Этапы повышения надежности конструкции датчиков УКСПС

Более десяти лет на сети железных дорог России активно внедряются устройства контроля схода подвижного состава УКСПС различных модификаций. Впервые приступить к разработке систем контроля схода подвижного состава в 90-х годах заставила череда крушений, вызванных входом на станцию сошедшего с рельсов подвижного состава. Этих тяжёлых последствий крушений можно было избежать, вовремя остановив на перегоне поезд, имеющий в составе сошедшие с рельс вагоны. Таким первым дополнительным устройством обеспечения безопасности движения с датчиками разрушающегося типа и стало УКСПС, предназначенное для фиксации всех случаев схода подвижного состава с последующим перекрытием ограждающих светофоров.

Основными составными частями УКСПС являются контактные датчики, стальные токопроводящие планки и перемычки. Датчики УКСПС крепятся на деревянной шпале. Устройство имеет пять датчиков: три расположены внутри колеи, два снаружи. Сама конструкция создавалась в сжатые сроки без проведения полноценных исследований и испытаний для определения требуемых и фактических параметров срабатывания (разрушения) датчиков. Этим объясняются многие конструктивные и технологические просчёты конструкции УКСПС. Тем не менее, своевременность и оперативность внедрения этих устройств внесла неоценимый вклад в стабилизацию ситуации – были предотвращены десятки случаев проследования на станцию поездов, имеющих сход колесных пар вагонов, и выявлены сотни случаев волочения деталей или посторонних предметов. В настоящее время на сети дорог ОАО «РЖД» эксплуатируются около 15 тысяч комплектов устройств контроля схода и волочения производства ЗАО «Термотрон - завод» и ЗАО «Дальневосточные технологии».[1]

Большинство недостатков датчиков выявлялось и устранялось уже в процессе текущей эксплуатации. У всех первых вариантов УКСПС есть один и тот же принципиальный недостаток – образование микротрещин в металлических планках, сварных соединениях, а также потеря электрического контакта в разных болтовых соединениях вследствие незащищенности электрической цепи от климатических и динамических воздействий. По данным анализа Управления автоматики и телемеханики ОАО «РЖД» именно по этим причинам допускается до 90% ложных срабатываний устройств УКСПС и как следствие необоснованные задержки поездов. А это уже реальные убытки компании ОАО «РЖД».[4]

Эксплуатационниками принимались различные меры, чтобы повысить надёжность работы несовершенных датчиков. Это и дублирование болтовых соединений приваркой на основания рельсовых стыковых соединителей и напайка проводов для усиления электрического контакта между планкой и основанием. Полости оснований датчиков для стабилизации контакта заполняются графитовой и медно-графитовой смазкой, которые в условиях низких температур неработоспособны.

Неэффективность применения таких смазок вынуждает линейный штат устанавливать второй винт крепления планки в основании и постоянно их подтягивать. В конечном итоге в нём срывается резьба со всеми вытекающими последствиями. Нередко происходит излом самого винта, в результате чего оставшаяся его часть в основании не позволяет изъять планку.

Следует заметить, что усовершенствование первой конструкции продолжалось и следующим шагом стало создание устройства контроля схода подвижного состава УКСПС-У. К недостаткам конструкции УКСПС-У следует отнести наличие изолирующих соединений и фактическое удвоение болтовых электрических соединений, делающих конструкцию менее надежной. В этой разработке стало ошибочным техническое решение по креплению несущей металлической балки УКСПС-У к рельсам. Из-за неравномерного угона рельсов она деформируется и продавливает изоляцию. Замена металлической конструкции балки на полимерную ничего принципиального не изменило.

Дублирование всех элементов электрической цепи (связей, перемычек) существенно повысило надежность конструкции УКСПС-У-1 производства ЗАО «Завод твёрдых сплавов» , которая и стала следующим усовершенствованием ответственного устройства. УКСПС-У-1 представляет собой единую конструкцию. Основой является прямоугольная стеклотекстолитовая балка с закрепленными на ней датчиками. Датчики, перемычки и связи образуют единую электрическую цепь. Все контактные поверхности деталей электрической цепи покрыты оловом. В конструкции применены самостопорящиеся гайки, детали УКСПС-У-1 имеют защитное цинковое покрытие. Датчики имеют одну конструкцию и полностью взаимозаменяемы. Устройство крепится в междушпальном ящике с помощью универсального крепежного комплекта к любому типу железобетонных или деревянных шпал.[5]

Самым слабым звеном существующих устройств УКСПС, создающим основные проблемы, по настоящее время остаётся все-таки сам датчик. В связи с этим задача номер один – разработка и оперативное внедрение их модернизированных и более надёжных вариантов.

