следующие габариты (рис. 2.11):

габариты приближения строений1, – предельные поперечные (перпендикулярные оси пути) очертания, внутрь которых, помимо подвижного состава не должны заходить никакие части сооружений и устройств, а также лежащие около пути материалы, запасные части и оборудование, за исключением частей устройств, предназначенных для непосредственного взаимодействия с подвижным составом (например, контактный провод с элементами крепления), при условии, что положение этих устройств во внутригабаритном пространстве увязано с взаимодействующими частями подвижного состава, но они не могут вызвать соприкосновение с другими элементами подвижного состава;

габариты подвижного состава 2 – поперечные очертания, в которых, не выходя наружу, должен помещаться установленный на прямом горизонтальном участке пути (при наиболее неблагоприятном положении в колее и отсутствии боковых наклонений на рессорах и динамических колебаний) как в порожнем, так и в нагруженном состоянии, причем не только новый подвижной состав, но и имеющий максимально допустимые износы;

строительное очертание подвижного состава3 – поперечное очертание, получаемое двухсторонним уменьшением габарита подвижного состава на расчетную величину E_i, за пределы которой не должна выходить ни одна часть вновь построенного подвижного состава в ненагруженном состоянии при нахождении на прямом горизонтальном пути при совмещении его продольной срединной плоскости с осью пути;

проектное очертание подвижного состава4 – поперечное очертание, имеющее размеры, уменьшенные по сравнению с размерами строительного очертания на величину плюсовых допусков d_i на изготовление и ремонт.

Габариты приближения строений (рис. 2.11, а): С – для сооружений и устройств общей сети железных дороги, подъездных путей от станций примыкания до территории промышленных и транспортных предприятий; С_П – для сооружений и устройств, находящихся на территории предприятий и между территориями промышленных и транспортных предприятий; 1-СМ – для сооружений и устройств железнодорожных путей колеи 1435 мм.

В зависимости от полигона обращения и работы путевой машины, она должна быть вписана в габариты подвижного состава (рис. 2 12, а): Т – для подвижного состава, обращающегося по путям, где гарантировано соблюдение габаритов приближения строений С и С_П; 1-Т – для подвижного состава с обращением по всей сети магистральных и промышленных железных дорог СНГ, стран Балтии, Монголии без ограничений (рис. 2.12, б). По этому габариту строятся путевые машины, не предназначенные для экспорта, кроме упомянутых стран; 1-ВМ, 0-ВМ, 02-ВМ, 03-ВМ – для подвижного состава с разными степенями ограничений на обращение по сетям зарубежных железных дорог (рис. 2.12, в, г, д, е).

Установление размеров поперечного сечения путевой машины из условия свободного прохождения её по железнодорожному пути называется вписыванием в габарит. Расчет вписывания машины в габарит сводится к определению её поперечных размеров. В соответствии с ГОСТом максимально допустимая ширина машины по строительному очертанию 2 В_i мм, на различных высотах от УВГР определяется в расчетных сечениях (рис. 2.13) по формуле:

(2.14)

 

где B₀ – половина ширины расчетного габарита подвижного состава, мм; E_i (Е _н – наружное, Е _о – опорное, Е _в – внутреннее, Е _р – рабочее оборудование) – расчетное уменьшение половины ширины габарита, мм.

При расчете вписывания путевой машины в габарит подвижного состава 1-Т используются две расчетных схемы:

схема а – машина находится в кривой расчетного радиуса R =200 м. В такой кривой устраивается уширение габарита 1-Т с двух сторон на величину k₃ =180 мм, которое принято для расчетного (стандартного) вагона, имеющего шкворневую базу l = 17 м при общей длине корпуса 24 м. Расчетный вагон имеет одинаковую величину бокового относа внутреннего сечения в середине пролетной части и крайних наружных сечений, равную k₃;

схема б – машина находится на прямом участке пути.

