Вагонотолкатели серии ТЭВ: гарантированная безопасность движения

DOI: http://dx.doi.org/10.30686/1609-9192-2019-4-133-137

Глушко М.И., Смирнов В.П. ООО «ПромТехТранс», г. Екатеринбург, Российская Федерация
Горная Промышленность №4 / 2019 стр.133-137

Резюме: Наиболее экономичными и удобными механизмами для передвижения состава вагонов при работе с сыпучими грузами на погрузочно-разгрузочных комплексах промышленных предприятий являются вагонотолкатели серии ТЭВ. Их важным преимуществом является возможность дистанционного управления. Особое внимание при разработке и изготовлении вагонотолкателей данного типа уделяется вопросу обеспечения безопасности движения. Универсальным средством безопасности движения являются тормоза. Для проверки возможности остановки при движении и удержания на спуске в ООО «ПромТехТранс» проведены исследования тормозной эффективности поезда при использовании тормоза вагонотолкателя серии ТЭВ в зависимости от величины спуска и веса состава поезда. Для обеспечения безопасности движения поезда при его удержании на уклоне производится расчет допустимой величины уклона железнодорожного участка в зависимости от веса состава вагонов и тормозной эффективности. Гарантией точности расчетов является дополнительный учет влияния скорости движения на тормозную эффективность и соблюдения задаваемого норматива скорости. В статье представлена методика расчета эффективности тормозов вагонотолкателя серии ТЭВ. Также специалистами ООО «ПромТехТранс» разработана схема дистанционного управления автоматическими тормозами поезда и отдельно вспомогательным электропневматическим тормозом вагонотолкателя серии ТЭВ. С этой целью в линию питания вспомогательного тормоза введен клапан максимального давления. Для дистанционного управления пневматическим тормозом схема дополнена тормозным электропневматическим реле, которое вместе с тормозной линией от воздухораспределителя подключено к линии тормозных цилиндров через логический элемент «или», выполненный в виде переключательного клапана. Гарантией безопасности движения является принятый принцип работы электропневматических реле управления пневматическими процессами, которые в случае несанкционированного снятия напряжения питания вагонотолкателя серии ТЭВ переводят систему вагонотолкателя или состава вагонов в тормозной режим.

Ключевые слова: эффективность тормоза, удержание состава на спуске, электропневматический тормоз, схема электропневматического тормоза, вагонотолкатель, вагонотолкатель серии ТЭВ, тормозная сила

Для цитирования: Глушко М.И., Смирнов В.П. Вагонотолкатели серии ТЭВ: гарантированная безопасность движения. Горная промышленность. 2019;(4):133-137. DOI: 10.30686/1609-9192-2019-4-133-137

Информация о статье

Поступила в редакцию: 27.05.2019
Одобрена рецензентами: 19.06.2019, 12.07.2019
Принята к публикации: 21.07.2019

Информация об авторах

Марат Иванович Глушко – доктор технических наук, профессор.

Валерий Павлович Смирнов – технический руководитель ООО «ПромТехТранс», г. Екатеринбург, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript., Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Введение

На погрузочно-разгрузочных комплексах промышленных предприятий в различных отраслях нашей страны производятся операции по отправке или принятию отдельных категорий продукции, которые требуют соблюдения мер безопасности при передвижении грузовых вагонов на этих комплексах, а также уменьшения времени простоя грузовых вагонов при их погрузке или разгрузке.

Технологический комплекс промышленных предприятий при работе с сыпучими грузами содержит три основные группы оборудования: загрузочные устройства, механизмы для передвижения вагонов и весы для взвешивания. Из всех применяемых механизмов для передвижения состава вагонов наиболее экономичными и удобными при работе являются вагонотолкатели серии ТЭВ, важным преимуществом которых является предусмотренная конструкцией возможность дистанционного управления при работе на погрузочно-разгрузочном участке с пульта оператора погрузки.

На базе экипажной части промышленных тепловозов ТГМ4, ТГМ6 и ТЭМ2 ООО «ПромТехТранс» выполнило конструктивные разработки и является производителем толкателей электромеханических вагонных серии ТЭВ. Вагонотолкатели указанной серии имеют разрешение Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору о применении на опасных производственных объектах в соответствии с требованиями отраслевых норм, правил безопасности и рекомендаций изготовителя.

