Скользкий рельс , или низкое сцепление головки рельса , [1] [2] [3] — это состояние железных дорог, при котором загрязнение головки рельса снижает сцепление между колесом и рельсом. Это может привести к пробуксовке колес , когда поезд набирает скорость, и к пробуксовке колес, когда поезд тормозит. Одной из распространенных причин загрязнения являются опавшие листья , которые прилипают к головке рельса (верхней поверхности) железнодорожных путей . Это состояние приводит к значительному снижению трения между колесами поезда и рельсами, а в крайних случаях может сделать путь временно непригодным для использования. В Британии такую ситуацию в разговорной речи называют « листья на линии ».
Загрязнение железнодорожных путей, вызванное погодными условиями, может произойти в любое время года.
Сезон листопада вызывает наибольшее нарушение железнодорожных перевозок. [4] В районах с обильными лиственными лесами, таких как американские Среднеатлантические штаты, Новая Англия , многие части Европы, включая Великобританию, и Южное Онтарио, Канада, может возникнуть эта проблема. Там, где листья падают на железнодорожный путь, некоторые из них собираются на головке рельса, а затем сильно сжимаются поездами в скользкое покрытие с низким коэффициентом трения на рельсе и на протекторах колес. Если климат влажный, мокрые листья очень эффективно прилипают к рельсу. Сквозняк, вызванный прохождением поезда, приводит к тому, что близлежащие листья захватываются воздушными потоками, и еще больше листьев оседает на головке рельса. Накопление этого материала происходит постепенно, и он достаточно твердый, чтобы не быть быстро смытым обычным прохождением поездов. [5] [6]
Зимой могут возникнуть проблемы с низким сцеплением, когда на рельсах откладываются снег и лед. [4] Как и в случае с дорожными транспортными средствами, гололед может затруднить трогание поездов с места или вызвать пробуксовку колес во время торможения.
Даже летом могут быть свои проблемы. Небольшой ливень после длительного периода сухой погоды иногда может вызывать такие же условия низкого сцепления, как и при загрязнении листопадом. [7] По мере высыхания вода смешивается с оксидными отходами и создает пасту, которая разделяет колесо и рельс, снижая сцепление. [8] [9] Хотя эффект кратковременный, его непредсказуемость может привести к возникновению серьезного инцидента. Утренняя роса может иметь тот же эффект. [7] [10] [11]
До 1960 года большинство железнодорожных транспортных средств использовали тормозные колодки для остановки поезда путем давления на протекторы колес . С тех пор все чаще стали использоваться дисковые тормоза , что означает, что очистка сжатого листового материала с протектора колес путем истирания больше не происходит. [12]
В отчете комиссаров железных дорог Англии от мая 1851 года отмечалось, что несчастный случай произошел, когда небольшой локомотив, тянущий тяжелый поезд, не смог найти опору на рельсах из-за грязного состояния балласта пути . Обязанностью пожарного было при необходимости сходить с локомотива и собирать балласт пути, чтобы бросить его под ведущие колеса для поддержания сцепления, но в этом конкретном случае грязный балласт, содержащий часть земли, не дал требуемого результата. [13]
В эпоху паровозов деревья и прочая растительность вдоль линии регулярно подрезались, чтобы снизить риск их возгорания от искр от локомотива. Поскольку железные дороги перестали использовать паровую тягу, это обслуживание было прекращено, и в результате дополнительный рост увеличил поставку листьев, тем самым усугубив проблему. [14]
Существует множество веществ, которые могут вызывать низкую адгезию, когда они откладываются на головке рельса. В Виктории , Австралия, колеса поезда раздавили нашествие завезенных португальских многоножек , которые пересекали пути, что привело к тому, что оператор пассажирских железных дорог V/Line был оштрафован на сумму более 700 000 долларов за отмены и непунктуальность в одном квартале 2001 года. [15] В 2009 году железнодорожные пути в Талларуке в центральной Виктории также были поражены нашествием португальских многоножек, что привело к отмене нескольких поездов. [16] Предполагается, что раздавливание португальских многоножек стало причиной столкновения двух поездов в Кларксоне около Перта , Западная Австралия , в сентябре 2013 года. [16]
В 1938 году в Квинсленде были зарегистрированы случаи скользких рельсов, вызванных гусеницами. [17] В 1924 году раздавленная саранча повлияла на движение поездов на горнодобывающей и железнодорожной компании Otavi в Юго-Западной Африке (современная Намибия ).
