1. Основные причины обрыва автосцепок

Основная причина обрыва автосцепок грузовых поездов - резкий неуправляемый переход поезда из сжатого состояния в растянутое при следовании на выбеге, в тяге или при торможении. При разнице скоростей 3-4км/ч двух рядом движущихся вагонов возникают продольные динамические усилия, намного превышающие прочность автосцепок из-за:

нарушений в подготовке тормозного оборудования вагонов;

неисправности автосцепных устройств;

увеличения разницы тормозной силы в отдельных местах состава по причине:

неправильного включения режимных переключателей торможения воздухораспределителей,

значительных местных утечек воздуха в тормозной магистрали,

замедленного отпуска отдельных воздухораспределителей,

ненормативных выходов штоков тормозных цилиндров;

неправильного управления тормозами машинистами локомотивов (невыполнение требований типовых и местных инструкций по управлению тормозами);

нарушения технологии ведения поезда по переломному профилю (неумение машиниста вести поезд в растянутом или сжатом состоянии в зависимости от местных условий и неплавный переход из одного состояния в другое при ведении поезда по переломному профилю из-за неправильного управления тягой или вспомогательным тормозом локомотива);

нарушение технологии взятия поезда с места;

резкое прекращение начавшегося боксования;

отказ реостатного или рекуперативного тормоза и схем их замещения.

2. Динамические усилия, действующие на подвижной состав при торможении

В процессе торможения на подвижной состав действуют продольные усилия, возникающие из-за разницы удельных тормозных сил вагонов поезда в процессе наполнения тормозных цилиндров и при установившемся в них давлении.

Разница тормозной силы характеризуется четырьмя фазами в соответствии с диаграммой наполнения тормозных цилиндров сжатым воздухом в функции времени по длине поезда:

1 фаза. С момента поворота ручки крана машиниста в тормозное положение до начала наполнения тормозного цилиндра хвостового вагона.

Тормоза начинают последовательно вступать в силу. В этой фазе происходит распространение торможения и сжатия поезда. Поезд начинает сжиматься. Опасная фаза.

2 фаза. От начала наполнения тормозных цилиндров хвостового вагона до окончания наполнения тормозного цилиндра первого вагона.

Во всех тормозных цилиндрах поезда давление возрастает. В этой фазе поезд продолжает сжиматься. Опасная фаза.

3 фаза. От окончания наполнения тормозных цилиндров первых вагонов до окончания наполнения тормозных цилиндров хвостовых вагонов. Давление в тормозных цилиндрах от первого до последнего вагона поезда достигает максимальной величины. Ранее сжатые поглощающие аппараты автосцепок в этой фазе дают последовательную отдачу, полную или частичную, в зависимости от типа аппарата и уровня установившихся сил. Очень опасная фаза.

4. фаза. Торможение с максимальной силой. В этой фазе при равномерном распределении по поезду тормозной силы никаких реакций в сцепных приборах не будет. При неравномерном распределении возникают реакции сжатия или растяжения - опасный вариант фазы.

Наличие зазоров в автосцепках и пружин в поглощающих аппаратах способствуют появлению относительных скоростей движения между вагонами. Распространение ударной волны вдоль поезда представляет собой волновое движение. Скорость распространения ударной волны по поезду зависит от его состояния перед торможением (растянут или сжат) и в подавляющем большинстве случаев находится в пределах 50-250м/с.

Вызванные изменением режима движения (набор или сброс тяги, торможение, ускорение на спуске или замедление на подъеме) силы упругости передают воздействие локомотива на каждый последующий вагон. Вагоны поезда обладают инерцией и поэтому под действием сил упругости пружин в поглощающих аппаратах автосцепок приходят в колебательное движение не мгновенно, а с некоторым запаздыванием. Чем дальше расположен вагон от локомотива, тем позднее начнутся его продольные колебания. На переломном профиле источников колебаний может быть несколько.

