CC BY
29УДК 656.222.3
П. С. Бурдяк, Д. А. Сивицкий
Оптимизация эксплуатации инфраструктуры железнодорожных станций на основе применения шаблона контроля постановки
подвижного состава
Поступила 23.05.2019
Рецензирование 06.06.2019 Принята к печати 13.06.2019
В статье рассмотрен вопрос использования сигнальных знаков для обозначения границ железнодорожных путей, в пределах которых можно безопасно располагать подвижной состав. Рассмотрены сигнальные знаки, используемые в разных странах мира. Основным их предназначением является обозначение границ путей, не оборудованных рельсовыми цепями. На путях, оборудованных рельсовыми цепями, полезная длина пути, как правило, ограничена выходным, маршрутным или маневровым светофором. В таких случаях роль предельного столбика вторична по сравнению со светофором и его использование обусловлено только нештатными ситуациями, в которых необходимо определить габарит подвижного состава на соседних путях.
Использование предельных столбиков на главных и приемо-отправочных путях станций в нештатных ситуациях предложено заменить шаблоном, а сами предельные столбики ликвидировать. Расчет параметров шаблона для определения габарита подвижного состава выполнен с учетом основных схем расположения предельных столбиков для различных условий проектирования железнодорожных путей. При этом учтены различные параметры стрелочных переводов, радиусы закрестовинных кривых, значения междупутных расстояний, используемые при проектировании железнодорожных станций общей сети железных дорог. Предлагаемые в статье параметры шаблона могут быть легко реализованы за счет использования различных материалов, таких как дерево, пластик, металл, и простоты конструкции.
Ликвидация предельных столбиков на главных и приемо-отправочных путях железнодорожных станций, оборудованных рельсовыми цепями, позволит сократить эксплуатационные расходы на содержание инфраструктуры, облегчить труд по уборке снега в горловинах станций, повысить уровень механизации работ.
Ключевые слова: предельный столбик, габарит подвижного состава, габарит приближения строений, шаблон для определения габарита подвижного состава.
Общемировые тенденции к цифровизации железных дорог сегодня представлены технологиями автоведения поездов, безлюдными технологиями, системами компьютерного зрения и другими, что свидетельствует о необходимости соответствующего изменения инфраструктуры транспорта [1-3]. Вместе с этим развиваются методы моделирования работы станций и станционных устройств, которые могут являться основой для автоматизации станционных процессов и внедрения безлюдных технологий [4-6]. Существующие пилотные проекты железнодорожных станций без устройства привычной инфраструктуры свидетельствуют о возможности реализации таких проектов [1]. Период времени от опытной до промышленной эксплуатации обусловлен сложностью технических и технологических решений, применяемых в них. Наличие такого периода неизбежно, и его следует эффективно использовать для сокращения потерь по содержанию существующей инфраструктуры и формирования новой инфраструктуры с но-
выми параметрами. Сокращение потерь может быть достигнуто за счет ликвидации технических средств, не требующихся при использовании безлюдных технологий. Предельный столбик - один из первых элементов, которые следует ликвидировать.
Ликвидация предельных столбиков позволит снизить эксплуатационные расходы, связанные с их содержанием, увеличить зону работы снегоуборочной техники и повысить механизацию уборки снега. Также это позволит снизить число завалок путей снегом с временным выключением из работы путей станций, используемых под завалку. Эти выгоды можно получить уже сейчас, не дожидаясь окончательного перехода к цифровым технологиям. Таким образом, исследование возможности ликвидации предельного столбика с соответствующим обеспечением безопасности движения поездов является актуальным.
При соединении и пересечении железнодорожных путей устанавливают постоянный сигнальный знак, указывающий границу же-
лезнодорожного пути, за пределами которой запрещено размещать подвижной состав со стороны расположения стрелочного перевода или глухого пересечения. Этот сигнальный знак устанавливается в том месте, где расстояние между сходящимися путями обеспечивает безопасное проследование подвижного состава. Участок пути, в пределах которого безопасно размещается подвижной состав, называют полезной длиной пути.
