Основы безопасности движения на железнодорожном транспорте

Безопасность дорожного движения— состояние процесса дорожного движения, отражающее степень защищенности его участников и общества от дорожно-транспортных происшествий и их последствий.

Безопасность движения поездов— состояние защищенности перевозочного процесса от аварийных ситуаций в работе, обеспечивающее сохранность грузов, безопасность пассажиров и персонала, сохранение окружающей природной среды и бесперебойное функционирование железных дорог.

Безопасность движения обеспечивается надежной работой, исправным состоянием и резервированием основных технических средств железнодорожного транспорта: сооружений и устройств железных дорог, подвижного состава, а также правильной организацией движения поездов (рис. 1).

Рис. 1. Составляющие безопасности движения поездов

Путь и подвижной состав представляют собой единую механическую систему, составные части которой работают взаимозависимо и взаимосвязанно. Силы, которые передаются от колеса на рельс, в такой же мере действуют на колесо, а через него на другие элементы подвижного состава. Если улучшить конструкцию вагона (например, снизить неподрессоренный вес или усовершенствовать рессорное подвешивание), то это приведет к снижению динамического воздействия на рельсы, шпалы, балласт, а также на колесные пары, подшипники, раму вагона.

При улучшении конструкции и содержания пути и, следовательно, его состояния (например, ограниченно пружинное в горизонтальной плоскости крепление рельсов к шпалам), уменьшатся динамические взаимодействия подвижного состава и пути и напряжения во всех элементах не только пути, но и подвижного состава.

Особенность работы пути состоит в том, что под влиянием движущихся поездов в нем непрерывно накапливаются остаточные деформации — первая стадия развития чрезвычайной ситуации. Это накапливание остаточных деформаций в основных элементах пути — рельсах, шпалах, балластной призме происходит даже при хорошем состоянии пути и ходовых частей подвижного состава.

Из всех эксплуатационных характеристик работы железных дорог: грузонапряженность, осевые нагрузки, скорость движения и других решающее значение в работе пути имеет грузонапряженность.

Грузонапряженность — это главный фактор, определяющий интенсивность накапливания остаточных деформаций в пути и его элементах.

Все элементы железнодорожного пути (земляное полотно, верхнее строение пути и искусственные сооружения) по прочности, устойчивости и состоянию должны обеспечивать безопасное и плавное движение поездов со скоростями, установленными на данном участке.

Выполнение этого требования достигается за счет систематических регламентных осмотров и проверок пути должностными лицами, а также путеизмерительными и дефектоскопическими средствами.

Железнодорожные пути классифицируются по категориям, группам и классам.

В зависимости от скорости движения подвижного состава по участку и назначению путей устанавливаются их категории (табл. 1).

Таблица 1. Категории железнодорожных путей

Группы путей устанавливаются в зависимости от грузонапряженности участка (табл. 2).

Класс пути зависит от категории и группы путей, т.е. от грузонапряженности участка и допускаемых скоростей (табл. 3).

Таблица 2.Группы железнодорожных путей

Таблица 3. Класс пути

Размещение и техническое оснащение локомотивных и вагонных депо, пунктов технического обслуживания локомотивов и вагонов, вагонных участков, мастерских, экипировочных устройств, пунктов подготовки вагонов к перевозкам, промывочно-пропарочных станций и других сооружений и устройств локомотивного и вагонного хозяйства должны обеспечивать установленные размеры движения поездов, эффективное использование локомотивов и вагонов, высокое качество их технического обслуживания и ремонта, высокую производительность и безопасные условия труда.

Сигналы на железнодорожном транспорте служат для обеспечения безопасности движения, а также для четкой организации движения поездов и маневровой работы.

«Сигнал является приказом и подлежит беспрекословному выполнению. Работники железнодорожного транспорта должны использовать все возможные средства для выполнения требования сигнала.

Проезд закрытого светофора запрещается».

