Новини електротехніки

 Системи контролю нагріву букс: як датчики Т393М запобігають аваріям на залізничному транспорті

Буксовий вузол забезпечує з’єднання колісної пари з рамою візка через елементи буксового підвішування, сприймає та передає навантаження, а також створює умови для обертання осі в підшипниках із мінімальними втратами на тертя. Несправність цього вузла може тривалий час розвиватися приховано, але наслідки перегріву бувають критичними: руйнування підшипника, пошкодження шийки осі, заклинювання буксового вузла та сходження вагона з рейок.

Тому контроль нагріву букс є не допоміжною функцією, а одним із важливих рівнів безпеки рухомого складу. Сьогодні для цього одночасно застосовують колійні інфрачервоні комплекси та бортові системи, що відстежують стан буксових вузлів безпосередньо на вагоні.

На багатьох пасажирських вагонах колії 1520 мм цю функцію виконує СКНБ — сигналізація контролю нагріву букс, яка функціонально є бортовою системою порогового контролю. Її первинними елементами є термодатчики, зокрема Т393М, які після досягнення встановленої температури змінюють стан електричного контрольного кола та ініціюють світлову і звукову сигналізацію.

Від ручного огляду до автоматичного контролю

Перші залізниці та «гарячі букси»

На ранньому залізничному транспорті переважали підшипники ковзання. Шийка осі працювала у вкладиші, а зменшення тертя забезпечувалося мастильним матеріалом. Його нестача, забруднення або неправильне регулювання вузла могли швидко спричинити небезпечний нагрів.

Стан букс контролювали переважно під час зупинок — за запахом перегрітого мастила, димом, стороннім шумом і температурою корпусу. Англомовний термін hot box закріпився як назва перегрітої букси або небезпечного теплового стану буксового вузла.

Такий огляд повністю залежав від досвіду працівника та дозволяв виявити переважно вже розвинену несправність. Зі збільшенням маси вагонів, довжини составів і швидкості руху ручного контролю стало недостатньо.

Розвиток підшипникової техніки. Підшипник – головна робоча частина залізничної букси 

У 1883 році німецький механік Фрідріх Фішер створив технологічну основу високоточного серійного шліфування сталевих кульок. Ця технологія забезпечила однакові розміри та форму тіл кочення, а засноване ним виробництво згодом стало основою підшипникової компанії FAG.

У 1898 році Генрі Тімкен запатентував конічний роликовий підшипник, а невдовзі разом із синами організував його промислове виробництво. Конструкція ефективно сприймала одночасно радіальні й осьові навантаження, тому набула широкого застосування у транспортному машинобудуванні.

У 1907 році шведський інженер Свен Вінгквіст створив дворядний самоустановлювальний кульковий підшипник і заснував компанію SKF. Нова конструкція компенсувала перекоси валів, які були серйозною проблемою для жорстких підшипникових вузлів того часу.

Перехід від підшипників ковзання до підшипників кочення дозволив знизити втрати на тертя, скоротити потребу в обслуговуванні та підвищити ресурс буксових вузлів. Однак ризик перегріву не зник. Його причинами залишилися дефекти роликів і доріжок кочення, руйнування сепаратора, деградація мастила, проникнення води й забруднень, неправильний монтаж та експлуатаційні перевантаження.

_____________________________

Поява колійних інфрачервоних детекторів

Після Другої світової війни швидко зростали маса вантажних поїздів, навантаження на вісь, швидкість руху та кількість вагонів у поїзді. В одному поїзді могли працювати десятки або сотні буксових вузлів, тому перевіряти їх лише під час станційних оглядів ставало дедалі складніше. Виходом став безконтактний контроль теплового випромінювання. Інфрачервоний приймач не потребував фізичного контакту з вагоном і міг перевіряти букси під час проходження поїзда без його зупинки. Так почали розвиватися колійні детектори нагрітих букс — Hot Bearing Detectors, HBD, або Hot Axlebox Detectors, HABD.

У США кількість таких постів швидко зростала в 1960–1970-х роках. У дослідженні 1977 року зазначалося, що на американській залізничній мережі діяло близько 2400 детекторів, хоча відстані між ними на різних залізницях істотно відрізнялися.