На железных дорогах мира встречаются различные обозначения границы безопасного расположения подвижного состава, основные из которых приведены на рис. 1 [7]. В нештатных ситуациях на практике имеют место случаи определения габарита в месте пересечения или соединения путей при помощи вытянутой руки человека, при его размещении рядом с внутренним рельсом железнодорожного пути.
Сигнальные знаки границы железнодорожного пути представлены белым, желтым и красным цветом, а также их комбинациями. Световые индикаторы имеют белый, желтый, красный и синий цвета. На железных дорогах РФ постсоветского пространства и других стран сигнальный знак, указывающий габарит подвижного состава на пути, представляет собой железобетонный или деревянный столб 6 стандартных размеров и окраски (см. рис. 1).
На путях, не оборудованных электрическими цепями (пути сортировочного парка, грузовых дворов, промышленных предприя-
тий, баз отстоя вагонов, техники и т. д.), предельные столбики являются единственным элементом для определения габарита подвижного состава [8].
На путях, оборудованных рельсовыми цепями и светофорной сигнализацией, предельные столбики играют вспомогательную роль, так как основным сигналом и границей расположения подвижного состава является выходной, маршрутный или маневровый светофор. Габаритные размеры светофора больше, чем размеры предельного столбика. Установка светофора требует более широкого междупутья для соблюдения габарита приближения строений, поэтому место установки находится дальше от центра стрелочного перевода или глухого пересечения, чем место установки предельного столбика. На рис. 2 в качестве примера приведены типовые схемы расположения предельного столбика и светофоров.
В зависимости от типа устанавливаемого светофора (карликового - см. рис 2, а или мачтового - см. рис. 2, б) меняется расстояние от центра стрелочного перевода до светофора. В обоих случаях светофор находится на большем расстоянии от стрелочного перевода, чем предельный столбик. Расположение подвижного состава за светофором и стыком приводит к занятости стрелочного участка пути или участка глухого пересечения. Таким образом, предельный столбик может быть использован
Рис. 1. Сигнальные знаки границы соединяемых или пересекаемых путей: 1 - окрашенная шпала (иногда две, расположенные рядом); 2 - шпала, на концах которой расположены сигнальные лампы; 3 - горизонтально расположенный знак в междупутье; 4 - сигнальная лампа, расположенная в междупутье; 5 - предельный столбик, расположенный на уровне головки рельса; 6 - предельный столбик нормального размера; 7 - горизонтальная метка, расположенная в колее; 8 - сигнальная лампа, расположенная в колее; 9 - т-образный гибкий знак, расположенный в колее, высотой чуть более высоты уровня головки рельса; 10 - метка, наносимая на шейку рельса с внутренней или наружной стороны (иногда с информационной надписью «граница габарита»)
а)
б)
Рис. 2. Схемы расположения предельного столбика и светофора
для определения габарита подвижного состава только в нештатных ситуациях.
Использование предельного столбика в нештатных ситуациях сводится к визуальному определению габарита по месту нахождения подвижного состава. Такие ситуации возникают при остановке подвижного состава за изолирующим стыком при приеме поезда длиной более полезной длины пути. Также проверка габарита требуется при сходе подвижного состава в зоне расположения предельного столбика, при боковом столкновении подвижного состава, вызванном несанкционированным движением железнодорожного подвижного состава или самопроизвольным уходом подвижного состава, при падении груза. Для ситуаций, вызванных нарушением работы ЭЦ, определение границ безопасного размещения подвижного состава на пути может быть установлено по предельному столбику или светофору.
Устройство и содержание предельных столбиков на главных и приемо-отправочных путях, оборудованных рельсовыми цепями, обусловлено только эпизодическим их использованием для определения габарита подвижного состава в нештатной ситуации. При этом нахождение предельного столбика в горловине станции требует эксплуатационных расходов:
- на покраску, очистку от снега;
- восстановление геометрии после климатических и механических разрушений;
- организацию снегоборьбы.
