Повышение безопасности движения на ж/д транспорте

Всё более близкое дыхание энергетического кризиса вынуждает нас к более радикальным действиям по отношению к экономии энергоресурсов – в быту, на производстве и транспорте. Меняются приоритеты, ставятся новые акценты. Так, ожидается, что произойдёт локализация сухопутного транспорта в сторону железнодорожного, когда на него будет приходиться более 80 % всех грузоперевозок. Причина тому – высокая стабильность работы, экологичность, высочайшая экономичность. Ведь для перевозки грузов по железной дороге требуется втрое меньше горючего, чем для его доставки с помощью грузовиков. Поэтому вполне объективно, что железнодорожный транспорт выходит на позиции "транспорта будущего".Вместе с тем переориентирование транспортных потоков в сторону ж/д транспорта потребует повышения пропускной способности железной дороги: многократно возрастёт масса подвижного состава, скорость транспортировки, увеличится плотность потоков (соответственно уменьшится интервал между составами), произойдёт массовая компьютеризация диспетчерских с цифровым управлением грузопотоков и внедрением системы GPS.Но многократное повышение нагрузки как на железнодорожный путь, так и на подвижной состав потребует также кардинального повышения надёжности их работы, т.к. непредвиденные задержки в пути, аварии могут вылиться в колоссальные экономические убытки.

Одним из основных мероприятий по повышению безопасности движения на железнодорожном транспорте должен стать процесс дальнейшего совершенствования тормозной системы вагонов, её надёжности и быстродействия (в т.ч. и в аварийных случаях).
В этой связи мне вспоминаются слова Брайана Маклафлина из компании New York Air Brake (ведущего производителя тормозов в США): "Если вы увидели препятствие, столкновения уже не избежать. Включая тормоза, вы лишь облегчите работу спасателям, которые приедут разгребать завалы". Вот так.
Утилизация покорёженного состава и ремонт пути могут занять несколько суток. При этом магистральный путь будет полностью выключен из грузооборота.

Для кардинального повышения общей безопасности движения я предлагаю
два технологических решения
: увеличение информационного обеспечения локомотивной бригады
об общем состоянии пути и создание параллельной  независимой аварийной системы тормозов.

Первое мероприятие подразумевает собой "вынос" глаз машиниста за пределы тепловоза вперёд на удаление 200-500 м.
Для этого используется автономная сверхкомпактная мотодрезина с дистанционным управлением из локомотива.
Главная цель мотодрезины – передать с помощью курсовой видеокамеры изображение о состоянии пути на монитор в кабине машиниста. Т.о. появляется возможность существенно расширить зону видимости в среднем на 500-800 м (расстояние до мотодрезины + дальность видимости видеокамеры), а это примерно и составляет весь тормозной путь тяжёлого грузового состава.
При этом кривизна пути (крутые повороты) и закрытость пространства (городские постройки, лес, перепады высот и др.) не играют принципиального значения. С ростом скорости движения состава дистанция между локомотивом и мотодрезиной может быть пропорционально увеличена с 50 до 1.000 м. Имеющаяся на мотодрезине выносная мигалка с красно-синими проблесковыми маячками и пульсирующий звуковой сигнал заранее известят о приближении состава. Это будет особенно актуально для необорудованных переездов, в городской, промышленной, а также лесной зоне (для отпугивания крупных животных).
Движение мигающей и визжащей ярко-красной мотодрезины будет иметь большой психологический эффект как на пешеходов, так и на автомобилистов и удержит их от необдуманных действий.
Мотодрезина представляет собой компактную тележку, имеющую по два опорных колеса на каждом рельсе и соединённых центральной балкой-трубой с обратным аэродинамическим профилем (на высокой скорости она будет образовывать прижимной момент). Компактный ДВС Ванкеля, жёстко соединённый с электрогенератором, имеет мощность до 10 л.с. и помещён в обтекаемой мотогондоле с низу и по центру на несущей поперечной балке. Здесь же сверху располагается широкоформатная видеокамера и проблесковые маячки, фара, радар.
Привод колёс осуществляется с помощью двух электродвигателей, установленных непосредственно в ходовых тележках.
Дополнительно могут быть установлены различные аналитические приборы и инструменты, позволяющие контролировать состояние железнодорожного пути – проседание и искривление пути, затопление водой, вибрацию, а также дополнительные видеокамеры бокового обзора, видеокамера ночного видения, курсовая фотовспышка дальнего обнаружения. Управление мотодрезиной и передача текущих данных осуществляется по радиоканалу.
Мотодрезина с помощью своих защитных колёсных фартуков сможет устранять с пути мелкие препятствия (рассыпанные на ж/д переезде стройматериалы в виде кирпичей, щебня, болты или гайки, ветки, различный мусор) без экстренной остановки основного состава. Если препятствие окажется непосильным для мотодрезины, то лучше уж она сама протаранит преграду своей массой (порядка 100-150 кг) и сойдёт с рельс, чем это сделает тепловоз со всеми вытекающими отсюда последствиями.
В кабине машиниста следует установить видеомагнитофон для постоянной записи изображения с мотодрезины. Это будет своего рода "чёрный ящик", который поможет при последующем разборе аварийной ситуации и задокументирует правонарушение со стороны третьих лиц (н-р, проезд автомобилем ж/д переезда на запрещающий сигнал светофора).
Мотодрезина-разведчик может крепиться на выносных опорах, установленных на лобовой части тепловоза и опускаться-подниматься с рельс с помощью гидроцилиндров во время движения без остановки основного состава.
Её использование будет иметь как постоянный, так и эпизодический характер – при наличии сложной трассы, плохих погодных условиях (туман, метель, сход лавин и селей), при движении через городские районы.
Ожидается, что компактная, лёгкая и простая по своему устройству мотодрезина не только повысит общую безопасность движения в 3-5 раз, но и позволит увеличить среднюю скорость движения составов на 10-15 км/ч, уменьшит дистанцию между двумя составами, движущихся в одном направлении до 1-2 км, исключит или минимизирует последствия от лобового столкновения двух встречных составов (т.к. передаст аварийную "картинку" не только "своему" машинисту, но и просигнализирует встречному составу о приближении поезда).
 