Особое внимание при разработке и изготовлении вагонотолкателей серии ТЭВ уделяется вопросу обеспечения безопасности движения. Известно, что тормоза являются универсальным средством безопасности движения, поэтому для вагонотолкателей серии ТЭВ разработана специальная технология управления пневматическими тормозами и проведена соответствующая корректировка схемы тормозного оборудования и приборов управления тормозами. Эти мероприятия направлены на реализацию применяемого способа торможения всего поезда только за счет использования тормозного эффекта вагонотолкателя при полностью заряженной тормозной системе поезда. Торможение с применением автотормозов всего поезда увеличивает продолжительность процесса вследствие замедленного протекания процессов торможения и отпуска, продолжительность которых определяется выпуском сжатого воздуха из тормозной магистрали и действием воздухораспределителя, а также необходимости подзарядки тормозной системы поезда сжатым воздухом после каждого торможения (торможение – 20 с, отпуск тормозов – 80 с, подзарядка тормозов – 60 с) [1].

Маневровые работы на сети РЖД выполняются при незаряженной тормозной сети состава вагонов. В этом случае остановка маневрового поезда возможна только за счет тормозных средств локомотива, но условия безопасности движения при таких условиях не подкреплены тормозными расчетами [2], хотя эти условия для маневрового поезда имеют особенный характер, который следует принимать во внимание [3]. Тормозная сила локомотива имеет определенную, ограниченную величину, которая может оказаться недостаточной при движении по спуску. Для проверки возможности остановки при движении и удержания на спуске в ООО «ПромТехТранс» проведены исследования тормозной эффективности поезда при использовании тормоза вагонотолкателя серии ТЭВ в зависимости от величины спуска и веса состава поезда.

Методика расчета

Возможность удержания состава весом Q за счет действия пневматического тормоза вагонотолкателя серии ТЭВ определяется из приведенного условия

где B – тормозная сила вагонотолкателя серии ТЭВ; Q_i – величина уклона; P – вес вагонотолкателя серии ТЭВ.

Для расчета тормозной силы вагонотолкателя серии ТЭВ используется новый метод тормозных расчетов, который предусматривает в качестве исходного показателя тормозную силу B_K чугунной тормозной колодки при расчетном нажатии K,

Для выполнения тормозных расчетов представленная формула разделяется на две функциональные зависимости в следующем виде:

где B_O – функция нажатия К колодки; ƒ(V) – функция скорости.

При стоянке подвижного состава V = 0, ƒ(V) = 1, и тогда функция нажатия колодки В_О представляет собой тормозную силу одной колодки в статическом состоянии вагонотолкателя серии ТЭВ.

Величину тормозной силы определяют по формуле

Тормозная сила В_О является определяющей при закреплении состава средствами вагонотолкателя серии ТЭВ. Для вагонотолкателя ТЭВ-20 нажатие тормозных колодок на ось составит 10 тс, и при двусторонней схеме нажатия на ось сила нажатия одной колодки на колесо K = 2,5 тс. Тогда тормозная сила одной колодки В_О = 0,7 тс, для одной колесной пары В_ОП = 2,8 тс, а общая тормозная сила четырехосного вагонотолкателя ТЭВ-20 для закрепления состава определится исходной расчетной величиной В = 11,2 тс.

Применяемый метод становится универсальным, если представить формулы для В и ƒ(V) в графическом виде. На рис. 1 и рис. 2 приводятся результаты выполненных расчетов для вагонотолкателя ТЭВ-20.

Рис. 1 Вес удерживаемого состава вагонотолкателем ТЭВ-20 в зависимости от величины уклона
Fig. 1 The weight of the car string retained by TEV-20 car puller depending on the track grade

На рис. 1 изображена функциональная зависимость веса закрепленного состава от величины уклона участка железнодорожного пути, на котором располагается состав вагонов с вагонотолкателем ТЭВ-20 с учетом собственного веса вагонотолкателя ТЭВ-20 Р = 80 тс. Если требуется проверить тормозную эффективность поезда на уклоне 5,4‰ железнодорожного пути, то достаточно провести горизонтальную линию из точки пересечения вертикали при i = 5,4‰ и определить максимальный допустимый вес Q_max= 1,9 тыс. тс закрепленного состава. Следует заметить, что все расчетные операции по закреплению относятся к весу закрепленного подвижного состава.

Если требуется проверить тормозную эффективность состава вагонов с вагонотолкателем ТЭВ-40 (8 тормозных осей), то достаточно выполнить те же действия, но полученный результат (вес удерживаемого состава) следует увеличить вдвое.

