以下内容摘自NTSB官方的调查,具体内容详见原件或登录官网查询

事故概况

2018年10月4日19:40联合太平洋铁路公司(UP)MGRCY-04次货物列车(撞击列车,以下简称04次货车)在下坡道运行13mile后,与静止的MPCNP-03次货物列车(被追尾列车,以下简称03次货车;机车乘务员法比奥·哈莫奇,列车长约书亚·鲍威尔担当驾驶任务)发生追尾;事故造成04次货车列车长本杰明·布罗佐维奇与机车乘务员杰森·马丁内斯当场死亡;3台机车与机后1-57位货车脱轨,03次货车尾部8-10位和5位轨车脱轨;直接经济损失820万美元;构成铁路交通重大事故

当列车进入长下坡路段时,机车乘务员采取制动措施;但列车速度仍在继续提高,当运行至MP529.95里程碑(英里标)时,列车仍在加速,时速达到28mph,这时机车乘务员采取紧急制动措施;这是乘务员第一次收到“机车到机车无通讯”的信息,表明他们不再与列车末端设备(ETD)通信

虽然向ETD发送了信号但从未执行.ETD将在第1.6.1节中进一步讨论.列车继续加速,根据广播录音事故发生前大约2min,调度员要求04次货车的机组人员提交状况报告.机车乘务员回应说:列车仍在加速,时速已达到51mph而且无法制动.机车乘务员要求调度员在他们前方清空线路.列车运行监控数据显示:大约2min后,04次货车以55mph的速度在MP527.1处与静止的03次货车发生追尾冲突.事故地点位于怀俄明州的格林河,目的地是怀俄明州夏延的花岗岩峡谷,距离夏延约25mile.此外04次货车在怀俄明州的罗林斯有一次机车乘务员交班,且列车运行至拉勒米站时,车站连接员在列车的头端加挂19辆货车

线路概况

拉勒米分区管内由怀俄明州的罗林斯站MP682.8延伸至MP509.5的怀俄明州夏延,该区间内货运列车限速70mph客车为79mph,在张贴的列车里程表之间有永久速度限制;该区间内在MP 513和MP 544间为双线非电气化线路,MP 544-MP 550间为三线非电气化线路

在事故区域,两条线路最外股钢轨间距为13ft8in的轨道中心.事故发生地点之前,04次货车在MP540.49-MP510区间为15.8‰的下坡;从MP530-MP527.1坡度为15.5‰

操作

适用的操作原则

在UP拉勒米分区上的列车是由信号指示授权和管理的

该地区处于集中交通控制之下,列车调度员通过哈里曼调度中心(Harriman Dispatch Center)控制来自内布拉斯加州奥马哈的信号.雇员们由政府管理通用操作规则和由UP的特别指示,一般命令和针对该地区和列车的轨道公告提供的修改;事故发生地的两条主要轨道从地理位置上看是东西向的.两条线路均设有信号机;使列车可以在每条轨道上的两个方向运行.北轨是1号主轨,南轨是2号.在事故发生时列车控制系统(PTC)是活跃的事故发生时,肇事列车正行驶在1号主轨上向东行驶

围绕是否符合“重型等级”的定义,北方邦空气制动和列车处理规则将其定义为3mile或以上的轨道至少有1.0%的等级.尽管UP细分列车的最高时速为70mph但UP重级指令要求该级列车的最高时速为25mph,这是基于动态制动和空气制动系统所提供的假定的可用制动力空气制动器和动态制动器在中进行了描述.重型等级指令还要求机车乘务员以20mph的速度爬升,比允许的25mph的速度低5mph当用于控制列车速度的气制动管压力降低超过18P(磅)/psi时,要求机车乘务员应用紧急制动系统.此外一旦列车达到30mph时机车乘务员被要求应用紧急制动系统

现场调查

列车概况

事故列车的机组人员由一名机车乘务员和一名列车长组成.每名成员都符合出勤规定.机车乘务员使用控制装置控制机车的节流阀和列车的制动系统控制列车速度.同时使用空气制动器和电阻制动器组成的列车制动系统使列车减速

空气制动机

列车空气制动器由本务机车控制,设计用于制动管内气压降低时使用,气压升高时释放.该设计的目的是使制动器适用于所有轨道车辆并使列车停止.如果轨道车辆分离,列车制动管路系统(风管)是由一系列刚性管路和柔性空气软管连接而成.列车上的所有车厢都装有空气制动系统.这些空气制动系统由风缸和气阀组成,风缸储存加压空气,气阀将压缩气体输送到制动部件,以启动列车制动系统.制动管有两个功能:首先它在整个列车中提供空气流动(由机车上的空气压缩机提供)它向每个车厢上的风缸充风,为车厢的制动提供空气压力.第二,一旦风缸充满机车乘务员就会使用制动管,通过机车上的制动阀来降低或增加制动管中的压力,从而在整个列车中传递制动应用或释放制动的信息.对机车乘务员来说,了解车厢上的风缸是否充是很重要的.在这起事故中,制动管的连续性或制动管在整个列车中传递制动信号或释放信号的能力都受到了质疑:机车工程师用来监测制动系统状态的工具之一是空气流量计,如果从制动管往个别有轨车上充风,机车空压机和总风缸为制动管提供大量的空气,空气流量计以每分钟立方英尺(CFM)为单位监测从机车到制动管的空气流量.空气流量计将显示一个大的空气流量时,列车制动已释放后的应用程序.空气流量计也可以显示一个大的空气流量,如果泄漏发展在空气制动系统主要是在制动管.很少有列车完全无泄漏,大多数列车的空气流量计上显示有最小的连续空气流量.在记录了给定列车的正常流量后机车工程师将监测提供给列车制动管的空气流量的任何变化

