Кабина управления локомотива: эргономика, системы безопасности и требования к электрооборудованию

Кабина управления локомотива является рабочим местом машиниста и должна соответствовать комплексу строгих требований по эргономике, безопасности и функциональности. Все типы локомотивов оборудуются пультом машиниста, который проектируется с учетом санитарных норм и обеспечивает удобный доступ к органам управления и средствам отображения информации. В кабине обязательно наличие комплексного локомотивного устройства безопасности, системы управления, оборудования для создания микроклимата и необходимых санитарно-бытовых условий. Для обеспечения пожарной безопасности предусматриваются звуковая и световая сигнализация о возникновении пожара как на самом локомотиве, так и в вагонах пассажирского поезда, а также средства пожаротушения и эвакуации.

Эргономические параметры и среда обитания в кабине управления регламентируются санитарными правилами и эргономическими требованиями, утвержденными национальным органом управления железнодорожным транспортом. Конструкция кабины маневрового тепловоза должна обеспечивать полноценный обзор и контроль фронта маневровых операций и сигналов при движении в обоих направлениях. Особое внимание уделяется установке кресел, которые должны позволять машинисту удобно располагаться за пультом как при движении вперед, так и назад, а также обеспечивать возможность работы стоя и беспрепятственное покидание рабочего места в экстренных ситуациях.

Пульты управления тепловозов оснащаются органами управления и средствами отображения информации для всех автоматизированных систем: регулирования, защиты, диагностики дизеля, электропередачи и вспомогательного оборудования. Важнейшим требованием является однотипность расположения зон контроля и управления этими системами на различных сериях локомотивов, что снижает вероятность ошибок машиниста при переходе с одного типа подвижного состава на другой. Все элементы пульта должны удовлетворять санитарным нормам и стандартам эргономики.

Локомотивы в обязательном порядке оборудуются комплексным локомотивным устройством безопасности с цифровым радиоканалом, которое обеспечивает не только контроль параметров движения, но и возможность дистанционного управления локомотивом по радиоканалу в аварийных ситуациях. Дополнительно устанавливаются средства технологической радиосвязи для ведения переговоров и обмена дискретной информацией с напольными устройствами инфраструктуры. Эти системы интегрируются в единый комплекс, обеспечивающий высокий уровень безопасности движения поездов.

Требования к системам управления, регулирования, защиты и диагностики. На современном локомотиве предусматривается обязательное наличие комплексной системы управления и диагностики (КСУД) , которая объединяет контроль всех узлов и агрегатов. В обязательный перечень входят радиостанции для поездной и маневровой работы, комплексное локомотивное устройство безопасности с регистрацией параметров движения, система контроля бодрствования машиниста и контроля обрыва тормозной магистрали. Для обеспечения безопасности эксплуатации устанавливаются сигнализация об отпуске тормозов, контроль нагрева буксовых и моторно-осевых подшипников в пути следования, а также непрерывный контроль сопротивления изоляции низковольтных и высоковольтных цепей.

КСУД должна обеспечивать диагностику и поиск неисправностей в электрической схеме, дистанционный контроль уровня воды в расширительном баке и непрерывный учет расхода энергии. По требованию заказчика предусматривается учет расхода топлива на тягу с возможностью считывания данных энергосистемой по окончании поездки. Система автоматического пожаротушения в дизельном помещении или подкапотном пространстве тепловоза дополняется автоматической противопожарной сигнализацией согласно нормативной документации. Обязательным требованием является автоматическое предупреждение и защита от взрывоопасных ситуаций, включая защиту аккумуляторных ящиков в соответствии с ГОСТ 12.1.010.

Комплексная система управления и диагностики выполняется в виде функциональных блоков (модулей) с представлением всей необходимой информации на дисплее машиниста. На тепловозах КСУД обеспечивает сигнализацию и защиту от боксования и юза во всем диапазоне скоростей движения, автоматическую прокачку дизеля маслом перед запуском и автоматический пуск дизеля. Система ограничивает максимальные значения силы тока и напряжения тягового генератора, автоматически регулирует давление в главных резервуарах и напряжение тягового генератора в режимах тяги и торможения.