Другой важный аспект кардинального повышения безопасности движения на ж/д транспорте – это установка на всех вагонах параллельного контура аварийных быстродействующих тормозов.
Используемые ныне практически на всех товарных вагонах пневматические тормоза (непрямодействующие Вестингауза либо прямодействующие Матросова) обладают одним очень существенным недостатком: большой инертностью срабатывания, которая с увеличением длины состава существенно возрастает. Так называемая тормозная волна имеет скорость порядка 200 м/сек, что обозначает задержку для большегрузного 150 вагонного товарняка длиной в 2 км до 10 секунд. Т.е. за 10 сек локомотив с передними вагонами уже может идти под откос, тогда как задние вагоны ещё не начали тормозить и продолжают напирать на передние. При этом возникают огромные осевые нагрузки сжатия, которые также могут привести к разрушению сцепных устройств.
Конечно, уже достаточно давно был предложен электропневматический тормоз (в частности, конструкции Казанцева), который позволял практически мгновенно с помощью электроклапанов включать пневматический привод тормозных колодок, что в некоторых случаях позволяет уменьшить тормозной пробег на 70 %. К сожалению, массовое применение ЭПТ для грузового ж/д транспорта так и не стало правилом. (В отличие от пассажирского, хотя для составов с небольшим количеством вагоном ЭПТ не имеют большого преимущества перед традиционными, чисто пневматическими). Причин тому – множество, но в основном в связи с трудностями обеспечения электропитания и управления исполнительными механизмами. К тому же необходимо оборудовать все без исключения вагоны системой ЭПТ. И если хоть на одном из них не окажется этого оборудования, электрическая цепь окажется разомкнутой и все вагоны дальше от него к хвосту поезда смогут работать лишь в обычном режиме. А ведь грузовые вагоны на сортировочных станциях могут тасовать как угодно, не особо вникая в специфику индивидуальной тормозной системы.По результатам испытаний, проведённых ПКБ ЦТ, ВНИИЖТ и "Нейрокомом" в конце 2005 года, в частности, было установлено, что до 15 % поездов, выходящих из депо, имели неудовлетворительное состояние ЭПТ (при этом 10 % - полный отказ).
И это – для пассажирских составов! Что уж там говорить про грузовые!..
Поэтому как альтернативный вариант я предлагаю для повседневной эксплуатации использовать классическую тормозную систему, обеспечивающую умеренное торможение. А для экстремальных случаев использовать аварийную пиротехническую одноразовую систему.
Схема её работы очень проста, при этом она может быть легко интегрирована в обычную тормозную систему.
Основной действующий элемент аварийной тормозной системы – это пирогенератор (пиропатрон) золотникового типа (см. рис.), промежуточно устанавливаемый между тормозным цилиндром и питающим пневматическим шлангом. При работе тормозной системы в штатном режиме кольцевая проточка золотника свободно пропускает через себя воздух, который давит на поршень тормозного цилиндра. В случае же экстренного торможения машинист с помощью специального генератора выдаёт на рельсы командный сигнал телеметрии, который через колёса вагона передаётся на электрический блок управления. Накопленная в нём в конденсаторе электрическая энергия импульсно подаётся на исполнительный золотниковый пирогенератор, в котором срабатывает пороховой заряд. Образующиеся при этом пороховые газы, воздействуя на золотник-поршень, смещают его вдоль оси, перекрывая тем самым ещё незадействованную штатную воздушную магистраль, свободно сообщающуюся с атмосферой. Далее пороховые газы в достаточном объёме поступают в рабочий тормозной цилиндр и приводят в действие тормозные колодки. Пороховые заряды упакованы в несколько шайб с промежуточными войлочными прокладками-замедлителями (на рисунке не показаны), которые растянут полное сгорание пороха (а следовательно генерирование рабочего газа и поддержание необходимого давления) до 5-10 секунд.
