Сурет
Теміржол көлігі жүйелерін тиімдірек ету үшін технологиялық құлыпты бұзу
Кіріспе
Барлығы теміржол тасымалында үлкен тиімділікті күтеді және қалайды, бірақ қалалық шоғырлану мен қаржыландырудың жетіспеушілігіне байланысты инфрақұрылымның кеңейтілуі екіталай сияқты. Теміржол тасымалының көрсеткіштерін жақсартудың жалғыз жолы - қазіргі жолдарда сағатына көбірек пойыз жүргізу. Ол үшін дөңгелектер мен рельстер арасындағы адгезияға байланысты тежеу өнімділігі шектеулерінің қиындығын жеңуіміз керек.
Wheel Slide Protection (WSP) жүйесі қол жетімді адгезияны пайдалануды оңтайландырудың кілті болып табылады, осылайша кепілдендірілген тежеу өнімділігін жақсартады.
Қалыпты жағдайларда қойылымдар рельс пен доңғалақ арасындағы адгезиямен физикалық түрде шектеледі, бірақ ауа-райы жағдайлары мен ластануы сияқты сыртқы мәселелер нақты қол жетімді адгезияның төмендеуін тудыруы мүмкін. Мұның бірінші салдары - өнімділіктің өзгеруі, бірақ ол қымбат нашарлауына әкелуі мүмкін. WSP негізгі функциясы осьтерді құлыптаудың нашар сценарийін болдырмай, кез-келген сыртқы жағдайларда қол жетімді адгезияны жақсы пайдалану болып табылады. Ол сондай-ақ жылжымалы құрамға немесе инфрақұрылымға әсер етуі мүмкін нашарлауды шектеу үшін қолданылады.
Келесі мақалада Wabtec-тің осы саладағы ең соңғы жетістіктері, бұл жоғары өнімді модельдеу және сынақ құралдарын қолданатын зертханада да, далада да үздіксіз жұмыстың нәтижесі болып табылады.
Қиындықтар
Қолайсыз ауа райы жағдайлары мен ластануы теміржол көлігі жүйелерінің дөңгелек-рельсті адгезиясына теріс әсер етіп, пойыздың тежеу қашықтығын ұзартады. Мұны шектеу үшін операторлар дөңгелекті сырғытудан қорғау жүйелерін жақсырақ талап етеді.
Қазіргі WSP жүйелері стандарттар шегінде анықталғандай типтік тозған адгезияның шарттарын қарастыру арқылы жасалған, олар кейде нақты жағдайлардан айтарлықтай ауытқып кетеді. Егер адгезиясы осы стандартты деңгейден төмен болса, ол құрғақ рельспен салыстырғанда тежеу қашықтығының 50% -дан астамға ұзаруына, ал операторларды оларды қайта профильдеуге міндеттейтін дөңгелектердің (доңғалақтардың) нашарлауына әкелуі мүмкін. Бұл процесс пойыздың қолжетімділігін азайтады және дөңгелектің қызмет ету мерзімін қысқартады, бұл қосымша техникалық қызмет көрсету шығындарын тудырады. Егер адгезия одан әрі нашарласа, рұқсат етілген жылдамдықты азайту немесе рельсті тазалауды басқару сияқты шектеулі пайдалану ережелерін қарастыру керек.
Қазіргі уақытта қолданылып жатқан WSP жүйелері EN15595 стандартында (немесе UIC 541-05) анықталған адгезиялық модельдер негізінде білікті және сыналған. Бұл алдымен сынақ орындықтары арқылы, содан кейін далалық сынақтарда қол жеткізілетін ұзақ және қымбат процесс; әрбір жаңа көлік құралын іске асыру үшін процесс бірнеше апта алады.
Бекітілген параметр қоршаған орта жағдайларымен немесе тежегіш жүйенің өзімен жасалған жағдайлардың кең ауқымын қамти алмайды:
- Теміржолдағы нақты адгезия 0,01-ден (мысалы, жолдағы ескі жапырақтармен) 0,17-ге дейін болуы мүмкін; стандарттар деградацияланған адгезия жағдайлары үшін типтік орнату ауқымын 0,05 мен 0,08 арасында болуы деп қарастырады.
- Осьтердің дәйекті жүгіруіне байланысты пойыз бойымен адгезияның жақсаруы.
- Масса күйі (AW0-ден AW3-ке дейін) және оның массалық трансферттерге байланысты динамикалық өзгеруі.
- Үйкеліс жұбының өнімділігі (төсемнен дискіге немесе блоктан доңғалаққа), оның үйкеліс коэффициенті жылдамдыққа, температураға және ылғалға байланысты өзгереді.