电阻制动

电阻制动是机车制动的一种方式.列车的动能通过牵引电动机转化为电能,使机车和列车减速当动态制动器被激活时,驱动轴上的牵引电机就像发电机一样工作.这就为机车车轮提供了转动阻力.来自牵引电机的电能通过一组电阻器网格消散.这个过程使机车变慢,从而使列车减速

人员信息

机车乘务员

2006年8月7日,机车乘务员杰森·马丁内斯(已在事故中死亡)被UP聘为一名制动员.2012年7月成为列车长后参加机车乘务员培训,2014年11月20日取得铁路机车司机驾驶证.根据联邦法规(CFR)第49章第240部分规定:机车乘务员持有的证件于2021年6月28日到期.在此期间他有资格在整个UP系统中驾驶机车

操作检查

在事故发生前的1年里,有5名主管分别在6天内添乘并对其进行考核,在这些观察过程中他在18种不同的操作规则下总共测试了47次.进行测试的铁路主管在事故发生前的1年内没有记录机车乘务员有任何不合规的行为

考勤情况

下表显示了事故发生前3天内马丁内斯的出/退勤时间.值班时间在49 CFR第228部分规定的服务时间内

培训记录

机车乘务员已经完成了他的职位所要求的所有培训课程.他在2017年11月通过了最近一次考核,操作规则成绩为100机车制动测试成绩为97,危险材料意识成绩为93

适任

该机车乘务员于2018年6月通过了体检,听力和视力检查,获得了铁路机车司机驾驶证.NTSB调查人员查阅了马丁内斯2006年入职前体检记录和2018年职业体检记录,均未发现任何重大健康状况.马丁内斯从2018年3月起按照联邦铁路局(FRA)的要求进行的最新体检显示:他的视力,视力或色觉测试均未出现异常

尸检

进行尸检的法医病理学顾问在马丁内斯身上没有发现明显的自然疾病的证据.死亡原因是严重的弥漫性挤压伤

药物毒理学

美国联邦航空管理局(FAA)法医学实验室进行了事故后的毒理学测试，在大脑或肌肉组织样本中没有发现任何乙醇机车司机肌肉中检出氯雷他定及其代谢物地氯雷他定.联邦铁路局事故后对其脾脏样本的毒理学测试为阴性

列车长

列车长本杰明·布罗佐维奇于1998年3月9日被UP聘为线路工.2015年3月2日他从工务部门转至运营部担当制动员.2015年9月17日,他首次获得官方认证

根据UP的记录,布罗佐维奇的最后一个列车长资格证认证是2017年12月13日,有效期至2021年1月11日

操作测试

在事故发生前的1年内,17天有7名督察员考核过这名列车长.在这些考核中他在42个不同的操作规则上总共接受了144次测试,其中139次都正确地遵守了铁路行车规则和程序

对于每一次不遵守规定的情况布罗佐维奇都接受了主管的指导,他接受了两次关于如何正确地离开设备的培训:一次是关于如何正确地穿戴服饰以保持周边视野,一次是关于在关闭机车门时正确地面对机车门,还有一次是关于在启动机车时的正确站位

考勤情况

下表显示事故发生前3天布罗佐维奇的出/退勤时间.值班时间在49 CFR第228部分规定的服务时间内

培训记录

布罗佐维奇已经完成了职位所要求的所有培训课程.他在2017年3月以98分的操作规则,90分的空气制动(操作)和87分的危险材料处理;通过了最近的操作规则的考核

检查

该列车长于2017年12月通过了体检,听力和视力检查获得了列车长认证.NTSB调查人员查看了该列车长1998年入职前的体检记录;没有发现明显的医疗状况

从2017年1月开始,列车长最近一次的FRA体检显示:布罗佐维奇的视力,视野或色盲测试均未发现异常.最近一次检查的记录不包括身高,体重,生命体征;也不包括药物检查,病史或睡眠呼吸暂停风险评估

尸检

进行尸检的法医病理学顾问在布罗佐维奇身上没有发现明显的自然疾病的证据.死因是多处钝器伤与颅脑挫裂伤

药物毒理学

美国联邦航空局法医科学实验室进行了事故后的毒理学测试,尸检报告表明:没有在列车长本杰明·布罗佐维奇的血液中检测出乙醇.然而血液检测中发现抗组胺药西替利嗪为0.041μg/ml;抗组胺羟嗪0.044μg/ml;轻度兴奋剂/哮喘药物茶碱为0.571μg/ml.其有效活性代谢物7-hydroxymitragynine为0.069μg/ml美国联邦铁路局对本杰明尿液和血液样本的毒理学测试结果为阴性

列车情况

MGRCY-04次货物列车由3台机车牵引,编组95辆(85载货10空)总重12417吨,计长182.4;本务机车AC45CCTE 5412重联AC4400CW 5842+SD70M 5003(3台机车在本起事故中全部报废)