Таким новшеством на данном этапе стало устройство контроля схода подвижного состава на полимерном основании – УКСПС-П разработки ООО «Научно – технический центр информационные технологии», которое уже во второй половине 2011 года появится на железных дорогах. Основными преимуществами такой разработки является высокая надежность устройства достигающаяся, благодаря минимальному количеству элементов изделия включаемых в контрольную электрическую цепь.

Соединение датчиков между собой, а также с подрельсовыми шинами и перемычками осуществляется в новой конструкции резьбовыми виброустойчивыми соединениями. Отсутствие составляющих деталей датчика и дополнительных элементов связей датчиков, находящихся внутри рельсовой колеи, обеспечено цельнометаллической конструкцией датчиков, что сокращает количество источников переходного сопротивления. Контактные поверхности элементов электрической цепи УКСПС-П лужены и обладают повышенной коррозионной защищенностью обеспечивающей надежный электрический контакт.

Несущей частью УКСПС-П является основание, выполненное из диэлектрического высокопрочного композиционного материала (пултрузионный армированный стеклопластик), на котором смонтированы все элементы устройства.

Контрольная электрическая цепь отличается от предыдущих типов и включает в себя – датчики, изготовленные из стальной полосы методом штамповки с последующей термообработкой. Устройство УКСПС-П крепится хомутами к шпале и механического, как и электрического контакта, с рельсами не имеет, как следствие не воспринимает колебания рельса. Устройство не требует (противопоказано разработчиком) периодической подтяжки резьбовых соединений т.к. все имеющиеся резьбовые соединения повышенного класса прочности, гайки применены самостопорящиеся с неметаллической вставкой.[3]

Усилия инженерной мысли, и накопившийся опыт эксплуатационников дают положительные результаты. Количество ложных срабатываний устройства УКСПС снижается с каждым годом приблизительно на 20%. Однако резервы повышения надёжности работы датчиков УКСПС ещё имеются.

Так в настоящее время на Северной дороге проходит испытание датчик нового поколения на основе композитных и полимерных материалов - УКСПСк. Это современное устройство совместная разработка ООО «Спектр» и ПКТБ ЦШ. УКСПСк крепиться к железобетонным и деревянным шпалам посредством собственной фундаментной балки или оснований и не имеет всех упомянутых недостатков. Корпус датчиков УКСПСк выполнен из стеклопластиковой трубы (1) с внутренней электрической цепью на основе эмалированного провода (3,4) сечением 0.75-0.9 мм² расположенного по их центру, фиксируется в защитной трубе торцевыми крышками (2). Выводы датчиков (5) имеют разъёмы – штепсель (6) и розетку (7). Резервированная электрическая цепь не подвергается прямым динамическим и климатическим воздействиям. Конструкция УКСПСк исключает возникновение обходных электрических цепей в процессе его эксплуатации и необходимость применения специальных технологий. При внедрении УКСПСк увеличение периодичности обслуживания и уменьшения количества внеплановых отвлечений специалистов за счет значительного повышения надежности снизят эксплуатационные расходы не менее чем в 4-5 раз. При отсутствии сильных механических воздействий расчётный срок службы датчика составляет не менее 25 лет.

Ещё одним серьезным недостатком существующих УКСПС последних версий является то, что вся конструкция вместе с датчиками монолитна, что крайне затрудняет её установку с соблюдением требуемых габаритов, а при дефектах литья на концах железобетонных шпал может сделать невозможной. Кроме того подобные конструкции исключают возможность регулировки габаритов датчиков с учетом бокового износа рельсов и очень затрудняют при вертикальном. Следует отметить, что устройство УКСПСк надежно крепиться на любых шпалах. Положение его датчиков легко регулируется во всех плоскостях. В комплект УКСПСк входит защитное устройство для ограждения его от незначительных динамических ударов, что позволило разработчикам отказаться от искусственного завышения прочностных характеристик датчиков.[2. c24]

Литература:

1. Резервы повышения надёжности УКСПС. Журнал Автоматика, связь, информатика. №4 2008г.

2.УКСПСк гарантирует повышение надёжности. Журнал Автоматика, связь, информатика. №2 2011г.

3. info@ntc-infotech.ru Устройство контроля схода подвижного состава УКСПС-П

4. scbist.com. Анализ работы устройств УКСПС Департамента автоматики и телемеханики.

5. http://www.pulscen.ru/go?to=http%3A%2F%2Fwww.zts.wmsite.ru ЗАО «Завод твёрдых сплавов» Устройство УКСПС-У-1.