Омаров А.Д. - д.т.н., Султангазинов С.К. - д.т.н.

Казахский университет путей сообщения

Республика Казахстан, г.Алматы

Анализ состояния и особенности отказов рельсовых цепей

К наиболее характерным причинам отказов рельсовых цепей с прекращением их работы относятся: обрыв стыковых соединителей, перемычек, тяговых и блокировочных соединительных проводов (джемперов), нарушение изолирующего стыка, понижение сопротивления балласта, стрелочной гарнитуры, стяжной полосы, сережки, распорки крестовины, замыкание различными элементами (проволока, инструмент и т.д.), влияние посторонних источников тока, повреждения от грозы, неправильная регулировка режима работы, излом рельса и другие.

Особо опасными являются отказы, в результате которых рельсовая цепь показывает ложную свободность. Наиболее вероятный случай ложной свободности в результате следующих причин: появление обходных помимо рельсов, цепей для сигнального тока через опоры контактной сети, металлические конструкции, междупутные соединения и т.п.; потеря шунта вследствие загрязнения поверхности головок рельсов; следование подвижных единиц с плохим шунтом (дрезины, автомотрисы, отдельные локомотивы); подпитка путевых реле от посторонних источников: подпитка или переворачивание путевых реле обслуживающим персоналом; неисправности перемычек или соединителей. Неисправности соединителей происходят из-за коррозии, некачественной приварки, повреждения при путевых работах и т.п.

Отказы стыковых соединителей приварного типа происходят в основном из-за обрыва соединителя в месте его приварки к рельсу вследствие нарушения технологии приварки или ненадежного контакта между тросом и наконечником. Основным недостатком штепсельных соединителей является нестабильное сопротивление в контактной паре штепсель-рельс. Это сопротивление зависит от состояния контактирующих поверхностей и плотности контакта. Основное число отказов рельсовых цепей падает на изолирующие стыки и изоляцию стрелок. Отказ изолирующих стыков возникает, как правило, при повреждении деталей, изоляции и в то же время сохранении целости самих накладок. Срок службы и периодичность ремонта изолирующих стыков определяют боковые изолирующие прокладки, так как они подвержены наиболее сильному воздействию динамических усилий от подвижного состава. Факторами, способствующими нарушению изоляции изолирующего стыка, являются: угон рельсов, некачественная подбивка шпал, замыкание стыка металлической стружкой и т.п. Все металлические детали скреплений и рельсы имеют электронную проводимость, а шпалы и балласты, где присутствует влага, можно рассматривать как своеобразный электролит, также обладающий определенной проводимостью.

С ростом температуры и влажности интенсивность электрохимических процессов возрастает, что приводит к снижению сопротивления изоляции. Большое влияние на активизацию электрохимических процессов оказывают соли, которые даже в малых количествах приводят к резкому снижению сопротивления изоляции. Особенно чувствительны к понижению сопротивления балласта импульсные рельсовые цепи постоянного тока и в первую очередь наиболее длинные из них (предельная длина 2,5 км). Протекающие в них электрохимические процессы, получившие название аккумуляторного эффекта, оказывают мешающее влияние на работу рельсовых цепей (залипание или задержка отпускания реле) и требует принятия специальных мер защиты. Наиболее подвержены аккумуляторному эффекту рельсовые цепи на железобетонных шпалах. Понижение изоляции рельсовой линии является причиной большей части отказов рельсовой цепи. Наиболее массовым явлением остается повреждение изоляции на стрелках и в изолирующих стыках. Нарушение изоляции в изолирующем стыке происходит как из-за нарушения торцевой изоляции при сгоне стыка в жаркую погоду, так и за счет разрушения боковой фибры, продавливания втулок и шайб.

Многолетний опыт эксплуатации изолирующих стыков показал, что они имеют ограниченный срок службы, особенно в условиях интенсивного движения. Если принять, что изолирующий стык в среднем выдерживает суммарную нагрузку от прохода поездов общим весом млн.т., то средний срок службы изолирующего стыка , установленного на однопутном перегоне, приближенно может быть вычислено по формуле

, (1)

где, , – средняя весовая норма на участке соответственно для пассажирских и грузовых поездов, т;

, – среднее число пар поездов в сутки соответственно пассажирских и грузовых.