Сигналы являются элементами современных средств автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте: автоблокировка (автоматическое регулирование движения поездов по сигналам), автоматическая локомотивная сигнализация (АЛСН), диспетчерская и электрическая централизация, устройства переездной и опо­вестительной сигнализации и др. От надежности работы этих систем зависят ритм перевозок и безопасность движения поездов. Основой всех перечисленных систем являются рельсовые цепи. Надежность работы автоблокировки и безопасность движения во многом зависят от работы рельсовых цепей.

Межстанционная рельсовая цепь разбивается на блок-участки длиной 2-2,6 км. Поезд следует согласно зеленым сигналам светофоров с разрешенной для данного участка скоростью. На участках, оборудованных автоблокировкой, скорость проследования светофора с одним желтым (немигающим) огнем не должна превышать 120 км/ч для пассажирских и 80 км/ч для грузовых поездов, причем разрешается проследовать его с такой скоростью, чтобы была гарантирована остановка перед следующим за желтым сигналом с запрещающим показанием при применении служебного торможения. Запрещающим сигналом является красный сигнал, требующий остановки подвижного состава.

Здесь следует отметить, что система безопасности движения поездов с автоблокировкой обеспечивает остановку подвижного состава на протяжении одного блок-участка, т.е. при информации о препятствии на расстоянии пути около 2 км до приближающегося поезда.

Система безопасности движения поездов с автоблокировкой в нормальном режиме работы не может обеспечить безопасность дви­жения при возникновении неожиданных препятствий, повреждений и других нарушений на расстоянии одного блок-участка до надвигающегося подвижного состава, т.е. в этом случае система безопасности является неуправляемой.

Важной составной частью безопасности движения являются устройства электроснабжения железных дорог.

Надежность системы электрической тяги определяется совокупностью надежности устройств электроснабжения и электрического подвижного состава, влияние на безопасность движения которого рассмотрим отдельно.

Повреждения устройств электроснабжения, при которых отключается контактная сеть, вызывают прекращение движения на участке определенной длины (длины межподстанционной зоны — участке железнодорожного пути между двумя тяговыми подстанциями) или на одном из путей такой же длины двухпутного или многопутного участка. Чаще всего нарушение движения поездов происходит при повреждении контактной сети и только в отдельных случаях при повреждениях тяговых подстанций. Это объясняется отсутствием резервирования контактной сети и имеющегося, как правило, резерва при выходе из строя тяговой подстанции за счет электропита­ния контактной сети от соседних тяговых подстанций.

Повреждения устройств электроснабжения, при которых отклю­чается электроснабжение автоблокировки, приводят к остановке движения поездов крайне редко: из-за полного резервирования этих устройств, имеющих, как правило, двустороннее питание от независимых источников электроснабжения.

Рассматривая в качестве элемента безопасности движения подвижной состав железных дорог, необходимо иметь в виду, что единицей движения является поезд, который может обладать различными качествами в зависимости от длины состава или формирования поезда (рис. 2).

Рис. 2. Виды подвижного состава (поездов) на железнодорожном транспорте

При применении международной терминологии безопасность конструкции поезда можно условно подразделить на активную и пассивную (рис. 3).

Активная безопасность конструкции поезда включает технические конструктивные меры, исключающие, предотвращающие или предупреждающие аварии на железнодорожном транспорте.

Пассивная безопасность конструкции поезда включает технические конструктивные меры, исключающие или сводящие к минимуму последствия аварии для обслуживающего персонала железных дорог, грузов, пассажиров и окружающей среды.

Рис. 3. Составляющие безопасности конструкции поезда

Конструкция поезда представляет собой сложную двигающуюся систему, обладающую рядом существенных отличительных признаков от другого наземного транспорта: фиксированное положение в железнодорожной колее, большие массы поездов (около 100 т — подвижные единицы и десятки тысяч тонн — поезда), протяженные тормозные пути (от нескольких десятков метров до более одного километра), существенно зависящие от профиля пути; высокие скорости движения (пассажирские поезда до 140 км/ч, грузовые свыше 80 км/ч).

На поезд при его движении действуют:

сила тяги, сила сопротивления движению, тормозная сила, сила инерции.

Один из основных законов локомотивной тяги – первый закон безопасности движения: окружные усилия на ободах движущихся колес, создаваемые тяговыми двигателями, не должны превосходить силу сцепления колес с рельсами.