В однородном поезде каждый вагон совершит такое же колебательное движение, как и локомотив, и по мере удаления от локомотива оно будет отставать по фазе и затухать вследствие работы поглощающих аппаратов автосцепок. В результате смещения колеблющихся вагонов от своего первоначального взаимного расположения в поезде (в корпусах автосцепок) образуются зоны сжатия, а за ними зоны растяжения, хотя пружины поглощающих аппаратов всегда работают только на сжатие. В неоднородном поезде в зависимости от подвижности груза, его массы и расположения по поезду продольные динамические силы будут иметь примерно на 20-30% большее значение.

Развитию колебательных процессов в длинносоставном поезде способствует и пневматическое торможение. Неодновременность срабатывания воздухораспределителей вдоль поезда (время распространения тормозной волны в длинносоставном поезде составляет 6-13с) при пневматическом торможении можно сравнить с замедлением движения поезда на выбеге в момент его вступления на подъем. Только при торможении поезда сопротивление движению поезда пропорционально распространению тормозной волны. При этом образуются три зоны протекания тормозных процессов различных и сдвинутых во времени. Это прежде всего головная часть поезда в которую входит до 10-18 вагонов (в зависимости от длины поезда). В этих вагонах тормозные процессы развиваются почти одновременно примерно через 3-4с после снижения давления краном машиниста в уравнительном резервуаре. Совместно с локомотивом эти вагоны образуют движущийся упор, быстро замедляющий свое движение.

Далее, с отставанием на 2-3с, начинается тормозной процесс в вагонах средней части поезда (около половины вагонов). Причем под действием набегающих незаторможенных вагонов хвостовой части у вагонов средней части происходит почти полное сжатие пружин поглощающих аппаратов. Сами вагоны в результате приложения продольных сил не по центру располагаются в рельсовой колее в "елочку" и распирают колею; гребни их колесных пар вступают в контакт с боковой поверхностью рельсов, причем тем сильнее сила их нажатия, чем ближе вагоны к головной части поезда. При большом боковом износе рельсов (свыше 13-15мм) гребни новых колесных пар вступают в контакт с рельсом по большой поверхности (чего нет при изношенном гребне бандажа или новом рельсе) и под действием сил трения поверхность катания колеса иногда даже бывает приподнята над головкой рельса на высоту до 10мм. На стыке, да еще дефектном, при небольшой вертикальной нагрузке (порожние вагоны) такая колесная пара легко всползает на рельс и сходит с него даже на прямом участке пути, причем почти с равной вероятностью как у передней (по ходу движения), так и задней тележки.

Практика вождения поездов и анализ подтверждают, что при пневматическом торможении чаще всего с рельсового пути сходят колесные нары у 15-25 вагона, в то время как при электрическом торможении - у вагонов вблизи от локомотива (2-6). Возросшее сопротивление движению поездов вследствие контактирования гребней с боковыми поверхностями рельсов приводит к еще большему замедлению движения поезда. При этом набежавшие еще незаторможенные хвостовые вагоны (около пятой части поезда) не только замедляют свое движение, но могут начать двигаться в обратном направлении, освобождая от сжатия пружины поглощающих аппаратов вагонов в середине поезда. Происходит мощный рывок, который может окончиться обрывом автосцепки.

Динамические процессы в поезде можно сравнить с работой молота. Головные вагоны вместе с локомотивом выполняют роль подвижной наковальни (основание), средние вагоны - роль деформируемого металла, а хвостовые - бойка молота. Именно поэтому больше всего обрывов автосцепок наблюдается в средней части, и чем тяжелее хвостовая часть, да ещё с подвижным грузом, тем больше опасность разрыва поезда.

3. Причины обрывов автосцепок при трогании длинносоставных поездов на спусках

В длинносоставном поезде при торможении время распространения тормозной волны возрастает почти в 2 раза и в течение 6-13с хвостовые незаторможенные вагоны продолжают набегать на заторможенные головные вагоны, сжимая до предела пружины поглощающих аппаратов у вагонов первой половине поезда. В этом случае поезд останавливается сжатым.