Ожидаемое время реакции аварийной тормозной системы – порядка 0,1-0,3 сек. Через боковой канал сброса газов малого диаметра возможно растормаживание тормозного цилиндра (но не ранее, чем через 15-20 секунд). Если к этому времени дойдёт основная тормозная волна, то возникнет противодавление и тормозной цилиндр будет оставаться в рабочем положении сколь угодно долго.
После срабатывания аварийного пиротехнического привода тормозов движение поезда может быть продолжено. При этом последующее торможение будет возможно только в штатном режиме. Впоследствии эксплуатационная бригада должна будет поменять на всех вагонах сработавшие золотники с пирозарядами посредством элементарной операции уровня винт-гайка. Использование золотника в качестве носителя пирозаряда упрощает и минимизирует размеры конструкции, обеспечит более частую замену столь простой детали, что повысит её конечную надёжность (чистота рабочей поверхности и отсутствие закисания). Установка пирогенератора золотникового типа на тормозном цилиндре осуществляется с помощью резьбовых соединений. Контактное соединение всех проводов производится исключительно методом пайки с наружным изоляционным клеевым покрытием.В отверстие на тормозном цилиндре, предназначенном для установки контрольного манометра при испытаниях, необходимо вместо пробки установить клапан-предохранитель, который в случае необходимости позволит компенсировать слишком большой рост давления внутри тормозного цилиндра (при чрезмерно быстром сгорании порохового заряда).
Некоторую сложность может вызвать автономный электрогенератор малой мощности, который потребуется для зарядки конденсатора. Предполагается на внутренней поверхности колеса вагона установить с равным интервалом несколько постоянных магнитов, которые с началом движения состава начнут вращаться мимо неподвижно установленной индукционной катушки. Выработанный таким образом пульсирующий ток пойдёт как на зарядку конденсатора, так и на обеспечение работы приёмно-командного устройства (попросту говоря – исполнительного транзистора, который преобразует сигнал телеметрии, поступившего из кабины машиниста).
Вместе с тем вызывает некоторую озабоченность несанкционированное срабатывание аварийных пиротехнических тормозов у железнодорожных составов, движущихся на некотором удалении от аварийного, т.к. интенсивность затухания командного сигнала телеметрии (по металлическим рельсам) незначительна. Но может быть это и к лучшему, если в районе ЧП в радиусе 5 км автоматически остановятся все ж/д составы?Необходимо также будет исследовать степень загрязнения тормозного цилиндра пороховыми газами и необходимость его последующей очистки. Хотя образующиеся при сгорании пороха углеродные элементы (сажа) достаточно мягкие и в некоторых случаях даже используются для смазки (графитная смазка).
С массовым внедрением аварийных пиротехнических тормозов появляется возможность дистанционного затормаживания ж/д составов, н-р, при потери сознания машинистом либо его отсутствии. Для этого необходимо всего лишь выдать на рельсы требуемый электрический управляющий сигнал.
Конечно, при работающем на полную мощность локомотиве полностью остановить состав может быть и не удастся (если не сработают ограничители перегрузки), но вот сильно сбить скорость – это вполне реально.
Общая конструкция аварийной системы тормозов предельно проста, технологична, имеет низкую себестоимость (предположительно до 50 $ за комплект) при чрезвычайно высокой эффективности и надёжности, позволяет эксплуатировать составовы с частично установленными элементами. Да и лишний тормозной контур никогда не повредит.В отличие от пневматической системы тормозов, пиротехническая не склонна к отказам из-за замёрзшего водяного конденсата, имеет большие проходные сечения и врезается непосредственно в сам рабочий орган, минуя все хитросплетения пневмопередач.Комплексное использование новых технологических решений по обеспечению безопасности движения на железнодорожном транспорте способно коренным образом повысить не только общую безопасность движения, но также значительно улучшит экономические показатели столь перспективного вида транспорта.                      


/"ТРАКТАТЪ об уменьшении энтропии", т. II, тема № 82/
  

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Комментарии