Торможение поезда

Тормоз железнодорожного подвижного состава представляет собой комплекс устройств, создающих искусственное сопротивление движению поезда при регулировании его скорости или остановке.

Различают следующие виды торможения: экстренное, полное служебное, служебное для остановки на станциях, регулировочное.

Экстренное торможение предназначено для остановки поезда в случаях внезапного возникновения опасности, при этом применяются только фрикционные тормоза, т.е. механического действия, расчетный тормозной коэффициент поезда принимается равным полной его величине υ_р; устанавливается нормативный тормозной путь нормами МПС в зависимости от крутизны руководящего спуска, наибольшей допускаемой скорости и вида движения — пассажирского или грузового (табл. 4).

Руководящим спуском называют наибольший по крутизне спуск за вычетом сопротивления от кривых, длина которого равна или более длины тормозного пути.

Полное служебное торможение применяется для расчета расстановки постоянных сигналов, при этом тормозной коэффициент принимается 0,8 υ_р.

Анализ применяемых нормативных показателей позволяет сформулировать второй закон безопасности движения: расстояние между постоянными сигналами, соответствующее полному служебному торможению, должно превышать длину тормозного пути при экстренном торможении для любых поездов не менее чем на 20 % и не менее чем на 40 % для пассажирского движения со скоростями выше 160 км/ч.

Таблица 4. Длины тормозных путей (в числителе для спусков до 0,006,

в знаменателе — круче 0,006 до 0,010)

Таким образом, коэффициент безопасности торможения можно определить

,

где S_с.т - длина тормозного пути при служебном торможении или минимальное

расстояние между постоянными сигналами автоблокировки;

S_э.т - длина тормозного пути при экстренном торможении.

Нетрудно подсчитать, что нормативным коэффициентом безопасности является величина 1,2, а для пассажирского движения со скоростями выше 160 км/ч — 1,4.

Указанные коэффициенты крайне низки по сравнению с аналогичными в других отраслях безопасности. Так, например, коэффициент запаса прочности для грузовых лифтов составляет 8, а для пассажирских — 9; отключение электроустановок происходит при аварийном токе не менее чем в 2 раза превышающем номинальное значение и т.п.

Служебное торможение производится для остановки поезда на станциях и раздельных пунктах согласно расписанию с тормозным коэффициентом 0,5 υ_р, а для пассажирских, дизель- и электропоездов — 0,8 υ_р.

Регулировочное торможение производится для поддержания заданной скорости движения на участке.

Тормозной силой называют регулируемую силу, направленную навстречу направлению скорости движения и создаваемую тормозными устройствами, рис. 4.

В результате трения тормозных колодок о колеса возникает касательная сила, равная произведению силы нажатия колодки на коэффициент трения

T = φ_к K .

В точку контакта колеса эта сила передается за вычетом части, уравновешиваемой силами инерции вращающихся масс I.

Рис.4. Схема сил, действующих на колесо при торможении

При торможении с постоянной скоростью, например, на спуске I = 0. Таким образом, тормозная сила, действующая между колесом и рельсом, может быть определена из соотношений:

B_т = T - I = φ_к K – I

Тормозная сила не может быть выше силы сцепления колеса с рельсом, иначе происходит процесс юза колеса, т.е. оно не катится, а скользит, что приводит к образованию «ползуна» на колесах колесной пары и повышенному износу и даже повреждению колеса и рельсов. Это обстоятельство позволяет сформулировать третий закон безопасности движения поездов: тормозная сила не может превышать силу сцепления колеса с рельсом.

Тормозным путем S_т называют расстояние, проходимое поездом от момента поворота ручки крана машиниста до полной остановки. Этот путь включает две составляющие: подготовительный S_п и действительный тормозной путь S_д, т.е.

S_т = S_п + S_д

Подготовительный путь — расстояние, проходимое поездом от момента перевода ручки крана машиниста в тормозное положение до момента нажатия тормозных колодок с полной силой.

Расчеты для применяемых скоростей движения поездов показывают, что величина безопасного интервала попутного следования поездов t_б.и при применении повышающего коэффициента безопасности составляет 12—15 мин.

