CC BY
61
УДК 656.259.12
А. В. Якушев, С. А. Фомин, Ю. В. Гомонец
ИЗМЕНЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ КОЛЕСНЫХ ПАР ВАГОНОВ МЕТРО С УВЕЛИЧЕНИЕМ СРОКА ЭКСПЛУАТАЦИИ
Дата поступления: 07.09.2017 Решение о публикации: 21.11.2017
Аннотация
Цель: Анализ изменения электрического сопротивления колесных пар на протяжении срока службы с целью опытной проверки влияния электрического сопротивления колесных пар на надежность работы рельсовой цепи в шунтовом режиме. Методы: Величины электрических сопротивлений колесных пар получены методом прямых измерений. Результаты: Измерены электрические сопротивления 10 колесных пар различных заводов-изготовителей, имеющих разные сроки эксплуатации (от 4 до 22 лет), пробеги (от 480 864 до 2 759 954 км) и количества ремонтов. Проведен анализ изменения электрического сопротивления колесных пар на протяжении срока службы. Практическая значимость: Установлено, что срок службы, пробеги, количества ремонтов колесных пар не влияют на изменение их электрического сопротивления, следовательно, изменение шунтовой чувствительности рельсовой цепи зависит от других факторов.
Ключевые слова: Электрическое сопротивление, колесная пара, измерение, срок службы, срок эксплуатации, ремонт, рельсовая цепь, шунтовая чувствительность.
* Alexey V. Yakushev, Cand. Eng. Sci., associate professor, [email protected]; Sergey A. Fomin, postgraduate student, [email protected] (Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University); Julia V. Gomonets, chief of department, [email protected] (Co Ltd "N-industry") CHANGING ELECTRICAL RESISTANCE VALUE OF SUBWAY CAR WHEELSETS WITH INCREASING OPERATION PERIOD
Summary
Objective: Analysis of change in electrical resistance of wheelsets during lifetime with the purpose of test influence checking of electric wheelset resistance on reliability of rail circuit in shunt regime. Methods: Values of wheelset electrical resistance are obtained by the method of direct measurements. Results: Electrical resistance of 10 wheelsets of different manufactures with different operation terms (from 4 to 22 years), runs (from 480 864 to 2 759 954 km) and the quantity of repairs are measured. The analysis of electrical resistance change of wheelsets during lifetime is performed. Practical importance: It is stated that lifetime, runs, the quantity wheelset repairs do not influence on the change of their electrical resistance, thus changing shunt sensitivity of rail circuit depends on the other factors.
Keywords: Electrical resistance, wheelset, measurement, lifetime, operation term, repair, rail circuit, shunt sensitivity.
Введение
Надежность работы рельсовой цепи (РЦ) в шунтовом режиме характеризуется абсолютной
шунтовой чувствительностью Я и коэффициентом чувствительности к нормативному поездному шунту [1, 2]. Когда на путь в пределах РЦ вступает поезд, образуется электрическая
цепь, в которой ток от трансформатора протекает через колесные пары. РЦ шунтируется, поскольку параллельно аппаратуре приемного конца подключается шунт - колесные пары поезда с очень малым электрическим сопротивлением. Сигнальный ток в основном пойдет через колесные пары, и ток в путевом реле резко падает [3, 4]. В результате фронтовые контакты путевого реле размыкаются, и РЦ считается занятой. Снижение тока (напряжения) в обмотке путевого реле под действием колесных пар называется шунтовым эффектом, а колесные пары - поездным шунтом.
Параметр Я представляет собой сопротивление поездного шунта, при котором напряжение на входе приемника уменьшается до напряжения надежного возврата и при наихудших условиях шунтового режима [5-8].
РЦ должны иметь Яш > 0,06 Ом, называемую нормативной.
Коэффициент чувствительности к нормативному поездному шунту Кшн - это отношение напряжения надежного возврата и приемника к фактическому напряжению на его входе иш при наложенном на РЦ шунте сопротивлением 0,06 Ом в наихудших условиях для шунтового режима, т. е. К = и / и .
^ ± ' ш вн ш
Шунтовой режим выполняется, если Я > > Я = 0,06 Ом или К > 1.
шн шн
Для получения ивн на входе приемника при наихудших для шунтового режима условиях необходимо, чтобы напряжение питания РЦ было равно определенному (максимально допустимому) напряжению идш. Следовательно, для выполнения шунтового режима требуется, чтобы фактическое напряжение питания и было меньше или равно и , т. е.
ф 1 дш7
и < и .
