CC BY
14
Киселев Александр Александрович
Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I (ПГУПС).
Московский пр., 9, г. Санкт-Петербург, 190031, Российская Федерация.
Аспирант кафедры «Электрическая тяга», ПГУПС.
Тел.: +7 (921) 411-53-06.
E-mail: akiselev1995@mail.ru.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Мазнев, А. С. Улучшение регулировочных свойств электрического подвижного состава постоянного тока [Текст] / А. С. Мазнев, А. А. Киселев // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. -2019. - № 1 (37). - С. 17 - 27.
Kiselev Aleksandr Aleksandrovich
Emperor Aleksander I St. Petersburg State Transport University (PSTU).
9, Moskovskiy av., St. Petersburg, 190031, the Russian Federation.
Postgraduate of the department «Electric Traction», PSTU.
Phone: +7 (921) 411-53-06.
E-mail: akiselev1995@mail.ru.
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Maznev A. S., Kiselev A. A. Improving the adjusting properties of DC electric rolling stock. Journal of Transsib Railway Studies, 2019, vol. 1, no 37, pp. 17 - 27 (In Russian).
УДК 629.4
Н. И. Мануилов
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС), г. Иркутск, Российская Федерация
АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ГЛАВНЫХ РЕЗЕРВУАРАХ ЛОКОМОТИВА НА ОСНОВЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ПОЕЗДНЫХ ИСПЫТАНИЙ
Аннотация. Предметом исследования данной статьи является давление в главном резервуаре локомотива. Цель исследования - получить и проанализировать уникальные данные снижения давления в главном резервуаре локомотива. При проведении поездных испытаний разработанной автором системы диагностики тормозной сети поезда получены данные изменения давления в главном резервуаре локомотива в зависимости от управляющих воздействий машиниста в режиме реального времени. Достигнуто это с помощью установки датчика измерения давления в питательную магистраль локомотива и обработки данных с помощью программно-технического комплекса системы диагностики тормозной сети поезда. В работе применены методы математического анализа, метод эксперимента, аналитический метод. В результате работы описаны кривые снижения давления в соответствии с процессами, протекающими в главных резервуарах локомотива в процессе поездной работы. Произведено объяснение протекания пневматических процессов в соответствии с учетом специфики работы тормозного оборудования подвижного состава железных дорог. Произведен эксперимент замера плотности тормозной сети поезда машинистом и системы диагностики тормозной сети поезда, представлена сходимость результатов. Также определены количественные показатели скорости измерения штатным и предлагаемым способами. Результаты исследований применены для совершенствования методов и средств диагностики тормозной сети поезда, моделирования пневматических процессов тормозной системы поезда. Кривые снижения давления имеют свой газодинамический характер, позволяющий определять режим работы тормозной системы, а также осуществлять диагностику неисправностей тормозной сети поезда, таких как перекрытие концевых кранов, утечки в пути следования.
Ключевые слова: главные резервуары, безопасность движения, плотность тормозной сети поезда, тормоза, эксперимент, система диагностики, изменение давления.
Nikita I. Manuilov
Irkutsk State University of Railways (IRGUPS), Irkutsk, the Russian Federation
ANALYSIS OF CHANGE OF PRESSURE IN THE MAIN RESERVES OF LOCOMOTIVE BASED ON THE RESULTS OF TRAIN TESTS
Abstract. The subject of this article is the pressure in the main reservoir of the locomotive. The purpose of the study is to obtain and analyze unique data on pressure reduction in the main reservoir of the locomotive. When carrying out train tests developed by the author of the train brake diagnostic system, pressure changes in the main reservoir of the locomotive were obtained depending on the driver's control effects in real time. This was achieved by installing a sensor measuring the pressure in the nutrient line of the locomotive and processing data using the software and hard-
ware complex diagnostics system for the brake network of the train. In work methods of the mathematical analysis, a method of experiment, an analytical method are applied. As a result of the work, pressure reduction curves are described in accordance with the processes occurring in the main tanks of the locomotive during train operation. An explanation of the flow of pneumatic processes in accordance with the specifics of the braking equipment of the rolling stock of railways. An experiment was carried out to measure the density of the brake network of a train by a machinist and a system for diagnosing the brake network of a train, and the convergence of results was presented. Also, quantitative indicators of the measurement rate by the standard and proposed method are determined. The research results were applied to improve the methods and means of diagnosing the brake network of a train, modeling pneumatic processes of the train's brake system. Pressure reduction curves have their own gas-dynamic nature, which allows to determine the mode of operation of the braking system, as well as diagnose faults in the brake network of the train, such as shutting off end valves, leaks along the way.