事故发生前,列车在在事发地以西约38mile的怀俄明州拉勒米站加挂货车19辆,其中1-9为漏斗车10-19为低边敞车

自2015年8月以来,这10辆敞车已经在怀俄明州的拉勒米站站场闲置了两年多,没有使用或维护.一名当地的北方邦主管观察到机车乘务员将车辆连挂后并进行空气测试.UP的主管指出:列车长在机后第19位敞车的尾部使用了一个风表;并将每辆货车连挂前对车厢进行了空气制动测试.连挂完毕后工作人员对整列列车进行了制动应用和释放测试.在发车前列车长对列车进行了第二次实验.16:56列车驶出拉勒米站

机械更正的证据

在现场,NTSB调查人员注意到撞击列车的制动系统存在一些问题:在靠近前部的一堆残骸中,美国国家运输安全委员会的调查人员发现约有45组对轮对踏面色泽呈蓝色

列车前部的制动系统依靠制动梁迫使制动蹄对着车轮,使列车的运动减速或停止.制动蹄使用制动蹄键固定在制动梁的头部.调查人员发现多个制动梁有过度制动的迹象;制动闸瓦已磨损到底板,并磨损到制动头

NTSB调查人员在距离事故地点约7英里的一个冷轮探测器上检查了车轮探测器的报告报告显示，撞车列车头部的19-54号车轴显示出比其余车轴更高的温度读数

事故发生后的2018年12月20日,调查人员检查了新泽西州皮斯卡塔韦斯特拉托公司工厂从事故中生产的空气制动软管组件,以及具有代表性的新组件和组件.研究人员发现:从碰撞中恢复的风管上的气流并没有变化,新风管在多种情况下进行了扭结测试.这表明如果没有机械的参与,空气制动软管是无法扭结的

相似案例

据报道:2018年11月23日,在怀俄明州夏延以西的区域也发生了类似的制动问题.在采取制动(降低刹车管道压力)以使列车减速后,机车乘务员意识到压力的降低并没有传播到列车尾部.机组人员多次尝试通过拨动车头装置(HTD)上的紧急制动开关来启动紧急制动.前两次尝试均未成功.在第三次尝试时,列车进入紧急制动状态;经检车员检查:发现了一个弯曲的空气管.当采取紧急制动措施时,弯曲的软管阻止了制动管压力从列车的前部排放到后部.HTD上的第三次紧急制动应用成功地与ETD进行了通信ETD从列车尾部,成功放风进行制动

2018年12月20日,一名北方邦的制动员在一列出站列车上发现了一根制动风管发生类似的扭结,这该列车最近在铁路车辆厂道车末端的软管维修.货车末端软管配置错误,导致风管打结

通信设备

机车头部装置到列尾装置

有两种常用的方法将紧急制动应用程序从控制机车传递到列车尾部:(1)从列车前部开始的空气压力降低,并沿着列车的制动管传播;(2)列车的HTD和ETD之间的无线电通信链路,它将释放制动管空气压力,从列车后部通过列车的制动管启动.与ETD的HTD通信链路使用刹车手柄自动与紧急刹车的应用同步;此外通过拨动HTD上的一个开关也可以独立触发HTD,向ETD发出紧急制动指令.这两种紧急制动应用方法旨在提供冗余;HTD和ETD之间的无线电通信链路是远程无线电频率(RF)链路射频链路需要一个清晰和通畅的传输路径,以可靠地在两个设备之间传输和接收数据.当信号被屏蔽,减弱或被山丘,建筑物或桥梁等物理物体反射时可能会对射频链路造成干扰;来自附近操作的其他设备的射频干扰会造成噪声并削弱信号

电子干扰和环境因素:如闪电或雾也会干扰射频信号.在一些铁路站点,HTD和ETD之间的无线电通信链路被发现一直受到地形或障碍的干扰,铁路已经安装了路边通信中继器.中继器在HTD和ETD之间中继数据包从而消除或最小化一些通信干扰.分布式动力装置的使用机车在中间或后面HTD之间的列车也提高了无线电通信和要领HTD和要领之间传送数据或通过与更强大的发射和接收射频设备上机车操作后方的列车

事故后测试

本务机车UP AC45CCTE 5412号配备了2004年5月9日制造的Wabtec LCU-08 HTD系统,并装配了一个配置为在半双工模式下工作的Wabtec RE382无线电HTD被设计为在aar指定的超高频(UHF)下工作.该装置发射频率为452.9375兆赫，接收频率为457.9375MHz该设备要求8瓦传输的额定工作电压为15V直流电,并安装了最新的Wabtec操作软件版本

Wabtec于2004年5月27日将HTD出售给GE机车公司并安装在属于BNSF铁路公司的机车上.2011年10月BNSF与DPS Electronics签订合同,将Wabtec HTDs的无线电改造为Ritron Wireless Solutions的dx-454窄带无线电.BNSF将HTD转移到UP,然后将其安装在5412号机车上

事故发生后,HTD被带到Wabtec工厂进行进一步检查和台架测试.目视检查显示:前面板上的电气串行连接器严重弯曲,但内部组件没有明显损坏.改装过的收音机运转正常,通过测试和机车事件记录仪的数据确定HTD在制造商的规格范围内运行,没有发现设备气流限制

操作测试确定设备在紧急无线电传输期间的行为如下:

