Вопросы нормирования требований устойчивости к внешним механическим воздействиям устройств железнодорожной автоматики и телемеханики, используемых для высокоскоростных магистралей

Таким образом, при использовании системы автоматического управления маршрутами на основе электронной ведомости занятия перронных путей ДСП не требуется постоянно держать в памяти набор действий, которые требуется выполнить с подвижными единицами. Вместо этого он может контролировать ход выполнения составленного плана работ, вмешиваясь только в случае необходимости редактировать план.

Описанный программный модуль прошел эксплуатационные испытания в 2008 г. на ст. Санкт-Петербург-Ладожский Окт. ж. д.

В настоящее время Центр компьютерных железнодорожных технологий ПГУПС активно развивает направление дальнейшего совершенствования интеллектуальных компьютерных систем управления на железнодорожном транспорте. Такие системы избавляют ОП от рутинных операций, а также помогают быстро принимать правильные решения по управлению движением.

Библиографический список

1. Основы эксплуатационной работы железных дорог : учеб. пособие / В. А. Кудрявцев, В. И. Ковалев, А. П. Кузнецов и др.; ред. В. А. Кудрявцев. - 2-е изд. - М. : Изд. центр «Академия», 2005. - 352 с.

2. Автоматизация оперативного управления движением поездов на железнодорожных станциях. дис. ... канд. техн. наук: 05.22.08 / Р. В. Кучумов. -СПб., 2009. - 268 с.

3. Способы сокращения ошибок оперативного персонала при использовании интеллектуальных средств маршрутизированных передвижений на крупных станциях / А. Б. Никитин, Р. В. Кучумов // Современные проблемы совершенствования работы ж. д. транспорта : межвуз. сб. научн. трудов. - М. : РГОТУПС, 2006. - Т. 1. - С. 114-117.

УДК 656.25

Т. А. Белишкина, канд. техн. наук А. Г. Вяткин, канд. физ.-мат.наук

ВОПРОСЫ НОРМИРОВАНИЯ ТРЕБОВАНИЙ УСТОЙЧИВОСТИ К ВНЕШНИМ МЕХАНИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ УСТРОЙСТВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ МАГИСТРАЛЕЙ

С развитием высокоскоростного движения в России встал вопрос о создании нормативной базы для строительства инфраструктуры и обеспечения безопасности для ВСМ. В настоящее время разработан проект тех-42

нического регламента, посвященного вопросам безопасности высокоскоростного железнодорожной транспорта [1]. Но на данный момент документов, нормирующих требования по устойчивости к внешним механическим воздействиям с учетом специфики ВСМ в России, нет.

Следует отметить, что механические воздействия при увеличении скорости движения поездов до 250 км/ч по железнодорожному пути, используемому для обычного транспорта (как это сделано на участке Санкт-Петербург - Москва), будут возрастать. Как учесть специфику высокоскоростного движения и адаптировать требования по устойчивости к механическим воздействиям для устройств ЖАТ по сравнению с действующими нормами, является предметом рассмотрения данной статьи. В этом вопросе логично обратиться к опыту европейских производителей аппаратуры ЖАТ для ВСМ, в частности Великобритании, где при разработке нормативной базы учитывалась необходимость использования одних железнодорожных путей для пропуска высокоскоростных и обычных поездов.

В области проектирования устройств ЖАТ в России основным документом, определяющим требования к аппаратуре по устойчивости к внешним механическим условиям, является отраслевой станормативный доку-ментарт ОСТ 32.146-2000 [2]. Этот станормативный документарт применим для устройств ЖАТ, используемых на железнодорожных магистралях со скоростями движения до 160 км/ч. На данный момент ОСТ 32.146-2000 является единственным документом, нормирующим требования устойчивости к внешним механическим воздействиям для устройств ЖАТ. Поэтому он был взят за основу для сравнения существующих норм в России.

В качестве примера европейских норм к требованиям механической устойчивости железнодорожной аппаратуры взят проект станормативного документарта Европейского железнодорожного агентства под названием EEIG 97s066 [3]. В основу этого документа легли действующие станорма-тивные документарты европейских стран. Данный проект станормативного документарта имеет преимущество в том, что в нем была сделана попытка объединить и гармонизировать различные станормативные документарты европейских стран с целью создания единых норм к требованиям по устойчивости железнодорожной аппаратуры к внешним механическим и климатическим условиям. Эти нормы применимы в том числе и к устройствам ЖАТ для ВСМ.

На основе двух нормативных документов: ОСТ 32.146-2000, действующего на данный момент в России, и проекта станормативного доку-ментарта Европейского железнодорожного агентства EEIG 97s066 - был проведен сравнительный анализ требований к аппаратуре ЖАТ по устойчивости к механическим воздействиям.

43

Классификация устройств ЖАТ по условиям размещения и устойчивости к механическим нагрузкам

В зависимости от условий размещения (то есть удаленности от источников механических воздействий) устройства ЖАТ подразделяются на классы. В таблице 1 представлена классификация устройств ЖАТ согласно европейским «НОРМАТИВНЫЙ ДОКУМЕНТ (EEIG 97s066)» и ОСТ 32.146. Следует отметить, что одному классу устройств, согласно EEIG 97s066, может соответствовать несколько классов по ОСТ. Это является следствием некоторых различий в подходе к классификации устройств в нормативной документации в Европе и России. Так в ОСТ 32.146 основной классификационной характеристикой является не просто расположение устройства в определенном месте, например на шпале, как в европейском «НОРМАТИВНЫЙ ДОКУМЕНТ», но расстояние от основного источника вибрации, в качестве которого выступают либо ближайший стык, либо ближайший рельс. Кроме того, в ОСТ есть подразделение на подклассы с учетом скорости движения поездов. Например, подклассы МС5.1, МС4.1, МС3.1 характеризуют устройства ЖАТ, используемые на участках дорог со скоростями движения поездов менее 60 км/ч. В дальнейшем данные классы устройств будут исключены из анализа, поскольку основное внимание в статье уделяется ВСМ.

Таблица 1

Классы по EEIG 97s066 Классы по ОСТ 32.146

На железнодорожном пути

На рельсе МС4, МС5

На шпале МС4, МС5

Между рельсами, но не на шпале МС3

Под шпалой (закопана в насыпь) МС3

Вне рельсового пути МС1, МС2, МС3

Примечание.

МС1 - стационарное размещение в капитальных помещениях или вне капитальных помещений в местах, расположенных на расстоянии 5 м и более от ближайшего рельса (на грунте, полу, стативах, рамах, полках, в шкафах, ящиках, муфтах и устройствах кабельной канализации с закреплением или без закрепления; на столбах, опорах и т. п. с жестким закреплением);

МС2 - стационарное размещение в местах, расположенных на расстоянии в пределах от 1,8 до 5,0 м от ближайшего рельса (на грунте, полу, стативах, рамах, полках, в шкафах, ящиках, муфтах и устройствах кабельной канализации с закреплением или без закрепления; на столбах, опорах и т. п. с жестким закреплением);

44

МС3 - стационарное размещение в местах, расположенных на расстоянии 1,8 м и менее от ближайшего рельса (на грунте, полу, стативах, рамах, полках, в шкафах, ящиках, муфтах и устройствах кабельной канализации с закреплением или без закрепления; на столбах, опорах и т. п. с жестким закреплением);

МС4 - стационарное размещение в местах, расположенных на расстоянии 1 м и менее от ближайшего стыка, при станормативно-документартном консольном креплении к рельсам и шпалам;

МС5 - стационарное размещение в местах, расположенных на расстоянии 1 м и менее от ближайшего стыка, при непосредственном креплении к рельсам и шпалам или без крепления.

Оценка устойчивости к механическим воздействиям

Номенклатура видов испытаний

Степень обязательности проведения различных видов испытаний на устойчивость к внешним механическим воздействиям железнодорожного оборудования по требованиям EEIG 97s066 и ОСТ 32.146 представлена в таблице 2.

Таблица 2

Вид испытаний. Метод испытания. Станормативные документарты Классы по EEIG 97s066 Классы по ОСТ 32.146

На железнодорожном пути Вне железнодорожного пути О (N О СП и и и

Одиночный удар. Метод Ea. IEC 68.2.27 (ГОСТ 28213) о о о о

Многократные удары. Метод Eb. IEC 68.2.29 (ГОСТ 28215) о о о о о

Вибрация широкополосная случайная (цифровое управление). Метод Fh IEC 68.2.64 (ГОСТ 51502) о о

Многократный удар маятникового молота. Метод Ef. IEC 68.2.62 о

Вибрация широкополосная случайная. Метод Fdc. IEC 68.2.37 (ГОСТ 28223) о о о о

Вибрация синусоидальная. Метод Fc. IEC 68.2.6

45

Примечания: 1. О - обязательность выполнения испытания. 2. Для классов по ОСТ 32.146 взяты испытания для устройств ЖАТ, находящихся на стадии установившегося (серийного) производства.