Например, при заданном уклоне 2,5‰ для четырехосного ТЭВ-20 находим вес Q_max= 4,3 тыс. тс; для ТЭВ-40 при восьми осях максимальный вес удерживаемого состава Qmax = 8,6 тыс. тс.

Рис. 2 Зависимость функции ƒ(V) от скорости движения
Fig. 2 Dependence of the ƒ(V) function on the travel speed

Приведенные результаты относятся к условиям статического удержания поезда на подъеме или площадке при максимальной силе тормозных колодок. Однако при подаче состава под обработку на спуске поезд движется с определенной скоростью, которая снижает тормозную эффективность в соответствии с зависимостью, приведенной на рис. 2. При технологической остановке поезда на погрузочно-разгрузочном участке необходима проверка не только удержания, но и возможность остановки с учетом пониженной тормозной эффективности, вызванной влиянием скорости движения, как это приведено в расчетной формуле (5) для ТЭВ-20.

Если установить допустимую скорость движения при технологической операции на спуске, например 5 км/ч, то поправка на скорость составит 0,83. С учетом полученной поправки на скорость, определяемой по диаграмме, величина безопасного уклона (спуска) i должна быть не более 5,4 · 0,83 = 4.5‰. При соблюдении правила учета поправки не потребуется приводить в действие автотормоза всего состава вагонов для остановки на спуске 4,5‰.

Принципом удержания состава вагонов на уклоне является условие возможности остановки состава вагонов на заданном спуске, которая определяется величиной скорости движения. С этой целью вначале следует задать скорость движения Vр на спуске, определить для заданной скорости значение функции ƒ(V) и величину тормозной силы при этой скорости, а затем определить допускаемый вес удерживаемого состава вагонов.

При расчетах не учитывалось удельное сопротивление движению подвижного состава w_o’’, которое составляет незначительную величину для рассматриваемого диапазона скоростей (0,8 кгс/тс) по сравнению с общей удельной тормозной силой, и этот прием направлен на гарантированное расчетное обеспечение безопасности удержания.

Схема электропневматического тормоза

Специалистами ООО «ПромТехТранс» разработана схема дистанционного управления автоматическими тормозами поезда и отдельно вспомогательным электропневматическим тормозом вагонотолкателя типа ТЭВ [4]. С этой целью в линию питания вспомогательного тормоза (см. рис. 3) введен клапан максимального давления [12(2)]. Для дистанционного управления пневматическим тормозом вагонотолкателя типа ТЭВ схема дополнена тормозным электропревматическим реле (ЭПР2), которое вместе с тормозной линией от воздухораспределителя (ВР) подключено к линии тормозных цилиндров [13(1, 2, 3, 4)] через логический элемент «или», выполненный в виде переключательного клапана (ПК = 11).

Рис. 3 Схема электропневматического тормоза вагонотолкателя типа ТЭВ:
ПИ – питательная магистраль; ТМ – тормозная магистраль; ВР – воздухораспределитель; 1 – компрессор; 2 – сепаратор; 3 – осушитель сжатого воздуха; 4 – обратный клапан (ОК); 5 – предохранительный клапан (ПрК – настроен на давление 0,9 МПа); 6 – главный резервуар (ГР); 7 – запасной резервуар (ЗР); 8 – магистральная часть воздухораспределителя (ВР); 9 – двухкамерный резервуар воздухораспределителя (ВР); 10 – главная часть воздухораспределителя (ВР); 11 – переключающий клапан (ПК); 12(1) – клапан максимального давления (настроен на давление 0,55 МПа); 12(2) – клапан максимального давления (настроен на давление 0,30–042 МПа); 13(1, 2, 3, 4) – тормозной цилиндр; 14(1, 2) – спускной кран для продувки резервуара; 15(1) – манометр давления сжатого воздуха в питательной магистрали; 15(2) – манометр давления сжатого воздуха в тормозной магистрали; 15(3) – манометр давления сжатого воздуха в тормозных цилиндрах; 16(1, 2, 3, 4, 5) – разобщительный кран; 17(1, 2) – концевой кран; 18(1, 2) – гибкий межвагонный рукав с головкой; 19 – тормозной электропневматический вентиль состава вагонов (ЭПР1); 20 – тормозной электропневматический вентиль вагонотолкателя (ЭПР2); 21 – сигнализатор отпуска тормозов (ПЭР); 22 – индикатор отпуска тормозов