Потеря трения между колесами и рельсами приводит к потере тяговой силы: колеса начинают вращаться, и в некоторых случаях поезд не может двигаться. При торможении существенная потеря трения приводит к снижению тормозной силы. Тормозной путь значительно длиннее, а в крайних случаях колеса могут даже заблокироваться, заставляя поезд скользить. Современные локомотивы и многосекционные поезда оснащены защитой от скольжения колес для противодействия скользким условиям рельсов. Заблокированные колеса могут самостоятельно шлифовать плоские пятна на стальных шинах, особенно если колеса все еще скользят при прибытии на нежирный участок рельса, например, на тот, который ранее был отшлифован. Это приводит к тому, что колеса выходят из профиля (в просторечии это называется «колесные спуски»), [18] , что впоследствии приводит к сильной вибрации и необходимости перепрофилирования или переобувки колес с большими затратами.
В экстремальных случаях скопление листового материала может электрически изолировать колеса от рельсов, что приведет к отказу сигнального оборудования обнаруживать присутствие поезда . [4] Если проблема серьезная, приводы рельсовых цепей [19], установленные на поездах, могут помочь ее устранить.
В Соединенном Королевстве было подсчитано, что проблемы с плохим сцеплением обходятся железнодорожной отрасли в 355 миллионов фунтов стерлингов (449 миллионов долларов США) в год. [20]
Меры по обработке обычно включают в себя некоторую систему для струйной или взрывной очистки накопленного осадка или покрытия его материалом с высоким коэффициентом трения. Струйная очистка обычно выполняется с помощью струй воды, часто в сочетании с механическими скрубберами. Метод покрытия обычно включает в себя нанесение песка в виде пасты на рельс; поскольку песок может усугубить риск нежелательной изоляции, песчаная смесь иногда содержит металлические частицы. Покрытие наносится со специальных поездов [21] (в просторечии называемых « поездами Sandite » по названию оригинальной запатентованной смеси), а в некоторых случаях локально с помощью ручных аппликаторов. [22]
Аппликаторы тягового геля [23] , которые наносят жидкость на головку рельса при прохождении поезда, устанавливаются в местах, где регулярно наблюдается значительное снижение адгезии, например, на подходах к станциям.
Оба эти процесса эффективны в течение ограниченного времени; метод струйной обработки становится неэффективным, как только падает следующий лист; метод осаждения песка более долговечен, хотя дождь обычно быстро удаляет осажденный песок. Другой метод заключается в использовании высоковольтной электрической искры или плазмы для испарения осажденного материала, но этот метод использовался только экспериментально, так как он затруднен высоким энергопотреблением, шумом и деградацией рельсов. [2]
С 2018 года LIRR использует лазерную технологию, предоставленную Laser Precision Solutions, для решения проблемы осенних оползней, используя два поезда LaserTrains, развивающие скорость 25 миль в час (40 км/ч). [24]
Локомотивы и моторвагонные поезда оснащены шлифовальными машинами, которые наносят тонкий слой сухого песка на головку рельса. Это способствует сцеплению при торможении и ускорении.
Существует ряд новых методов, которые испытываются для очистки загрязнений с головки рельса. Один из методов использует твердый CO2 ( «сухой лед») [25] , который выстреливается на рельсы через сопло, удаляя загрязнения посредством охлаждения поверхности, кинетической энергии и сублимации. [26] Другие методы, которые были опробованы, включают микроволновую плазму [27] и ультразвук. [28]
Оборудование защиты колес от скольжения (WSP) устанавливается на пассажирских поездах для управления поведением колесных пар в условиях низкого сцепления. Когда поезд тормозит, оно ведет себя как система ABS в вагонах, отпуская тормоз на любой оси, если обнаруживает, что она блокируется. WSP также может управлять системой тяги, чтобы предотвратить пробуксовку колес при подаче мощности.
Если поезда испытывают трудности с остановкой в условиях низкого сцепления, наибольший риск — проехать сигнал опасности или «проскочить» станцию. В такие моменты машинисты поездов переходят на «защитное вождение» [4] , которое подразумевает более раннее и более плавное торможение, чем обычно. Кроме того, при запуске поездов применяется меньшая мощность.
Перед каждым сезоном листопада железнодорожные компании могут организовать обучение по низкому сцеплению [4] для недавно квалифицированных машинистов. Это заключается в том, что они берут на себя управление участком линии в период затишья. Используя маркеры на обочине, каждый машинист разгоняет свой поезд, а затем производит полное применение служебного тормоза в условиях нормального сцепления. Затем головка рельса обрабатывается загрязняющим веществом с низким коэффициентом трения . Во время второго заезда машинист услышит звук и ощущение скольжения поезда, а тормозной путь будет значительно больше.
Хотя это дает лишь приблизительное представление о том, как будет вести себя поезд при низком сцеплении, это гарантирует, что машинист сможет распознать начало скольжения колес и будет знать правильные действия, которые следует предпринять в этом случае.
В Великобритании некоторые компании, эксплуатирующие пассажирские поезда, публикуют специальное расписание «листопада» [29], чтобы учесть дополнительное время, необходимое для более легкого торможения и ускорения.