ф дш
Коэффициент чувствительности к оборванной (поврежденной) нити Ккп характеризует работу РЦ в контрольном режиме. Он представляет собой отношение величины и к
вн
фактическому напряжению приемника ик в контрольном режиме при критическом сопротивлении изоляции и критическом месте обрыва: К = и / и. Контрольный режим РЦ
1 кп вн к 1 1 1
выполняется, если К > 1.
Для определения величины ивн на входе приемника при наихудших для контрольного режима условиях необходимо, чтобы напряжение питания РЦ было равно определенному (максимально допустимому) напряжению идкп. Для обеспечения контрольного режима требуется, чтобы фактическое напряжение питания и было меньше или равно и , т. е.
ф дкп
иф < и .
ф дкп
Коэффициенты К , К и К используют
х х пер7 шн кп
при расчетах РЦ с учетом наиболее неблагоприятного сочетания параметров элементов аппаратуры и рельсовой линии в каждом из режимов.
Исходя из вышеприведенной теории [1], можно сделать предположение, что колесные пары существенного влияния на надежность работы РЦ в шунтовом режиме не оказывают, т. е. теоретически электрическое сопротивление колесной пары, замеренное при ее формировании, остается практически неизменным за весь период срока службы этой пары.
На практике существует проблема периодического появления «ложной свободности» РЦ, которая актуальна для ГУП «Петербургский метрополитен». Как правило, данная неисправность возникает при движении «облегченного» подвижного состава (подвижной состав участка моторно-рельсового транспорта используется для осуществления хозяйственных перевозок после окончания движения поездов на линиях метрополитена в так называемое «ночное окно»), но выявлялись случаи, когда подвижной состав, находившийся на участке пути, кратковременно становился «невидимым» для поездного диспетчера.
В настоящее время в действующем ГОСТ [9] в конструкторской документации на колесные пары тележек вагонов метрополитена серий ЕМ, 81-й и их модификаций требование по обязательному измерению электрического сопротивления колесных пар отсутствует. Однако для колесных пар тягового подвижного состава железных дорог при изготовлении [10, 11] электрическое сопротивление между бандажами должно составлять не более 0,01 Ом.
Для изготавливаемых колесных пар метрополитена по проекту «НеВа» замер электрического сопротивления обязателен. Применяемая Skoda Transportation a. s. (Чехия) технология измерений соответствует требованиям [11] (рис. 1).
Метод измерения электрического сопротивления колесных пар вагонов метро, его точность, применяемые средства измерений и вспомогательные устройства аналогичны изложенным в [11].
Рис. 1. Замер электрического сопротивления колесной пары вагона по проекту «НеВа»
С целью опытной проверки влияния колесных пар на надежность работы РЦ в шунтовом режиме Службой подвижного состава ГУП «Петербургский метрополитен» совместно с ООО «Н-Индустрия» был проведен анализ изменения электрического сопротивления колесных пар на протяжении срока службы.
Объекты исследований
В качестве объектов исследований использовались: колесные пары неприводная (черт. Б0556675 СБ) и приводная (черт. Б0556676 СБ) по 1 шт. вагона метро поезда «НеВа», колесная пара (черт. 560.31.10.100 СБ (2.7170.31.10.012.20 СБ)) в количестве 8 шт. вагона метро 81-й серии.
На дату проведения измерений пробег колесных пар вагонов поезда «НеВа» составил 503 170 км, выполнена одна обточка колес в объеме ТР-3, начало эксплуатации колесных пар - с 2013 г., срок эксплуатации - 4 года.
Две колесные пары 2013 г. выпуска вагонов 81-й серии имели пробег 462 005 и 480 864 км, одна с 2001 г. эксплуатации - 2 103 388 км, одна с 1999 г. - 2 404 221 км, две с 1997 г. -2 357 156 и 2 531 938 км, одна с 1996 г. -2 759 954 км и одна с 1995 г. - 2 228 181 км.
Состояние всех исследуемых колесных пар приведено в табл. 1. Колесные пары вагонов 81-й серии имели от 1 до 3 переформирований, количество обточек текущих колес составило от 1 до 5, срок эксплуатации - от 4 до 22 лет, количество ремонтов - от 1 до 8 в объеме капитального (КР), среднего (СР) и текущего (ТР) ремонтов за период эксплуатации.
Средства измерений
Постановка задачи
В настоящей работе поставлена задача: определить опытным путем изменение величины электрического сопротивления колесных пар вагонов метро после ремонтов и обслу-живаний в депо на протяжении всего срока эксплуатации.
Электрическое сопротивление объектов контролировалось с помощью средств измерений, имеющих действующие свидетельства о поверке: миллиомметр цифровой АМ-6000, измеритель температуры ИВТМ-7, линейка с диапазоном измерений 0-1000 мм.