按照设计当HTD没有收到ETD发出的紧急命令确认时,设备将每秒重试一次(ETD主动发出的压力更新不计入紧急命令确认)

按照设计当HTD收到紧急确认时,它将每4s重试一次但ETD制动管压力不会降至5psi以下

按照设计在正常运行时,从机车计算机接收到一个紧急命令并传送给HTD.然后HTD将命令发送给ETD.在台架测试中,“从前到后,没有通信”的信息在规定的15s内收到

按照设计从机车计算机发出的初始信号开始发送信号2min然后停止发送信号,直到接收到另一个紧急制动指令.如果机车工程师在2min的时间内再次发出紧急制动指令则不延长2min窗口.在2min的窗口后HTD将不会发送信号,除非由机车的计算机再次指示.机车乘务员必须启动另一个紧急制动尝试以启动另一个ETD紧急指令

ETD事故后测试

04次货车配备了双向的Wabtec Trainlink ETD,设计用于在AAR指定的UHF频率下运行.它的发射频率为457.9375MHz,接收频率为452.9375MHz,启用双向etd后机车乘务员可以使用无线电遥测技术从列车尾部启动紧急刹车应用程序.紧急制动气动信号从机车通过列车传送并通过双向ETD增强,因为类似的制动可以同时从列车后部激活。列车两端制动管空气压力的迅速下降,应使所有轨道车辆上的制动器接合直至并包括列车制动管中可能存在气流限制的任何点,如空气软管中的扭结.事故发生后,发生碰撞的列车上的双向ETD被运往衣阿华州康瑟尔布拉夫斯的UP电信服务中心,在那里对其进行了检查和测试.对该设备的物理检查没有发现任何妨碍该设备正常运行的问题

完成了ETD运动,发电机输出电压,电池电压,全球定位系统(GPS)和气压的运行测试,没有发现气流限制

打开ETD外壳,测试电池电压和无线电规格.无线电发射/接收功能符合制造商的规格,电池在12.5VETD被发现运行正常

沟通的证据

根据AC45CCTE 5412号机车的列车运行监控数据显示:事故列车机车乘务员在事故发生前制动下坡时,记录到的气流降至20 CFM以下.列车开始加速,机车乘务员试图通过加大制动力度来弥补速度的增加.在火车达到每小时30英里的限速之前,机车乘务员做了一个但从ETD.40的数据记录器显示,制动管压力的降低并没有传播到列车尾部;在机车工程师启动紧急制动后,本务机车的HTD向ETD发送无线电信息以启动紧急制动

然而根据机车事件记录器的数据,ETD并没有从列尾启动紧急刹车.运行监控数据显示:“从前到后,没有通信”信息在19:35:11收到,这是碰撞前5min,从本务机车上下载的数据显示:机车计算机数据日志捕获了额外的HDT/EDT通信丢失事件,这些日志在附录C中进行了概述

列车遥测规章制度

联邦铁路局关于ETD通信协议和定时要求的最低安全标准见附录D

AAR标准手册《机车电子与列车组成系统架构》第K节标准S-9152第二部分:包含了对主机车与货运列车后车厢之间的通信系统的要求(AAR 2016)适用于该事故的通道也见附录D

历史的角度来看

1994年9月16日,森林资源管理局在一份拟定规则的通知(NPRM)中列出了对双向etd的要求.NPRM第232.117条(后来成为49 CFR 232.405条)规定:“必须至少每10min自动检查一次前后通信链路的可用性(摘自联邦纪事1994,47676)”

1996年2月21日,在一份公开监管会议的通知中，联邦铁管局试图用以下声明来澄清这一点:“《国家预警机制》第232.117(g)条无意中包含了*10分钟的要求;它应该是10s”此外,“联邦铁路局认识到,目前可用的2路eot(列车终端设备)有几个可选的功能,可能会对铁路公司有利.尽管联邦铁路局建议铁路公司在购买这些设备时尽可能多地获得这些可选功能,联邦铁路局不打算强制使用这些设施,并认为每条铁路都处于决定哪些设施对其运营有利的最佳位置(联邦纪事-1996,6610)”

包括该设备制造商在内的几家公司对这一澄清发表了评论,称以目前的技术无法满足10秒的要求,并将导致短时间内电池消耗.这些评论者正确地指出了森林资源评估

在NPRM中提出了10min的要求,因为这是当时的行业标准,并且已经在加拿大使用了几年的设备标准

针对这一通知AAR建议:在htd和etd之间的通信建立16min30s前不要宣布故障.这个时间框架是基于设备的设计提出的,它每10min自动检查设备之间的通信.如果没有收到响应HTD将在15s后自动请求ETD的通信.如果没有收到对该请求的响应则在6min后再发出另一个请求;如果仍然没有响应,HTD将在15s后发出另一个请求.AAR的回应是基于当时htd和etd的设计,直到今天(联邦纪事-1996,6610)由于16min30s是一个可执行的标准,可用于确定何时应将沟通缺失视为途中故障而没有其他评论提出这类故障的可衡量标准,所以联邦铁路局采纳了AAR的建议

信号与列车正向控制

在拉勒米地区,北方邦允许列车运行并配备了交通控制系统辅以自动驾驶室系统.并执行PTC系统.列车运行由位于内布拉斯加州奥马哈哈里曼调度中心的一名列车调度员协调.拉勒米分区的列车运行由操作规则,特别指示,时间表指示交通控制信号指示和自动驾驶室系统控制