Механизированная уборка снега на участке от предельного столбика до светофора снегоуборочными машинами, оборудованными крыльями, невозможна. Указанные участки требуют организации ручного труда и завалки снегом одного из путей парка для работы снегоуборочной техники или применения специализированной техники на железно-дорожно-автодорожном ходу. Ликвидация предельных столбиков на главных и приемо-отправочных путях и решение проблемы определения габарита подвижного состава в нештатных ситуациях позволят ликвидировать источники финансовых и технологических потерь на станциях.
Проблема определения габарита подвижного состава в нештатных ситуациях может быть решена созданием универсального шаблона для определения места, в пределах которого нахождение подвижного состава будет безопасно. Размеры и геометрия шаблона должны отвечать требованиям размещения предельных столбиков для всевозможных вариантов установки.
Место установки предельного столбика определяется на основании габарита приближения строений [9] и размещается там, где расстояние между осями смежных расходящихся путей соответствует минимальному габаритному расстоянию 4,1 м [10]. Если смежные пути объединяются одним и тем же стрелочным переводом и кривым участком пути, то место расположения предельного столбика зависит от марки
стрелочного перевода, величины междупутья и радиуса закрестовинной кривой. При этом возможен случай, когда предельный столбик располагается до начала кривой (рис. 3, а) и в пределах кривой (см. рис. 3, б).
На рис. 3 приведены два основных условия установки предельного столбика:
- если предельный столбик располагается до начала кривой (см. рис. 3, а), необходимое расстояние от оси пути до предельного столбика (перпендикуляры к осям путей) составляет 2,05 м;
- если предельный столбик установлен между прямым и кривым участками пути (см. рис. 3, б), необходимое расстояние от оси пути до предельного столбика должно включать величину А, которая учитывает наклон кузова и смещение рамы вагона в кривой. Величину А следует принимать в соответствии с [9], в зависимости от радиуса кривой, специализации пути, наличия возвышения наружного рельса.
Помимо габаритных расстояний, на установку предельного столбика влияет расстановка изолирующих стыков светофоров. В случае когда светофор устанавливается не в междупутье стрелочного перевода (см. рис. 2, путь N° 3), минимально возможное расстояние от предельного столбика до изостыка (светофора) составляет 3,5 м (максимальное расстояние от оси ко-
лесной пары до переднего бруса подвижного состава) [11].
Установка светофора в междупутье ограничена минимальным расстоянием от оси пути до светофора. Минимальное междупутье для установки светофоров на основе габарита приближения строений составляет:
• для карликовых светофоров - 4,2 м;
• для мачтовых светофоров без лестниц -5,04 м;
• для светофоров на железобетонных и металлических мачтах с лестницами - 5,2 м.
Из-за того что расстояние от торца крестовины до изолирующего стыка должно быть кратно 6,25 м (1/4 от стандартной длины рельса), предельный столбик устанавливается с резервом, так как необходимо выполнить условие его размещения на минимальном расстоянии 3,5 м от стыка (рис. 4).
Из рис. 4 следует, что минимально возможное расстояние от центра стрелочного перевода до предельного столбика при ширине междупутья 5,3 м, марке стрелочного перевода 1/9 и радиусе закрестовинной кривой 200 м - 38,7 м, в то время как расчетное на 4,66 м больше.
На основании схем размещения предельных столбиков, приведенных на рис. 3, 4, выполнен расчет параметров шаблона, который может быть использован для определения ме-
а)
\
', о
ю о см"
I го
-------- —- 1— _И200 5,30
ю
о
Рис. 3. Место расположения предельного столбика относительно закрестовинной кривой: а - до начала кривой; б - в пределах кривой
Рис. 4. Минимальное и справочное расстояние установки предельного столбика
ста границы пути по условию безопасного проследования подвижного состава по соседним путям. Расстояние от оси прямого пути до центра предельного столбика должно составлять не менее 2,05 м. При расположении предельного столбика в пределах кривой это расстояние должно быть увеличено на расстояние А. Значение А тем больше, чем меньше радиус станционного пути. В связи с этим расчеты параметров шаблона выполняются для наиболее неблагоприятных условий, в частности когда радиус кривой равен 200 м. При увеличении радиуса шаблон укажет расстояние с резервом и обеспечит безопасное размещение подвижного состава.