На практике расчетный межпоездной интервал составляет 6—8 мин, так как рассчитывается не из условий безопасности движения поездов с достаточной надежностью этого показателя, а из условий максимального использования пропускной и провозной способности железных дорог.

Человек на пути

Для человека, оказавшегося на путях, движущийся подвижной состав является неуправляемым опасным фактором, так как тормозные устройства не обеспечивают безопасного тормозного пути (как было показано выше, длина тормозного пути даже при применении экстренного торможения составляет сотни и тысячи метров), при роспуске подвижного состава с горок тормозные устройства вообще отсутствуют, а жесткое закрепление в железнодорожной колее определяет отсутствие маневра по сравнению с автомобильным транспортом.

Неуправляемость движущегося подвижного состава с точки зрения безопасности человека, оказавшегося на железнодорожных путях, вызывает специфические для железнодорожного транспорта несчастные случаи — наезды подвижного состава на людей, которые приводят, как правило, к тяжелым травмам, часто со смертельным исходом, или ранениям, вызывающим инвалидность пострадавшего.

Опасность наезда подвижного состава усугубляется тем, что человек, находящийся на действующих железнодорожных станциях и участках железных дорог, подвергается воздействию других факторов внешней среды:

• ослабление и рассеивание внимания к путям возможного появления надвигающегося подвижного состава и путям возможного отступления в безопасное место из-за двигающихся в разных направлениях с разными скоростями различных видов подвижного состава;

• нарушение ориентации по звуку из-за различных шумов и шумового эффекта от надвигающегося подвижного состава (меньший уровень шума) и безопасного подвижного состава, двигающегося по соседнему пути (больший уровень шума);

• ослабление восприятия звуковых сигналов, оповещающих об опасности, из-за общего высокого уровня шумов на сортировочной станции;

• недостаточная освещенность междупутных пространств в ночное время затрудняет видимость безопасных путей следования;

• опасные условия для движения людей по междупутью из-за захламленности между путных пространств или неудовлетворительного содержания при наличии факторов естественного климата (влага, снег, гололед и т.п.).

Таким образом, действующие железнодорожные станции и участки железных дорог являются зонами повышенной опасности наезда подвижного состава на человека, находящегося на железнодорожных путях; опасность наезда связана с объективными и субъективными причинами (рис. 5).

Рис. 5. Структура причин наезда на людей

Основными особенностями магистрального рельсового транспорта, вызывающими специфическую опасность наезда на людей, являются:

• многопутные парки станций, где в условиях интенсивных маневровых передвижений ухудшается ориентировка;

• ограниченные расстояния между осями соседних путей и обращенными друг к другу плоскостями подвижного состава и плоскостями подвижного состава и неподвижных сооружений, установленными габаритами подвижного состава и приближения строений без учета антропометрических данных человека;

• фиксированное положение подвижного состава в рельсовой колее;

• протяженные с точки зрения безопасности людей на путях, тормозные пути подвижного состава;

• наличие неуправляемых единиц подвижного состава при роспуске его с сортировочной горки;

• наличие опасных мест на территориях станций, где междупутные габариты заняты платформами, зданиями, опорами и другими стационарными объектами;

• значительно меньшая освещенность рабочих мест на территориях станций в темное время суток (в сравнении с промышленными предприятиями и дневной освещенностью);

• воздействие факторов естественного климата.

Основными мерами безопасности, предотвращающими наезд подвижного состава на людей, находящихся в опасной зоне на путях станций и перегонов, являются:

• организация работы в опасных зонах только в технологические окна и на закрытых для движения путях станций;

• организация безопасных зон (укрытий, широких междупутий, мест для отдыха);

• организация безопасных пересечений (тоннели, пешеходные мосты, переходы, оборудованные цветной сигнализацией и т.п.), выбор безопасных маршрутов по территориям станций;

• организация способов и разработка средств сигнализации и оповещения людей о приближении подвижного состава на станциях;

• ограждение мест производства работ запрещающими сигналами;

• соблюдение правил личной безопасности, применение сигнальной спецодежды.

Безопасность при перевозке опасных грузов: