МОГИЛА_УП

Динамометрический вагон-лаборатория предназначается для измерения и обработки в процессе движения поезда разнообразных параметров работы различных машин, механизмов и отдельных узлов локомотивов, а также сил, воздействующих на поезд.

Современные вагоны-лаборатории выпускаются на базе пассажирских вагонов, конструкция которых позволяет их включение в состав грузовых поездов сразу вслед за локомотивом. На локомотиве устанавливаются необходимые датчики, которые связаны измерительными линиями с измерительно-вычислительным комплексом (ИВК), установленным в вагоне-лаборатории.

Впроцессе испытаний ИВК на основе ПВЭМ осуществляет опрос датчиков, запоминание полученных результатов, масштабирование и обработку полученной информации по специальной программе. Результаты обработки выводятся на экран ПВЭМ, а также на печатающее устройство в табличной форме или в графическом виде.

Впроцессе испытаний в вагоне-лаборатории измеряются следующие параметры:

частота вращения одной из колесных пар динамометрического вагона, не оборудованной автотормозами;

пройденный путь; время в движении по различным элементам пути;

скорость движения поезда; частота вращения колесных пар локомотива; частота вращения вала дизеля;

усилия на автосцепке и элементах экипажной части; токи и напряжения тяговых электродвигателей в режимах тяги и

электрического торможения; токи и напряжения главного генератора; токи возбуждения;

ток и напряжение преобразовательных установок, вспомогательных машин и в цепях управления;

позиции контроллера машиниста и срабатывания отдельных устройств и аппаратов;

температуры нагревания тяговых двигателей, вентилей преобразовательных установок, лент пускотормозных резисторов и т. д.;

температуры в системе охлаждения, смазки и выпуска отработанных газов дизеля;

давление в тормозной системе; давление в системах воздушного охлаждения, смазки, выпуска от-

работанных газов, топливоподачи дизеля; расход топлива или электроэнергии по элементам профиля; сигналы АЛСН;

барометрическое давление наружного воздуха.

181

Современные динамометрические вагоны-лаборатории выпускаются на базе пассажирских вагонов, конструкция которых позволяет их включение в состав грузовых поездов, соответствует требованиям ПТЭ и действующим инструкциям ОАО «РЖД» в отношении допускаемых скоростей движения. Для создания благоприятных условий труда для бригады испытателей такие вагоны обычно имеют необходимые помещения.

Для измерений усилий автосцепка вагона-лаборатории оборудована тензометрическим датчиком, сигнал с которого поступает в ИВК, где пересчитывается на значение силы тяги.

Датчики скорости механически связаны с колесной парой вагоналаборатории, поэтому частота их электрических импульсов пропорциональна частоте вращения колесной пары. При этом определяется как пройденное поездом расстояние, так и скорость за определенные промежутки времени.

На локомотиве устанавливаются датчики тока, напряжения, давления воздуха, превышения температуры обмоток двигателей, являющиеся составной частью ИВК и соединенные с ним измерительными линиями. В кабине локомотива устанавливаются кнопки, с помощью которых в ИВК подается сигнал о проследовании километровых и других отметок пути, в начале и конце кривых, а также переговорное устройство и радиостанция для связи машиниста с поездным диспетчером.

7.3.Планирование, организация и анализ результатов опытных поездок

До начала опытных поездок дирекцией тяги железной дороги разрабатывается подробная программа, в которой формулируются цели испытаний. Указываются сроки их проведения, участки обращения локомотивов и работы локомотивных бригад, номера и серии локомотивов, масса и количество осей вагонов в опытных составах, порядок пропуска опытных поездов по участкам с указанием мест остановок для измерений температуры тяговых двигателей.

Программой устанавливается количество опытных поездок, возможность проведения нескольких дополнительных поездок по сокращенной программе с другими локомотивами эксплуатируемого парка данной серии, а также сроки предоставления отчета о результатах проведенных испытаний.

Для проверки и обеспечения устойчивой работы приборов, оборудования, измерительных электрических цепей, а также четкой и согласованной работы группой испытателей предварительно проводятся одна-две кон- трольно-наладочные поездки с поездами, масса которых близка к норме, установленной для опытных поездок. Результаты таких поездок обсуждаются в составе группы испытателей, а также машинистов локомотивов, привлекаемых к контрольно-наладочным и опытным поездкам. В итоге обсуждений принимаются меры к устранению имевших место недостатков.

182

Часто опытные поездки выполняются для установления критической массы поезда на участке обращения локомотивов с целью сопоставления ее с нормой, полученной расчетным путем на основе ПТР, или с нормой, заложенной в график движения поездов.

Под критической массой грузового поезда понимается наибольшая возможная по тяговым качествам локомотива масса состава, проверенная в опытных поездках по условиям сцепления колес с рельсами и нагревания тяговых электрических машин с учетом периода эксплуатации, определенного по времени года, а также с учетом неблагоприятных погодных условий.

Опытные поездки проводятся в период, когда на данном участке наиболее часто наблюдаются неблагоприятные условия сцепления колес с рельсами по причинам дождя, снега, инея, тумана, росы, оттепели и т. п., характерные для данного участка дороги. Первую опытную поездку с этой целью начинают на поезде, масса и длина в осях которого близки к расчетным значениям (или нормативам, установленным графиком движения поездов). При этом исключительно большое значение имеет точность определения фактической массы поезда. Часто ее устанавливают по грузовым перевозочным документам (накладной), где грузоотправитель указывает массу груза в вагоне. Однако в этом случае может быть допущена существенная ошибка, так как некоторые категории грузов грузоотправителями не взвешиваются, а их масса определяется расчетным путем, по обмеру груза или условно (нефтепродукты в цистернах, автомашины, животные и т. п.).

Большая степень точности обеспечивается при определении массы поезда, сформированного из вагонов с ценными массовыми грузами, подлежащими взвешиванию на товарных весах различных типов или на вагонных весах. Но подобрать поезда нужной массы и длины, у которых все грузы подвергались бы взвешиванию, не всегда возможно.

Лучшим решением поставленной задачи является выбор (или формирование) состава из вагонов, загруженных массовыми грузами, например щебнем, пескогравием, каменным углем, с организацией повагонного взвешивания такого состава на вагонных весах и приведения его массы и длины в соответствие с расчетными значениями.

Состав может быть использован в опытной поездке, если его масса соответствует расчетной величине, а нагрузка на ось вагона в составе равна расчетной ограничительной осевой нагрузке. При этом число осей в составе будет соответствовать полезной длине станционных путей, принятой в расчетах.

В копиях натурных листов опытных составов обязательно указываются число физических вагонов, число условных вагонов, количество осей в составе поезда, масса брутто каждого вагона и всего состава. Копии натурных листов приобщаются к прочим материалам опытных поездок. В соста-

183

ве поезда не должно быть вагонов с неотпущенными тормозными колодками. В числе опытных поездок с поездом одной массы должны быть предусмотрены варианты ведения поезда:

по участку без остановок на раздельных пунктах; по раздельным пунктам с остановками, предусмотренными графи-

ком движения;

с остановками перед расчетными и скоростными подъемами для определения условий, обеспечивающих пропуск поездов установленной массы.

Во время опытной поездки в специальном журнале динамометрического вагона ведутся записи: времени отправления, прибытия и проследования поезда по раздельным пунктам, периодические записи температуры наружного воздуха, атмосферного давления, состояния погоды, сведения об осадках, о расходе песка за поездку, местах и причинах снижения скорости, показаниях сигналов светофоров; перед отправлением с начальной станции, по прибытии на конечную станцию, а также на промежуточных остановках – записи скорости, направления ветра и другие записи, способствующие анализу результатов. Все измерения, выполненные в процессе опытных поездок, должны обеспечивать надежный контроль исправной работы локомотива. Если в результате анализов опытной поездки обнаружатся отклонения в нормальной работе локомотива, то опытная поездка повторяется после устранения неисправности.

Определение силы тяги локомотива на ободе колес производится по величинам токов тяговых двигателей, а сила тяги на автосцепке измеряется с помощью тензометрического датчика, которым оборудована автосцепка динамометрического вагона.

Если во время опытной поездки выпали значительные осадки, а часть вагонов в составе – открытого типа, с грузами, способными задерживать снег и воду, то фактическая масса поезда может заметно увеличиться, что потребует повторного взвешивания состава на вагонных весах или внесения определенных поправок в выводы и предложения, сделанные на основе такой поездки.

В опытных поездках, выполняемых с целью определения критической массы поезда, особое внимание уделяется измерению температуры тяговых двигателей, а также наличию боксования колес на расчетном

искоростных подъемах.

Отемпературе электрических машин судят по разности электрических сопротивлений обмоток холодных электрических машин, измеряемых до поездки, и величинах сопротивлений после проследования расчетных и скоростных подъемов. При этом сопротивление обмоток статоров определяется на ходу, а сопротивление якорей – сразу же после проследования подъема и кратковременной остановки поезда. Места и

184

продолжительность остановок для измерения температуры электрических машин локомотива предварительно согласовываются с руководством дорожного диспетчерского центра управления перевозками.