С учетом требования универсальности шаблона он должен быть рассчитан на самое неблагоприятное сочетание факторов, влияющих на расположение предельного столбика.
К таким факторам относятся:
• минимальный радиус закрестовинной кривой, проектируемой на станционных путях, - 200 м [11];
• максимальное значение А - 0,18 м;
• стрелочный перевод марки 1/9.
Таким образом, расстояние от оси прямого пути должно составлять 2,05 м, от кривого пути - не менее 2,23 м. Расстояния от центра сигнальной метки шаблона до шейки рельса будут определяться следующим образом:
- расстояние от сигнальной метки до прямого пути, м:
5 I I
»_/ Иь
1,52 0,075 0,018
1 2 2 2'
= 2,05
= 1,25 м,
2 2 2 где 2,05 - нормативное расстояние от оси
пути до предельного столбика, м; 5 - ширина
колеи, м; - ширина головки рельса, м; -
ширина шейки рельса, м;
- расстояние от сигнальной метки до кривой, м:
5
/2 = 2,05 + Д--22
/2 = 2,05 + 0,18-
1,52
0,075 0,018
(2)
2
2
= 1,43 м,
где А - увеличение горизонтального расстояния от оси пути до предельного столбика в кривой, м.
Исходя из этого ребра шаблона будут равны 1,25 м (расстояние от сигнальной метки до прямого пути и 1,43 м (расстояние от сигнальной метки до кривой На основе вышеприведенных расчетов построена расчетная схема размещения шаблона (рис. 5).
Как видно из рис. 5, конструкцию шаблона можно упростить за счет исключения углового элемента для расположения рабочих планок. Прямолинейное расположение рабочих планок позволит исключить ошибки в позиционировании шаблона при его применении. При этом согласно расчетной схеме увеличение одной рабочей грани составит 0,11 м, т. е. ¿2 = 1,54 м. Также преимуществом прямолинейного исполнения шаблона является возможность создания выдвижной конструкции, более компактной для переноски и хранения.
Результаты, полученные в работе, состоят в следующем:
1. Произведен анализ мирового опыта эксплуатации сигнальных знаков различного типа, обозначающих полезную длину путей. Возможны различные варианты их индикации (световые и обычные сигналы) и установки (на пути, в междупутье). Установлено, что предельный столбик является не единственным возможным вариантом сигнального знака, обеспечивающего достаточную безопасность.
Прямой участок пути
Рис. 5. Расчетная схема размещения шаблона для определения места расположения сигнальной метки, м
2. Описаны варианты размещения предельных столбиков на станциях российских железных дорог. Установлено, что при наличии электрической централизации роль границы установки подвижного состава преимущественно выполняет светофор, соответственно, предельный столбик требуется только в нештатных ситуациях.
3. Предложено решение по ликвидации предельных столбиков, установленных в границах главных и приемо-отправочных путей. В качестве замены предельному столбику в нештатных ситуациях предлагается использовать шаблон для габарита подвижного состава, установка которого определит границу
пути, до которой подвижной состав может быть безопасно размещен.
4. Разработана расчетная схема шаблона для определения габарита подвижного состава. Предложен шаблон с прямолинейным расположением рабочих планок (ребер шаблона), габаритные размеры которых составляют 1,25 и 1,54 м.
5. Шаблон для определения безопасного места расположения подвижного состава предлагается использовать в нештатных ситуациях по аналогии с инвентарем строго учета (навесные замки, курбели). В штатных ситуациях граница пути будет ограничена выходным или маневровым светофором.
Библиографический список
1. Koop K. Маневровая работа в условиях внедрения европейской системы управления движением поездов ETCS 2-го уровня // Der Eisenbahningenieur. 2016. № 1. S. 34-37.
