Удивительно то, как очевидные вещи могут стать невероятными. И так, давайте попробуем разобраться с работой противобоксовочной защиты на электровозе 2(3)ЭС4К и узнаем что невероятного там может быть.
В отличии от электровозов ВЛ10 и ВЛ15, где основным способом определения боксования является только разность напряжения на якорях, техническое оснащение электровозов 2(3)ЭС4К позволяет определять боксование и юз:
- По разности напряжения в паре двигателей одной тележки, через датчики напряжения подключенные к якорям каждого двигателя.
- По изменению скорости вращения колесной пары, через датчики пути и скорости (ДПС) установленные на каждой оси.
Кто управляет алгоритмом работы ПБЗ?
За обработку, анализ данных от датчиков и определение боксования и юза отвечает блок управления тяговым приводом (БУТП), а за подачу песка блок управления оборудованием (БУО). Оба блока входят в состав МСУД.
По каким признакам МСУД определяет боксование, юз колесных пар?
Путем анализа данных от датчиков МСУД формирует признаки боксования.
- Признак синхронного боксования.
- Признак скольжения.
- Признак боксования по ускорению.
- Признак по разнице напряжения двух тяговых двигателей одной тележки.
Подробно о признаках.
Признак синхронного боксования - при появлении ускорения 2 м/с2 и более у двух колесных пар одной тележки.
Для примера примем что боксование началось в начале движения при скорости 1км/ч, при ускорение 2 м/с2 скорость вращения изменится до 22 км/ч за 3 секунды при этом пройденное расстояние будет менее 1 метра. Если боксование началось при скорости 40 км/ч, скорость измениться до 62 км/ч при пройденном расстоянии 33 метра.
Признак боксования по ускорению - при появлении ускорения 0.8 м/с2 и более у одной колесной пары.
Как и в случае синхронного боксования примем, что боксование началось в начале движения при скорости 1 км/ч, при ускорение 0.8 м/с2 скорость вращения изменится до 22 км/ч за 7.2 секунды. Если боксование началось при скорости 40 км/ч, скорость измениться до 62 км/ч. при пройденном расстоянии 80 метров.
Признак скольжения - при разнице скоростей колесных пар одной тележки 3 км/ч.
В отличии от признаков определяемых по ускорению, появление этого признака возможно даже при разнице толщин бандажей колесных пар в тележке и при следовании по кривым малого радиуса.
Признак по разнице напряжения двух тяговых двигателей одной тележки - при разнице напряжения в 20 и более вольт. При медленно меняющейся разнице данный признак не формируется. Опыт эксплуатации показывает что это самый чувствительный признак, но часто он служит причиной ложного определения боксования и последующего срабатывания противобоксовочной защиты.
На рисунке красным прямоугольником выделены пары ТЭД имеющие разницу более 20V. Разбирать причины возникновения разницы напряжений при нормальной работе электровоза не будем, это вопрос ремонта. Нас интересует как это влияет на работу электровоза. В ситуации как на рисунке, ложное срабатывание будет происходить при интенсивном наборе и сбросе позиций. Если набор (сброс) позиций медленный абсолютная разница напряжений будет накапливаться медленно, признак не сформируется. Тем не менее на некоторых позициях и позициях перегруппировки (15-16-17, 30-31-32,) срабатывания песочниц не избежать. Это становится причиной повышенного расхода песка и притом в бункере у колесной пары датчик которой даёт разницу. Данный признак боксования не вызывает речевое информационное сообщение и сигнал РБ на блоке сигнализации.
Для любого признака, МСУД начнет информировать машиниста о боксовании или юзе через сигнальную лампу РБ на блоке сигнализации (БС) и речевого сообщения только через 3 секунды после появления признака. Самое критичное то что, признак имеет длительность и он может сниматься МСУД независимо от прекращения или нет боксования/юза. В среднем он длится от 7-9 сек. до 30 секунд. С чем это связано остается загадкой, вероятно есть программное ограничение на ложное срабатывание.
Работа схемы противобоксовочной защиты.
В руководстве по эксплуатации (книга 1) работа цепи защиты от боксования и юза описана в разделе 6.10. Но кто и когда читал что там написано?
Защита от боксования и юза обеспечивается
- Импульсной подачей песка под колесные пары.
- Снижением момента тяговых двигателей.
Начнем с конца. Регулирование момента тяговых двигателей обеспечивают регуляторы тока возбуждения, то есть требуется работа возбудителей (смешанное или независимое возбуждение) или включение позиций ослабления поля.
При определении ускорения или замедления вращения колесной пары происходит:
- В режиме тяги при включенных возбудителях: регулирование возбуждения до ликвидации боксования, на "С" соединении на всех двигателях, "СП" соединении на двигателях буксующей секции, "П" соединении на двигателях буксующей тележки.
- В режиме тяги при отключенных возбудителях: на "С" соединении на двигателях буксующей тележки.
- В режиме торможения: ослабление возбуждения аналогично алгоритму при тяге.
