Главная » Хабрахабр » Как устроен пассажирский вагон дальнего следования

Как устроен пассажирский вагон дальнего следования

Современный вагон при соединении с остальным поездом автоматически включается в локальную сеть и получает параметры с сервера штабного вагона. У одноэтажного вагона Тверского вагоностроительного завода сейчас в мониторинге примерно 280 параметров (начиная от уровня заполнения фекального бака и заканчивая напряжением аккумулятора), а у двухэтажного — около 400.

Это тормозная пневматическая магистраль, (пневматические рукава, которыми вагоны соединяются между собой, железнодорожники называют их «лягушками»), высоковольтная магистраль, аварийная магистраль 110 В, интерком и локальная сеть, плюс радиорелейные мосты между вагонами на случай обрыва локальной сети.
Начнём с межвагонных связей.

Тормозная система

Вагоны соединены пневматической магистралью. Как и в метро, для удержания тормозов в отпущенном состоянии в ней поддерживается давление определённого уровня (примерно 5 атм). В этом случае говорят, что тормозная магистраль заряжена, чтобы затормозить поезд, надо снизить давление в магистрали. Тогда тормоза придут в действие.

Если поезд вдруг расцепится, то первое, что произойдёт, — у него упадёт давление в тормозной магистрали, и от этого он почти сразу остановится.

Состав, соответственно, тоже остановится. Если сорвать стоп-кран прямого действия, то вы просто откроете тормозной магистрали доступ в атмосферу и оттуда стравится воздух. Пока магистраль не зарядится, поезд дальше не поедет, потому что будет стоять на тормозах.

В этом случае машинисту даётся некоторое время (обычно порядка 5 секунд) на принятие решения о разрешении или запрете на экстренное торможение. В некоторых современных пассажирских вагонах и электропоездах стоп-краны прямого действия остаются только в одной точке, остальные заменяются на стоп-краны непрямого действия, посылающие в кабину электровоза или тепловоза сигнал об экстренной остановке.

Чем меньше скорость вагона, тем резче остановка. Со скорости 160 км/ч тормозной путь — полтора километра. А вот пассажиров неприятно тряхнёт, некоторые (кто не выдвинул поручень, был пьян или не использовал ремни) упадут с полок. Ничего смертельного в срыве стоп-крана для вагона нет — он не изнашивается как-то сверх меры.

Электропитание

Вот тут отдельный пост про электропитание пассажирского вагона и котёл отопления. Очень коротко сюжет выглядит так: есть входы (генератор от вращения колёсной пары, высоковольтная магистраль 3000 В от электровоза, аварийные 110 В от соседнего вагона), есть аккумуляторная батарея и есть контрольно-управляющий модуль (преобразователь собственных нужд), который следит за тем, чтобы всё шло правильно, и преобразует ток в нужный для электрических потребителей формат, 110 В бортовой сети, 5 В розеток USB и так далее.

USB-розетки на верхних полках:

220-вольтовые розетки на нижних полках:

По правилам безопасности нельзя поднимать опасное напряжение выше определённой высоты. Почему 220 В снизу, а 5 В сверху? Как правило, такие требования на пустом месте не появляются — видимо, были прецеденты. Условно, чтобы пассажир сверху не вскипятил втихаря там воду и не начал лить её вниз.

Интерком

Вагоны соединены магистралью локальной сети (было 100 Мбит/с, сейчас на новых вагонах 1 Гб/с) и по радио. Антенно-фидерные устройства установлены снаружи на торцевых стенах вагона, их часто принимают за фонари. Радиосвязь раньше была 10 Мб/с, сегодня уже 100 Мб/с по стандарту.

Пока же важно, что Wi-Fi обычно настроен так, что даже при отсутствии доступа к большому интернету вас, как правило, пускают на локальный медиасервер (стоящий в штабном вагоне), с которого можно посмотреть фильм. Нужно всё это для того, чтобы вы могли использовать Wi-Fi, а проводники могли звонить друг другу через IP-телефонию в локальной сети, плюс для передачи технических данных (об этом подробнее чуть дальше). Так же устроено вещание телевизоров в купе — даже на участке без сети пассажиры могут договориться, что смотрят, и получить стрим из штабного вагона.

Сегодня обычно около 150 клиентов инфосети на поезд.

В инфосети также находятся табло, которые показывают занятость туалета, температуру и маршрут внутри вагона:

Данные из инфосети берут табло с номером вагона (это те, которые смотрят наружу) — вагон автоматически определяет своё место в поезде, руками уже ничего настраивать не надо (только расположение штабного вагона в составе поезда, потому что вагон знает, кто перед ним и кто позади него, но не знает, где голова, а где хвост состава).

Так что ждите акции от вагона-ресторана, ролики про безопасность и погоду за окном. В 2018 году табло также могут отображать произвольный контент.

По нему делает объявление начальник поезда, по нему играет музыка. Ещё есть аудиомагистраль — это межвагонное радио. По нему же вас будят по прибытии, если это конечный пункт для состава.

Двери

Бывают ручные распашные, они вам наверняка прекрасно знакомы. Ещё есть двери электромеханические.

Воздух надо где-то брать (у пассажирского вагона нет компрессорной установки, чтобы обеспечить себя воздухом), а электричество существенно проще достать и потом обслужить. Пробовали делать пневматические, как в московском метро (кажется, это был «Невский экспресс»), но дальше по результатам эксплуатации решили перейти на электрику. Он в тепле и сухости, обслуживается ежесуточно. Но, как говорит инженер, «метро — это подвижной состав, который всё-таки работает в особых условиях эксплуатации. У дверей есть ручной режим работы: выключаешь электропитание и вручную рукояткой с тросом открываешь». Для пассажирских вагонов установлены другие, более «редкие» регламентные интервалы обслуживания, поэтому закладываем надёжность и простоту.

Там 24-вольтовый «шуруповёртный» движок. Сейчас двери вагонов ТВЗ с электромеханическим приводом. Вращение двигателя за счёт шкивов и зубчатого ремня преобразуется в поступательное движение двери.

Климат-контроль

Он забирает наружный воздух, охлаждает или нагревает и дальше по воздуховодам раздаёт по помещениям вагона. На вагоне есть установка кондиционирования воздуха (кондиционер), На фото выше он на заводе прямо перед монтажом. Это сделано для экономии энергии: чем больше использование рециркуляционного воздуха, тем больше экономия энергии. Затем забирает рециркуляционный воздух из салона, смешивает с забортным и направляет снова в вагон. При этом, конечно, нельзя забывать о необходимости соблюдения санитарных правил и норм.

Там пакет ультрафиолетовых ламп, поэтому, если кто-то болеет, его бациллы при проходе через кондиционер становятся трупами. Для воздуха есть установка обеззараживания, она в одном блоке с кондиционером. Что не исключает прямое заражение в вагоне (как и в любом многолюдном месте), но существенно снижает шансы на такой исход.

Питьевая раньше делалась из технической методом кипячения, а сегодня берётся из кулера (из заранее загруженной бутылки, как в офисе). Вторая установка обеззараживания стоит в водяном контуре для непитьевой воды. Под крышей вагона над туалетами стоит бак (1100 литров в современных вагонах-одноэтажках). А вот вода для умывания обеззараживается. Чтобы эту воду обеззаразить, нужно пропустить её через ёмкость с колбой с УФ-лампами. Эта вода берётся с заправочной станции на стоянке, она не всегда хорошего качества: там может быть песок и ил, например. Это не уберёт песок и примеси, но микроорганизмы будут убиты.

Про отопление было в посте про котёл.

В штабном ещё купе для пассажиров с ограниченными возможностями и сопровождающих их лиц, кстати. В большинстве вагонов отдельного помещения для душа нет (есть в СВ двухместном, комфорт-вагонах и в штабном). Но каждый туалет имеет лейку душа (иногда скрытую за панелью) и отверстие в полу.

В зимнее время уставка 24 °C, в летнее время — 22. В большинстве вагонов параметры температуры и скорости воздуха в системе кондиционирования одинаковы для всех. Если есть система покупейного температурного регулирования (на ТВЗ делали несколько модификаций), там всё сложнее и хитрее, но это дороже для перевозчика. Никаких динамически регулируемых заслонок в конкретных точках по вагону нет.

Для обеспечения возможности нагрева воздуха в кондиционере есть жидкостной (в одноэтажных вагонах) и электрический (в двухэтажных вагонах) калорифер. Чаще всего используется хладагент Р134, смеси. В жидкостной системе отопления имеется насос для принудительной циркуляции теплоносителя (воды) в условиях экстремальных температур. Вентиляторы нужны для обеспечения движения воздуха по вагону.

В двухэтажном вагоне туалетов три, то есть на один больше, а кондиционеров два.

Управление

Управление всеми этими чудесами осуществляется либо из купе проводника, либо с помощью приложения, доступного по сертификату и только при подключении к локальной сети вагона.

Если открыть ключом проводника дверь с сенсорным экраном, то будет доступно управление вагоном в ручном режиме (с игнорированием удалённого доступа) и можно будет нажимать на кнопки.

Там же, рядом под панелью, окажутся стрелочные приборы и вообще всё легаси:

На управлении надо остановиться подробнее ещё ради мониторинга.

Чтобы купе проводника не стало похожим на кабину пилотов и чтобы можно было проще управлять всем, сделали графический интуитивно понятный интерфейс:

Например, без перехода в ручной режим нельзя удалённо (из локальной сети состава) открыть наружные двери на скорости больше 5 километров в час, при критическом уровне заряда аккумулятора начинается переключение освещения с люминесцентных ламп на светодиодное «ночное», есть целые группы скриптов на одной кнопке (например, управление климатом) и так далее. Параллельно технический прогресс шёл в сторону автоматизации и понадобился модуль, обеспечивающий выполнение разных действий, которые раньше делал проводник.

Вместе с автоматизацией пришло логирование всех действий и возможность видеть статусы каждой подсистемы в штабном вагоне.

То есть пока есть три уровня устройств: Сегодня каждое устройство вагона проектируется автономным, но с инфовыводом до локальной сети мониторинга.

  1. Те, что есть в локальной сети и могут принимать команды (к примеру, климат-контроль, освещение).
  2. Те, что есть в локальной сети, но не могут принимать команды или не могут принимать критичные команды (например, двери могут заблокироваться, но не открыться, также нельзя запускать ряд аварийных действий). Большинство устройств этого типа просто пишет данные в лог.
  3. Те, которые не видны в локальной сети. Например, пневматическая магистраль не поддаётся сегодня управлению и не пишет ничего в лог (но тормоза, которые её используют, могут писать в лог).

Сделано так потому, что локальная сеть поезда и сеть пассажиров ещё не разделены. Вообще, локальная сеть поезда появилась исторически из-за потребности раздавать Wi-Fi и эволюционировала из магистрали на витой паре, проходящей по всему составу и соединяющейся через межвагонные сцепки (о, горе вам, если нашлось кольцо). Это не самое правильное решение для безопасности, но это сейчас докручивается. В Европе ситуация хуже, там инфомагистраль развивалась из CAN-шин, что делает её куда менее гибкой в разработке.

Следующий шаг — удалённое управление вагоном из центра мониторинга перевозчика, но сделать его нельзя, поскольку: Потом сверху «наросло» управление подсистемами и логи, благо это было очень удобно.

  1. По требованиям безопасности нельзя давать команды иначе как из локальной сети.
  2. По требованиям безопасности нет ничего такого, что может критически навредить поезду, на что может быть отдана команда из локальной сети.

Если вспомнить ситуацию, когда через Wi-Fi один из пассажиров подключился к интерфейсу проводника, станет понятно почему. В той истории при обслуживании вагона условно перепутали два модуля: для проводника и для пассажиров. Ну да, он бы смог прогреть вагон до +45, но вряд ли больше. Хотя это тоже неприятно. Проводник бы заметил что-то неладное и перешёл бы в ручной режим (что сразу отключило бы весь блок управления).

Точнее, собираются. Но чтобы такое не повторялось точно, сети сейчас разделяют физически. Пока вагоны, даже самые новые, с общей сетью.