Keywords: main tanks, traffic safety, train brake network density, brakes, experiment, diagnostic system, pressure change.
Повышение безопасности движения поездов является одной из приоритетных задач в компании Открытое акционерное общество «Российские железные дороги», что неразрывно связано с общими результатами работы и структурными преобразованиями, которые реализуются на железнодорожном транспорте. В этой связи необходимо изобретать, модернизировать, совершенствовать не только тормозное оборудование, но и технологии его обслуживания, диагностики и ремонта [12].
С целью повышения безопасности движения и увеличения участковой скорости на сети железных дорог предложена система диагностики тормозной сети поезда (ТСП) [3, 10]. Сотрудниками кафедры «Электроподвижной состав» ИрГУПСа совместно с ВосточноСибирской дирекцией тяги и ООО «Локотех-Сервис» система диагностики ТСП установлена на электровозе серии 2ЭС5К № 085 (рисунок 1). Блок коммутации размещен в кабине с правой стороны от машиниста, блок индикации располагается на пульте управления машиниста [13].
Блок
Блок индикации коммутации
Рисунок 1 - Общий вид системы диагностики ТСП в кабине электровоза 2ЭС5К «Ермак»
В процессе поездных испытаний произведена фиксация управляющих воздействий машиниста на пневматическую систему поезда с одновременным измерением системой диагностики ТСП изменения давления в главном резервуаре (ГР).
Проанализированы закономерности изменения давления в процессе управления автотормозами краном машиниста усл. № 395. На рисунке 2 изображены кривые изменения давления в ГР локомотива, записанные во время управления тормозами локомотива краном вспомогательного тормоза (КВТ) усл. № 215.
Управление пневматическими приборами локомотива отражается на изменении давления в главном резервуаре в виде параллельного нестационарного процесса, где 3 - кривая,
полученная без применения крана вспомогательного тормоза усл. № 215, характеризующая основной стационарный процесс, при котором падение давления происходит только за счет утечек из тормозной магистрали (ТМ) поезда и питательной магистрали (ПМ) локомотива. На кривой 1 изображено несколько ступеней торможения краном вспомогательного тормоза, где производится наполнение тормозных цилиндров (ТЦ) локомотива во II положении (0,1 МПа), через несколько секунд - в III положении крана вспомогательного тормоза (0,2 МПа) и переход к основному стационарному процессу. Далее производится отпуск крана вспомогательного тормоза до 0 МПа.
Время, с
Рисунок 2 - График снижения давления в главном резервуаре локомотива от применения крана вспомогательного тормоза
Пневматический процесс 2 иллюстрирует применение крана вспомогательного тормоза до полной остановки в две ступени, где производится наполнение тормозных цилиндров локомотива во II положении (0,1 МПа), затем фиксация в V положении крана вспомогательного тормоза (0,4 МПа). На графике 3, представленном на рисунке 2, показано осуществление наполнения ТЦ локомотива давлением менее 0,1 МПа.
Таким образом, каждое торможение краном вспомогательного тормоза имеет характерные кривые, которые предложенная система диагностики при помощи статистических моделей может идентифицировать [11].
На рисунке 3 представлено два процесса: основной стационарный, связанный только с естественными утечками из ТМ поезда и ПМ локомотива, и основной нестационарный процесс, который включает в себя восполнение расхода воздуха из запасных резервуаров (ЗР) после торможения и который начинается в режиме отпуска тормозов. Оба графика - 1 и 2 на рисунке 3 - абсолютно идентичны до момента перевода управляющего органа крана машиниста усл. № 395 в положение отпуска, в котором наблюдается дополнительное экспоненциальное отклонение кривой ввиду расхода сжатого воздуха.
Если наложить все кривые во время осуществления основного нестационарного процесса по восстановлению давления в запасных резервуарах и камерах тормозных приборов, можно проследить закономерность уменьшения утечки по мере насыщения тормозной системы, которое заключается в наборе плавности фронта кривой.
На рисунке 4 видно, что на каждой кривой 1 - 6 скорость расхода воздуха снижается и в конечном счете устанавливается основной стационарный процесс. На данном графике изображен процесс «откачки» поезда, т. е. зарядка тормозной сети поезда сжатым воздухом из главных резервуаров локомотива. При зарядке тормозной магистрали поезда от локомотива в начале поездки среднее количество циклов откачки равно 5, что выяснено экспериментальным путем [5, 7]. На рисунке 5 изображен график изменения основного нестационарного процесса вследствие сокращения длины поезда. При перекрытии концевых кранов между вагонами основной стационарный процесс изменяет свою интенсивность, снижение давле-
ния в главных резервуарах увеличивается во времени, т. е. плотность поезда увеличивается. Во время эксперимента система диагностики тормозной сети поезда это зафиксировала и на блоке индикации появилось сообщение «Перекрытие». После перекрытия концевого крана был использован кран вспомогательного тормоза, что отразилось на кривой в виде расхода воздуха из главных резервуаров на восполнение утечек и увеличения времени снижения давления относительно кривой 2. При этом видно, что данному изменению предшествовало наложение кривых 2 - 4 при основном стационарном процессе до изменения длины поезда.
200 250
Время, с
Рисунок 3 - График снижения давления в главных резервуарах локомотива от применения крана машиниста в режиме отпуска тормозов
ГШ 410
■К.
}»
| и»
ТО
ТЩ
II I С К |/П I
н I а |\л Iх-1 -
||Щ II I I
№
1«
1Л
14»
Время, с
Рисунок 4 - График снижения давления в главных резервуарах локомотива при зарядке тормозной сети поезда сжатым воздухом из главных резервуаров локомотива
Перекрытие
150
Время, с
Рисунок 5 - График снижения давления в главных резервуарах локомотива при перекрытии кранов в поезде
Контрольные результаты замера плотности тормозной сети поезда, произведенные в течение шести поездок на участке Слюдянка - Иркутск-Сортировочный - Зима, в каждой по 15 измерений с помощью метода, регламентированного Правилами, представлены в таблице 1 и системой диагностики тормозной сети поезда в таблице 2 [9].
Таблица 1 - Результаты замеров плотности ТСП машинистом электровоза по манометрам и часам
Номер замера Значение плотности тормозной сети, с (1-й поезд) Значение плотности тормозной сети, с (2-й поезд) Значение плотности тормозной сети, с (3-й поезд)
1 110 350 290
2 125 375 300
3 95 326 285
4 91 330 270
5 98 320 310
6 120 325 325
7 117 270 295
8 99 340 275
9 98 370 280
10 116 385 300
11 110 330 305
12 115 355 270
13 100 345 280
14 120 350 335
15 98 340 300
В таблице 2 представлены результаты эксперимента замера плотности тормозной сети поезда предлагаемым устройством.