При выключенных возбудителях при следовании на "С" соединении с 1-15 позицию МСУД включает 4 позицию ослабления поля, снижая ток возбуждения тележки имеющей признак боксования, без сброса позиций.
На “СП” и “П” включение ослабления поля не произойдет. Для случаев включенного авторегулирования, МСУД будет производит сброс позиций (1 позиция в секунду), но не стоит надеяться на быстрый эффект от этого, лучше не пренебрегать работой возбудителей.
Сброс позиций не связан напрямую с попыткой повлиять на боксование, а связан с алгоритмом работы электровоза в тяге. Боксование вызывает запрет набора позиций, что приводит к сбросу позиции. Аналогично, как при достижение заданной скорости, происходит сброс позиций.
Будьте внимательны, при регулировании тока путем снижении ослабления поля, в момент отключения контакторов ослабления поля возможно ложное срабатывание ВБТ(выключателей быстродействующих токоограничивающих) QF11 и QF21. И тут можно попасть в ловушку, если ВБТ отключится на ведомой секции, тяга на “С” не пропадет, а вот на “СП” ведомая секция не повезет.
В ручном режиме сброс позиций полностью на машинисте.
Как должна работать импульсная подача песка?
Именно должна, в реальности всё не так, но об этом позже.
Прежде, рассмотрим два тумблера на пульте помощника машиниста которые влияют на работу импульсной подачи песка.
Тумблер S30 - “Песок автоматически” выделен желтым цветом, тот самый тумблер который делает возможной работу импульсной подачи песка со стороны МСУД. Если он отключен то МСУД не будет производить подачу песка при фиксации признаков боксования и юза. Всё бремя на подачу песка ложится на машиниста.
Тумблер 72 - “Песок” выделен красным цветом. Самый таинственный тумблер, мало кто знает его настоящее назначение, но у каждого есть своя версия. Одна из них связана с знаком руки над кнопкой и означает возможность ручной подачи песка. Это неправильная трактовка. Следуя назначению этого тумблера правильно назвать его надо “ Отключение автоматической подачи песка “ но с оговоркой. Об этом подробней. При следовании по стрелочным переводам ТЧМП должен включать этот тумблер для блокирования работы песочниц. То есть блокировать работу тумблера S30. Но зачем вводить целый тумблер, когда можно отключить сам S30? Что кстати и рекомендуется в руководстве по эксплуатации книга 7 (использование по назначению). Видимо книгу 7 составлял человек который не читал книгу 1(или не подписан на наш канал 😀) и поэтому допустил явное противоречие при описании работы. Итак, в ситуации когда включены S72 и S30 работа автоматической подачи песка полностью не блокируется и в случае снижения давления в ТМ до 2.9-2.8(кгс/см2) (применение экстренного торможения, срабатывание ЭПК, клапана аварийно экстренного торможения) будет производится импульсная подача песка до скорости 10 км/ч. При отключеном S30 никакой подачи песка не произойдет.
А как на самом деле?
Возвращаясь к техническому оснащению ни для кого не секрет, что МСУД производит регистрацию параметров работы электровоза и это дает возможность посмотреть что происходит на самом деле?
А происходит невероятное. Тумблер S72 в своем изначальном назначении не работает. Фактически МСУД не реагирует на него как это требует раздел 6.10 руководства по эксплуатации (книга 1). Импульсная подача песка происходит независимо от его состояния и скорости, на работу влияет только состояние S30.
При включенном S30 “Песок автоматически” импульсная подача песка происходит только под тележку имеющую признак боксования. Обратите внимание не под все к.п. секции или электровоза, а только под тележку. Длительность импульса 0.5 сек, интервал 0.5 секунд. Для сравнения, длительность импульса с педали (под нечетные к.п. по направлению движения) 0.3-0.4 секунды с интервалом 1 секунда. То есть на ⅓ эффективность подачи песка от МСУД лучше чем с педали.
Выключенное состояние S30 отключает автоматическую подачу песка со стороны МСУД.
Тумблер S72 в своем изначальном назначении не работает!
ПБЗ и режимы работы схемы.
Приведем возможные варианты работы ПБЗ при различных режимах схемы. Данные получены при анализе файлов бортового регистратора. Состояние S72 примем выключенным (возможно этот тумблер имеет какое-то значение, но пока не известно).
Плохой случай. Авторегулирование отключено(-), возбудители отключены(-), автоподача песка S30 отключена(-) при формировании признака боксования:
- “С” соединении происходит включение четвертой ступени ослабления возбуждения.
- “СП” и “П” соединении нет токового регулирования, нет автоподачи песка, нет сброса позиций.
Умеренный случай +. Авторегулирование выключено(-), возбудители отключены(-), автоподача песка S30 включена(+) при формировании признака боксования:
- “С” - происходит включение четвертой ступени ослабления возбуждения и импульсная подача песка под тележку с буксующей колесной парой. Нет сброса позиций.
- “СП” и “П” - происходит импульсная подача песка под тележку с буксующей колесной парой. Нет сброса позиции.
