автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Методы построения и технической эксплуатации электромеханических устройств железнодорожной автоматики и телемеханики

МИНАКОВ ДЕНИС ЕВГЕНЬЕВИЧ

МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ ^ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

Специальность 05.22.08 - Управление процессами перевозок

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г 5 МАР 2015

Москва 2015

005561121

005561121

Работа выполнена на кафедре «Железнодорожная автоматика, телемеханика и связь» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения».

Научный руководитель: Горелик Александр Владимирович

доктор технических наук, профессор. Официальные оппоненты: Долгий Игорь Давидович, доктор технических наук,

профессор, заведующий кафедрой «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего

профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения» (РГУПС).

Леушин Виталий Вениаминович, кандидат технических наук, профессор, профессор кафедры «Автоматика, телемеханика и связь» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального

образования «Самарский государственный университет путей сообщения». Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I» (ПГУПС). Защита состоится «28» апреля 2015 г., в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 218.005.07 на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» по адресу: 127994, г. Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9, ауд. 2505. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУПС (МИИТ) и на сайте www.iniit.ru.

Автореферат разослан 17 марта 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических ^

наук, профессор V/ Горелик Александр Владимирович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации.

Одним из основных средств повышения пропускной способности железнодорожного транспорта, а также обеспечения безопасности движения поездов является совершенствование методов построения и технической эксплуатации устройств железнодорожной автоматики и телемеханики.

Важной составной частью станционных и перегонных систем железнодорожной автоматики является напольное оборудование. В настоящее время в эксплуатации находится более 136 тысяч стрелочных электроприводов, более 270 тысяч светофоров, более 14 тысяч автошлагбаумов, а также других электромеханических устройств. Все это напольное оборудование эксплуатируется в жестких климатических условиях, при значительных механических и других внешних воздействиях. При этом все устройства железнодорожной автоматики должны обеспечивать высокий уровень надежности функционирования и безопасности перевозочного процесса.

Организация скоростного и высокоскоростного железнодорожного движения, увеличение массы и длины составов потребовало разработки новых устройств железнодорожной автоматики, к которым предъявляются дополнительные требования в части совершенствования технологии технического обслуживания и ремонта, минимизации стоимости жизненного цикла и ряд других требований. Для выполнения этих требований необходимо применять новые конструктивные решения, материалы, «безлюдные» (или малообслуживаемые) технологии при разработке и эксплуатации напольного оборудования.

Таким образом, актуальность темы диссертации заключается в необходимости новых научно обоснованных технических и технологических решений для вновь разрабатываемых конструкций напольного оборудования систем железнодорожной автоматики с целью обеспечения безопасности движения поездов, повышения надежности и эффективности их работы, организации скоростного и высокоскоростного движения поездов, а также при подготовке и проведении сертификации.

Степень научной разработанности темы. Совершенствование методов построения и технической эксплуатации устройств железнодорожной автоматики и телемеханики непрерывно велось с начала их применения на железных дорогах. Результаты исследований, приведенные в диссертации, основаны на фундаментальных работах многих известных ученых: В.И. Апатцева, Б.Ф. Безродного, A.M. Брылеева,

П.Ф. Бестемьянова, Д.В. Гавзова, Б.Э. Глюзберга, A.B. Горелика, И.Д. Долгого, В.М. Лисенкова, B.C. Лысюка, Ю.А. Кравцова, В.А. Кобзева, Л.Ф. Кондратенко,

A.З. Крупицкого, Ю.М. Резникова, В.В. Сапожникова, В.Вл. Сапожникова,

B.И. Шаманова, Д.В. Шалягина, В.В. Шуваева и др.

Кроме того, значительный опыт в развитии методов построения и технической реализации напольных устройств железнодорожной автоматики был накоплен на кафедре железнодорожной автоматики, телемеханики и связи МИИТ в ходе многолетних научных исследований, проведенных под руководством Ю.М. Резникова, а затем Е.Ю. Минакова.

Целью работы является разработка научно обоснованных эффективных методов построения напольных устройств железнодорожной автоматики с учетом различных условий эксплуатации.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- провести структурный и причинный анализ состояния безопасности движения поездов и надежности работы электромеханических устройств железнодорожной автоматики;

- разработать научно обоснованные методы построения и технической эксплуатации в различных условиях систем управления, контроля и мониторинга технического состояния стрелочных электроприводов и стрелочного перевода в целом;

- разработать методы построения электромеханических устройств автоматики, применяемых для систем обеспечения безопасности движения поездов на железнодорожных переездах;

- проанализировать аэродинамическую устойчивость напольных устройств железнодорожной автоматики и телемеханики от воздействия высокоскоростных поездов, разработать методы технической реализации электромеханических устройств железнодорожной автоматики в условиях скоростного и высокоскоростного движения;

разработать эксплуатационно-технические требования, предъявляемые к электромеханическим устройствам железнодорожной автоматики в различных эксплуатационных условиях.

Научная иовнзна результатов исследования, полученных автором диссертации, состоит в следующем:

- предложены и научно обоснованы технические и технологические решения, позволяющие повысить эффективность эксплуатации электромеханических устройств железнодорожной автоматики на перегонах и станциях;

- предложено научное обоснование условий, обеспечивающих безопасность движения поездов по стрелке, позволяющее повысить эффективность технической эксплуатации стрелочных электроприводов;

- предложена техническая реализация конструкции мачтовых светофоров, позволяющих обеспечить требуемый уровень безопасности движения поездов в условиях организации скоростного и высокоскоростного движения;

- разработаны научно обоснованные эксплуатационно-технические требования, предъявляемые к электромеханическим устройствам железнодорожной автоматики, в том числе при организации скоростного и высокоскоростного движения поездов.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в следующем:

- теоретически доказано, что величина зазора между остряком и рамным рельсом до 6 мм сохраняет требуемый уровень безопасности движения поездов - при эксплуатации комплекса переводных, замыкающих и контрольных устройств стрелочного перевода;

- предложен метод построения системы контроля фактического положения остряков стрелки на примере стрелочных электроприводов, применяемых для организации высокоскоростного движения поездов;

- предложен метод модернизации электроприводов для устройств ограждения железнодорожных переездов на основе бесконтактных принципов построения рабочей и контрольной системы управления, а также разработана схема контроля и управления ими;

- предложены технические и технологические решения, связанные с изменением конструкции мачтовых светофоров, позволяющие обеспечить требуемый уровень безопасности движения поездов в условиях организации скоростного и высокоскоростного движения.

Методология исследований в диссертационной работе основана на использовании методов теоретической и прикладной механики, математического и физического моделирования, а также на результатах экспериментальных исследований.

Реализация результатов работы.

Результаты диссертационной работы использованы при разработке комплекса переводных и замыкающих устройств стрелочных переводов проекта ПТКБ ЦП №2956 и съездов проекта ПТКБ ЦП №2968 для организации высокоскоростного движения поездов на участке Москва - Санкт-Петербург.

Результаты теоретических исследований по обеспечению аэродинамической устойчивости напольного оборудования СЦБ к воздействию высокоскоростных поездов реализованы в конструкциях железнодорожных светофоров для организации высокоскоростного движения поездов, приняты в постоянную эксплуатацию, рекомендованы для серийного внедрения на участках обращения поездов «Сапсан» на российских железных дорогах.

Разработанные технические и технологические решения по управлению и контролю для электроприводов типа ЭПУЗПБ с бесконтактными датчиками контроля для устройств заградительных переездных типа УЗП реализованы на железнодорожном переезде 234 км станции Подклетное Юго-Восточной железной дороги, приняты в постоянную эксплуатацию, рекомендованы для серийного внедрения на российских железных дорогах. (Поручение Президента ОАО «РЖД» В.И. Якунина от 09 ноября 2010 года №пп-106).

Реализация результатов работы подтверждены документами, приведенными в приложениях к диссертации.

Степень_достоверности н апробация результатов основных научных

положений, сформулированных в диссертации, обусловлена корректностью исходных математических положений, обоснованностью принятых допущений, результатами внедрения технических и технологических решений, разработанных с участием автора, а также результатами обсуждения материалов работы на научно-практических конференциях и совещаниях:

- на заседаниях кафедры «Железнодорожная автоматика, телемеханика и связь» МИИТ (2010-2014 гг.);

на IV - VI Слетах молодежи ОАО «РЖД» (г. Москва, 2010 - 2012 гг.);

- на конкурсе инновационных проектов «Новое звено» и «Корпоративный клуб «Команда 2030» (ОАО «РЖД», 2010 г.);

- на Международной научно-практической конференции, посвященной 60-летию Российской открытой академии транспорта «Актуальные проблемы транспорта на современном этапе» (г. Москва, МИИТ, 2011 г.);

- на Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы транспортной отрасли: проблемы и решения», Воронежский филиал МИИТ (г. Воронеж, 22 ноября 2013 г.);

на Международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию со дня рождения В.Д. Хусидова «Конструкция, динамика и прочность подвижного состава» (г. Москва, МИИТ, 20 марта 2014 г.);

на Международной научно-практической конференция «Инновационные технологии в развитии строительства, машин и механизмов для строительства и коммунального хозяйства, текущего содержания и ремонта железнодорожного пути» (г. Смоленск, МИИТ, 11 апреля 2014 г.);

на Международной научно-практической конференция "Транспорт-2014" (г. Ростов-на-Дону, 22-25 апреля 2014 г.);

на VII Международной научно-практической конференция «ТрансЖАТ-2014» (г. Сочи, 15-17 октября 2014 г.);

на 15-й научно-практической конференции МИИТ «Безопасность движения поездов» (г. Москва, 23-24 октября 2014 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано всего 24 работы, в том числе 5 работ опубликованы в ведущих изданиях га перечня, определенного ВАК России для опубликования основных научных результатов кандидатских диссертаций, получено 4 патента на полезную модель.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, списка использованных источников, приложений. Общий объем работы - 188 страниц, 48 рисунков, 16 диаграмм, 14 таблиц, 9 приложений. Список использованных источников содержит 108 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, научная новизна, значимость, формулируются цели и задачи исследования.

В первой главе диссертации проводится анализ состояния безопасности движения поездов и надежности работы электромеханических устройств железнодорожной автоматики на сети железных дорог.

В целом по хозяйству автоматики и телемеханики дирекции инфраструктуры на сети железных дорог ОАО «РЖД» уровень безопасности систем и устройств инфраструктуры за последние пять лет имеет положительную динамику. Количество отказов устройств железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ) ежегодно снижается в среднем на 7-9%. Однако доля

отказов устройств ЖАТ, вызванных нарушениями в работе хозяйства автоматики и телемеханики, по отношению к другим хозяйствам остается весьма значительной и составляет около 50% от общего числа отказов.