Fig. 3 Electropneumatic brake circuit of the TEV series car puller:
ПИ – feed line; ТМ – break line; ВР – brake control valve; 1 – compressor; 2 – separator; 3 – compressed air dryer; 4 – non-return valve (ОК); 5 – safety-valve (ПрК – pre!set for 0.9 MPa pressure); 6 – main tank (ГР); 7 – back-up tank (ЗР); 8 – main line of the brake control valve (ВР); 9 – doublechamber tank of the brake control valve (ВР); 10 – main body of the brake control valve (ВР); 11 – change-over valve (ПК); 12(1) – maximum pressure valve (pre!set for 0.55 MPa pressure); 12(2) – maximum pressure valve (pre!set for 0.30-0.42 MPa pressure); 13(1, 2, 3, 4) – brake cylinder; 14(1, 2) – drain valve for tank purging; 15(1) – compressed air gauge in the feed line; 15(2) – compressed air gauge in the brake line; 15(3) – compressed air gauge in the brake cylinders; 16(1, 2, 3, 4, 5) – shut-off valve; 17(1, 2) – end valve; 18(1, 2) – flexible intercar hose with an end cap; 19 – braking electropneumatic valve of the car string (ЭПР1); 20 – braking electropneumatic valve of the car puller (ЭПР2); 21 – brake release signalling device (ПЭР); 22 – brake release indicator

Воздухораспределитель (ВР) рассчитан только на ступенчатую регулировку давления в тормозных цилиндрах при режимах: порожний 1,4–1,8 кгс/см2; средний 2,8–3,3 кгс/см² и груженый 3,9–4,5 кгс/см². Применение клапана максимального давления [12(2)] позволяет выполнить регулировку максимального давления в тормозных цилиндрах во всем рабочем диапазоне.

В представленной схеме тормозного оборудования применение логического элемента «или» позволяет сохранить свойство автоматичности действия пневматических тормозов всего состава вагонов.

Для контроля давления в пневматической линии тормозных цилиндров [13 (1, 2, 3, 4) установлен сигнализатор отпуска тормозов в виде пневмоэлектрического реле (ПЭР = 21) с индикатором (СН = 22).

Электропневматический тормоз вагонотолкателя типа ТЭВ содержит источник сжатого воздуха, сообщенную с ним питательную магистраль (ПМ), тормозную магистраль (ТМ), тормозные цилиндры [13(1, 2, 3, 4)], а также тормозные электропневматические реле (ЭПР1, ЭПР2).

Источник сжатого воздуха содержит компрессорную установку 1 с сепаратором 2 для очистки сжатого воздуха и осушителем сжатого воздуха 3, обратный клапан 4, предохранительный клапан 5, главный воздушный резервуар 6.

Питательная магистраль разделена на два канала, формирующих питательную (ПМ) и тормозную (ТМ) магистрали вагонотолкателя и состава вагонов, перемещаемых вагонотолкателем.

На питательной магистрали состава вагонов последовательно установлены клапан максимального давления тормозной магистрали состава вагонов [12(1)], который отрегулирован на давление 0,55 МПа, и тормозное электропневматическое реле состава вагонов (ЭПР1 = 19), выход которого подсоединен к тормозной магистрали состава вагонов. Тормозное электропневматическое реле состава вагонов (ЭПР1 = 19) в обесточенном состоянии соединяет тормозную магистраль (ТМ) с «атмосферой» (железнодорожный термин). На питательной магистрали вагонотолкателя (ПМ) последовательно установлены клапан максимального давления тормозных цилиндров вагонотолкателя [12(2)], который отрегулирован на 0,30–0,42 МПа, и тормозное электропневматическое реле вагонотолкателя (ЭПР2 = 20), выход которого через переключающий клапан (ПК = 11) соединен с тормозными цилиндрами вагонотолкателя [13(1, 2, 3, 4)], и датчиком давления воздуха в тормозных цилиндрах 21, связанного с сигнализатором отпуска тормозов 22. Тормозной электропневматический вентиль (ЭПР2 = 20) в обесточенном состоянии подпитывает тормозные цилиндры вагонотолкателя [13(1, 2, 3, 4)] через переключающий клапан (ПК=11) сжатым воздухом давлением 0,30–0,42 МПа.

Главный и запасной воздушные резервуары оснащены спускными кранами для продувки резервуаров 14(1) и 14(2) соответственно.

Установленные в воздушных магистралях манометры показывают давление сжатого воздуха в питательной 15(1), тормозной 15(2) и трубопроводах тормозных цилиндров 15(3).

Для отключения отдельных узлов тормозного оборудования применены разобщительные краны 16(1, 2, 3, 4, 5).