При трогании поезда нормальной длины тормозных средств локомотива достаточно, чтобы удержать его головную часть, пока не будут отпущены тормоза хвостовых вагонов (время распространения отпускной волны в 2-3 раза меньше, чем тормозной). При трогании длинносоставного поезда, тем более с гружеными вагонами в головной части, тормозных средств локомотива часто оказывается недостаточно, чтобы на спуске не допустить быстрого нарастания скорости у вагонов головной части поезда, пока не произойдет отпуск тормозов вагонов хвостовой части. В этом случае, кроме составляющей силы тяжести вагонов, пришедших в движение на спуске, начиная примерно с 15-20 вагона периодически действуют ускоряющие импульсы силы 25-100тс от группы вагонов с предельно сжатыми пружинами поглощающих аппаратов на величину (около 100мм) хода поглощающего аппарата автосцепки каждого вагона. Эти систематические толчки увеличивают скорость головной части поезда и создают в ней волны упругих колебаний, которые, накладываясь друг на друга (явление подобное резонансу), могут привести к обрыву автосцепки. Чтобы не допустить этого, машинисту следует вновь выполнить ступень торможения, при которой остановится головная часть поезда в растянутом состоянии и в ней прекратятся переходные процессы. После повторного торможения оказывается достаточно тормозных средств локомотива для удержания растянутой головной части на спуске, и трогание поезда происходит более плавно. Очень важно обеспечить малую скорость головной части поезда (примерно на длине 10-20м).

Чтобы удержать трогающийся на спуске длинносоставный поезд тормозными средствами локомотива до отпуска тормозов у всех вагонов, его необходимо останавливать в растянутом или близком к этому состоянии. Это достигается торможением при силе тяги, равной примерно 30% номинального значения (при отсутствии датчика № 418), которая плавно уменьшается по мере нарастания тормозной силы, что обеспечивает в течение 5-8с продвижение заторможенных головных вагонов и предотвращает сжатие пружин поглощающих аппаратов у вагонов средней части поезда.

При наличии датчика № 418 выполнить первую ступень торможения в два этапа и, отпустив тормоза локомотива краном № 254, протянуть подторможенные головные вагоны, пока они полностью не затормозятся на втором этапе торможения (через 5-6с).

4. Причины обрывов автосцепок в головной, средней и хвостовой частях поезда

Во всех случаях причина обрыва - недопустимый импульс продольной силы, который характеризуется произведением численного значения этой силы и времени ее действия. Продольная сила в стационарном режиме пропорциональна силе тяги локомотива, а при переходных процессах может превышать ее в 2-3 раза. В ряде случаев это и приводит к обрыву автосцепки.

Сила тяги, необходимая для трогания или ведения поезда, определяется суммой двух сил: силой сопротивления движению при трогании или в процессе движения поезда и силой, необходимой для преодоления силы инерции поезда, равной произведению массы поезда на ускорение и направленной противоположно движению. Поэтому основной причиной обрыва автосцепки в головной части поезда является большая сила тяги многосекционного локомотива и быстрый набор позиций, т е разгон головной части с выбором зазоров в автосцепках и сильный рывок между автосцепками вагонов растянутой и сжатой частями поезда.

Наиболее вероятная причина обрыва автосцепки в середине поезда - быстрый набор позиций при не полностью сжатом поезде, когда вторая его часть остается растянутой, а также наложение прямой и обратной волн упругого сжатия и растяжения состава продольными силами.

Обрыв автосцепки в хвостовой части поезда чаще всего происходит из-за неотпустивших тормозов у вагонов, действия ударной волны, наличия большой группы груженых вагонов, особенно с наливным грузом и неработающими поглощающими аппаратами.

Для предотвращения обрыва автосцепки машинист обязан плавно растягивать и сжимать поезд, а также выдерживать время между позициями контроллера для завершения переходных процессов в поезде, контролируя это по оттяжке или толчку локомотива поездом.

5. Меры по предупреждению обрывов автосцепок

5.1. При управлении автотормозами в длинносоставных поездах.

