Защита от проскальзывания колес и защита от пробуксовки колес — это железнодорожные термины, используемые для описания автоматических систем, используемых для обнаружения и предотвращения проскальзывания колес во время торможения или пробуксовки колес во время ускорения. Это аналогично ABS и системам контроля тяги, используемым на автомобилях. Это особенно важно в условиях скользкого рельса .
Шлифование является одним из методов уменьшения проскальзывания или скольжения колес. Локомотивы и электропоезда имеют песочницы , которые могут подавать сухой песок на рельсы перед колесами. Это может быть запущено автоматически, когда система защиты от скольжения колес обнаруживает потерю сцепления, или водитель может управлять ею вручную. Пескоструйная обработка может быть подключена к компьютерной системе, которая определяет направление движения поезда и место внесения песка: вперед или назад от вагонов. В старых локомотивах к клапану был прикреплен ручной рычаг, который имел три положения: выключено, вперед и назад. [ нужна цитата ]
Оборудование защиты от скольжения колес (WSP) обычно устанавливается на пассажирских поездах для управления поведением колесных пар в условиях «низкого сцепления» (пониженное трение колеса о рельс). Он используется при торможении и может считаться аналогом антиблокировочной системы тормозов (АБС) для автомобилей. Систему также можно использовать для управления (или предоставления входных данных) системе тяги для контроля пробуксовки колес при подаче мощности в условиях низкого сцепления.
«Низкое сцепление» с рельсом потенциально может привести к повреждению колес и рельсов. Обычно условия низкой адгезии связаны с экологическими причинами, возникающими в результате сезонного листопада или промышленного загрязнения. Иногда причиной может быть другой, менее очевидный фактор, например легкое окисление головки рельса или даже стаи насекомых.
Когда поезд тормозит, низкое сцепление проявляется в проскальзывании колес, когда колесная пара вращается с меньшей скоростью (скоростью), чем скорость движения поезда. Самым крайним примером этого является ситуация, когда колесо вообще перестает вращаться (колесо проскальзывает), пока поезд все еще движется, что может привести к «проколу колеса», вызванному истиранием более мягкой стали колеса более твердой рельсовой сталью.
Однако колесная пара не обязательно должна полностью блокироваться, чтобы можно было нанести ущерб. Если скольжение значительное, в пятне контакта между колесом и рельсом может накопиться достаточно тепла, чтобы навсегда изменить кристаллическую структуру стали колеса. Сталь становится более хрупкой ( мартенсит ), что приводит к образованию полостей в круге. Проколы колес на железнодорожном транспорте очень заметны по характерному «взрыву» в такт скорости поезда. Обычно необходимо использовать токарный станок для колес, чтобы удалить слой протектора колеса, образовавшийся из-за сильного прокола или впадины, что сокращает срок службы колеса и является основными эксплуатационными расходами для железнодорожной отрасли.
При тяге низкое сцепление может привести к ускорению колесной пары быстрее, чем поезда (пробуксовка колес) до такой степени, что это может привести к повреждению тяговой системы или привести к повреждению колеса и рельса (возгорание рельса).
WSP обычно входит в стандартную комплектацию новых автопарков, состоящих из нескольких единиц. Основная функция WSP — улучшить способность поезда останавливаться в условиях плохого сцепления. Однако в железнодорожной отрасли признано, что он также полезен для защиты колес от повреждений во время скольжения при торможении или пробуксовке при тяге. Это улучшение достигается за счет контролируемого регулирования скорости колесной пары так, чтобы поддерживать относительно постоянный уровень скольжения. [ нужна цитация ] Контролируемое скольжение приводит к кондиционированию слоя загрязнения на рельсе (очищающее действие), тем самым улучшая уровень трения и улучшая способность поезда останавливаться. Контролируемое проскальзывание колес также может оказывать ограниченное очищающее действие на головку рельса по длине поезда. Это приводит к тому, что автомобили сзади имеют большее сцепление с дорогой, чем автомобили спереди.
WSP постоянно контролирует скорость вращения каждой оси локомотива или автопоезда и вмешивается, когда обнаруживает значительную разницу на любой оси.
Если произойдет пробуксовка колес, когда контроллер мощности открыт, WSP отключит питание соответствующего тягового двигателя(ов). Несмотря на это, большинство железнодорожных компаний советуют своим водителям закрывать регулятор мощности [1] и давать скользящим колесам стабилизироваться, прежде чем снова открывать контроллер на низкой настройке, поскольку управление поездом может быть достигнуто быстрее.