2014 жылы еуропалық Shift2Rail жобасының аясында теміржол саласы - өндірушілер мен операторлар - осы мәселе бойынша жұмыс істеуге шешім қабылдады және Wabtec Shift2Rail сынына жауап берді (PINTA1 және PINTA2 жобалары).
Бірінші қадам нақты пайдалану жағдайларында және ортада дөңгелек-рельс адгезиясының тозуын, атап айтқанда дөңгелектердің дәйекті өтуіне байланысты қызмет кезінде пойыз бойында пайда болуы мүмкін “тазалау” әсерін жақсы түсіну болды. Бұған көптеген сынақ нәтижелерін мұқият талдаудың және арнайы сынақ стендінде ауқымды жұмыстың арқасында қол жеткізілді.
Roller деп аталатын бұл сынақ орындығы әр доңғалақ пен рельс арасындағы адгезияны бұзатын ластаушы заттардың әрекетін дәл модельдеу үшін жасалды. Бұл Wabtec әзірлеген бірегей құрал. Бұл сынақ орындығы тестерлерге бір жолда жүретін бірнеше осьтерде тежеуді қолдануға мүмкіндік беретін төмендетілген масштабты құрылғы болып табылады. Трасса үшін деградацияланған адгезия құрылады және әрбір осьте тежегіш күш-жігерін модуляциялауға және алынған адгезияны бағалауға болады.
Осы негізде жаңа Adaptive WSP жүйесі жобаланып, енгізілді. Әрбір көлік құралы үшін датчиктер мен жетектер жиынтығымен біріктірілген сандық электрондық жабдық ең аз орташа квадраттар әдісін (LMS) қолданатын адаптивті алгоритмге негізделген бағдарламалық жасақтаманы біріктіреді. Ол нақты адгезиялық жағдайларды ескере отырып, WSP алгоритмін динамикалық өздігінен реттеуді қамтиды.
Сурет
Сурет
Wabtec зертханасынан тыс жерде бұл жаңа жүйе Ұлыбританиядағы WSPER сынақ стендінде, DBST-тің EN15595-аккредиттелген сынақ стендінде және Испанияның Бильбао қаласындағы EUSKOtren көлігімен далалық сынақтар кезінде сыналды.
DistanceMaster™ адаптивті WSP
Нәтижелер
Қауіпсіздіктің маңызды параметрі болып табылатын DistanceMaster™ адаптивті WSP құрылғысының тежеу қашықтығына әсерін сараптау EN 15595:2011 және 2018 стандарттарына сәйкес келетін стандартты WSP жүйелерімен салыстырғанда айтарлықтай жақсаруды көрсетеді. Адаптивті WSP көмегімен стандартты EN/UIC нашар адгезиясы жағдайында тоқтау қашықтығы ұзартудың жақсаруын байқадық. Құрғақ жағдайларда тоқтату қашықтықтарымен салыстырғанда ұзартқыш шамамен 8%, Wabtec WSP алдыңғы буынымен 12% салыстырғанда, және стандарттарда көрсетілген 20% қолайлы максимум.
WSPER сынақ стендінде бағалау жасалды; бұл WSP бағалау қондырғысын Ұлыбританияның Дерби қаласындағы DB System Technik компаниясының DB-ESG бөлігі әзірлеген.
Сурет
[Адаптивті WSP-тің 90 км/сағ жылдамдықтағы тежеу қашықтығын алдыңғы буын WSP-мен салыстыру]
Сурет
[Тұрақты төмен адгезия жағдайында адаптивті WSP және алдыңғы буын WSP тежегіш өнімділігін салыстыру.]
Сонымен қатар, оңтайландырылған адаптивті алгоритмді қолданатын барлық сынақтар кезінде қысылған ауаны тұтыну (демек, негізгі желілік қысымды ұстап тұру үшін қажетті энергия шығыны) алдыңғы буын WSP-лерімен салыстырғанда айтарлықтай төмендейді.
Сурет
[Тұрақты төмен адгезия жағдайында адаптивті WSP мен алдыңғы буын WSP-нің ауа шығынын салыстыру.]
Тағы бір бағалау DBST компаниясының Германияның Минден қаласында орналасқан EN аккредиттелген сынақ стендінде жасалды.
DBST сынақ стендінде A-WSP валидациясы кезінде алгоритм әртүрлі адгезиялық профильдер мен тежеу режимдерін қолданатын функционалдық және типтік сынақтарды қоса алғанда, 1000-нан астам сынақтарға ұшырады.