Параметры прибора АМ-6000: диапазон измерений - от 1 до 200 мОм, разрешение -
ТАБЛИЦА 1. Анализ состояния исследуемых колесных пар
Номер колесной пары Начало эксплуатации, год Пробег, км Объем ремонта и обслуживания колесной пары Дата последнего переформирования Количество обточек текущих колес
КР СР ТР-3 ТО-4 Переформирование
Чертеж DO 556675 СБ
89 2013 503 170 - - 1 - - - 1
Чертеж DO 556676 СБ
60 2013 503 170 - - 1 - - - 1
Чертежи 560.31.10.100 СБ и 2.7170.31.10.012.20 СБ
66856 1997 2357156 - 1 6 6 2 2013 1
12922 1996 2 759 954 - 1 7 6 3 2015 2
01187 2001 2103388 1 2 3 6 2 2013 2
56871 2013 480 864 - - 1 1 - - 2
19885 2013 462005 - - 1 1 - - 2
3071 1995 2228181 - 2 5 3 1 2007 5
06155 1999 2404221 - 1 6 6 2 2010 5
35996 1997 2531938 - 1 7 8 2 2010 3
Примечание. ТР-3 - текущий ремонт третьего объема, ТО-4 - техническое обслуживание четвертого объема.
0,1 мОм. Основную погрешность прибора в миллиомах вычисляли по формуле ±0,01Яизм + + 0,4, где Яизм - измеренная величина электрического сопротивления.
Методика измерений
Методика проведения измерений подробно изложена в [11]. Приведем основные ее положения.
Колесная пара устанавливалась на основание из электроизоляционного материала сопротивлением не менее 10 Ом-м, согласно рис. 2. Контактные медные пластины, соединенные с прибором АМ-6000 проводами по четырехзажимной схеме, крепили к поверхности катания колес струбцинами, выдерживая расстояние 50-100 мм (рис. 3).
Рис. 2. Установка колесной пары: 1 - колесная пара; 2 - основание; 3 - электроизоляционный материал; 4 - зажимы
тем, что в диапазоне от 0 до 1 мОм основная погрешность прибора составляла 0,4 мОм, что превышало измеренное значение. Производили переключение полярности цепей тока и напряжения прибора. Затем снова измеряли электрическое сопротивление. По результатам двух измерений находили среднеарифметическое значение. Его принимали за результат измерений для конкретной колесной пары.
Полученные фактические значения электрического сопротивления сравнивали с нормативным, равным 0,01 Ом (10 мОм). Если последнее было превышено, это означало отрицательный результат.
Результаты измерений
Результаты измерений электрического сопротивления колесных пар, с точностью три знака после запятой, приведены в табл. 2. Как из нее видно, вычисленные средние арифме-
ТАБЛИЦА 2. Результаты измерений
№ п/п Номер колесной пары Фактический диаметр колеса, мм Предельные размеры диаметра колеса, мм Результаты измерений, Ом
при прямом направлении тока при обратном направлении тока среднее арифметическое значение
Чертеж DO 556675 СБ
1 89 844 от 770 до 850,5 0,000 0,000 0,000
Чертеж DO 556676 СБ
2 60 844 от 770 до 850,5 0,000 0,000 0,000
Чертежи 560.31.10.100 СБ и 2.7170.31.10.012.20 СБ
3 66 856 782 от 725 до 790 0,000 0,000 0,000
4 12 922 777 от 725 до 790 0,000 0,000 0,000
5 01 187 773 от 725 до 790 0,000 0,000 0,000
6 56 871 753 от 725 до 790 0,000 0,000 0,000
7 19 885 753 от 725 до 790 0,000 0,000 0,000
8 3071 750 от 725 до 790 0,000 0,000 0,000
9 06 155 750 от 725 до 790 0,000 0,000 0,000
10 35 996 749 от 725 до 790 0,000 0,000 0,000
Рис. 3. Четырехзажимная схема измерения электрического сопротивления колесной пары: 1 - зажимы тока Хп, Х/2; 2 - зажимы напряжения X, Хт; 3 - миллиомметр
Измеренное значение фиксировали по от-счетному устройству прибора. Электрическое сопротивление колесной пары менее 1 мОм не учитывали и приравнивали к нулю, в связи с
тические величины электрического сопротивления по результатам фактических замеров равны нулю с точностью 3 знака после запятой. Изменения значений, регистрируемых прибором АМ-6000, происходили в четвертом знаке после запятой и составили менее 1 мОм. Вычисленные значения не превысили основной погрешности прибора 0,4 мОм, поэтому приравнены к нулю.