Анализ таблицы 2 позволяет сделать следующие выводы. Проверки на устойчивость к воздействию одиночных, многократных ударов и вибрации по европейским нормам должны проводиться для всех классов оборудования ЖАТ, в то время как по российскому стандарту полный набор испытаний применяется только для классов МС4, МС5 (устройства, монтируемые на рельсе).

Виды и нормы воздействий механических нагрузок

В таблицах 3, 4, 5 представлены нормы для испытаний аппаратуры ЖАТ со стационарным размещением аппаратуры (постовое и напольное оборудование) на устойчивость к воздействию одиночных и многократных ударов, а также вибрации. Ниже, после представления норм по каждому виду испытания, дается краткий анализ отличий требований европейского и российского нормативных документов.

При испытаниях устройств ЖАТ на воздействие одиночных ударов (табл. 3) европейские требования превосходят по жесткости российские. Во-первых, в европейском нормативном документе требования по устойчивости к одиночным ударам предъявляются ко всем классам аппаратуры ЖАТ, в российском ОСТ - только к устройствам, монтируемым на рельсе и только в вертикальном направлении воздействия. Во-вторых, амплитудные значения ускорений по европейскому нормативному документу превосходят значения ускорений для аналогичных классов по российскому.

Таблица 3

Параметр Классы по EEIG 97s066 Классы по ОСТ 32.146-2000

На рельсе На шпале На балласте Вне ж.-д. пути О (N О СП и и I/O и

Амплитудное значение ускорения g, м/с 250 80 10 2 - — — * 40/80 * 100/200

Число ударов на ось 24 24 24 24 — — — 20 20

Длительность импульса, мс 11 11 11 11 — — — 5...20 1...3

46

Примечание. Для особо ответственных изделий (отказ которых может привести к последствиям катастрофического характера) амплитудное значение ускорения удваивается.

Многократные удары

Нормы испытательных воздействий при испытаниях на устойчивость к многократным ударам (табл. 4) по европейскому нормативному документу также оказываются более жесткими. Отличия условия испытаний по требованиям европейского нормативного документа и российского ОСТ следующие. Прежде всего амплитудные значения ускорений по европейскому нормативному документу для всех классов превосходят значения ускорений для аналогичных классов по российскому ОСТ в 3-16 раз. В отличие от европейского нормативного документа в российском ОСТ требования устойчивости к многократным ударам для постового оборудования не предъявляются (классы МС2 и МС1). Число ударов при испытаниях устройств ЖАТ на каждое направление воздействия ударов по российскому ОСТ больше, чем по европейским требованиям, в 1,5 раза.

Таблица 4

Параметр Классы по EEIG 97s066 Классы по ОСТ 32.146-2000

на рельсе на шпале на балласте вне ж.-д. пути О (N О СП и и и

Амплитудное значение ускорения g, м/с Х (г°р.) 250 80 10 2 - - 3/6 10/20* 15/30

Y (гор.) - - 3/6 * 10/20 15/30

Z (верт.) - - 3/6 * 15/30 40/80

Число ударов на ось 4000 4000 4000 4000 - - - 6000 6000

Длительность импульса, мс 11 11 11 11 - - - 2-10 1-3

%

Примечание. Для особо ответственных изделий (отказ которых может привести к последствиям катастрофического характера) амплитудное значение ускорения удваивается.

Вибрация широкополосная случайная

Нормы для испытаний устройств ЖАТ на устойчивость к вибрации представлены в таблице 5. Отличия требований при испытаниях на устойчивость к воздействию вибрации по европейскому и российскому нормативным документам следующие.

47

1. Метод испытаний по европейскому нормативному документу -“Испытания на воздействие случайной широкополосной вибрации с использованием цифровой системы управления испытаниями.” IEC 68.2.64. Метод Fh. (ГОСТ 51502-99).

Таблица 5

Параметр Классы по EEIG 97s066 Классы по ОСТ 32.146-2000

На железнодорожном пути Вне железнодорожного пути МС1 МС2 МС3 МС4 МС5

Рельс 03 4 аЗ С а Балласт

Метод испытаний Метод Fh.