Функционал КСУД включает автоматическое управление вентиляторами охлаждения тяговых двигателей и системой прогрева дизеля, нагружение дизеля по характеристике экономичных режимов работы и полное использование свободной мощности дизеля в диапазоне скоростей от длительной до конструкционной. Важной функцией является управление электропередачей при аварийном отключении отдельных тяговых электродвигателей и защита при появлении недопустимых режимов из-за отказа аппаратов или электрических машин. Система диагностирует агрегаты во время движения и передает данные по параметрам работы в стационарную информационную инфраструктуру.

Дополнительные технические требования к электровозам. Электровозы предъявляют особые требования к силовому электрооборудованию и преобразователям, отличающиеся от тепловозной тяги. На каждом электровозе должно быть предусмотрено не менее двух токоприемников, конструкция и количество которых соответствуют нормативной токовой нагрузке и скоростным режимам. Для грузовых электровозов токоприемники рассчитываются на скорость движения 120 км/ч, для пассажирских — 160 км/ч. Номинальная сила постоянного тока для шестиосных электровозов составляет 2200 А, для четырехосных секций — 3200 А.

Электрическое оборудование электровозов проектируется для продолжительной работы при изменении напряжения на токоприемнике в диапазоне 19–29 кВ на переменном токе и 2,2–4 кВ на постоянном токе согласно ГОСТ 6962. При работе на переменном токе электровоз сохраняет работоспособность при сопротивлении системы электроснабжения до 30 Ом. В качестве тяговых предпочтительно используются асинхронные электродвигатели (АТД) переменного тока, однако до освоения производства соответствующих преобразователей допускается применение двигателей других типов.

Для охлаждения силовых элементов преобразователей применяются современные эффективные системы. При использовании GTO-тиристоров допускается жидкостное охлаждение с применением экологически чистых, химически неагрессивных жидкостей типа антифриза. Для IGBT-транзисторов или однооперационных тиристоров предпочтительной является воздушная система охлаждения. Электрическая схема должна обеспечивать работоспособность исправной части оборудования на токе любого рода при отключении одного или более силовых преобразователей с дистанционным управлением отключением.

На электровозах предусматриваются крышевые заземлители и разъединители токоприемников на случай их неисправности. Обязательна защита всех цепей от коммутационных и атмосферных перенапряжений, а также сброс нагрузки при отрыве токоприемника от контактного провода. Главный выключатель переменного тока и быстродействующий неполяризованный выключатель постоянного тока должны обеспечивать селективность работы с выключателями тяговой сети. Электровозы оборудуются устройствами подавления радиопомех, соответствующими ГОСТ 29205 и ГОСТ Р 51320.

В части электромагнитной совместимости электровозы должны соответствовать ГОСТ 13109 и техническим требованиям к показателям качества электроэнергии. Мощность и схема соединений вспомогательных преобразователей выбираются из условия сохранения работоспособности всех тяговых двигателей при выходе из строя одного из них. Для микропроцессорных систем предусматривается отдельный блок питания, а также возможность питания системы собственных нужд от источника трехфазного тока депо через специальные розетки.

Система управления электровозом и требования к электрическим аппаратам. Все функции управления электровозом, требующие логической последовательности, возлагаются на микропроцессорную вычислительно-управляющую систему. Она управляет токоприемниками, главным и быстродействующим выключателями, контакторами вспомогательного привода, преобразователями и другими устройствами по командам с пульта и контроллера машиниста. Система обеспечивает управление тяговыми и вспомогательными приводами, аппаратами цепей управления, защиты, безопасности движения, автоведения и диагностики, включая самодиагностику.