Сучасні системи такого класу можуть оцінювати температуру окремої букси відносно температури навколишнього середовища, букси на протилежному боці тієї самої осі та загальної температурної картини поїзда. Інфрачервоний контроль також доповнюється детекторами нагрітих коліс, акустичними засобами діагностики підшипників і системами вимірювання ударного навантаження коліс.

___________________

ПОНАБ, ДИСК-Б і КТСМ: розвиток колійної діагностики

                                                                     FAQ - Що таке ПОНАБ ?

ПОНАБ — історична назва колійної апаратури виявлення нагрітих букс. Скорочення походить від російської назви «прибор обнаружения нагретых букс».

Комплекс встановлювався біля колії та під час проходження поїзда сприймав інфрачервоне випромінювання буксових вузлів. Апаратура обробляла сигнали, прив’язувала їх до осей поїзда й передавала інформацію черговому працівнику або оператору пункту технічного огляду.

ПОНАБ забезпечив автоматичну перевірку поїзда без його зупинки, але не був системою постійного спостереження. Одна й та сама букса контролювалася лише у момент проходження конкретного поста, а між двома постами несправність могла розвиватися без спостереження.

Від ПОНАБ до ДИСК-Б і КТСМ

Наступним етапом розвитку стали комплекси сімейства ДИСК. Підсистема ДИСК-Б виконувала дистанційний контроль нагріву букс, тоді як інші модулі могли контролювати колеса, габарит рухомого складу та деталі, що волочаться. Точна комплектація залежала від виконання конкретного комплексу.

Подальший розвиток привів до появи КТСМ — комплексів технічних засобів моніторингу. У них застосовувалися цифрова обробка сигналів, автоматичне архівування результатів, дистанційне передавання інформації та об’єднання окремих постів у централізовану систему.

Колійна й бортова діагностика не виключають одна одну. Колійний комплекс перевіряє всі осі поїзда у визначеній точці маршруту, а вагонна СКНБ безперервно відстежує електричний стан кола датчиків конкретного вагона протягом рейсу.

_____________________

Професійний залізничний фольклор

Із назвою ПОНАБ пов’язаний відомий професійний жарт. За легендою, почувши доповідь про незадовільну роботу ПОНАБ, недостатньо обізнаний керівник нібито розпорядився:

— То звільніть цього ПОНАБа!

Документального підтвердження ця історія не має, тому її слід сприймати саме як залізничний фольклор. Жарт іронічно показує, наскільки незрозумілими для неспеціаліста можуть бути назви складних технічних систем.

Сьогодні назву «Уволить ПОНАБа» використовує український Telegram-канал, у якому порушуються актуальні питання роботи залізничної галузі, експлуатації, безпеки руху та управлінських рішень.

___________________

Фізика перегріву буксового підшипника

Звідки береться тепло

У справному роликовому підшипнику робочі поверхні розділені мастильною плівкою. Вона зменшує тертя, захищає метал від інтенсивного зношування та бере участь у відведенні тепла.

Коли товщина мастильної плівки стає недостатньою, підшипник переходить у режим змішаного або граничного тертя. Зростають контактні навантаження і температура, мастило швидше окиснюється, втрачає в’язкість та інші робочі властивості.

Формується позитивний зворотний зв’язок:

дефект → підвищене тертя → нагрів → деградація мастила → подальше збільшення тертя.

Тому несправний підшипник іноді переходить від початкового дефекту до критичного стану дуже швидко. Документи FRA підкреслюють необхідність своєчасного виявлення теплових аномалій і трендового аналізу показань колійних детекторів.

 _____________________

Архітектура і принцип роботи вагонної СКНБ

СКНБ залізничного вагона побудована за відмовобезпечним принципом. Термодатчики букс послідовно включені до контрольного кола разом із котушкою контрольного реле. У справному стані коло замкнене, котушка перебуває під напругою, а звукова та світлова сигналізація вимкнені.

Після спрацювання Т393М його контакт розмикається. Котушка контрольного реле знеструмлюється, а контакти реле вмикають сигнальну лампу та дзвінок на вагонному пульті.