Большую часть устройств железнодорожной автоматики составляют напольные устройства (стрелки, светофоры, рельсовые цепи, переездное оборудование т.д.). Из общего числа отказов в хозяйстве автоматики и телемеханики около 40% приходится именно на напольное оборудование: стрелочный электропривод и гарнитура - более 15%; элементы рельсовой линии -более 15%; светофоры - около 10%. Не менее важным вопросом является также надежная работа заградительных устройств железнодорожных переездов. На сети железных дорог России насчитывается 2360 переездов с дежурным работником, из них на 1833 (78%) переездах установлены устройства заградительные переездные (УЗП). В процессе эксплуатации электроприводов устройств УЗП нарушения их нормальной работы в системе автоматической переездной сигнализации, вызванные отказами автопереключателя, составляют до 40% от общего числа нарушений в работе.

Таким образом, проведенный в данной главе анализ надежности функционирования различных электромеханических устройств железнодорожной автоматики показал, что проблемы, возникающие в работе напольного оборудования, носят системный характер и являются общими для всей сети железных дорог. Поэтому актуальной является задача совершенствования их конструкции, разработки новых методов и технологических решений, обеспечивающих повышение уровня надежности и эффективности функционирования напольного оборудования, сокращения стоимости жизненного цикла электромеханических устройств железнодорожной автоматики и экономии ресурсов ОАО «РЖД».

Вторая глава посвящена разработке научно обоснованных методов построения и технической эксплуатации комплекса переводных, замыкающих и контрольных устройств стрелочного перевода. При этом в работе решается несколько задач.

Задача №1 - определение допустимой величины зазора между остряком и рамным рельсом, при котором соблюдаются условия безопасности движения поездов.

Одним из условий обеспечения безопасности движения поездов на станциях является контроль крайнего положения остряков стрелочных переводов при организации поездных и маневровых передвижений. В настоящее время контроль крайнего положения остряков осуществляется не только с помощью электромеханических устройств железнодорожной автоматики, но также путем выполнения соответствующей технологической операции обслуживающим персоналом не реже одного раза в неделю (в две недели), в зависимости от класса станции. При этом положение остряка считается крайним, когда расстояние между остряком и рамным рельсом не превышает 4 мм. На основании анализа взаимодействия колеса с рамным рельсом и остряком при въезде подвижной единицы на стрелку в противошерстном направлении, в работе установлено, что приведенное выше условие безопасности движения поездов будет выполняться и остряк стрелки будет находиться в крайнем положении, если расстояние зазора между остряком и рамным рельсом будет увеличен до 6 мм. Из анализа рисунка 1 следует, что для обеспечения безопасности движения при вкатывании колеса подвижного состава на стрелку при движении в противошерстном направлении должно выполняться следующее условие:

(Дрр+Дор-Ду) <5Г (1)

где Дрр - величина отклонения рамного рельса от исходного положения при наличии бокового давления колеса на рамный рельс, Дрр= 6 мм;

Дор - величина зазора между остряком и рамным рельсом в исходном положении (в статическом режиме), Дор < 4 мм;

Ду - величина укрытия остряка рамным рельсом, Ду = 3 мм.

5Г - расстояние от точки контакта колеса с рельсом до плоскости, проходящей через вершину гребня.

По мере износа колеса, а именно подреза гребня, расстояние от точки контакта колеса с рельсом до плоскости, проходящей через вершину гребня (5Г) уменьшается (рисунок 16), при этом условие 1 выполняется ( 7 мм < 9,2 мм).

Полученный результат обеспечивает экономию эксплуатационных затрат при организации технологического обслуживания электромеханических устройств ЖАТ, увеличение сроков эксплуатации напольных устройств верхнего строения пути.

Рисунок 1. Вариант контактирования колеса с рамным рельсом при зазоре между

Предлагаемые значения нормированных величин зазора между остряком и рамным рельсом при проведении регулировочных работ в эксплуатации приведены в топограмме на рисунке 2. В верхней части топограммы приводится условие содержания стрелочных переводов, при котором зазор между остряком и рамным рельсом в эксплуатации должен быть менее 4 мм — это режим проведения регулировочных работ на стрелке. Нижняя часть топограммы соответствует режиму эксплуатации. Предлагается величину зазора между остряком и рамным рельсом (усовиком и подвижным сердечником крестовины (ПСК)) в эксплуатации допускать до 6 мм, при этом стрелка может замыкаться в маршрутах при условии проведения регулировочных работ по техническому обслуживанию в течении 24 часов. Данное требование может быть реализовано в системе автоматизированного контроля технического состояния напольного оборудования железнодорожной автоматики.

В работе предложено технологическое решение, при котором в случае замыкания стрелки, при закладке щупа 7 мм между остряком и рамным рельсом, ПСК и усовиком, эксплуатация стрелочного перевода прекращается. Регулировка стрелочного перевода должна вестись на прежних условиях — замыкаться при закладке щупа между остряком и рамным рельсом, ПСК и усовиком величиной 2

а)

б)

остряком и рамным рельсом и его геометрические размеры

и

мм и не замыкаться при закладке щупа между остряком и рамным рельсом. ПСК и усовиком величиной 4 мм.

Не лоляша эамыкачьсн

Поле допусков зазора межау остряком«раиийм рельс««, недвижным сердечнике»« крестившим и усовиком сгрелочцых переполни при регулировке

Допускаете« ТрсЛуегся регулировка величины зазора. Эксплуатация допускается.

Ноле допусков зазора между остряк-ом и рямвым редьсом, подвижным ссрасчннком крестовины и усовиком стрелсшыхлсреводов в процессе

Рисунок 2. Топограмма определения нормированных величин зазора между остряком и рамным рельсом, подвижным сердечником крестовины и усовиком Задача №2 - определение требуемых значений эксплуатационно-технических параметров механизмов внутреннего замыкания шибера стрелочных электроприводов в различных режимах работы.

При движении поезда взаимодействие колеса и рельса приводит к упругой деформации (смещению) рельса на некоторую величину. Смещения рамного рельса и остряка при проходе поезда по стрелке имеют колебательный характер, что показано на рисунке 3 (¥ - контактная жесткость, У - затухающая амплитуда, О. - потери на трение различного характера). Для обеспечения безопасности движения поездов и безотказной работы механизма замыкания стрелочного электропривода остряк стрелки, прижатый к рамному рельсу, должен колебаться одновременно с рамным рельсом на одну и ту же величину У, допуская смещение рамного рельса на величину С.

В диссертации проведено исследование методов построения механизмов замыкания остряков и подвижных сердечников крестовин стрелочных переводов. Установлено, что замыкание и удержание прижатого к рамному рельсу остряка должно быть односторонним, исключающим его смещение в сторону, противоположную ближнему рамному рельсу (внутрь колеи), и должно обеспечивать возможность свободного перемещения остряка на величину у в сторону рамного рельса.

Й'ТШ' .......-

ШшЙш ттшж

Рисунок 3. Модель колебаний рамного рельса и остряка при проходе подвижного состава по стрелке Величина смещения^ определяется, исходя из следующего соотношения:

у > | с"|+ с+ +з + А (2)

где с , с* - допустимые значения отклонения в содержании колеи пути, (с = -2 мм, с* = +4 мм); з - максимальная допустимая величина зазора между остряком и рамным рельсом (з < 4 мм); А - величина дополнительного смещения остряка, (2 - 10) мм.

Максимальная величина нормированного смещения остряка в сторону ближнего рамного рельса, с учетом норм на отклонение колеи и величины зазора между остряком и рамным рельсом, составляет:

у > 2 + 4 + 4 + Д = 12 - 20 мм. В работе проведен анализ конструкций внутренних механизмов замыкания шибера невзрезного стрелочного электропривода. Установлено, что при взрезе стрелки прочностные свойства конструкции механизма замыкания шибера электроприводов, эксплуатируемых в настоящее время на сети дорог, не могут гарантировано обеспечить удержание шибера в замкнутом положении. Это приводит к неконтролируемому выходу из строя корпуса подшипника главного вала, что является опасным отказом.

Задача №3 - определение обязательных условий обеспечения безопасности движения подвижного состава при взрезе стрелки, оборудованной невзрезным стрелочным электроприводом.

Взрез стрелки - это принудительное смещение замкнутого механически в конечном положении остряка (-ов) или подвижного сердечника крестовины с непрерывной поверхностью катания (НПК) стрелочных переводов на величину 4 мм и более под воздействием различных внешних факторов. Взрез стрелки прежде всего является следствием нарушения порядка организации движения поездов на станции или нарушением режима ведения поезда. В диссертации рассмотрен случай взреза стрелки при проходе подвижного состава по стрелочному переводу в пошерстном направлении по маршруту, не обеспечивающему его движение в данном направлении (рисунок 4).

Корень остряка

- п

г?— § V) , + ..........

В

I с

гн

/г>

К ь р

(0,4+0,8)Ь

Рисунок 4. Кинематическая схема стрелочного перевода при взрезе стрелки, оборудованной невзрезным стрелочным электроприводом

В работе обосновываются условия обеспечения безопасности движения поездов при взрезе стрелки при движении подвижного состава в пошерстном направлении.

Первым обязательным условием является наличие деформации (пластичной и упругой) рабочей тяги, а также наличие деформации остряков, стрелочной гарнитуры, обеспечивающих устойчивое противодействие выдавливанию колеса подвижного состава на головку рельса.

Вторым обязательным условием является обеспечение необходимой прочности остряков при их изгибе под действием бокового давления со стороны колеса подвижного состава до того момента, когда колесо своей поверхностью катания не окажется над рамным рельсом.

Третьим обязательным условием обеспечения безопасности движения при взрезе стрелки является применение комплекса технических средств.

обеспечивающих предсказуемость, наглядность и контролируемость взреза стрелки.

Задача №4 - разработка технических и технологических решений по обеспечению контроля положения остряков стрелки с помощью контрольных линеек стрелочных электроприводов в условиях организации высокоскоростного движения.

Контрольные линейки являются узлом регулировки при производстве пусконаладочных работах и требуют её периодически повторять в течение всего периода эксплуатации, даже при работоспособном состоянии стрелочного перевода в целом. Это вызвано тем, что нормы содержания колеи имеют более свободные пределы, чем нормы содержания величины зазоров между остряками и рамными рельсами, между ПСК и усовиком крестовины. При этом изменения размеров колеи в пределах существующих допусков могут произойти в процессе движения поезда по стрелке, что может, в свою очередь, привести к потере контроля положения стрелки при исправном состоянии стрелочного перевода.