Стоит отметить, что фактические величины электрического сопротивления исследуемых колесных пар ниже примерно в 100 раз нормативного, равного 10 мОм. Количество, объемы и вид произведенных ремонтов [12], срок службы колесных пар [13] не повлияли на изменение электрического сопротивления.
Заключение
В результате проведенных исследований было установлено следующее.
Электрическое сопротивление колесных пар поезда метро «НеВа» и вагонов метро 81-й серии существенно ниже 10 мОм и не меняется от количества, объема и вида произведенного ремонта, а также от срока эксплуатации колесной пары.
Колесные пары поезда метро «НеВа» и вагонов метро 81-й серии, а также их состояние и срок эксплуатации не влияют на изменение шунтовой чувствительности РЦ.
В большей степени влияние на повышение электрического сопротивления оказывает переходное сопротивление между бандажом колесной пары и рельсом [14, 15]. Эта составляющая главным образом определяет сопротивление поездного шунта, изменяется в широких пределах в зависимости от состояния поверхности головок рельсов, числа осей на РЦ, давления на ось. Сопротивление поездного шунта увеличивается при появлении на головках рельсов ржавчины, грязи, шлака, пленок от бакелита и из нефтепродуктов.
Библиографический список
1. Воронин В. А. Рельсовые цепи на метрополитене / В. А. Воронин, А. П. Евпятьева, Н. В. Кук-сов. - М. : Транспорт, 2001. - 75 с.
2. Аркатов В. С. Рельсовые цепи. Анализ работы и техническое обслуживание / В. С. Аркатов, Ю. А. Кравцов // Вагоны и вагонное хозяйство. -2009. - № 1 (17). - С. 26-29.
3. Дмитриева В. С. Основы железнодорожной автоматики и телемеханики / В. С. Дмитриева. - М. : Транспорт, 1982. - 168 с.
4. Махмутов К. М. Устройства интервального регулирования движения поездов на метрополитене / К. М. Махмутов. - М. : Транспорт, 1986. -351 с.
5. Дмитриев В. С. Системы автоблокировки с рельсовыми цепями тональной частоты / В. С. Дмитриев, В. А. Минин. - М. : Транспорт, 1992. - 181 с.
6. Солнцев А. М. Устройства автоблокировки на метрополитене / А. М. Солнцев, К. И. Кудринская. - М. : Изд-во литературы по строительству, 1967. - 282 с.
7. Устройства сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) Московского метрополитена. Технология обслуживания. - М. : Транспорт, 1997. -192 с.
8. Устройства сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ) на метрополитенах. Технология обслуживания. - М. : Транспорт, 1991. - 176 с.
9. ГОСТ Р 51255-99. Колесные пары для вагонов метрополитена. Общие требования безопасности. -М. : Изд-во стандартов, 1999.
10. ГОСТ 11018-2011. Колесные пары тягового подвижного состава железных дорог колеи 1520 мм. Общие технические условия. - М. : Стандартин-форм,2012.
11. ГОСТ 31536-2012. Колесные пары тягового подвижного состава. Метод контроля электрического сопротивления. - М. : Стандартинформ, 2014.
12. Миронов В. И. Способ определения свойств поверхностного слоя материала грузовых вагонов / В. И. Миронов, А. В. Якушев // Подвижной состав XXI века : идеи, требования, проекты : тез. докл. V Междунар. науч.-технич. конференции. -СПб. : ПГУПС, 2007. - С. 104-107.
13. Миронов В. И. Повышение ресурса и живучести вагонных тележек / В. И. Миронов, В. П. Ефимов, А. В. Якушев // Проблемы механики сплошных сред и смежные вопросы технологии машиностроения : сб. докл. III конференции ДВО РАН ИМиМ. -Комсомольск-на-Амуре : ИМиМ ДВО РАН, 2005. -С. 212-218.
14. Бамбулевич В. Б. Испытание деталей и узлов объединения на стендах - оперативный и надежный способ оценки их качества / В. Б. Бамбулевич, Н. Л. Николаев, А. В. Якушев // Тяжелое машиностроение. - 2004. - № 4. - С. 11-12.
15. Николаев Н. Л. Испытание конструкционных материалов - составляющая высокого качества выпускаемой продукции / Н. Л. Николаев, А. В. Якушев // Тяжелое машиностроение. - 2004. - № 4. -С.13-14.