Однако, когда происходит пробуксовка колес и WSP отпускает тормоза на затронутых осях, водителям предлагается оставить ручку тормоза в покое [1] и позволить WSP управлять торможением поезда. Это связано с тем, что машинист сидит над ведущей тележкой поезда, где проскальзывание колес обычно наиболее сильное. [1] Эта направляющая частично очистит головку рельса, и, таким образом, дальше по поезду колеса достигнут лучшего сцепления и, следовательно, тормозного эффекта.
Управление поездом в условиях низкого сцепления требует опыта. Неспособность распознать и правильно отреагировать на загрязнение головки рельса или условия окружающей среды, которые вызывают низкую адгезию, может привести к нарушениям безопасности, таким как передача сигнала при опасности , столкновение или выход за пределы станции.
Перед каждым сезоном листопада многие железнодорожные компании проводят тренинги по снижению сцепления [1] для своих новых квалифицированных водителей. Это заключается в захвате участка линии в период затишья. Используя боковые маркеры, каждый машинист набирает скорость своего поезда, а затем выполняет полное торможение при нормальных условиях сцепления. Затем головку рельса обрабатывают примесью с низким коэффициентом трения . Во время второго заезда водитель почувствует звук и ощущение срабатывания системы WSP и срабатывания продувочных клапанов на тормозных цилиндрах, а тормозной путь станет значительно больше.
Хотя это дает лишь приблизительное представление о том, как поезд будет вести себя при низком сцеплении с дорогой, это гарантирует, что машинист сможет распознать начало проскальзывания колес и будет знать правильные действия, которые следует предпринять в случае его возникновения. [1]
Современные системы WSP управляются микропроцессором и используют двухступенчатые клапаны, которые позволяют точно контролировать давление воздуха в тормозных цилиндрах. Это важно для возможности захвата и управления скользящим колесом, а также для минимизации количества ресурсов воздуха, используемых WSP. При торможении WSP сначала применяет динамическое торможение. Если это не удается, система «смешивает» фрикционную и динамическую тормозную системы. [2] Если контроль все еще не установлен, система возвращается к фрикционному торможению только тогда, когда продувочные клапаны [2] быстро пропускают воздух в тормозные цилиндры. Примеры такого оборудования производятся компаниями Knorr Bremse (EP Compact, EP2002), Faiveley Transport (EPAC) и POLI Wabtec (ATHENA).
Производителями оборудования WSP являются Faiveley Transport , Knorr-Bremse, Wabtec , DAKO, KES & Co GmbH, Mitsubishi, Siemens, Selectron Systems AG и ABB.
Продемонстрировать улучшение, обеспечиваемое системой WSP, очень сложно, поскольку естественное состояние низкого сцепления, возникающее на рельсе, может быть трудно воссоздать в условиях испытательного трека.
Для испытаний на треке исторически использовался раствор на основе моющего средства, чтобы обеспечить условия испытаний с низкой адгезией. Этот метод испытаний часто упоминается в европейских и международных стандартах ( BS-EN 15595 , UIC 541-05 ). В Великобритании компания British Rail Research применила два подхода, включая метод лабораторного моделирования для всех разрешений WSP примерно с 1992 года, и тестирование пути с использованием тщательно подготовленной бумажной ленты, приклеенной к головке рельса. Считается, что метод бумажной ленты, используемый в Великобритании, дает реалистичное представление о сложных условиях очень низкой адгезии, возникающих во время осеннего листопада. С увеличением приватизации железных дорог в Европе организация и проведение испытаний путей стало очень дорогим. Как следствие, тестирование на основе моделирования быстро становится все более популярным среди производителей ПОБВ и национальных органов.
В симуляционном тестировании используется компьютерное представление поезда и состояния пути, а в систему WSP подаются сигналы, которые эффективно обманывают ее, заставляя думать, что она приспособлена к реальному поезду. Большинство производителей WSP обладают определенными возможностями моделирования, а также имеются мощности, доступные в национальных органах или независимых испытательных центрах, таких как Deutsche Bahn (DB Германия), Ferrovie dello Stato (FS Италия) и DeltaRail Group (формально исследование BR) (Великобритания и Ирландия).