В работе приводится исследование методов получения контроля фактического положения стрелки стрелочного перевода, оборудованного внешними замыкателями, на примере построения контрольной системы стрелочных переводов, применяемых для организации высокоскоростного движения (рисунок 5). В диссертации разработана циклограмма работы стрелочного электропривода для получения контроля стрелки с внешним замыкателем (рисунок 6). Установлено, что применение дополнительных стрелочных электроприводов во 2-й и 4-й точках допускает их эксплуатацию без контрольных линеек без снижения уровня безопасности движения поездов. При этом уровень безотказности работы стрелочного электропривода и стрелочного перевода в целом существенно увеличивается.

№ 1 (ВСП-220Н) № 2 (ВСП-150Н) № 3 (ВСП-220К) № 4 (ВСП-150К)

Рисунок 5. Схема расположения стрелочных электроприводов, внешних замыкателей на стрелочном переводе

Щр

Л Фата В Фан» Г д

2 1 = 1 = ^ Размыкание/ замыкание кисшие го Величина хода остряков (подвижного сердечника крестовин) н контрольных линеек Размыкание/ замыкание 1|11

$ £ ь 3 замыкателя Величина хода ишбера электропривода замыкателя

Величина хода толкателя электропривода

Рисунок 6. Циклограмма работы стрелочного электропривода с внешним замыкателем

В третьей главе рассматриваются методы повышения эффективности построения и эксплуатации электромеханических устройств железнодорожной автоматики, в том числе в условиях скоростного и высокоскоростного движения.

Задача №1 - разработка эффективной системы технического диагностирования устройств перевода, контроля и замыкания стрелочного перевода.

В настоящее время существующие системы управления и контроля технического состояния стрелочных переводов не обеспечивают полной и достоверной информации о состоянии стрелочного перевода. В работе установлено, что наряду с уже имеющимися техническими средствами дистанционного управления, контроля положения стрелки, технической диагностики и удаленного мониторинга, существует необходимость дополнительных технических и технологических решений по поддержанию стрелочных электроприводов и стрелочных переводов в работоспособном состоянии. В работе на основе анализа функционирования стрелочного электропривода и стрелочного перевода в целом разработана технологическая матрица организации контроля, управления и диагностики стрелочных электроприводов (таблица 1) и приведен перечень параметров, мест измерения и периодичности контроля их технического состояния.

Таблица 1-технологическая Матр.....организации

контроля, управления и диагностики стрелочных электроприводов

1 •к л. Контролируемый параметр Этапы мониторинга \ | 1 1 г = 1 ' Ё-5 8 | г & 4 » я с ё Ц 11 П 1= ! 1 = = 1 и 1 1 1 ё | | £ | й С 3 | И и И I 1 а г1 II £ » | £ | I : £ I !1 =§ II || ■1 11 Н п= 1 £ 8 | | = II | . И ё § 1? 11 0 ^ II 1 & 3 8 1 | | | | N II | 1 | К § Г

I 2 3 Г 5 6 7 8 9 10 л 12 п и 15

1 Проверка исправности электролита ния - + + +

2 Проверка исправности электрических цепей + + + + - + - + + + + - +

3 Проверка кинематической исправности механизма электропривода - - - + - + + + -

4 Определение ресурса работы электропривода + -

э Проверка несанкционированного - + +

6 Контроль положения стрелки + + + - + - + - -

7 V' Контроль перевода стрелки - + + + + + + + + + + + + -

8 1 с ~ я Контроль усилия перевода стрелки - - + + + - + + + + - -

9 1 Проверка усилия регулировки фрикционной муфты - - + + + + + + + + -

10 Проверки плотности прилегания остряков + - + + + - -

И Проверка суммарной величины зазоров в шарнирах - - - + - - + + + -

12 Ведение электронного протокола + + + + + + + + + + + + + +

Задача №2 заключается в разработке технических решений, направленных на повышение эффективности эксплуатации устройств ограждения железнодорожных переездов.

Устройства заграждения переезда (УЗП) представляют собой комплекс устройств, предназначенных для автоматического ограждения проезжей части на железнодорожных переездах путём поднятия установленного на шарнирах заграждающего элемента (крышки). УЗП устанавливается в количестве 4 штук на переезд.

Применяемые в настоящее время на сети российских железных дорог конструкции отдельных заградительных устройств на железнодорожных переездах (автошлагбаумы, УЗП) устарели морально и технически, поэтому актуальными являются технические решения, направленные на совершенствование конструкции электромеханических устройств ограждения на

переездах, в том числе связанные с применением бесконтактного принципа контроля и управления ими.

В диссертации рассматриваются технические и технологические решения на примере модернизации электроприводов, применяемых в устройствах УЗП.

Модернизация осуществляется в 2 этапа.

1. Изменение конструкции автопереключателя, а именно перевод его на автопереключатель бесконтактного типа по аналогии с электроприводом СПГБ-4М, серийно выпускаемым и широко применяющимся на сети железных дорог ОАО «РЖД».

2. Изменение типовой схемы управления электроприводами типа ЭПУЗПА на железнодорожных переездах.

Применение модернизированных электроприводов на базе бесконтактного автопереключателя позволяет:

- повысить уровень надежности работы автоматической переездной сигнализации в целом;

- снизить эксплуатационные затраты за счет уменьшения периодичности регламентных работ по содержанию электроприводов УЗП в работоспособном состоянии (интервал обслуживания увеличивается с 1 раза в месяц до 1 раза в 6 месяцев), а также за счет экономии электроэнергии из-за отсутствия электрообогрева автопереключателя.

Задача №3 - разработка технических и технологических решений по обеспечению аэродинамической устойчивости напольного оборудования железнодорожной автоматики при движении высокоскоростных поездов.