При выполнении регулировочного торможения разрядку тормозной магистрали проводить в два приема. Первым приемом разрядить тормозную магистраль на 0,3-0,4кгс/см², после чего ручку крана машиниста установить на 2-6с в IV положение в зависимости от длины поезда. Затем вторым приемом довести разрядку до установленной величины, но не менее чем на 0,3кгс/см².

Ручка крана вспомогательного тормоза локомотива при выполнении торможения должна находиться в поездном положении.

Отпуск тормозов при регулировочном торможении производить в два этапа: вначале ручку крана машиниста поставить во II положение; после того как давление в тормозной магистрали приблизится к зарядному значению, ручку крана машиниста перевести в I положение с завышением давления в уравнительном резервуаре на 0,5-0,7кгс/см² выше зарядного.

Перед отпуском тормозов поезда, краном вспомогательного тормоза локомотива довести давление тормозных цилиндров до 1,8-2,0кгс/см².

Минимальная скорость, при которой можно отпустить тормоза, определяется при проверке действия тормозов, при этом необходимо учитывать дополнительное снижение скорости после перевода ручки крана машиниста в I положение.

При скорости движения менее 20км/ч отпускать тормоза только после остановки поезда.

Для поездов с числом осей 350 и более при наличии в составе груженых вагонов в летний период, а для поездов весом более 6000т и числом осей более 300 (до 350) в зимний период скорость при отпуске тормозов должна быть не менее 30км/ч.

Для груженых и порожних поездов с числом осей 350 и более в зимний период времени скорость при отпуске тормозов должна быть не менее 40км/ч.

Одновременно с началом отпуска тормозов в грузовых поездах с составами длиной более 100 осей приводить в действие вспомогательный тормоз локомотива с созданием давления в тормозных цилиндрах 1,8-2,0кгс/см² и выдержать локомотив в заторможенном состоянии в течение 30-40 секунд при длине состава до 350 осей и 40-60 секунд при большей длине состава, после чего плавно отпустить тормоз локомотива.

Преимущества выполнения первой ступени регулировочного торможения в два этапа.

На первом этапе первой ступени торможения ограничивается тормозная сила в головной части поезда, что очень важно для обеспечения безопасности движения поездов, так как снижается вероятность выжимания вагонов. Кроме того, сжатие поезда обеспечивается тормозными средствами вагонов, а не локомотива. Такое сжатие происходит значительно быстрее и эффективнее, при этом уменьшаются продольные силы перед окончательным торможением поезда на втором этапе выполнения первой ступени торможения и далее при последующих ступенях торможения. Данная особенность подготовки тормозов к действию способствует не только сохранению такого же тормозного пути, как и при существующем порядке торможения, но даже некоторому его уменьшению, что объясняется более высоким значением (почти в 2 раза) коэффициента трения в начальный момент торможения в течение примерно 30с.

Предварительное сжатие поезда тормозными средствами вагонов позволяет при регулировочном торможении снизить продольные силы в середине неоднородного поезда на 30-50%, а при расположении цистерн в хвосте поезда даже в 3 раза. Это способствует снижению угона пути, уменьшению износа рельс.

При таком порядке выполнения торможения можно остановить длинносоставный поезд на затяжном спуске практически в растянутом состоянии. Это предотвращает обрыв автосцепок при трогании даже в случае затяжного отпуска воздухораспределителей в хвостовой части поезда. Предложенный прием торможения эффективен и при ведении поезда с гружеными вагонами как в головной, так и в хвостовой части, а также с подвижным грузом (налив, цемент, зерно).

Он эффективен и при плохо работающих поглощающих аппаратах (новые или старые).

Двухэтапное выполнение первой ступени торможения эффективно и в поездах обычной длины (особенно с подвижным грузом на переломном профиле или крутых затяжных спусках), но выдерживать ручку крана машиниста в IV положении необходимо в течение 3-4с.