В целях контроля точности измерений температура обмоток определяется также с помощью термометров для холодных двигателей при нахождении локомотива в депо (до начала опытной поездки).

Такие испытания проводятся в летних условиях и отдельно в зимних условиях при установленных средствах снегозащиты тяговых двигателей.

Испытуемая масса состава Q1 удовлетворяет требованиям по нагреванию двигателей, если температуры обмоток двигателей ниже допустимых не менее чем на 5 С. В случае превышения значений температур масса состава снижается от Q1 до Q2 , а затем проводятся опытные поездки с проверкой нагревания электрических машин с составом с массой Q2 . Величина Q2 определяется методом аналитического расчета по величине

превышения допускаемой температуры в первой опытной поездке.

При испытаниях электровозов допускаются на расчетных и скоростных подъемах периодические пробоксовки колесных осей с кратковременным снижением токов, устраняемые импульсной подачей песка. В этих условиях недопустимы снижение скорости ниже расчетной, разноосное боксование хотя бы одной из осей, а также ликвидация боксования, вызванная уменьшением позиции контроллера. Если этого достичь невозможно, то масса состава поезда по условиям сцепления колес с рельсами является чрезмерной. Масса состава считается завышенной и в случае, если при испытании на скоростном подъеме скорость движения и позиция регулирования в начале подъема были наивысшими, но при выходе со скоростного подъема скорость оказалась меньше расчетной величины, предусмотренной ПТР. В этих случаях для последующих опытных поездок принимается масса поезда меньшая, чем ранее принятая.

При испытаниях тепловозов критическая масса поезда может считаться выбранной правильно в случаях:

–если при испытаниях не допускалось превышение температуры тяговых двигателей сверх установленных норм;

–когда во время опытных поездок при работе тепловоза на расчетной позиции контроллера и реализации мощности по генератору, не меньшей принятой при производстве расчетов, скорость движения на расчетном подъеме достигает установившегося значения и на протяжении всего подъема не снижается ниже расчетной, за исключением случаев, предусмотренных ПТР. При этом могут быть отдельные пробоксовки, устраняемые применением песка; в то же время разноосное боксование движущих осей, а также срабатывание реле переходов, вызванное изменением тока и напряжения генератора при боксовании или работе противобоксовочных устройств, не допускаются. Если перечис-

185

ленные условия не выполняются, то для последующих опытных поездок избирается состав поезда с меньшей массой.

Критическая масса поезда, выбранная в результате опытных поездок, может на определенный период времени корректироваться, либо движение поездов, имеющих такую массу, может осуществляться с применением кратной тяги или подталкивания в случаях:

а) когда на расчетном подъеме вводится ограничение скорости движения ниже расчетной, или же на путях, предшествующих скоростным подъемам, вводится ограничение скорости движения до уровня, при котором труднейший подъем не может быть пройден за счет использования кинетической энергии поезда, со скоростью, допускаемой ПТР;

б) если на участке возникают особо неблагоприятные погодные условия, характеризующиеся резким ухудшением состояния поверхностей головок рельсов (бураны, гололед и т. п.) и значительным увеличением сопротивления движению из-за сильных ветров.

Наряду с опытными поездками по определению критической массы поезда, проводятся поездки по проверке перегонных времен хода, установленных тяговыми расчетами или заложенных в действующий график движения поездов. Перегонные времена хода в значительной степени зависят от мощности локомотива при разных режимах его работы, полного сопротивления движению вагонов и локомотива, а также от технического состояния верхнего строения пути, напряжения в контактной сети, температуры масла и воды дизеля тепловозов, температуры наружного воздуха и ряда других факторов.

При неблагоприятном сочетании отдельных факторов времена хода, полученные на основе тяговых расчетов, в условиях эксплуатации могут не выдерживаться, а попытки их сократить могут привести к перегреву и выходу из строя тяговых двигателей, особенно, если это относится к перегонам с расчетными или труднейшими подъемами.

Как и при выборе критической массы поезда, для опытных поездок с целью проверки перегонных времен хода подбирается состав поезда, имеющий массу и длину в осях, которые равны расчетным величинам. Поскольку напряжение в контактной сети в значительной мере зависит от массы, скоростей движения и количества поездов, одновременно находящихся в границах фидерной зоны, то опытный поезд должен пропускаться в наиболее напряженный по размерам движения или, точнее, по расходу электроэнергии период времени. Проводятся две поездки с практически одинаковыми по массе и длине составами. Одна – с остановками на всех станциях, другая – без остановок. Разница времени позволяет точно установить время на разгон и замедление по раздельным пунктам.