Организация движения поездов со скоростью 200 км/ч и более требует новых методов решения задач по реализации надежного функционирования транспортного конвейера и обеспечению безопасности движения поездов. В связи с этим возникла необходимость приведения технических возможностей напольных устройств железнодорожной автоматики в соответствие с предъявляемыми современными требованиями по повышению скорости движения поездов до 250 км/ч и далее до 400 км/ч.

В диссертации установлено, что при скоростях движения поезда до 200 км/ч определяющим при проведении аэродинамических расчетов напольного

оборудования СЦБ (светофоров, заградительных брусьев переездных автошлагбаумов, релейных шкафов и др.) являются нагрузки, вызванные климатическими факторами, ветровой нагрузкой прежде всего. При движении поездов со скоростью выше 200 км/ч преимущественными становятся возмущения, вызванные аэродинамическими процессами, связанными с проходом подвижного состава (рисунок 7). Кабельные муфты, путевые и трансформаторные ящики, дроссель-трансформаторы, устанавливаемые вблизи пути (минимальное расстояние не менее 1180 мм), воспринимают избыточное давление воздуха в размере не более 18 кГс/м2, что в итоге приводит к суммарным усилиям значительно ниже их прочностных ограничений. В связи с этим, перечисленное выше напольное оборудование, устанавливаемое вблизи пути, не требует дополнительного усиления при эксплуатации на участках высокоскоростных поездов. Внешние замыкатели, стрелочная гарнитура, рельсовые соединители и перемычки, стрелочные электроприводы по допустимым прочностным свойствам также значительно превышают усилия, возникающие при эксплуатации на участках высокоскоростных поездов, а потому дополнительного усиления не требуют. Однако крышки, кожухи и прочие устройства требуют надежного их закрепления.

Рисунок 7. Распределение аэродинамического давления на устройства СЦБ

при проходе поезда ЭР-200 со скоростью 200 км/ч

В данной главе диссертации представлен метод моделирования и расчета аэродинамического воздействия при прохождении высокоскоростного состава на примере оценки прочностных свойств аэродинамической устойчивости мачтовых входных шестизначных светофоров и проходных четырехзначных светофоров при эксплуатации на участках с высокоскоростным движением.

Полученные в работе результаты оценки силовых параметров конструкции мачтовых светофоров в зависимости от скорости ветровой нагрузки сведены в таблицу 2. Из приведенного анализа следует, что при скорости движения более 300 км/ч стандартный размер поперечного сечения мачты светофора оказывается непригодным. В диссертации обосновывается, что при использовании стандартного линзового светофора в условиях эксплуатации высокоскоростного подвижного состава, его конструкция нуждается в модификации, заключающейся в замене несущей мачты диаметром 140 мм и толщиной стенки 4 мм на мачту диаметром 140 мм при толщине стенки 8 мм.

Таблица 2. Зависимость силовых параметров конструкции мачтовых светофоров от скорости ветровой нагрузки.

ЛЬ Расчетный параметр (единицы измерения) Величии» параметра в зависимости от типа светофора

Л-69ФСПУБ ХК-8935 (входной) ЛЯ-41 УП«.7700 (проходной четырехзначный )

160 200 250 300 лонжей 350 ИЯ посад 160 V (км, 200 250

1 3 Макснм&тмгас поперечное (срезывающее) усилие я корневом «чеиин мачты ОплОсК) 0.73 39.0 1.14 60.3 1.78 87.fi 1.56 1193 3.48 25.0 0,44 39.0 0.69 60.8 1.08 87.fi 1.54 119.3 2.09

Л/И, ММ 4.15 6.5 10,2 14.7 210 2.24 3.5 5.4 7.6 10.4

4 Максимально« расчетное напряжение в опасном сечении а (МПа) 74,04 115,5 180.4 259,9 353.8 40.0 62.4 97,5 136.8 186.2

Максимальное упругое отклонение вершины мачты Л (мм) 114.1 178 280 400 544 46,8 73 114 160 218

й } гол наклона Торцевого (верхпаго) сечения мачты? (градусов) 1.0 1.56 2,4 3.5 4.76 0.48 0,75 1,17 1.65 2,25

7 Расцепил"! коэффициент чалвса прочности при типовом сеченнн мачты п^, (н^ > т,) 2,7 1,73 ».11 0.77 0,566 5.0 3.2 2,03 1,46 1,074

| 2 £ 1 1 11 5 2 II У § | % 1 £ 1 >! С Ь 2 II

« Закякпюнпс

В четвертой главе обобщены и систематизированы эксплуатационно-технические требования, предъявляемые к электромеханическим устройствам железнодорожной автоматики и телемеханики (стрелочным электроприводам, внешним замыкателям, контрольно-диагностическим устройствам стрелок, заградительным устройствам на железнодорожных переездах, железнодорожным светофорам и ряду других устройств). В работе приводятся дополнительные требования, предъявляемые к напольным устройствам сигнализации

централизации и блокировки в условиях организации скоростного и высокоскоростного движения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований получены следующие основные научные и практические результаты:

1. Проведен анализ состояния безопасности движения поездов и надежности работы электромеханических устройств железнодорожной автоматики на сети железных дорог Российской Федерации. Выявлены проблемы, связанные с несовершенной конструкцией и особенностями эксплуатации электромеханических устройств железнодорожной автоматики и телемеханики.