Таблица 2 - Результаты замеров плотности тормозной сети поезда прототипом системы диагностики тормозной сети поезда
Номер замера Значение плотности тормозной сети, с (1-й поезд) Значение плотности тормозной сети, с (2-й поезд) Значение плотности тормозной сети, с (3 -й поезд)
1 100 357 282
2 99 355 281
3 99 355 285
4 97 340 277
5 98 360 280
6 105 350 282
7 103 355 290
8 99 355 295
9 98 340 293
10 105 352 293
11 103 355 290
12 99 355 291
13 99 350 287
14 98 357 285
15 98 355 280
Проверка сходимости экспериментальных данных, полученных при замере штатным способом (по манометру и часам), с данными, полученными предлагаемым устройством, заключается в вычислении коэффициента вариации. Коэффициент вариации характеризует относительную меру отклонения измеренных значений от среднеарифметического, и позволяет в полной мере оценить степень разбросанности значения исследуемого параметра плотности ТСП:
V = ^-100%, (1)
X
где а - среднее квадратическое отклонение;
х - среднее арифметическое вариационного ряда.
Среднеквадратическое отклонение в полученных экспериментальных данных показывает абсолютное отклонение измеренных значений от среднеарифметического [11]. Для получения этого показателя по выборке используют формулу:
а =
н^-*):, (2)
п
где - - среднее арифметическое значение результатов; п - число измерений.
Для определения среднего арифметического значения используем формулу:
Н 1 *
- = н=1-, (3)
п
где НП= 1 * - сумма всех значений выборки; п - объем выборки [8].
В таблице 3 представлены значения плотности ТСП, полученные при замере двумя способами с вычисленными относительными показателями меры разбросанности значений.
Таблица 3 - Значения плотности ТСП, полученные при замере двумя способами с вычисленными относительными показателями меры разбросанности значений
Замер плотности машинистом Замер плотности устройством
Номер среднее среднеквадра- коэффициент средне среднеквадра- коэффициент
замера арифмети- тическое вариации, % арифмети- тическое вариации, %
ческое отклонение ческое отклонение
1 107,467 10,576 10 100,000 2,556 3
2 340,733 26,474 8 352,733 5,567 2
3 294,667 18,481 6 286,067 5,471 2
Среднее значение коэффициента вариации при замере штатным способом 9 %, а при замере новым способом - 2,6 %. Соответственно точность замера выше более чем в три раза. А время замера плотности тормозной сети поезда с использованием предложенного устройства более чем в 30 раз меньше.
В результате работы построены и приведены кривые изменения давления в главных резервуарах локомотива, полученные с помощью системы диагностики тормозной сети поезда. Данные кривые могут быть применены в моделировании и дальнейшем исследовании газодинамических процессов тормозной сети поезда. Измерение плотности тормозной сети поезда с использованием предлагаемого ускоренного замера позволяет с высокой точностью за минимальное время вычислить данный параметр. После вычисления и вывода на дисплей значения плотности тормозной сети поезда устройство производит диагностику тормозной сети поезда по характеру газодинамических процессов. По кривым снижения давления можно определять режим работы тормозной системы и осуществлять диагностику неисправностей тормозной сети поезда, таких как перекрытие концевых кранов, утечки в пути следования [3,10].
Список литературы
1. Иноземцев, В. Г. Автоматические тормоза [Текст] / В. Г. Иноземцев, В. М. Казаринов, В. Ф. Ясенцев. - М.: Транспорт, 1981. - 464 с.
2. Иванов, П. Ю. Причины самопроизвольного срабатывания автотормозов в грузовых поездах [Текст] / П. Ю. Иванов, Н. И. Мануилов, Е. Ю. Дульский // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2017. - № 2 (30). - С. 17 - 25.
3. Интеллектуальная система диагностики тормозной сети поезда [Текст] / П. Ю. Иванов, Н. И. Мануилов и др. // Материалы V междунар. науч.-практ. конф. «Локомотивы. Транспорт-но - технологические комплексы. XXI век» / Санкт-Петербургский гос. ун-т путей сообщения. -СПб, 2017. - С. 346 - 350.