Во всех вагонах состава запасной резервуар (ЗР = 7) необходим для заполнения тормозных цилиндров каждого вагона состава при торможении через воздухораспределитель (ВР) каждого вагона состава. При отпуске тормозов запасной резервуар (ЗР = 7) заполняется сжатым воздухом от тормозной магистрали (ТМ) через воздухораспределитель (ВР) каждого вагона состава. Управление автотормозами при движении поезда и удержании состава вагонов реализуется следующим образом.

Для торможения вагонотолкателя типа ТЭВ достаточно снять напряжение с тормозного электропневматического реле (ЭПР2), которое соединит переключающий клапан (ПК = 11) с клапаном максимального давления [12(2)], отрегулирован на требуемую величину давления в тормозных цилиндрах [13(1, 2, 3, 4)]. Под воздействием давления переключающий клапан (ПК = 11) откроет канал для поступления сжатого воздуха от клапана максимального давления [12(2)] в тормозные цилиндры [13(1, 2, 3, 4)]. Происходит торможение вагонотолкателя типа ТЭВ, остановка поезда и его удержание.

Перед приведением поезда в движение производится отпуск тормоза вагонотолкателя типа ТЭВ подачей напряжения на катушку тормозного электропневматического реле (ЭПР2), которое сообщает линию тормозных цилиндров [13(1, 2, 3, 4)] с «атмосферой» (железнодорожный термин).

Заключение

Для обеспечения безопасности движения поезда при его удержании на уклоне производится расчет допустимой величины уклона железнодорожного участка в зависимости от веса состава вагонов и тормозной эффективности вагонотолкателя серии ТЭВ. Гарантией точности расчетов является дополнительный учет влияния скорости движения на тормозную эффективность вагонотолкателя серии ТЭВ и соблюдения задаваемого норматива скорости.

Гарантией безопасности движения является принятый принцип работы электропневматических реле (ЭПР1, ЭПР2) управления пневматическими процессами, которые в случае несанкционированного снятия напряжения питания вагонотолкателя серии ТЭВ переводят систему вагонотолкателя или состава вагонов в тормозной режим.

При потере питания вагонотолкателя серии ТЭВ оба реле управления электропневматическим тормозом [тормозное электропневматическое реле вагонотолкателя (ЭПР2 = 20) и тормозное электропневматическое реле состава вагонов (ЭПР1 = 19)] теряют питание. В этом случае тормозное электропневматическое реле состава вагонов (ЭПР1 = 19) соединяет тормозную магистраль (ТМ) с «атмосферой» (железнодорожный термин). Падение давления в тормозной магистрали состава вагонов вызывает срабатывание воздухораспределителей каждого вагона, а от них срабатывание пневматических тормозов всех вагонов состава. Под воздействием давления переключающий клапан (ПК = 11) откроет канал для поступления сжатого воздуха от воздухораспределителя (ВР) вагонотолкателя серии ТЭВ в тормозные цилиндры 13(1,2,3,4), что приведет к срабатыванию тормозов самого вагонотолкателя. Происходит остановка вагонотолкателя серии ТЭВ и всех вагонов состава и их удержание как тормозом вагонотолкателя серии ТЭВ, так и тормозами вагонов всего состава. Эта ситуация является экстремальной и помогает удерживать состав вагонов с вагонотолкателем серии ТЭВ в заторможенном состоянии.

Особенностью применяемого технологического процесса погрузочно-разгрузочного комплекса является выполнение операций при полностью заряженной тормозной сети состава вагонов с достаточным применением только тормоза вагонотолкателя серии ТЭВ. Такой метод резервирования тормозной системы состава вагонов обеспечивает полную тормозную эффективность поезда в случае нештатной ситуации за счет приведения в действие всех тормозов поезда с помощью тормозного электропневматического реле состава вагонов (ЭПР1).

Список литературы

1. Крылов В.И., Крылов В.В., Ефремов В.Н., Демушкин П.Т. Тормозное оборудование железнодорожного подвижного соста( ва: справочник. М.: Транспорт; 1989. 487 с.

2. Гребенюк П.Т. Правила тормозных расчетов. М.: Интекст; 2004. 102 с.

3. Глушко М.И., Антропов А.Н. Оценка тормозной эффективности маневрового состава. Локомотив. 2010;(10):34–36.

4. Одиноков О.И., Рошинец О.И, Смирнов В.П. Электропнев( матический тормоз вагонотолкателя (варианты): Патент №2661175 от 12.07.2018 г.