2. BIM и инженерные формализованные онтологии на цифровой железной дороге Европы в объединении EULYNX - экономика данных / А. А. Климов, В. П. Куприяновский, А. В. Степаненко [и др.] // International Journal of Open Information Technologies. 2018. Vol. 6, № 8. P. 38-65.
3. Бурдяк П. С. Сокращение длины стрелочной горловины за счет применения сдвоенных симметричных стрелочных переводов // Политранспортные системы : материалы IX Междунар. науч.-техн. конф. / Сибирский государственный университет путей сообщения. Новосибирск : Изд-во СГУПСа, 2017. С. 316318.
4. Сивицкий Д. А., Карасев С. В. Обоснование рациональных конструктивных и технологических параметров вариантов организации многогруппной сортировки на основе имитационного моделирования // Вестник научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. 2017. Т. 76, № 2. С. 94-100.
5. Карасев С. В., Сивицкий Д. А. Разработка сортировочных комплексов, специализированных для многогруппной сортировки вагонов, на основе имитационного моделирования // Техника. Технологии. Инженерия. 2016. № 1 (1). С. 51-54.
6. Уманский В. И., Макаров В. М., Долганюк С. И. Управление местной работой в интеллектуальных станционных системах // Вестник ВНИИЖТ. 2013. № 5. С. 16-21.
7. Продукция компании ALDON (Track clearance markers) // ALDON Safety on Track Since 1904 : офиц. сайт. URL: https://www.aldonco.com/store/p/808-Track-Clearance-Marker-Flush.aspx (дата обращения: 17.04.2019).
8. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации : утв. М-вом путей сообщения Рос. Федерации 21.12.2010 : введ. 22.09.2011. М. : Омега-Л, 2012. 173 с.
9. ГОСТ 9238-2013. Габариты железнодорожного подвижного состава и приближения строений. М. : Стандартинформ, 2014. 172 с.
10. Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути : утв. ОАО «РЖД» 14.11.2016 № 2288р. URL: http://docs.cntd.ru/document/456052478 (дата обращения: 17.04.2019).
11. Проектирование железнодорожных станций и узлов : справ. и метод. руководство / под ред. А. М. Козлова. М. : Транспорт, 1981. 463 с.
P. S. Burdyak, D. A. Sivitckiy
Calculation of Structural Clearance Measuring Device Parameters for Determining the Boundaries of Paths at the Locations of Switches and Blind Intersections
Abstract. The paper covers the use of signal signs to mark the boundaries of railways within which the rolling stock can be safely located. The used signal signs in different countries of the world are considered. The main purpose of the warning signs is to mark the border of a track on tracks that are not equipped with track circuits. On tracks equipped with track circuits, the border of the track is usually limited to the exit or shunting traffic lights. In such cases, the role of the clearance point is secondary compared to a traffic light and its use is due only to emergency situations in which it is necessary to determine equipment diagram on adjacent tracks.
The use of clearance point on the main and receiving and departure tracks of stations in emergency situations was proposed to be replaced with a structural clearance measuring device, and the limit columns themselves should be eliminated. The calculation of the structural clearance measuring device parameters is made on the basis of the clearance point's basic layout for various conditions of railway track design. At the same time, various parameters of turnouts, radius of cross-curves, inter-track values used in the design of railway stations of a common railway network are taken into account.
Elimination of clearance point on the main and receiving and departure tracks will reduce maintenance costs and ease the labor of snow removal at the station necks, increase the level of work mechanization.
Key words: clearance point; equipment diagram; structural clearance; structural clearance measuring device.
Бурдяк Павел Станиславович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Железнодорожные станции и узлы» СГУПСа. E-mail: BurdyakPS@mail.ru
Сивицкий Дмитрий Андреевич - кандидат технических наук, преподаватель кафедры «Железнодорожные станции и узлы» СГУПСа. E-mail: SivitskyDA@yandex.ru