Исследование отклика образца на вибрацию Возбуждение случайной вибрацией Возбуждение синусоидальной вибрацией

Частотный диапазон, Гц 5...2000 5...2000 5...55 Ui ОС о у. о о у. 4^ О о 5...1000

Уровень спектральной плотности (СПУ) Уникальный спектр для каждого класса и направления воздействия Равномерный спектр в границах частотного диапазона

Среднее квадра- тичное значение ускорения g м/с2 попе- речное 14,0 5,0 1,0 0,23 0,2/0,4 0,6/1,2 1,0/2,0 3,0/6,0 5/10

про- дольное 5,0 9,0 1,0 0,23 0,2/0,4 0,6/1,2 1,0/2,0 3,0/6,0 5/10

верти- кальное 28,0 13,0 1,0 0,23 0,2/0,4 0,6/1,2 1,0/2,0 5,0/10 10/20

Время воздействия, мин 300 100 15 на каждой критической частоте

Рекомендуемый российским ОСТ метод для испытаний серийных образцов - “Испытание Fdc. Широкополосная случайная вибрация. Низкая воспроизводимость.” ГОСТ 28223-89 (IEC 68-2-37). При отсутствии необходимого для испытаний по методу Fdc оборудования по российскому ОСТ допускается использовать испытание синусоидальной вибрацией -“Испытание Fc и руководство: вибрация (синусоидальная).” ГОСТ 2820389 (IEC 68.2.6).

Реальность в сфере испытаний устройств ЖАТ на российских железных дорогах на сегодняшний день такова, что используется только метод испытаний синусоидальной вибрацией. Этому есть объективные причины. Основные из них - отсутствие аппаратуры для проведения испытаний на широкополосную случайную вибрацию и неоднозначность трактовки норм

48

проведения таких испытаний в ОСТ 32.146-2000. Однако для более адекватного воспроизведения реальных внешних механических воздействий испытания на широкополосную случайную вибрацию подходят больше, чем испытания на устойчивость к синусоидальной вибрации.

2. Нормы при испытаниях на воздействие широкополосной вибрации по европейским и российским нормативным документам отличаются почти по всем характеристикам, причем европейские нормы имеют более жесткие требования. В качестве примера на рисунке представлены уровни спектральной плотности (СПУ) для устройств ЖАТ, монтируемых на рельсе. Из рисунка видно, что частотный диапазон, среднее значение амплитудных значений ускорения, длительность воздействия вибрации по европейским нормам превышают аналогичные значения, установленные российским нормативным документом. Особо следует отметить то, что форма СПУ по европейскому нормативному документу для каждого направления воздействия вибрации имеет свои уникальные характеристики в отличие от требований российского стандарта, где используется равномерный спектр СПУ.

Спектры уровней СПУ для проведении испытаний Fh и Fd для устройств, монтируемых на рельсе, согласно EEIG 97s0665 и ОСТ 32.146

Выводы

С учётом перспективы развития высокоскоростного железнодорожного движения в России разработчикам аппаратуры железнодорожной автоматики и телемеханики следует уделять особое внимание вопросам устойчивости к внешним механическим воздействиям. Переход к более вы-

49

соким скоростям движения железнодорожного транспорта в России требует обновления норм по устойчивости к воздействию механических нагрузок. Это согласуется с опытом эксплуатации ВСМ в европейских странах.

Библиографический список

1. Технический регламент (проект). «О безопасности высокоскоростного железнодорожного транспорта».

2. ОСТ 32.146-2000. Аппаратура железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. Общие технические условия.

3. ERTMS/ETCS. Environmental requirements. Reference EEIG 97s066.

УДК 656.25

В. А. Шатохин, канд. техн. наук

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ УСТРОЙСТВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

С 2000 года в Центре компьютерных железнодорожных технологий (ЦКЖТ) кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» Петербургского университета путей сообщения проводятся научноисследовательские работы в направлении совершенствования электропитающих устройств микропроцессорных комплексов железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ).

В 2002 году централизованной системой бесперебойного питания (СБП) разработки ЦКЖТ был оборудован Центр диспетчерского управления (ЦДУ) Петербургского метрополитена. В 2004 году были приняты в эксплуатацию на железнодорожном узле Санкт-Петербург-Московский-Сортировочный Октябрьской железной дороги устройства электропитания микропроцессорного комплекса (УЭП-МПК) пятого парка, а затем комплекс был дополнен устройствами электропитания второго парка (2005) и парка Обухово (2006).

Комплекс из трех парков с системой бесперебойного питания на основе моноблочных устройств бесперебойного питания (УБП) в 2007 году был принят в промышленную эксплуатацию и рекомендован к тиражированию. В настоящее время данная система широко тиражируется на магистральном транспорте ОАО РЖД.

50