该信号系统使用编码轨道电路来检测列车占用区间情况

线路两侧安装的色灯式信号机均显示正常

UP实施了互操作电子列车管理系统(I-ETMS)，以符合联邦铁路局要求PTC的规定.事故发生当天I-ETMS在UP Laramie分区安装并运行

I-ETMS是一种安全关键的“至关重要的覆盖”系统与现有的操作方法相结合,与现有的信号系统,路边设备和办公室列车调度系统相结合I-ETMS提供了在保留现有的现场信号系统和计算机辅助调度(CAD)系统作为维持列车分离和保护的主要手段的同时强制遵守移动当局,速度限制,工作区域和开关定位的手段

电控气动制动系统

此次事故中涉及的两列火车都没有配备电控气动(ECP)列车制动器,与传统的列车空气制动系统相比,ECP列车制动器提供了许多安全改进.这些改进包括更短的停车距离,减少列车内部力量,减少轨道部件磨损以及减少空气库中的空气消耗.本报告简要分析了ECP制动系统的设计特点.即列车制动系统的持续通信和连续性.这列引人注目的列车没有配备ECP制动.配备ECP制动系统的列车使用电缆向所有轨道发送制动指令.在配备了ECP的列车上,ECP系统通过对每节有轨车进行自我诊断测试并向机车工程师发送信息来搜索空气制动限制.ECP技术与传统的空气制动设备一起工作.如果ECP制动系统检测到通过每个有轨车的电缆断开,ECP逻辑将启动紧急制动应用程序

轨道与工程

拉勒米分区主要由多条主道组成,在MP 513和MP 544间为双线,在MP 544和MP 550之间有三条主道.在事故区域两条线路间隔着13ft8in的铁轨中心.UP文件显示:在MP 519.11和MP 545.56之间的每条线路运输用量约为1.26亿吨

列车从MP540.49到MP510开始下降,下降幅度从0到15.8‰.

UP根据联邦铁路局4级线路安全标准,检查并维护了拉勒米地区这部分的主铁轨北方邦没有在该路段运营任何定期客运列车

轨道结构损坏的直接区域的脱轨妨碍了详细检查完好的轨道结构在受干扰的轨道区域.事故后的观察表明:轨道结构主要由133P的连续焊接轨道组成,安装在16in的双肩连接板中,连接夹板位于轨道的底部表面枕木顶部表面间.轨道通过tic板固定在枕木上

2018年10月6日,调查人员从POC到530.8下议院进行了步行检查.联邦铁路局检查员完成了一份检查报告,显示出轨区域没有任何缺陷

事后采取措施

NTSB安全建议

针对本起事故,NTSB于2019年9月16日发布了一份安全建议报告,旨在强调以下安全问题:

虽然罕见,但列车制动管气流限制发生

双向ETD和HTD之间的无线电通信可能不是连续的,机车乘务员可能没有意识到HTD和ETD间任何通信中断,因为这种中断的通知直到至少16min30s没有双向通信时才会启动

当紧急制动HTD将紧急刹车信号发送给ETD,持续2min如果HTD在这段时间内没有收到ETD的确认信号传输结束,除非列车乘务人员启动否则系统将不会传输另一个信号(NTSB 2019)

为了解决这些安全问题NTSB于2019年9月19日向一级铁路发布了以下安全建议:

必要时审查并发布检查轨道末端风管配置的指南以确保空气软管配置与预期设计相匹配

2019年12月16日,加拿大国家铁路(CN)通知NTSB,它将向其机械员工发布指示“确保轨道末端风管组件维修按照预期设计完成”并将向检查人员通报,确保配置按照设计运行.当这些修订完成时CN通知了NTSB, NTSB将CN对安全建议R-19-41的回应归类为“开放可接受的回应”

2019年12月19日堪萨斯城南方铁路公司(KCS)通知NTSB,它正在向其机械员工发布关于检查各种空气制动软管安排以及如何识别磨损证据和潜在“夹点”的指导.45在该指南发布之前NTSB将KCS对安全建议R-19-41的反应归类为“开放可接受反应”

在2020年1月21日写给NTSB的一封信中,CSX铁路公司(CSX)讨论了其针对机械员工的三模块培训计划,其中包括对空气软管配置的讨论以及员工应该采取什么步骤来纠正已确定的缺陷。因此，NTSB将CSX对安全建议R-19-41的反应归类为“封闭可接受的行动”。

截至2020年12月,BNSF,SP,NS和UP还没有对NTSB做出回应,他们对安全建议R-19-41的回应被归类为“开放-等待响应”Amtrak于2019年11月26日回复:其对安全建议R-19-41的回应被列为“封闭可接受行动”

2019年9月19日NTSB还向全国所有I级铁路发布了以下安全建议:

回顾和修改空气制动和列车操作指令,包括操作和列尾双向装置的指令:监测机车空气流量计,在爬坡前检查列车头部和列车尾部设备之间的通信状态,如果列车尾部的空气压力没有响应空气制动的应用应采取的措施(R-19-42)