References
1. Voronin V. A., Evpyateva A. P. & Kuksov N. V. Relsovye tsepi na metropolitene [Rail circuit on subways]. Moscow, Transport Publ., 2001, 75 p. (In Russian)
2. Arkatov V. S. & Kravtsov Yu. A. Relsovye tsepi. Analiz raboty i tekhnicheskoe obsluzhivanie [Rail circuit. Analysis of operation and maintenance]. Cars and car equipment, 2009, no. 1 (17), pp. 26-29. (In Russian)
3. Dmitrieva V. S. Osnovy zheleznodorozhnoi av-tomatiki i telemekhaniki [Basics of railway automatics and telemechanics]. Moscow, Transport Publ., 1982, 168 p. (In Russian)
4. Makhmutov K. M. Ustrojstva intervalnogo regu-lirovaniya dvizheniyapoezdov na metropolitene [Devices of interval underground train regulation in metro]. Moscow, Transport Publ., 1986, 351 p. (In Russian)
5. Dmitriev V. S. & Minin V. A. Sistemy avtob-lokirovki s relsovymi tsepyami tonalnoj chastity [Autolock systems with rail tone frequency chains]. Moscow, Transport Publ., 1992, 181 p. (In Russian)
6. Solntsev A. M. & Kudrinskaya K. I. Ustrojstva avtoblokirovki na metropolitene [Auto-lock devices in metro]. Moscow, Publishing house of literature in building, 1967, 282 p. (In Russian)
7. Ustrojstva signalizatsii, tsentralizatsii i blokirov-ki (SSB) Moskovskogo metropolitena. Tekhnologiya obsluzhivaniya [Devices of signalling, centralization and blocking (SSB) of Moscow metro. Technology of service]. Moscow, Transport Publ., 1997, 192 p. (In Russian)
8. Ustrojstva signalizatsii, tsentralizatsii i blokirovki (SSB) na metropolitenakh. Tekhnologiya obsluzhivaniya [Devices of signalling, centralization and blocking (SSB) in metro. Technology of service]. Moscow, Transport Publ., 1991, 176 p. (In Russian)
9. GOST 51255-99. Kolesnye pary dlya vagonov metropolitena. Obshchie trebovaniya bezopasnosti [State Standard Specification 51255-99. Wheelsets for metro cars. General safety requirements]. Moscow, Standard Publishing house, 1999. (In Russian)
10. GOST 11018-2011. Kolesnye pary tyagovogo podvizhnogo sostava zheleznykh dorog kolei 1520 mm. Obshchie tekhnicheskie usloviya [State Standard Specification 11018-2011. Wheelsets of drag-out rolling stock of 1520 mm railway track. General technical conditions]. Moscow, Standardinform Publ., 2012. (In Russian)
11. GOST 31536-2012. Kolesnye pary tyagovogo podvizhnogo sostava. Metod kontrolya elektricheskogo soprotivleniya [State Standard Specification 315362012. Wheelsets of drag-out rolling stock. Method of electric resistance checking]. Moscow, Standardinform Publ., 2014. (In Russian)
12. Mironov V. I. & Yakushev A. V. Sposob opre-deleniya svoist poverkhnostnogo sloya materiala gru-zovykh vagonov [The way of determining properties of the surface material layer of freight cars]. Rolling stock of the XXIth century: ideas, requirements, projects: Report abstracts of the Vth International scientific-technical conference. Saint Petersburg, PGUPS Publ., 2007, pp. 104-107. (In Russian)
13. Mironov V. I., Efimov V. P. & Yakushev A. V. Povyshenie resursa i zhivuchesti vagonnykh telezhek [Increasing resource and durability of car bogies]. Continuum Mechanics problems and related issues of mechanical engineering technology. Proceedings of the IIIrd conference of FEB RAS IMiM. Komsomolskon-Amur, IMiM FEB RAS Publ., 2005, pp. 212-218. (In Russian)
14. Bambulevich V. B., Nikolaev N. L. & Yaku-shev A. V. Ispytanie detaley i uzlov obedineniya na stendakh - operativnyi i nadezhnyi sposob otsenki ikh kachestva [Testing parts and blocks of an association on stands is a quick and reliable way of evaluating their quality]. Heavy machine engineering, 2004, no. 4, pp. 11-12. (In Russian)
15. Nikolaev N. L. & Yakushev A. V. Ispytanie konstruktsionnykh materialov - sostavlyayush-chaya vysokogo kachestva vypuskaemoy produk-tsii [Testing construction materials is a component of high quality of output production]. Heavy machine engineering, 2004, no. 4, pp. 13-14. (In Russian)
*ЯКУШЕВ Алексей Вячеславович - канд. техн. наук, доцент, [email protected]; ФОМИН Сергей Анатольевич - аспирант, [email protected] (Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I); ГОМОНЕЦ Юлия Витальевна - начальник отдела, [email protected] (ООО «Н-Индустрия»).