Важнейшие сообщения пишутся в короткий лог и отправляются через интернет на сервера перевозчика. Как используются логи вагона? У перевозчика задача — анализировать отказы, чтобы по профилю уже отремонтированных вагонов догадываться, когда будет пора профилактически что-то менять в ещё выглядящем нормально. Условно это состояния систем после очередного перегона плюс действия проводника. Это в перспективе позволяет много экономить, потому что лучше заменять почти умерший узел в депо, чем сталкиваться с поломкой в пути.

Мониторинг видно из штабного вагона.

Также в устройстве есть небольшой буфер, который копит лог до прибытия на участок пути, где есть устойчивая связь. Критичные логи (сообщения об отказах) на участках без интернета могут отправляться по SMS.

Вагон также можно перевести в режим отладки, и тогда он будет писать в лог вообще всё.
За час можно набрать гигабайт сырых логов в отладочном режиме.

В этом же устройстве есть вся документация на вагон:

В режиме администратора можно получить больше данных о подсистемах:

А в режиме инженера можно запустить тесты некоторых подсистем:

Туалет

Современные туалеты на вагонах ТВЗ вакуумные и скомпонованы в одной стороне вагона. Вообще, новый вагон очень легко отличить по крутым автоматическим дверям и туалетам с одной стороны. Объясняется это просто: для смыва нужны вакуум-компрессорные установки. Когда туалеты в двух концах вагона, нужны либо две установки, либо трасса под вагоном. Две установки дорого, с трассой тоже была серия вагонов, но было шумно. Особенно ночью, когда кто-то смывал в той части вагона, где установки нет, — адский звук шёл по всем купе.

Поэтому он внутри около туалета. Бак туалета на одноэтажках расположен под вагоном, на двухэтажных под вагон лезть некуда, там практически всё внутри вагона. Потому что дальше процедура починки бака превращается в нечто невероятное. На обычном вагоне бак «на улице» имеет ещё и обогрев, чтобы отходы не смёрзлись намертво. Чтобы тосол был тёплый, он греется от непрямого контакта с трубой водяного отопления. Обогрев есть электрический и жидкостной тосольный: змейка трубопровода — и понеслось. На двухэтажном вагоне бак находится внутри вагона и системы обогрева не имеет.

Если в него пролезло, то дальше не застопорится. Самое узкое в прямом смысле слова место современного туалета — это отверстие в чаше унитаза. И дальше всех ждёт забавная история. Если в чашу не залезло, а кто-то пропихнул шваброй, есть шансы порвать резинометаллический запорный клапан.

Сочетание фекального бака без дополнительных рёбер жёсткости и поддержания отрицательного избыточного давления в самом баке (сейчас-то оно уже поддерживается только в системе откачки) вело к тому, что иногда случался сюрприз. Ещё более интересная поломка была на установках старого типа. Поговаривают, что пассажиры, которые совершали эти грубые эксплуатационные ошибки, до сих пор очень аккуратно заходят в туалеты даже дома. Несколько случайных неверных движений, повреждение — и баки схлопывались под вакуумом.

Тележки

Вагон стоит на тележках, рамы которых опираются на колёсные пары. Сначала они были просто жёсткие, потом, с увеличением скоростей, там стали появляться пружины, а сегодня современная подвеска пневматическая. Вот от пассажирского вагона дальнего следования:

А вот от электропоезда типа Иволги:

Как видите, вагоны — это маленькие космические корабли. Всё.


Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показан
Обязательные для заполнения поля помечены *

*

x

Ещё Hi-Tech Интересное!

[Перевод] Китайская панель биомаркеров старения

Молекулярные и фенотипические биомаркеры старения. Введение. Для чего нужны биомаркеры старения? И этот процесс напрямую связан с молекулярными изменениями. Старение представляет из себя зависящий от времени физиологический функциональный спад, который поражает большинство живых организмов. С одной стороны, выявление биомаркеров старения ...

Как работает stack trace на ARM

Добрый день! Несколько дней назад столкнулся с небольшой проблемой в нашем проекте — в обработчике прерывания gdb неправильно выводил stack trace для Cortex-M. Поэтому в очередной раз полез выяснять, а какими способами можно получать stack trace для ARM? Какие флаги ...