На стоянке перед отправлением предусмотрена возможность тестирования схемы электровоза, его узлов и системы управления. При выявлении неисправностей система блокирует подъем токоприемников и включение главного выключателя. Для эксплуатации в суровых климатических условиях предусмотрена возможность включения оборудования после длительного отстоя при температуре ниже -25 °С. Все компоненты системы управления сохраняют работоспособность в диапазоне температур окружающего воздуха от -40 до +60 °С.

При опускании токоприемника или исчезновении напряжения в контактной сети система управления отключает питание силового оборудования. Для электровозов двойного питания предусмотрено автоматическое определение рода тока и разрешение на сбор соответствующей силовой схемы. Электровоз оборудуется устройством снятия нагрузки по сигналу напольного датчика при подходе к нейтральной вставке. Обязательной является индивидуальная система учета расхода электроэнергии на тягу и рекуперацию с сертифицированными средствами измерения, защищенными от несанкционированного доступа.

Система управления обеспечивает возможность реализации режима автоведения совместно с системами приборов безопасности. Предусмотрено тестирование и регистрация работоспособности тормозных систем на стоянке перед поездкой. Электрические аппараты электровозов соответствуют ГОСТ 9219, а электронные устройства выполняются в блочном исполнении по функциональным признакам, обеспечивая взаимозаменяемость без регулировки на линии.

Питание цепей управления осуществляется постоянным стабилизированным напряжением 110 В (±5 %) от специального статического преобразователя по двухпроводной схеме. Полозы токоприемников используют угольные или металлоугольные токосъемные элементы, обеспечивающие надежный токосъем при допускаемых колебаниях высоты контактного провода и максимальных скоростях движения. Электрическая схема гарантирует подъем и опускание токоприемника без нагрузки тяговых двигателей и вспомогательных машин.

Требования безопасности и защитные системы локомотивов. Конструкция тепловозов и электровозов в части безопасности должна соответствовать комплексу государственных стандартов: ГОСТ 12.1.003 по шуму, ГОСТ 12.1.004 по пожарной безопасности, ГОСТ Р 12.4.026 по цветам сигнальным и знакам безопасности, ГОСТ 12.2.056 по общим требованиям к оборудованию. Локомотивы оснащаются первичными средствами пожаротушения согласно действующим нормам, включая огнетушители и специализированный инструмент.

Обязательным требованием является наличие устройств, обеспечивающих снятие высокого напряжения с аппаратуры при открывании дверей высоковольтной камеры и крышек шкафов выпрямителей и преобразователей. Предусматривается защитное отключение электрических цепей при перегрузках, что предотвращает развитие аварийных ситуаций и защищает обслуживающий персонал от поражения электрическим током.

Аварийно-предупредительная сигнализация и защита дизеля регламентируются ГОСТ 11928, обеспечивая своевременное оповещение о нештатных режимах работы. Выбросы вредных веществ и дымность отработавших газов контролируются согласно ГОСТ Р 50953, что гарантирует соответствие экологическим нормам. Уровни шума в кабине машиниста нормируются ГОСТ 12.1.003, а снаружи локомотива — ГОСТ 12.2.056 и ГОСТ Р 50951, что создает комфортные условия для работы локомотивной бригады и снижает воздействие на окружающую среду.

Комплексный подход к обеспечению безопасности на современных локомотивах включает механические, электрические и автоматические системы защиты. Интеграция всех средств безопасности в единую микропроцессорную систему позволяет не только контролировать параметры в реальном времени, но и прогнозировать развитие потенциально опасных ситуаций, принимая превентивные меры. Это соответствует мировым тенденциям развития железнодорожного транспорта, где безопасность и надежность являются приоритетными факторами при проектировании и эксплуатации подвижного состава.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Анисимов П.С., Винокуров В.А., Воробьев В. И., и др.

Источник: Подвижной состав железных дорог

Данные публикации будут полезны студентам железнодорожных специальностей (эксплуатация железных дорог, подвижной состав), начинающим специалистам в области локомотивостроения и эксплуатации тягового подвижного состава, а также всем, кто интересуется устройством, классификацией и современными тенденциями развития железнодорожной техники.