- При фиксировании ложного признака происходит импульсная подача песка под тележку до снятия признака.
Умеренный случай -. Авторегулирование включено(+), возбудители включены(+), автоподача песка S30 отключена(-) при формировании признака боксования:
- “С” - происходит включение четвертой ступени ослабления возбуждения.
- “СП” и “П” - увеличение тока возбуждения пары ТД буксующей тележки.
Хороший случай. Авторегулирование включено(+), возбудители включены(+), автоподача песка S30 включена(+) при формировании признака боксования:
- “С” - происходит включение четвертой ступени ослабления возбуждения и импульсная подача песка под тележку с буксующей колесной парой.
- “СП” и “П” - происходит импульсная подача песка и увеличение тока возбуждения пары ТД буксующей тележки.
- Юз - аналогично режиму тяги, только уменьшает ток возбуждения.
- При фиксировании ложного признака импульсная подача песка под тележку до снятия признака.
- В случае выключенного авторегулирования нет сброса позиций.
Всё выше написанное можно описать кратким алгоритмом работы МСУД при появлении признака боксования:
“Исходя из режима работы схемы МСУД производит подачу песка под тележку или тележки имеющие признак боксования, если этого недостаточно и есть возможность регулирования возбуждения производит его регулирование. При не прекращении боксования или юза через 3 секунды после появления признака выводится речевая информацию для машиниста и сигнализирует лампа РБ на блоке сигнализации.”
При фактическом боксовании из-за физических процессов признаки меняются. Ведь увеличение скорости вращения колеса (признаки 1 - 3 ) вызывает рост напряжения на ТД, что в свою очередь вызывает разницу напряжений в паре (признак 4), тем не менее вышеописанный алгоритм будет действовать всё время пока есть признаки. Как ранее описано у признаков есть время действия 7 - 30 секунд. Если за это время признак не измениться, МСУД отменит его и прекратит подачу песка и регулировку тока. По этому в критических ситуациях (и не только) настоятельно рекомендуется пользоваться экраном “Электрооборудование” и контролировать скорость.
Ложное срабатывание.
При анализе файлов регистратора, часто видно, что кратковременное появление признаков не связано с фактическим боксованием или юзом, а вызвано отклонением параметров датчиков. В этих случаях алгоритм срабатывает, но из-за кратковременного действия (менее 3 сек.) информация для машиниста не выводится (иногда слышно как срабатывает вентиль песочницы). Как итог повышенный расход песка и запесочивание рельс.
Появление признаков возможно и на выбеге, в этом случае МСУД только производит подачу песка, а появление речевого сообщения может свидетельствовать о заклинивании колесной пары или неисправности датчика скорости. Неисправность датчика скорости отличается от заклинивания тем, что при включении тяги напряжение на ТД с заклиненным колесом равно 0В. Если напряжение в паре равны, а скорость равна 0 км/ч или значительно отличается, то вероятно неисправен датчик скорости.
Появление признаков возможно и на выбеге.
Выводы.
Возможности электровоза по защите от боксования и юза значительно выше предшественников. Усложнение схемы, введение программной обработки сигналов сыграло положительную роль и теперь возникновение боксование предупреждается значительно раньше. Главное правильно всем этим пользоваться, принимая во внимание особенности работы.
Автоматическая подача песка и токовое регулирование со стороны МСУД это не гарантия отсутствия боксования и не в какой мере не отменяет необходимость предупреждения боксования со стороны машиниста, это всего лишь вспомогательный инструмент, пренебрегать которым не позволительно.
Тем не менее всегда ли необходима защита от боксования? С порожним поездом имеет смысл включать? а резервом или сплоткой? Такие вопросы требуют ответа и должны регулироваться.
Ложное формирование признаков и использование автоподачи хоть и носит кратковременный характер но ведет к необоснованному расходу песка, фактически идет запесочивание рельс и увеличение расхода электроэнергии. В большинстве случаев это зона ответственности ремонта.
В зону ответственности эксплуатации можно отнести ответ на вопрос о противоречии фактической работы электровоза требованиям руководства. Если работа S72 описана в руководстве, то почему он не действует? Не маловажный вопрос о длительности подачи песка со стороны машиниста, для чего все эти возможности по выявлению и предотвращению?
Дзен HelpES4K
Используйте независимое или смешанное возбуждение!
Используйте автоматическую подачу песка правильно!
Пользуйтесь экраном “Электрооборудование” в блоке индикации.
Контролируйте скорость всех колесных пар.
Контролируйте работу датчиков напряжения, если есть разница напряжений то с порожним поездом уместно отключить автоматическую подачу песка!
Не используйте автоматическую подачу песка резервом и сплоткой.
PS: Материал статьи может не отражать полноту происходящего при работе противобоксовочной защиты ввиду частично закрытой информации со стороны завода изготовителя. Возможно дополнение и изменение.
При использовании материала ссылка на канал https://t.me/helpES4k всячески приветствуется. 👍