2. Научно обоснована новая методика технической эксплуатации стрелочных электроприводов, согласно которой величина зазора между остряком и рамным рельсом до 6 мм сохраняет требуемый уровень безопасности движения поездов.

3. Сформулированы и научно обоснованы методы построения кинематических схем и алгоритмы работы стрелочных электроприводов по условию восприятия взреза стрелки взрезными и невзрезными стрелочными электроприводами.

4. На основе анализа состояния безопасности на железнодорожных переездах предложены и научно обоснованы технические и технологические решения, позволяющие повысить эффективность эксплуатации устройств ограждения железнодорожных переездов.

5. Предложены и научно обоснованны методы и механизмы обеспечения аэродинамической устойчивости напольного оборудования железнодорожной автоматики в условиях скоростного и высокоскоростного движения. Установлено, что при использовании стандартного мачтового линзового светофора в условиях эксплуатации высокоскоростного подвижного состава его конструкция нуждается в модификации, заключающейся в усилении конструкции несущей мачты.

6. Обобщены и систематизированы эксплуатационно-технические требования к электромеханическим устройствам железнодорожной автоматики и телемеханики, в том числе при организации скоростного и высокоскоростного движения поездов.

7. Результаты работы внедрены при модернизации электроприводов к устройствам заградительным переездным с бесконтактным автопереключателем и схем управления ими на железнодорожном переезде 234 км станции Подклетное Юго-Восточной железной дороги, при модернизации линзовых комплектов мачтовых и карликовых светофоров с наружными линзами из ударопрочного оптического поликарбоната и при разработке железнодорожных светофоров для организации высокоскоростного (до 300 км/ч) движения пассажирских поездов.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ:

а) в изданиях из перечня, определенного ВАК Минобрнауки РФ:

1. Минаков, Д.Е. Аэродинамическое воздействие скорости движения поезда на напольные устройства СЦБ [Текст] / A.B. Горелик, В.В. Шуваев, Д.Е. Минаков // Наука и техника транспорта. - М., МГУПС (МИИТ). - 2013. - №2. - С. 67-74.

2. Минаков, Д.Е. Исследование механизма поведения рельса в зоне контакта с колесом движущегося подвижного состава [Текст] / A.B. Горелик, В.В. Шуваев, Д.Е. Минаков // Наука и техника транспорта. - М., МГУПС (МИИТ). -2013. -№3. - С. 16-20.

3. Минаков, Д.Е. Анализ надежности устройств замыкания стрелочных переводов [Текст] / Е.Ю. Минаков, Д.Е. Минаков // Автоматика, связь, информатика. -2014,-№4.-С. 13-15.

4. Минаков, Д.Е. Технические решения для скоростных участков / Е.Ю. Минаков, Д.Е. Минаков, А.Е. Кулешов // Автоматика, связь, информатика. — 2014. - № 8.-С. 5-6.

5. Минаков, Д.Е. Последствия взреза можно минимизировать [Текст] / Е.Ю. Минаков, Д.Е. Минаков, А.Е. Кулешов // Автоматика, связь, информатика. - 2015. - № 1.-С. 2-4.

б) получены патенты на полезную модель:

6.Стрелочный перевод [Текст]: Патент на полезную модель RU №97696 / Минаков Е.Ю., Пензев П.В., Минаков Д.Е.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Российские железные дорога». - №2010116964/11; заявл. 29.04.2010; опубл. 20.09.2010.

7.Автопереключатель бесконтактного типа к винтовым электроприводам стрелочным [Текст]: Патент на полезную модель RU №104134 / Минаков Е.Ю., Пензев П.В., Минаков Д.Е.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Российские железные дороги». -№2010118738/11; заявл. 12.05.2010; опубл. 10.05.2011.

8.Светофор железнодорожный для движения поездов со скоростями до 300 км/ч [Текст]: Патент на полезную модель 1Ш №98386 / Минаков Е.Ю., Степанов Ю.С., Пензев П.В., Минаков Д.Е.: заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Российские железные дороги». -№2010101013/11; заявл. 14.01.2010; опубл. 20.10.2010.

9.Автопереключатель электропривода стрелочного винтового для работы на крестовинах с непрерывной поверхностью катания [Текст]: Патент на полезную модель Ш №97695 / Минаков Е.Ю., Кураков В.И., Пензев Н.В., Минаков Д.Е.: заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Российские железные дороги». -№2010116962/11; заявл. 29.04.2010; опубл. 20.09.2010.

в) в других изданиях:

10. Минаков, Д.Е. Принципы построения современных систем перевода стрелок средствами железнодорожной автоматики [Текст] / Е.Ю. Минаков, Д.Е. Минаков // ВНИИАС. Ж.-д. транспорт./ Сер. Сигнализация и связь. ЭИ/ЦНИИТЭИ. -2005г. - Вып. 1-2 - С. 1-39,7 табл, 7 рис.

11. Минаков, Д.Е. Исследование конструкции контрольных тяг и контрольных линеек на устойчивость при действии сил, направленных в сторону привода [Текст] / Е.Ю. Минаков, О.В. Богданова, Д.Е. Минаков// Межвузовский сб. тр. «Современные проблемы совершенствования работы железнодорожного транспорта» - М., РГОТУПС. - 2005. - С. 56-62.

12. Минаков, Д.Е. Тенденции и перспективы построения стрелочного переводного механизма для скоростного движения [Текст] / Е.Ю. Минаков, В.В. Шуваев, Д.Е. Минаков // Межвузовский сб. тр. «Современные проблемы совершенствования работы железнодорожного транспорта». Том 1. - М., РГОТУПС. -2006.-С. 51-56.