Для предотвращения обрыва автосцепок машинист не должен производить отпуск тормозов до достижения расчётного тормозного нажатия у хвостового вагона поезда. В помощь ему разработана таблица, где указаны зависимость пути, пройденного составом за время выдержки ручки крана машиниста в IV положении в зависимости от длины поезда и его скорости. Ограничивающая линия в таблице указывает, ниже какой скорости машинисту запрещается производить отпуск тормозов до полной остановки поезда.

При длине поезда 250 осей торможение произведено при скорости 70км/ч. На пересечении указанных графы и строки находим цифру 314, а в нижней строке 16,2с. Это означает, что отпуск тормозов можно производить после постановки ручки крана машиниста в IV положение не ранее, чем через 16-17с или после прохода поездом 300-350м. Если торможение произведено при скорости 25км/ч и менее, производить отпуск тормозов до остановки запрещается.

Машинист в пути следования при проверке действия тормозов должен определить величину снижения скорости от момента перевода ручки крана машиниста в I положение до полного отпуска тормозов. Выявленный при этом перепад скорости служит дополнительным ориентиром и является наименьшей скоростью, ниже которой машинисту запрещается отпускать тормоза.

Торможение произведено при скорости 70км/ч. Ручка крана машиниста переведена в IV положение при скорости 60км/ч. Снижение скорости прекратилось при скорости 35км/ч. Перепад от 60 до 35км/ч составляет 25км/ч. Следовательно, при скорости менее 25км/ч отпуск тормозов в этом поезде производить запрещается.

5.2. При ведении поезда по переломному профилю.

Кинетическая энергия поезда определяется половиной произведения массы поезда на скорость в квадрате, поэтому наиболее эффективно с целью ее уменьшения снижать скорость движения поезда. Снижение скорости с 60 до 50км/ч позволяет значительно уменьшить значения продольных сил в поезде.

Необходимо заблаговременно снизить скорость движения поезда и участок, на котором наиболее часто происходят обрывы автосцепок, проходить в режиме тяги, плавно регулируя скорость в зависимости от профиля пути и изменения относительной скорости движения между отдельными группами вагонов. Наиболее рациональной при движении поезда по переломному профилю можно считать скорость 40-50км/ч.

5.3. Для предотвращения обрывов автосцепок:

Выждать необходимое время на отпуск тормозов после их применения во время движения и после остановки.

При трогании поезда с места и разгоне включить контроллер и растянуть состав на 12-15 метров, выбирая зазоры в автосцепках. При этом скорость не должна расти более 1-2км/ч; когда весь поезд придет в движение плавно увеличить ток тяговых двигателей. Разгон производится с учетом приложения силы на автосцепку не более 130тс (максимальный ток при взятии поезда с места по прочности автосцепок для электровоза 1,5ВЛ11 700А).

При трогании на спуске, когда поезд находится в сжатом состоянии и удерживается прямодействующим тормозом, последний следует отпускать ступенями, применяя его снова с началом движения, с тем чтобы замедлить процесс перехода из сжатого состояния в растянутое. Не допускать отпуска тормоза локомотива, не убедившись в полном отпуске автоматических тормозов.

При срабатывании САУТ ручку крана машиниста перевести в IV положение, выдержать ее в этом положении в зависимости от количества осей, чтобы дать возможность сработать тормозам всего поезда, после чего произвести отпуск тормозов I положение.

При срабатывании ЭПК автостопа перевести ручку крана машиниста в положение экстренного торможения. Не допускается прекращать ключом ЭПК автостопное торможение.

Избегать применение тормозов на ломаном профиле.

Не допускать боксования колесных пар.

При отказе реостатного или рекуперативного тормоза и схем их замещения применять вспомогательный тормоз локомотива.

Плавный переход из растянутого состояния поезда в сжатое и наоборот при следовании по ломаному профилю:

сброс тяги после вступления первой трети поезда на уклон при следовании с подъема на уклон;

включение тяги при следовании с уклона на подъем после вступления первой половины поезда на подъем и естественной оттяжки в поезде или при максимальной скорости в конце уклона;

применение вспомогательного тормоза локомотива при следовании с площадки на уклон.