2019年12月16日CN向NTSB提供了证据证明其操作规则符合建议的条件:2020年5月4日,NTSB要求CN提供更多信息,关于列车运行状态发生变化时监测气流的指示;加拿大国家铁路乘务员用于在降职前验证车头(HOT) 列尾(EOT)通信是否有效的程序的规定,当列车尾部的空气压力没有响应空气制动应用时,应采取的措施在2020年5月4日收到这一额外信息之前,CN对安全建议R-19-42的回复被归类为“开放可接受回复”

2019年12月19日,KCS通知NTSB其“车辆部门人员”将在2020年接受关于制动系统如何工作和正确的软管配置的进修培训.2020年5月12日,NTSB要求KCS描述机车乘务员使用的程序,以监测机车空气流量计并在列车下降一个等级之前验证HOT-EOT通信是否有效.NTSB还要求KCS描述当列车尾部的气压对空气制动装置没有反应时列车机组人员将采取的行动.在等待这些问题的答案之前KCS对安全建议R-19-42的回应被归类为“开放可接受的回应”

截至2020年12月,BNSF,CP,NS和UP尚未对NTSB做出回应,他们对安全建议R-19-42的回应被归类为“开放-等待回应”Amtrak于2019年11月26日对安全建议R-19-42的响应被列为“封闭可接受行动”CSX公司在回应2020年1月21日,并于2020年5月26日提供了额外的信息其对安全建议R-19-42的响应也被分类为“封闭可接受的行动”

2019年9月19日NTSB还向美国短线和地区铁路协会(ASLRRA)发布了以下安全建议:

①检查车列尾风管配置,以确保软管配置与预期设计相匹配

②审查并修改其等级操作的空气制动和列车操作说明以及列车末端双向装置说明;包括:监测机车空气流量计在爬坡前检查机车和列尾设备间的通信状态,如果列车尾部的空气压力没有响应空气制动的应用应采取的措施

2019年12月10日ASLRRA向其成员发送了一封电子邮件,链接了NTSB的安全建议报告《列车紧急制动通信》并描述了NTSB在报告中概述的避免未来发生类似事故的步骤.因此在2020年3月9日NTSB将安全建议R-19-43归类为ASLRRA“封闭可接受行动”

联合太平洋铁路公司(UP)

操作测试

事故发生后UP将拉勒米分区列入其级别运营审计名单并于2019年3月进行了首次运营审计.UP表示:计划今后对拉勒米分部进行年度运营审计.在这起事故之前它在超过3mile长的地区进行了等级操作审计.等级超过1.8%职系运作审计工作包括:

对整个行业等级区域的事故进行审查

在车厢内观察之前与机车乘务员一起审查审计信息,在退勤后记录评论和发现

复习任何特定于该年级范围的指导,通常可以在课程表的分部页找到

进一步审查任何建议或问题,铁路工作人员认为应该解决的地区与操作

北方邦表示:这些审计的目的是确保机车乘务员了解操作以及它们与其他地区区别

机械检查

2018年12月,UP创建并实施了培训材料,内容包括列车制动软管布置的正确修理和检查.该培训包括关于正确的空气软管支架,制动风管,配件,折角塞门,制动锁具干扰,磨损痕迹和尺寸的指导

在怀俄明州的绿河,UP管理层修订了空气制动测试程序以满足货运和其他非客运列车,设备,ETD的制动系统安全标准以及49 CFR第232部分的要求.该程序现在需要一个仪表(或等价物)放置在每个切割轨道车厢的末端以验证空气压力

无线电遥测中继器

事故发生后,UP在事故路线和附近一条从怀俄明戴尔·日东风4B交汇点到怀俄明的低密度路线上安装了26台无线电中继器.UP的目标是在拉勒米分区提供MP 520和MP 545之间的连续HTD/ETD中继器覆盖,UP之所以专注于这一领域是因为“该领域的高品质和蜿蜒轨道创造了具有挑战性的射频环境”为了确定中继器的位置UP使用射频传播分析软件对无线电位置进行建模从而在整个目标区域提供连续的覆盖

原因分析

列车机组性能:失控列车的乘务人员按照北方邦的操作规则操作列车并采取了适当的行动试图控制列车的运行

根据列车运行监控记录以及两名机车乘务员关于失控运动的无线电通信记录显示:机车乘务员似乎没有受到影响.虽然在事故后的毒理学测试中,在列车长本杰明的血液中发现了潜在的有害物质,但调查人员没有发现证据表明列车长的健康状况或使用羟嗪和米特吉宁造成的有害影响在事故中起了作用

对记录的无线电列调与联控显示:调度员在接到列车脱轨的通知后,执行了所需的通信并采取了适当的行动

信号系统:UP交通控制系统实现了设计目标

列车正向控制系统:虽然I-ETMS PTC系统正常运行;但由于制动失灵,列车无法停车

轨道结构:联邦铁路局对事故现场进行的事故后检查没有发现任何轨道缺陷

基于这些调查结果NTSB得出结论:以下因素均与本次事故无关:列车乘务人员的工作表现或适职性,列车调度员的行为,信号或PTC系统以及轨道线路结构

列车制动管路问题

在怀俄明州的拉勒米,没有记录在案的数据显示在列车撞上前方列车时空气一直在流动;然而在添加了额外的有轨电车并释放空气制动器后,记录到的供应给列车制动管的气流稳定在28CFM左右.这是在新增19节车厢后才发生的,这表明新增的车厢给系统增加了漏洞