Важливо, що така схема реагує не лише на перегрів букси. Обрив проводу, порушення штепсельного з’єднання або інша втрата цілісності послідовного кола також знеструмлює реле та викликає сигналізацію. Отже, система одночасно контролює тепловий стан букс і справність власного електричного кола.

Повний шлях сигналу

Несправність підшипника
→ нагрів корпусу букси
→ спрацювання Т393М
→ розмикання послідовного контрольного кола
→ знеструмлення контрольного реле
→ увімкнення звукової та світлової сигналізації
→ дії провідника, начальника поїзда та поїзного електромеханіка відповідно до чинної інструкції.

Передавання сигналу безпосередньо до кабіни локомотива не є універсальною властивістю класичної СКНБ. Це залежить від конструкції електрообладнання конкретного вагона, поїзда та прийнятої системи інформаційного обміну.

 __________________

Датчик Т393М: пороговий елемент безпеки

Т393М не вимірює температуру безперервно та не формує її цифрового графіка. Це контактний пороговий датчик: після досягнення встановленої температури його чутливий елемент змінює стан електричних контактів, унаслідок чого розмикається контрольне коло СКНБ. Подальша придатність датчика після спрацювання визначається технічною документацією та встановленим регламентом обслуговування.

За паспортними даними температура спрацювання становить 96 ± 4 °C. Датчик розрахований на постійну напругу до 110 В і струм до 2 А, має ступінь захисту IP67, установчу різьбу М16×1,5 та діапазон температури навколишнього середовища від −50 до +45 °C.

Заявлений у паспорті ресурс роботи датчика становить не менше 12 000 годин. Цей показник не слід автоматично ототожнювати з календарним строком служби: порядок перевірки, заміни та допустимий строк експлуатації визначаються паспортом, технічними умовами й регламентом обслуговування конкретного вагона. _____________________________

FAQ - Чому пороговий принцип залишається актуальним?

Перевага Т393М полягає не в кількості вимірюваних параметрів, а у простій відмовобезпечній логіці. Безпосередньо на буксі немає складного електронного блока, програмного забезпечення або цифрового каналу зв’язку. Датчик виконує одну критично важливу функцію та прямо впливає на стан контрольного кола.

Водночас Т393М не замінює систем трендового моніторингу. Він не показує швидкість наростання температури, не накопичує дані та не прогнозує залишковий ресурс підшипника.

Тому найбільш надійним є багаторівневий підхід: пороговий бортовий захист доповнюється колійною тепловою, акустичною та вібраційною діагностикою.

______________

Датчики та компоненти СКНБ виробництва СВП КВАЗАР

СВП КВАЗАР виробляє датчики контролю нагріву букс Т393М, а також штепсельні з’єднання 335 і 336-1, що застосовуються в електричному колі СКНБ. Наявність сумісних датчиків і з’єднувальних компонентів дає змогу підтримувати працездатність систем на вагонах експлуатаційного парку.

СВП КВАЗАР ексклюзивний виробник датчиків Т393М в Україні.

Т393М входять до систем безпеки та мають стабільний поріг спрацювання, герметичність, механічну міцність, електричну надійність і повторювані характеристики у серійному виробництві. Важлива якість не тільки датчиків, а й всіх зʼєднань в системі СКНБ. Штепсельні низковольтні зʼєднання (Штепсельна розетка 336 та низьковольтна розетка 335) виготовляються на заводі СВП КВАЗАР за найвищими стандартами та відповідно до ТУ.

Цінність такого виробництва полягає не лише в імпортозаміщенні та стабільності постачання. Збереження виробничої компетенції дозволяє підтримувати експлуатаційний парк пасажирських вагонів, оперативно забезпечувати ремонтні підприємства необхідними компонентами та адаптувати виробництво до технічних вимог замовників.

СВП КВАЗАР також має можливість освоювати спеціалізовані електротехнічні вироби за технічним завданням, адаптувати конструкторську документацію та організовувати серійний випуск продукції для залізничного транспорту.

 __________________

Діагностика і технічне обслуговування СКНБ

Перевірка СКНБ повинна проводитися відповідно до документації конкретного типу вагона та чинних експлуатаційних інструкцій.