Такой оценкой не учитываются скорость поездов, климатические особенности участка, качество содержания пути (подбивка стыковых шпал и др.), а также соблюдение технологии при сборке изолирующего стыка. Последний фактор оказывает особенно большое влияние на срок службы стыка. Наиболее характерное нарушение технологии установки изолирующего стыка заключается в том, что при большом зазоре в стыке отверстия в накладках не совпадают полностью с отверстиями в рельсе, при этом болт нередко загоняется с помощью кувалды и изоляция, естественно, нарушается. Надежность работы изолирующего стыка можем довести заменой стандартной фибровой или капроновой изоляции на изоляцию из стеклотекстолита. Изолирующие шайбы и торцевые прокладки из стеклотекстолита не подвержены деформации и практически не требуют замены. Стеклотекстолиты легко поддается обработке при помощи штамповки, в отличие от фибровой изоляции выдерживает большие нагрузки, не высыхает с повышением температуры и не подвержен воздействию влаги.

Поскольку изолирующие прокладки из стеклотекстолита не изменяются в объеме с изменением атмосферных условий, исключаются случаи понижения уровня из-за сгона рельсов и скапливания металлических опилок или стружки между торцами рельсов.

Предел прочности стеклотекстолита – 52 кг/мм², в то время как для капрона он составляет 35 кг/мм², а для фибры 10,5 кг/мм². Рельсовая цепь является специфической линией связи с незначительным сопротивлением рельсовых нитей, очень низким сопротивлением изоляции каждого рельса по отношению к земле. Поэтому сопротивление рельсов и сопротивление изоляции являются важнейшими параметрами рельсовых цепей. Под электрическим сопротивлением рельсов подразумевают сопротивление рельсовой петли, образуемой обеими рельсовыми нитями и стыковыми соединителями.

Под электрическим сопротивлением изоляции рельсов подразумевают сопротивление, оказываемые току утечки от одной рельсовой нити к другой через шпалы и балласт. Максимальное сопротивление изоляции наблюдается при низкой температуре, а максимальное снижение сопротивление изоляции – при положительных температурах в сочетании с определенной влажностью. В рельсовых цепях переменного тока наряду с активными потерями энергии сигнального тока имеются значительные перемагничивания стали рельсов, вихревых токов и т.п.

Это приводит к возрастанию полного сопротивления рельсов. Сопротивление обычного стыка, не имеющего соединителей, лежит в широких пределах 220 Ом эквивалентной длины или оно колеблется от 5×10^-5 до 10 Ом. Сопротивление 1 м рельса Р50 – 3,33×10^-5 Ом, Р75 – 2,54×10^-5 Ом. В соответствии с этими значениями установлены нормативные сопротивления рельсов постоянному току при длине звеньев 12,5 м от 0,6 до 0,3 Ом/км в зависимости от типа рельса, а изолирующий стык имеет сопротивление в основном 0,1-2 кОм, а односторонней изоляции накладки изолирующего стыка может достигать 100 кОм. На основе опытных данных установлены следующие границы изменения удельного километрического сопротивления рельсовой линии на постоянном токе (рельсовой петли длиной 1 км) в зависимости от состояния стыков и температуры окружающей среды: при штепсельных соединителях 0,3-0,6 Ом/км, а при стальных приварных 0,1-0,2 Ом/км. Для всех типов рельсов удельное сопротивление рельсовой стали 0,21×10^-6 Ом×м (расстояние между рельсом 1,6 м). Температурный коэффициент сопротивления рельсовой стали равен 0,047 °C.

Литературы

1.Брылеев А.М., Кравцов Ю.А., Шишляков А.В., Теория устройство и работа рельсовых цепей. -М.: «Транспорт»,1978. 344 с.

2.Аркатов В.С., и др. Рельсовые цепи магистральных железных дорог. -М.: «Транспорт», 1982. 360 с.

3.Дмитриенко И.Е. Техническая диагностика и автоконтроль в железнодорожных системах автоматики и телемеханики.-М.: Транспорт,1976. 96 с.

4.«Методы построения безопасных микроэлектронных систем железнодорожной автоматики» Под ред. В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, Х.А. Христов, Д.В. Гавзов; -М.:Транспорт, 1985.272 с.