当列车进入谢尔曼山时,气流在28CFM时保持稳定.在到达坡顶前轨道的几何形状有一个轻微的下降,这要求机车乘务员在下坡时使用动态制动以保持适当的速度.当只使用动态制动器下降一个等级时,所有在上升时积聚的轨道车辆的机械耦合器之间的松弛部分都被移除.然后这些松弛部分聚集在机车后面.在轨道几何形状下降和轨道车辆聚集的过程中,记录的空气流量随后下降到0,如1.3.3节所讨论:当空气流量下降到20 CFM以下时就会显示这个值.穿过这个斜坡后列车开始向谢尔曼山的顶峰爬去,空气流量再次回到28 CFM左右.在谢尔曼山的顶峰.列车开始下降朝着静止列车冲去.在下坡中机车乘务员再次采用动态制动,随后再次聚束.记录在案的气流再次降到20 CFM以下.显示为0列车继续加速.列车乘务人员首先应用服务制动来控制列车的速度

当这一措施未能使列车减速时,机乘务员使用紧急制动,这也未能使列车减速或使列车进入紧急制动状态.列车加速冲下坡道,最终在怀俄明州的花岗岩峡谷与静止的03次货车追尾

如前面所述:在2018年11月和12月发生的2起事故中,风管扭曲阻碍了空气流动并干扰了整个列车的制动;这些软管被发现被压碎在末端软管安装支架和轨道上的固定物体间.在这两起事故中涉及的固定部件之一为有轨车制动部件,另一个为有轨车牵伸安排支架,这两起事故限制了空气向列车尾部流动

位于事故现场以西约7mile的冷轮轴探测器的详细报告显示:19-54号车轴的温度高于列车其他车轴,这表明只有这些车轴收到了制动信号.轮轴1-18对应三辆机车上的轮轴,表明从10轨道到列车尾部都没有任何制动措施

这表明风管堵塞可能发生在9-10位货车间,而第10辆为低边敞车

事故发生后NTSB的调查人员发现列车前部的多个轮对有过热和滑动的迹象,且踏面泛蓝;这表明只有列车前部的刹车在工作.这些制动组件也显示出过热的迹象,刹车片成分脱落到金属底板和刹车头上.这与仅在机车和前9辆货车中出现的制动力是一致的.结合来自冷轮探测器的证据,这表明在制动应用过程中制动存在限制.当制动管路减压器受到限制而不能在整列列车中传播时,制动器只对从机车到堵塞处的车辆进行制动,在这种情况下是前10辆货车有制动

由于只有少数几节轨道车运行以减缓或停止列车.这些货车的制动震动会显示出过度磨损和热损伤,车轮也会显示出过热(发蓝)的迹象

根据这一证据NTSB得出结论:从制动管流出的空气在第9-10辆货车间受阻,从而阻止了空气制动信号在整个列车中传播

车辆制动试验

这列编组86辆的列车离开怀俄明州绿河后,计划在怀俄明州的拉勒米站停车,另加挂货车19辆.从怀俄明州绿河到拉勒米的运行监控数据显示:发生碰撞的列车运行正常,制动和加速正常,空气制动压力正常,没有迹象表明气流异常.此外空气流量的记录与列车运行期间(包括下降时)正常的空气制动器释放一致

在拉勒米增加到列车上的10辆敞车中,有6辆车厢逾期未交SCABT.时间跨度从几周到近两年不等.如果某一轨道车辆因任何原因在车间或维修轨道上运行且在过去12个月内未收到SCABT,那么根据49 CFR 232.305(b)(2)规定:所有车辆都必须收到SCABT.此外49 CFR 232.305(c)要求轨道车辆至少每5年获得一次SCAT

AAR标准和推荐操作手册标准S-486指出:SCABT装置的目的是提供一种对轨道车辆制动设备状况进行全面检查的方法(AAR 2018)本标准的一部分包括空气制动软管和其他制动部件的检验程序.它也有测试有轨电车各种机械问题的部分程序NTSB得出结论,北方邦违反了联邦法规第49条《联邦法规》第232.305条并对在拉勒米召回的6节逾期未检测的列车进行了scut测试,任何有缺陷的情况包括那些可能导致制动管空气流动受限的情况都可能在列车投入使用之前被识别和修复

HTD到ETD的通信损耗

调查发现:这两种列车遥测设备都运行正常,符合规范.机车事件记录器和机车计算机数据日志捕捉到的通信事件的丢失被发现与列车长度,轨道曲率和物理地形障碍物有关;HTD以8W的功率发射至少每2分钟轮询一次ETD

联邦铁路局的规定允许每10min检查一次通信链路.AAR标准和联邦铁路局法规都规定,在列车遥测通信中断16min30s或更长时间后应向机车工程师显示通信故障信息。

从主机车的计算机日志中下载的数据记录了几次HDT和EDT之间的通信丢失事件.但是每个单项的持续时间小于16min30s由于这些事件的持续时间都低于联邦铁路局法规和AAR标准规定的最短持续时间要求;因此没有迹象显示HTD和ETD之间的通信中断,也没有在事件记录器上显示.根据事故记录仪的数据机车乘务员在7:34:56启动了紧急刹车.事故后HTD测试显示:HTD将向ETD发送紧急制动的指令,如果HTD没有收到ETD的紧急指令确认则每秒钟发送一次.7:35:11,即紧急制动启动15s后记录到发生了前后通讯中断的情况.在HTD的设计规格范围内,向机车乘务员显示的失联信号显示时间为15s