Во время опытной поездки системой ИВК регистрируется фактическая скорость движения, сила тяги, напряжение на токоприемнике электровоза (ток главного генератора тепловоза), режим ведения поезда, действие песочниц, расход топлива или электроэнергии.

186

В таблицах протокола опытной поездки вручную записываются наименования перегонов, их длина, фактические времена прибытия, отправления или проследования поездом оси станции, расчетные и фактические времена хода. Здесь же отмечаются все остановки, непредусмотренные расписанием, снижения скорости поезда с указанием вызвавших их причин.

На основании результатов испытаний составляется сводная таблица,

вкоторую заносятся для каждого перегона времена хода, установленные тяговыми расчетами или графиком движения, времена хода, полученные опытными поездками, и времена, предлагаемые для составления нового графика движения.

Результаты каждой опытной поездки сразу после ее завершения тщательно обрабатываются и анализируются. На основе анализа принимаются решения о необходимых коррективах в плане следующей опытной поездки, которые могут заключаться в изменении режима ведения опытного поезда, массы, длины поезда в большую или меньшую сторону, использовании других нескольких локомотивов и т. д.

Большое влияние на эффективность и выполнение плана опытных поездок оказывает квалификация поездных диспетчеров на участках, где проводятся такие поездки. В связи с этим в периоды проведения работ на диспетчерские участки следует назначать поездных диспетчеров с достаточными теоретическими знаниями и опытом практической работы.

После завершения всех опытных поездок производится тщательный анализ обобщенных и систематизированных сведений о характере изменения различных параметров от скорости, пути, времени, тока, напряжения в контактной сети и т. п.

На основе анализа опытных поездок по проверке критической массы поезда, наряду с возможной корректировкой нормы массы, могут быть сделаны предложения по устранению причин перегрева электрических машин локомотивов или недоиспользования их силы тяги по сцеплению. Анализ итогов опытных поездок с целью проверки перегонных времен хода выявляет причины отклонений от норм, полученных посредством тяговых расчетов и заложенных в график движения. Если эти причины привели к увеличению времени хода, то принимаются меры к их устранению,

впротивном случае в новый график закладывается время хода, получен-

ное в итоге опытных поездок. Результаты опытных поездок могут быть использованы для разработки режимных карт ведения поездов в целях экономии дизельного топлива или электроэнергии.

Выводы, сделанные на основе опытных поездок, и рекомендации по совершенствованию режима вождения и пропуска поездов по участкам должны обсуждаться с локомотивными бригадами, а также инженерно-тех- ническими работниками локомотивных депо и ряда подразделений железной дороги, непосредственно связанных с организацией перевозочного процесса.

187

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Каковы цели организации опытных поездов с динамометрическим вагоном?

2.Каково назначение и устройство динамометрического вагона?

3.Каков перечень параметров, которые измеряются динамометрическим вагоном в процессе движения поезда?

4.Кем разрабатывается программа опытных поездок?

5.Кто участвует в опытных поездках с динамометрическим вагоном?

6.какие требования предъявляются к локомотиву и составу вагонов опытного поезда?

7.Какие требования предъявляются к поездному диспетчеру в период проведения на его участке опытной поездки?

8.Какие выводы и предложения могут быть сделаны на основании анализа результатов опытных поездок?

Рекомендуемая литература [15].

8.ВЛИЯНИЕ МАССЫ, ДЛИНЫ И СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ГРУЗОВЫХ ПОЕЗДОВ НА БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ

8.1.Структура продольных сил в поездах и их влияние на безопасность движения поездов

Рост экономической эффективности перевозочного процесса за счет повышения массы, длины и скорости движения грузовых поездов сопровождается прогрессирующим рядом негативных последствий и, в частности, снижением уровня безопасности движения. Объясняется это тем, что рост указанных параметров грузовых поездов обеспечивается прежде всего за счет увеличения силы тяги локомотивов и числа вагонов в поездах, что в свою очередь ведет к заметному увеличению продольных растягивающих и сжимающих сил, действующих на автосцепку вагонов.

Они проявляются при изменении режима движения поезда, когда автосцепные устройства вагонов переходят от растянутого состояния к сжатому и наоборот.

Результатами действия этих сил являются повреждения и обрывы автосцепок в поездах, выжимание и сход вагонов с рельсов, нарушение прочности верхнего строения пути, повышенный износ боковых поверхностей рельсов и гребней колесных пар (проблема «колесо–рельс»), а в тяжелых случаях разрушение подвижного состава, конструкций верхнего строения пути, устройств электроснабжения, СЦБ и др.