Валидация максималды жылдамдығы 400 км/сағ болатын тіркемелі автокөлікте орындалды.
Келесі кестеде тежеу жылдамдығы мен WSP алгоритмі бойынша тоқтау қашықтығы мен ауа шығынының орташа ұзартылуы берілген. A-WSP-дің тежеу қашықтығы екі жағдайда да алдыңғы буын WSP-ге қарағанда қысқа; адаптивті алгоритммен ауа шығыны да төмен.
Сурет
[DBST-тің сынақ стендінде тоқтау қашықтығы мен ауа шығынының орташа ұзартылуы, алдыңғы буын WSP және A-WSP.]
Келесі кестеде DBST зертханасында A-WSP және алдыңғы буын WSP-мен жүргізілген сынақтар берілген. A-WSP және AEF-91 EN 15595:2011 стандартына сәйкес келеді. A-WSP сонымен қатар EN 15595:2018 шеңберіндегі барлық міндетті және қосымша сынақтарға сәйкес келеді.
Сурет
[EN15595: DBST сынақ стендінде 2011 және 2018 сынақ бағдарламасы, алдыңғы буын WSP және A-WSP.]
Одан әрі жақсарту
Баяулау компенсациясы
Мұны одан әрі жақсарту үшін қажетті келесі қадам - дәйекті осьтер өткен кезде адгезияның өзгеруін ескеру; осы мақсатта баяулауды өтеу жүйесі жобаланды және енгізілді. Бұл жүйе (Wabtec әзірлеген Metroflexx және Regioflexx типтерінің біріктірілген тежегішті басқару жүйелерінде қол жетімді) пойыз бойында қол жетімді адгезияны жақсы пайдалану арқасында тозған адгезия жағдайында тежеу қашықтығын одан әрі азайтуға бағытталған.
Жүйе пойыз деңгейінде мақсатты баяулауға қол жеткізу үшін пойыз бойымен тежеу күшін қайта бөлуге бағытталған. Әрбір жергілікті тежегішті басқару блогы қол жетімді адгезияны тексереді және жолаушылардың максималды жайлылығын қамтамасыз ете отырып, тежеу күшін шекке дейін арттыра алады. Бұл баяулауды өтемақы функциясы Wabtec компаниясының Metroflexx және Regioflexx тежегіш жүйелерінде (тиісінше метроға және көп бірлікті пойыздарға арналған тежегіш жүйелер) бар қауіпсіздіктің жоғары деңгейіне (SIL4) байланысты авариялық тежеу кезінде де қолданылуы мүмкін.
Бұл функция жергілікті түрде басқарылады (әрбір богидің немесе көлік құралының тежегішті басқару жабдығымен) және пойыздың әртүрлі тежегішті басқару қондырғылары арасында байланысты қажет етпейді. Оператор оны іске асыруды таңдаған кезде, бұл функция толығымен конфигурацияланады (талап етілетін максималды адгезия, тежегіш цилиндрінің максималды қысымы және т.б.).
Адаптивті WSP және баяулауды өтеуге арналған шешуші қадам
Бірлесіп жұмыс істейтін осы екі функцияны пайдалану келесі нәтижелермен WSPER сынақ стендінде DB-ESG сыналды (Euskotren анықтамалық жағдайын ескере отырып).
Сурет
Жоғарыда сипатталған Адаптивті WSP жүйесімен бірге жұмыс істейтін баяулау компенсациясы тежеу қашықтығының ұзартылуын анықтамалық деградацияланған адгезия жағдайында құрғақ күйдегі тежеу қашықтығынан шамамен 6% -ға дейін төмендетеді. Жалғыз әрекет ететін WSP жүйесінің араласуымен салыстырғанда, екі жүйенің комбинациясы тозған адгезия жағдайында тежеу өнімділігін 50% жақсартуға [12% орнына 6% ұзарту] мүмкіндік береді. Бұл қауіпсіздіктің айтарлықтай жақсаруын білдіреді, әсіресе рельс-доңғалақтардың адгезиясы шарттарының өзгергіштігін жақсы ескеру арқылы.
Осы екі инновациялық жүйенің салыстырмалы артықшылықтары келесі диаграммада жинақталған.
Сурет
Эталондық деградацияланған адгезия жағдайында алдыңғы буын WSP өнімділігімен салыстырғанда тежеу өнімділігінің деградациясын төмендету 34% -дан (Adaptive WSP тек) 50% -дан (Adaptive WSP плюс баяулау компенсациясы) дейін ауытқиды.