В результате расчета выбираются меньшие поперечные размеры сечения, при которых гарантировано вписывание в габарит при любых условиях движения.

Для расчетного поперечного сечения машины величина E_i складывается из суммы боковых относов рассматриваемого поперечного сечения ее корпуса от оси пути. Первая группа относов направляющего поперечного сечения корпуса обусловлена зазорами между гребнями колесных пар и рельсами, боковыми люфтами q колесных пар в буксах и люфтами w в шкворневых узлах соединения тележек и корпуса (рис. 2.14, а). Суммарный относ, мм, вызванный этими факторами равен 0,5(S-d)+q+w. Здесь S – максимальная ширина колеи с учетом уширения в кривой и плюсового допуска на содержание (S =1546 мм – для кривой и S _П =1530 мм – для прямой), d =1487 мм – минимально допустимое в эксплуатации расстояние между расчетными точками гребней колесных пар; q+w определяется конструктивными особенностями ходовых частей (в первом приближении, принимается q+w =25 мм для букс на подшипниках качения).

При движении машины по прямому участку пути наибольшее уменьшение строительного очертания для внутреннего сечения будет в случае, выборки зазоров и люфтов в одну сторону, т.е. боковой относ будет равен относу в направляющих сечениях. Для наружного сечения неблагоприятным является случай, когда указанная выборка в двух направляющих сечениях произошла в разные стороны. В этом случае относ сечения, мм:

(2.15)

 

Вторая группа относов рассматриваемого поперечного сечения машины связана с ее нахождением в круговой кривой радиуса R. Применив теорему об отрезках пересекающихся хорд окружности, можно составить соотношение (рис. 2.14, б):

 

(2.16)

 

где Y _В – боковой относ к центру кривой расчетного внутреннего сечения, связанный с кривизной пути, мм

Пренебрегая величиной Y _В по сравнению с R, получим соотношение:

 

(2.17)

 

где k₂ =2,5 мм/м² – коэффициент приведения для расчетного радиуса кривой; R =200 м и продольных размеров, измеряемых в м.

Для определения бокового относа Y _Н наружного сечения от центра кривой проведем условную прямую, параллельную оси корпуса машины на расстоянии относа. Применив теорему об отрезках пересекающихся хорд для этого случая, боковой относ наружного сечения (рис. 2.14, в), мм;

(2.18)

 

Тележечный экипаж путевой машины имеет дополнительный относ вызванный смещениями шкворневых узлов относительно оси пути в кривой. Используя описанный выше подход, можно показать, что такое смещение для ходовой тележки (рис. 2.14, б), мм:

 

(2.19)

 

где p, p _Б – жесткая база ходовой тележки с единой рамой и длина балансирной балки (при сочлененной тележке), м.

Произведя суммирование составляющих относов для случая а, получим ограничения половины ширины габарита, мм:

– для направляющего сечения:

 

(2.20)

 

– для внутреннего сечения:

(2.21)

 

– для наружного сечения:

 

(2.22)

 

Если выражения в скобках с наличием уширения габарита k ₃ принимают отрицательное значение, то лимитирующим для данного сечения является расчетный случай б. В этом случае ограничения половины ширины габарита вычисляются по формулам, мм:

для направляющего и внутреннего сечения:

 

(2.23)

 

для наружного сечения:

 

(2.24)

 

Коэффициенты a и b учитывают дополнительные ограничения внутренних и наружных сечений из условия вписывания в кривую радиуса R =150 м. Для рассматриваемого случая a=0, если ln-n²+0,25p²£72, в противном случае a =0,833 (ln-n²+0,25p²-72). Величина p принимается по большему значению. b=0 при ln_К+n_К²+0,25p²£72 и b= 0,833 (ln_{К +}n_К²+0,25p²-72), если условие не выполняется.

При производстве путевых работ перед открытием движения поездов по отремонтированному участку необходимо соблюдать габариты выгрузки балластных материалов и расположения рельсов на пути (рис. 2.15).