13. Минаков, Д.Е. Анализ отечественных стрелочных электроприводов [Текст] / Е.Ю. Минаков, В.В. Шуваев, Д.Е. Минаков // Межвузовский сб. тр. «Современные проблемы совершенствования работы железнодорожного транспорта». Том 1, М., РГОТУПС. - 2006. - С. 57-61.

14. Минаков, Д.Е. Сравнительный анализ конструкций и эксплуатационных качеств устройств замыкания остряков и крестовин [Текст] / Е.Ю. Минаков, В.В. Шуваев, Д.Е. Минаков // Сб. науч. трудов кафедры «Автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте» РГОТУПС / Совершенствование систем железнодорожной автоматики и телемеханики - М., РГОТУПС. — 2006. - С. 84-100.

15. Минаков, Д.Е. Реализация безопасности движения поездов по стрелке при удержании остряков контрольными линейками [Текст] / E.IO. Минаков, В.В. Шуваев, А.Я. Некрылов, Д.Е. Минаков // Сб. науч. трудов кафедры «Автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте» РГОТУПС / Совершенствование систем железнодорожной автоматики и телемеханики - М., РГОТУПС. — 2006. - С. 101-107.

16. Минаков, Д.Е. Исследование динамики движения остряков в конце перевода стрелки [Текст] / Е.Ю. Минаков, В.В. Шуваев, Д.Е. Минаков // Сб. науч. трудов кафедры «Автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте» РГОТУПС / Совершенствование систем железнодорожной автоматики и телемеханики -М., РГОТУПС.-2006.-С.' 107-124.

17. Минаков, Д.Е. Стрелочные электродвигатели нового поколения [Текст] / Е.Ю. Минаков, В.В. Шуваев, В.Д. Галкин, Д.Е. Минаков // Сб. науч. трудов кафедры «Автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте» РГОТУПС / Совершенствование систем железнодорожной автоматики и телемеханики - М., РГОТУПС,-2006.-С. 145-151.

18. Минаков, Д.Е. Организация системы технического диагностирования ответственных деталей электроприводов и стрелочной гарнитуры в хозяйстве СЦБ [Текст] / Е.Ю. Минаков, В.В. Шуваев, Д.Е. Минаков // Сб. науч. трудов «Современные проблемы совершенствования работы железнодорожного транспорта» - М., РГОТУПС. -2007.-С. 71-74.

19. Минаков, Д.Е. Исследование процессов торможения остряков в конце перевода стрелки [Текст] / Е.Ю Минаков., В.В. Шуваев, Д.Е. Минаков // Сб. науч. трудов «Современные проблемы совершенствования работы железнодорожного транспорта» - М., РГОТУПС. - 2007. - С. 75-81.

20. Минаков, Д.Е. Механизм получения контроля стрелки контрольной системой электроприводов типа СП [Текст] / Е.Ю. Минаков, В.В. Шуваев, A.C. Татиевский, А.Е. Кулешов, Д.Е. Минаков // Сб. науч. трудов «Актуальные проблемы транспорта на современном этапе». Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 60-летию Российской открытой академии транспорта. - М., РОАТ.-2011.-С. 64-66.

21. Минаков, Д.Е. Методы обеспечения контроля положения стрелки на стрелочных переводах проекта 2956 и съезда проекта 2968 для организации высокоскоростного движения поездов [Текст] / В.В. Шуваев, A.B. Кулешов, A.C. Татиевский, Д.Е. Минаков // Сб. науч. трудов «Актуальные проблемы транспорта на

современном этапе». Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 60-летию Российской открытой академии транспорта. - М., РОАТ. — 2011. -С. 59-64.

22. Минаков, Д.Е. Условия обеспечения безопасности движения поезда при въезде на стрелку в противошерстном направлении [Текст] / Е.Ю. Минаков, В.В. Шуваев, Д.Е. Минаков // Сб. науч. трудов «Актуальные проблемы транспортной отрасли: проблемы и решения. Материалы Всероссийской научно-практической конференции (Воронеж, 22 ноября 2013). - Воронеж., МГУПС (МИИТ) Воронежский филиал. - 2013. - С. 37-42.

23. Минаков, Д.Е. Оценка изменения зазора между остряком и рамным рельсом при движении колесной пары по стрелочному переводу [Текст] / Е.Ю. Минаков, В.В. Шуваев, Д.Е. Минаков // Сб. науч. трудов «Актуальные проблемы транспортной отрасли: проблемы и решения. Материалы Всероссийской научно-практической конференции (Воронеж, 22 ноября 2013). - Воронеж., МГУПС (МИИТ) Воронежский филиал. - 2013. - С. 43-47.

24. Минаков, Д.Е. Методы и механизмы построения систем контроля положения стрелки [Текст]: сборник трудов Международной научно-практической конференция «Инновационные технологии в развитии строительства, машин и механизмов для строительства и коммунального хозяйства, текущего содержания и ремонта железнодорожного пути» / Д.Е. Минаков // Смоленск. - МИИТ. - 2014. - с. 205-210.

Минаков Денис Евгеньевич

МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

05.22.08 - Управление процессами перевозок АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати /о о В, Л о/о? Формат 60x90 1/16

Заказ № //¿?>ь" Объем 1,5 п.л. Тираж 80 экз.

127994, Москва, ул. Образцова, д.9, стр. 9 УПЦ ГИ МИИТ