Бұл теміржол көлігі жүйелерінің қауіпсіздігінің негізгі критерийлерінің бірі болып табылатын кепілдендірілген авариялық тежегіш жылдамдығын бақылаудың айтарлықтай жақсаруы болып табылады.
- Сынақтардың нәтижелері тежеудегі және оны тозған және/немесе ауыспалы адгезия жағдайында басқарудың айқын жақсарғанын көрсетеді. Бұл операторларға жылжымалы құрамды қорғау кезінде климаттық және/немесе маусымдық жағдайларды (құлаған жапырақтар, күзгі/қысқы жағдайлар және т.б.) жақсы күресуге мүмкіндік беруі керек (дөңгелекті қабаттардан аулақ болу). Орндағы пойыздар аралығы жүйесіне қарамастан, тозған жағдайда авариялық тежеу қашықтығын төмендетуді қамтамасыз ету мұндай желілердегі операциялар үшін негізгі нүкте болып табылады, өйткені ол күтілетін тежегіштер үшін қауіпсіздікті арттырады. Бұл жүргізушіге үлкен сенімділік ұсынады және жылдамдықты төмендету сияқты операциялық шектеулердің қажеттілігін болдырмауы (немесе шектеуі) мүмкін.
- Негізінен жаңа желілерде қолданылатын жылжымалы блоктық сигнал беру жүйелері үшін (ETCS L3 және CBTC сияқты), осы жақсы кепілдендірілген тежегіш өнімділіктерін қарастыру жолдардың төмендеуіне және желінің қуаттылығын жақсартуға есікті аша алады.
- Техникалық қызмет көрсету шығындарының төмендеуі: Стандартты WSP жүйелерінде адгезияның стандартты тозған түрі үшін оңтайландырылған тіркелген параметрі бар. Адаптивті WSP тұрақты түрде өздігінен реттеледі, сондықтан ол өте төмен адгезия жағдайында да қол жетімді адгезияны жақсы пайдалана алады. Бұл дөңгелектің зақымдану қаупін айтарлықтай азайтады. Сынақ нәтижелері бойынша доңғалақтардың пайда болу жиілігі ~ 50% -ға төмендеуі мүмкін. Доңғалақты жазық ақаулардың айтарлықтай экономикалық салдары бар: доңғалақты қайта профильдеу техникалық қызмет көрсету жұмыстарына байланысты дөңгелектердің қызмет ету мерзімін және пойыздардың болуын азайтады; көптеген пәтерлер қосымша техникалық қызмет көрсету операцияларына және кейде зақымдануға әкелетін шамадан тыс трек стрессіне әкелуі мүмкін.
- Жаңа көліктерді іске қосуды жеңілдетуге болады: адаптивті WSP параметрлерін реттеу үшін ұзақ сынақ науқанын қажет етпейді. Жүйе өздігінен реттелетін және алғашқы тежеуден қол жетімді адгезияға сәйкес тежеуді оңтайландырады.
Осы жүйелерді енгізу
Адаптивті WSP қондырғысын Amtrak Солтүстік Америка нарығында бір жыл бойы жұмыс істеп сынады, дөңгелектердің тозуы тұрғысынан айтарлықтай артықшылықтары бар. Адаптивті WSP және баяулау өтемақысы NYCT (NewYork) және Euskotren (Бильбао) операторлары үшін төрт маусымдық сынақтар үшін толық пойыздарды жабдықтауға арналған; бұл бастамалар 2021 жылдың 4-тоқсанында және 2022 жылдың 1-тоқсанында қызмет көрсете бастайды.
Адаптивті WSP қазіргі уақытта EN сертификаттауынан өтіп жатыр. Оны баяулау өтемақы жүйесімен біріктіруді жаңа жылжымалы құрамдарды жобалау үшін қарастыруға болады. Бұл толық жүйе өз паркінің тиімділігін арттыруға ниет білдірген операторларға қолжетімді болады.
Айта кету керек, адаптивті WSP-ді тек WABTEC WSP-мен жабдықталған қолданыстағы көліктерде ауыр аппараттық өзгерістерді қажет етпей іске асыру мүмкін.
Қорытынды
Пойыздың қозғалысын азайту үшін әлі де қадамдар жасалуы керек, мысалы, ауыспалы блоктық сигнал беру жүйелерін орналастыру және тиісті кепілдендірілген авариялық тежегіш жылдамдығы (GEBR), олардың екеуі де рельс жүйесінің толық дизайнына ықпал етеді, Wabtec компаниясының жоғарыда сипатталған инновациялық адгезиялық пакеті өте қатты құрылыс блоктарын қамтамасыз етеді және үлкен технологиялық қиындықты жеңеді.