Узагальнений алгоритм включає:

1. Зовнішній огляд датчиків, кріплень, кабелів і захисних труб.
2. Перевірку штепсельних з’єднань між візком і кузовом.
3. Контроль цілісності послідовного електричного кола.
4. Перевірку опору ізоляції та відсутності короткого замикання.
5. Штатну імітацію розриву контрольного кола.
6. Контроль увімкнення сигнальної лампи та звукового сигналу.
7. Усунення виявлених дефектів і повторну функціональну перевірку.

Несправність СКНБ може бути спричинена не лише самим датчиком. До типових дефектів належать пошкодження кабелю, корозія або забруднення контактів, потрапляння вологи, ослаблення роз’єму, порушення ізоляції та помилки, допущені під час ремонту.

Не слід перевіряти Т393М довільним нагріванням без установленої технології. Перевірку датчика та оцінювання його придатності після спрацювання необхідно виконувати лише відповідно до паспорта, технічних умов і документації на конкретний тип вагона.

 _______________

Від порогової сигналізації до прогнозної діагностики

Сучасний моніторинг поступово переходить від фіксації критичного стану до аналізу тенденцій. Для цього застосовують безперервне вимірювання температури, вібрації та акустичних сигналів, а також дані про швидкість, навантаження, пробіг, умови експлуатації та ремонтну історію.

Європейська серія стандартів EN 15437 розділяє вимоги до колійного та бортового контролю. Частина 1 регламентує взаємодію колійних детекторів нагрітих букс із рухомим складом, а частина 2 — експлуатаційні та конструктивні вимоги до бортових систем температурного моніторингу.

Водночас EN 15437-1 безпосередньо орієнтований на рухомий склад стандартної європейської колії 1435 мм із зовнішнім розташуванням буксових підшипників. Тому в цій статті серію EN 15437 наведено як міжнародний орієнтир розвитку систем моніторингу; можливість застосування її вимог до конкретного рухомого складу колії 1520 мм повинна визначатися окремо з урахуванням конструкції вагона та чинної нормативної документації.

Бездротові сенсорні мережі можуть поєднувати термодатчик, акселерометр і акустичний сенсор в одному діагностичному вузлі. Це дає можливість виявляти не лише критичну температуру, а й ранні ознаки дефекту: зміну характеру вібрації, ударні імпульси та нетипові акустичні сигнали.

Колійні системи також переходять до трендового аналізу. Замість оцінки лише одного перевищення порога розглядається зміна показань конкретної букси під час проходження кількох постів. FRA (Federal Railroad Administration (Федеральне управління залізниць США) – державне агентство, створене у 1966 році у складі Міністерства транспорту США для контролю безпеки та розвитку залізничного транспорту)) - окремо підкреслює значення аналізу тенденцій і поєднання різних типів даних про технічний стан вагона.

Проте цифрова модель або алгоритм машинного навчання не є самостійним захистом. Їхня точність залежить від достовірності первинних даних, правильного встановлення сенсорів, повноти ремонтної історії та професійного підтвердження результатів технічним персоналом.

______________

Висновки

Контроль нагріву букс пройшов шлях від ручного огляду до багаторівневих систем, у яких одночасно працюють колійні інфрачервоні детектори, вагонна сигналізація та цифрові засоби технічної діагностики.

СКНБ вирішує чітко визначене завдання: контролює цілісність послідовного кола термодатчиків і формує тривогу після спрацювання Т393М або обриву лінії. Сам Т393М є не цифровим вимірювачем, а контактним пороговим елементом, розрахованим на експлуатацію у складних кліматичних і механічних умовах.

Перспективним напрямом є поєднання відмовобезпечної порогової сигналізації з безперервним вимірюванням температури, вібрації та акустичних параметрів. Один рівень своєчасно сигналізує про досягнення небезпечного стану, інший допомагає виявити дефект до його переходу в критичну фазу.

Власне виробництво Т393М і з’єднувальних компонентів СКНБ дає українській залізничній галузі можливість підтримувати експлуатаційний парк, виконувати ремонти та зберігати технологічну компетенцію у сфері критично важливого обладнання безпеки.

Україна. Київ - 2026