Любая информация о местоположении и серьезности условий низкого сцепления будет предупреждать машинистов о проблемах. В Великобритании есть несколько источников;
Удаление лиственных деревьев вдоль линии электропередачи является методом управления для решения этой проблемы; однако в густонаселенных районах этому методу противостоит политическое сопротивление.
Скользкие рельсы стали причиной серьезных сбоев в железнодорожном сообщении, особенно в крупных мегаполисах, таких как Нью-Йорк или Бостон . В ноябре 2006 года они были признаны причиной того, что примерно треть всех пассажирских вагонов линий Гудзон и Гарлем компании Metro-North Railroad были выведены из эксплуатации. [6] За тот же период на железной дороге Лонг-Айленда почти 25% вагонов были выведены из эксплуатации из-за скользких рельсов. [32] [33]
В США Amtrak , Управление транспорта залива Массачусетс , SEPTA юго -восточной Пенсильвании , [34] пригородная железнодорожная служба Чикаго Metra и MARC , обслуживающая Балтимор и Вашингтон, округ Колумбия, сообщили о задержках из-за скользких рельсов. [5]
Методы борьбы со скользкими рельсами включают обрезку деревьев, сброс песка на колеса поезда для улучшения тяги , очистку водой под высоким давлением и, что наиболее затратно, использование мощных лазерных струй для очистки рельсов от листьев. [5] [35]
Компания Metro-North разработала систему под названием «Водный мир», которая представляет собой большую плоскую железнодорожную платформу, которая поливает рельсы струями воды под высоким давлением, когда движется по ним. [36]
New Jersey Transit использовала аналогичный метод, который оказался эффективным. Устройство, которое она использует, называется «Aqua-Track», которое, будучи прикрепленным к движущемуся железнодорожному вагону, распыляет воду под давлением 20 000 фунтов на квадратный дюйм (140 МПа) на ту часть рельса, где цепляются лепестки. [37] С момента внедрения этой системы в 2002 году задержки из-за пробуксовки колес сократились более чем на 60%. [6]
Метод предотвращения скользких рельсов SEPTA Regional Rail — это поезда Gel Trains. Эти три поезда распыляют смесь Sandite под высоким давлением на рельсы; осенью поезда Gel Trains также очищают рельсы с помощью метода струи воды под высоким давлением перед нанесением геля. Эти поезда состоят из мойки высокого давления и дозатора геля, установленных на переоборудованной платформе, и вагона-цистерны, в котором перевозится вода. Они тянутся с одного конца одним из рабочих дизелей SEPTA (или дизелем, заимствованным с местной короткой линии, такой как West Chester Railroad ), а с другого конца управляются бывшим кабиной LIRR «Power Pack» (один бывший ALCO FA , другой бывший EMD F7 ). Однако с 2015 года; FA и F7 были сняты с производства и заменены вагонами-кабинами Comet 1. [38] [39]
В Соединенном Королевстве ряд железнодорожных компаний меняют свое расписание и публикуют специальные «расписания на случай листопада». [29]
Осенью по сети курсирует парк поездов Railhead Treatment Trains (RHTT) [40] , которые используют струйную очистку головки рельса под высоким давлением. Эти поезда курсируют между запланированными дневными службами, а также ночью, когда меньше активности на железной дороге может привести к накоплению загрязнения головки рельса.
Загадочный характер объяснений железнодорожной компании скользких рельсов и связанных с ними явлений сделал фразу «листья на линии» расхожей шуткой [41] и, наряду с такими вариантами, как « неправильный тип снега », рассматривается общественностью, не знакомой с проблемой, как оправдание плохого обслуживания. [42] [43]
Особенно проблемные местные деревья включают платан , липу , сладкий и конский каштан , ясень и тополь , которые вырастают заново или поросли после вырубки, и имеют большие плоские листья, которые прилипают к линии и вызывают сильное скольжение рельсов. [41] Другие типы деревьев, которые вызывают проблемы, это быстрорастущие, пионерные деревья или те, которые производят значительное количество листьев. Тополя особенно беспокоят, потому что они имеют тенденцию сбрасывать ветви. [44]
В 2003 году для обозначения вырубки или подрезки деревьев вблизи линий электропередач использовался термин «управление растительностью вдоль линий электропередач». [44]
Скользкие рельсы также являются проблемой в Нидерландах, над которой работают Nederlandse Spoorwegen (NS) и ProRail . [45] Чтобы предотвратить блокировку колес, на некоторых маршрутах поезда должны тормозить раньше и разгоняться медленнее. Кроме того, некоторые (пассажирские) поезда оснащены оборудованием для нанесения геля Sandite на рельсы. [46] Осенью 2016 года на голландской железнодорожной сети было нанесено около 90 000 литров (24 000 галлонов США) этого геля. [47] Осенью 2014 года NS и ProRail объявили о пилотном проекте в сотрудничестве с Делфтским технологическим университетом по использованию лазеров для удаления загрязнений. [48]