4. Мануилов, Н. И. Влияние человеческого фактора на надежность тормозного оборудования поезда [Текст] / Н. И. Мануилов // Мир транспорта. - 2017. - № 3 (70) - С. 196 - 204.
5. Мануилов, Н. И. Анализ влияния человеческого фактора на безотказную работу тормозного оборудования поездов [Текст] / Н. И. Мануилов, П. Ю. Иванов, Е. Ю. Дульский // Наука вчера, сегодня, завтра. - 2016. - № 12 (34). - С. 48 - 57.
6. Мосолов, Д. Н. Учебное пособие по курсу «Электротехника и электроника» [Текст] / Д. Н. Мосолов / Московский гос. ун-т экономики, статистики и информатики. - М., 2008. -195 с.
7. Основы технической диагностики [Текст] / Под ред. П. П. Пархоменко. - М.: Энергия, 1976. - 464 с.
8. Высшая математика для экономического бакалавриата: Учебник и практикум [Текст] / Н. Ш. Кремер, Б. А. Путко и др. - М.: Юрайт; 2012. - 909 с.
9. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации [Электронный ресурс]: Утверждены приказом Минтранса России от 21.12.2010. № 286 // СПС КонсультантПлюс (дата обращения: 11.09.2018 г.).
10. Интеллектуальная система диагностики тормозной сети поезда [Текст] / А. М. Худоно-гов, П. Ю. Иванов и др. // Известия Санкт-Петербургского ун-та путей сообщения / Санкт-Петербургский гос. ун-т путей сообщения. - СПб, 2018. - № 1. - С. 130 - 135.
11. Пат. 2662295 Российская Федерация, МПК 51 B 60 T 17/22. Способ интеллектуальной диагностики тормозной сети поезда и устройство для его реализации [Текст] / Иванов П. Ю., Мануилов Н. И., Дульский Е. Ю.; заявитель и патентообладатель Иркутский гос. ун-т путей сообщения. - № 201613672/11; заявл. 16.09.2016; опубл. 25.07.2018, Бюл. № 21.
12. Методика и техника поездных испытаний системы диагностики тормозной сети поезда на электровозе переменного тока 2ЭС5К [Текст] / А. М. Худоногов, Н. И. Мануилов и др. // Материалы девятой междунар. науч.-практ. конф. «Транспортная инфраструктура Сибирского региона» / Иркутский гос. ун-т путей сообщения. - Иркутск, 2018. - С. 300 - 304.
References
1. Inozemtsev V. G., Kazarinov V. M., Yasentsev V. F. Avtomaticheskie tormoza (Automatic brakes). Moscow: Transport, 1981, 464 p.
2. Ivanov P. Yu., Manuilov N. I., Dulsky E. Yu. Causes of spontaneous triggering of auto brakes in freight trains [Prichiny samoproizvol'nogo srabatyvaniya avtotormozov v gruzovyh poezdah]. Izvestiia Transsiba - The journal of Transsib Railway Studies, 2017, no. 2 (30), pp. 17 - 25.
3. Ivanov P. Yu., Manuilov N. I., Dulsky E. Yu., Khudonogov A. M. The intellectual system for diagnosing the brake network of a train [Intellektual'naya sistema diagnostiki tormoznoj seti poezda]. Teszisy dokladov Mezhdunarodnoi konferentsii «Materialy V mezhdunar. nauch.-prakt. konf. «Lokomotivy. Transportno - tekhnologicheskie kompleksy. XXI vek»» (Materials of the V International Scientific and Technical Conference «Transport - technological complexes. XXI century: dedicated to the 180th anniversar y of the railways of Russia»). St. Petersburg, 2017, pp. 346 - 350.
4. Manuilov N. I. The influence of the human factor on the reliability of the brake equipment of a train [Vliyanie chelovecheskogo faktora na nadezhnost' tormoznogo oborudovaniya poezda]. Mir transporta - World of Transport, 2017, no 3 (70), pp. 196 - 204.
5. Manuilov N. I., Ivanov P. Yu., Dulsky E. Yu. Analysis of the influence of the human factor on the trouble-free operation of the brake equipment of trains [Analiz vliyaniya chelovecheskogo faktora na bezotkaznuyu rabotu tormoznogo oborudovaniya poezdov]. Nauka vchera, segodnya, zavtra - Science yesterday, today, tomorrow, 2016, no. 12-2 (34), pp. 48 - 57.
6. Mosolov D. N. Uchebnoe posobie po kursu «EHlektrotekhnika i ehlektronika» (The manual on the course «Electrical Engineering and Electronics»). Moscow: State University of Economics, Statistics and Informatics, 2008, 195 p.
7. Parkhomenko P. P., Karibsky V. V. Osnovy tekhnicheskoj diagnostiki (Fundamentals of technical diagnostics). Moscow: Energy, 1976, 464 p.
8. Kremer N. Sh., Putko B. A., Trishin I. M., Fridman M. N. Vysshaya matematika dlya ehko-nomicheskogo bakalavriata : uchebnik i praktikum (Higher Mathematics for Economic Baccalaureate: a textbook and practical work). Moscow: Publishing Yurayt, 2012, 909 p.
9. Pravila tekhnicheskoj ehkspluatacii zheleznyh dorog Rossijskoj Federacii (Rules of technical operation of railways of the Russian Federation^, Moscow, Approved by order of the Ministry of Transport of Russia, 2010, no. 286.
10. Khudonogov A. M., Manuilov N. I., Ivanov P. Yu., Dulsky E. Yu. Intelligent diagnostic system for the brake network of a train [Intellektual'naya sistema diagnostiki tormoznoj seti poezda]. Izvestiia Petersburgskogo Transsiba - The journal of the St. Petersburg University of Communications, 2018, no 1, pp. 130 - 135.
11. Ivanov P.Yu., Manuilov N.I., Dulsky E.Yu. Patent RU 2622295 C51 B60 T 17/22, 03.19.2018.
12. Khudonogov A. M., Manuilov N. I., Ivanov P. Yu., Dulsky E. Yu. Methodology and technique of train testing of the diagnostic system for the brake network of an alternating-current locomotive train 2ES5K [Metodika i tekhnika poezdnyh ispytanij sistemy diagnostiki tormoznoj seti poezda na ehlektrovoze peremennogo toka 2EHS5K]. Materialy devyatoj mezhdunar. nauch.-prakt. konf. «Transportnaya infrastruktura Sibirskogo regiona» (Materials of the Ninth International Scientific and Practical Conference «Transport Infrastructure of the Siberian Region», Irkutsk, 2018, pp. 300 - 304.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Мануилов Никита Игоревич
Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС).
ул. Чернышевского, д. 15, г. Иркутск, 664074, Российская Федерация.
Аспирант кафедры «Электроподвижной состав», ИрГУПС.
Тел.: +7 (950) 38-93-559.
E-mail: nikita-manuilov@mail.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Мануилов, Н. И. Анализ изменения давления в главных резервуарах локомотива на основе результатов поездных испытаний [Текст] / Н. И. Мануилов // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2019. - № 1 (37). -С. 27 - 34.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Manuilov Nikita Igorevich
Irkutsk State University of Railways (IRGUPS). 15, Chernyshevskogo st., Irkutsk, 664074, the Russian Federation.
Postgraduate of the department «Electric rolling stock», IRGUPS.
Phone: +7 (950) 38-93-559. E-mail: nikita-manuilov@mail.ru
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Manuilov N. I. Analysis of change of pressure in the main reserves of locomotive based on the results of train tests. Journal of Transsib Railway Studies, 2019, vol. 1, no 37, pp. 27 - 34 (In Russian).