188

Статистические данные подтверждают факт неуклонного роста числа подобных случаев на сети железных дорог.

Внормах для расчета и проектирования вагонов колеи 1520 мм, утвержденных комитетом РФ по машиностроению в 1966 г., указывается,

что рабочая нагрузка современной автосцепки СА-3 составляет не менее 250 тс5 при растяжении и 300 тс – при сжатии.

Натурные прочностные испытания корпусов автосцепок показывают, что разрывы новых автосцепок происходят при нагрузке, превышающей 400 тс. Испытания на разрыв автосцепок со сроком службы 25 и 30 лет также показали, что они обладают достаточным запасом прочности. При испытаниях на нагрузку 290 тс излома корпусов не произошло.

Приведенные уровни продольных сил 250, 290 и 400 тс значительно превосходят максимально возможную силу тяги по сцеплению современных локомотивов. Так, наибольшая сила тяги, развиваемая при трогании с места трехсекционным двенадцатиосным электровозом 1,5ВЛ80, достигает 99,3 тс, а трехсекционным тепловозом 3ТЭ10С – около 96 тс.

Впроцессе разгона и движения на трудных подъемах сила тяги указанных локомотивов на 20–25 % ниже уровней сил при трогании с места. Сила тяги локомотива является единственной активной силой, вызывающей движение поезда расчетной массы на трудных подъемах с расчетной скоростью. Поэтому, казалось бы, что все другие виды сил в автосцепках, противодействующих силе тяги, не должны превышать последней. Но факты обрыва автосцепок свидетельствуют, что реальные продольные усилия в определенные периоды движения могут значительно превосходить силу тяги и могут превышать 250 и даже 400 тс, когда разрушаются автосцепки новых вагонов. Следовательно, в определенные критические моменты продольные силы в поездах могут в 2,5–4 раза превышать силу тяги локомотива. При этом особенно следует подчеркнуть, что в процессе обрыва участвует не одна, а две численно равные, но противоположно направленные силы. Если хотя бы одна из них не будет превышать максимальную силу, которую выдерживает автосцепка, то разрыва не произойдет, а избыточная величина одной из них будет способствовать увеличению или уменьшению скорости поезда.

Всвязи с изложенным возникают следующие вопросы:

во-первых, как можно объяснить проявление в поездах таких огромных продольных растягивающих и сжимающих сил, которые в несколько раз превышают силу тяги трех- и четырехосных электровозов и тепловозов;

во-вторых, каковы энергетические источники этих сил;

5 Здесь и далее в этом разделе используется система единиц измерения, принятая в действующих ПТР.

189

в-третьих, как называются эти силы в учебной, научно-технической и нормативной литературе, посвященной проблемам тяги и динамике движения поездов;

в-четвертых, какие технические и технологические факторы оказывают решающее влияние на величину внутренних продольных сил, а также на их количественные зависимости от основных параметров грузовых поездов, характеристик подвижного состава, плана и профиля пути;

в-пятых, что необходимо предпринять для устранения случаев обрыва автосцепок и выжимания вагонов в настоящее время и предупреждения таких случаев в будущем, когда тенденции роста массы, длины и скорости движения поездов сохранятся.

Для ответа на поставленные вопросы рассмотрим действие продольных сил в поезде в процессе его трогания с места на прямом, горизонтальном участке пути, учитывая при этом, что при наличии рабочего хода автосцепок вагоны приходят в движение поочередно (рис. 8.1).

Если рассматривать усилия в автосцепках, например, десятого и одиннадцатого вагонов (в момент трогания с места одиннадцатого), то сила F будет реализована за счет силы тяги локомотива, а также кинетической энергии локомотива и десяти головных вагонов, уже пришедших в движение. При этом ее величина будет зависеть как от массы головной части, так и от ее скорости. Этим двум силам противодействуют основное сопротивление движению и сила, противодействующая ускорению хвостовой части поезда. Это соответствует третьему закону Ньютона, которым утверждается, что при взаимодействии двух тел силы воздействия одного на другое равны по величине и противоположно направлены.

Рис. 8.1. Действие продольных сил в поезде в процессе его трогания с места

Под воздействием переменных сил тяги локомотива, тормозных и внешних сил длина поезда изменяется. При этом скорости движения отдельных групп вагонов в поезде становятся меньшими или большими чем скорость движения локомотива.

В первом случае происходит процесс растяжения состава, а во втором – сжатия. Оба процесса сопровождаются проявлением двух внут-

ренних противодействующих сил Fкэ и Wу . Первая из них сопутствует переходу части кинетической энергии от группы вагонов с большей ско-

190