由于HTD和ETD之间的通信耗时16min到30s或在ETD没有紧急制动命令确认的情况下,持续时间为15s,事件记录器数据无法区分两者之间的通信指示丢失.因此NTSB调查人员认为:HTD和ETD之间的通讯中断可能是在16min30s前的7:18:41开始的

从启动紧急制动到事故发生的时间为5min3s,1997年一项基于当时遥测设备设计的规则讨论了宣布通讯中断前的16min30s时限

然而自从1997年7月1日“列车终了的双向遥测装置”规则制定生效以来,诸如改进的电池设计,空气涡轮机和太阳能电池板以延长电池充电以及基于微处理器的系统以降低功耗等技术进步已经改进了列车遥测装置的设计.此次事故中涉及的HTD被设计为每2分钟检查一次ETD并验证通信链路.此外ETD配备了一个涡轮发电机,由机车提供的压缩空气为刹车系统提供动力这提供了维持运行电池充电的能力,从而确保该设备的更大运行范围

基于这次事故的情况NTSB得出结论:通讯协议允许16min30s的时间发生碰撞,而不通乘务员无法从ETD启动紧急制动.因此NTSB建议联邦铁管局修订《CFR》第49部分第232条:要求HTD和ETD之间进行更频繁的通信检查。由于HTD和ETD在测试后被发现运行正常,因此可以推定在事故发生前几分钟发生了射频干扰.NTSB得出的结论是:列车的长度,轨道的曲率以及物理地形造成的障碍导致了HTD和ETD之间的通信中断.NTSB建议AAR和ASLRRA提醒其成员运营商:

①对其操作区域的无线电频率传播进行分析,以确定可能丢失HTD-ETD通信的区域

②进行补救以提供持续的HTD-ETD通信

紧急命令传输

列车的HTD被设计为在紧急制动程序启动后2分钟内向ETD发送紧急制动程序.如果HTD没有收到ETD的回复确认信息紧急制动指令的传输将停止,直到另一个紧急刹车应用程序启动.如果机车工程师在2min的时间内启动了另一个紧急制动程序则2min窗口不会延长.随后HTD将不会自动向ETD发送紧急制动命令.机车乘务员必须在初始紧急制动后2分钟内尝试额外的紧急制动,以启动ETD紧急制动指令

NTSB的结论是:紧急制动指令需要在ETD接收到之前发送而不是在2分钟后终止.因此NTSB建议联邦铁路局要求在ETD接收到紧急刹车信号之前重复发送.此外NTSB建议AAR修订其标准手册和推荐操作,机车电子和列车组成系统架构,标准S-9152.v2.2第3.8.8段制定一种通信协议:该通信协议将继续向ETD发送紧急空气制动指令,直到HTD收到确认信息或制动管压力减轻信息

列车制动系统

空气制动

今天的列车制动系统依赖于气压制动系统,它使用制动管气压来传送制动信号.并为列车每节车厢的风缸充风.制动管路空气压力的降低会使每节有轨车上的阀门将储气罐中的压缩空气引入制动缸,从而产生制动作用.该系统的三个重要限制是:它不允许有轨车水库在制动时进行充电,有轨车的逐步制动释放不可用,制动管路限制可能会阻塞制动控制信号.使超出限制的有轨车无法进行制动

传统的气动制动系统具有简单的强大优势，它不需要额外的电子路径(通过火车长度的电缆或无线电通信)或每条轨道上的电源来刹车、释放刹车或为气罐充电。然而，它也有缺点，即制动或释放命令沿制动管传播到每个有轨车的时间延迟、有轨车连续制动的应用、已制动和未制动轨道之间可能存在的列车内力不兼容、无法选择逐步释放制动。以及由于制动管路堵塞(如本次事故调查中发现的空气软管段弯曲或堵塞)而导致制动应用通信失败的风险。

采用先进的列车制动配置:包括DP,EOT或列车中段装置(MTD)部分缓解了传统空气制动的缺点.使用DP可以直接减少不需要的或不兼容的列车内力并提供平行的制动管通道,以通信服务和紧急制动应用通信服务制动释放请求,并从机车组成部分向制动管供应压缩空气

使用MTD或ETD还可以提供平行的制动管道通道以沟通紧急制动应用请求并可以减少设备和轨道暴露于不兼容的列车内力

主机车与DP机车,ETD机车或MTD机车之间需要可靠的无线电通信以减轻上述传统空气制动的缺点.不幸的是,无线电通信的质量以及跟踪等级列车长度可能不同,轨道曲率,或当地地形和障碍物反射,形成间歇性沟通差距(如延长机车由铅和无线电通信差距等记录在这个事故调查)

操作ECP制动

ECP制动器是当今货运铁路行业最先进的列车制动系统.ECP制动系统同时向列车中所有配备的轨道发送电子制动指令.列车中所有的有轨车辆和控制机车必须配备ECP, ECP制动系统才能工作.ECP刹车可以作为覆盖装置安装这样装备的列车可以在ECP模式或气动模式下运行.或者ECP制动器可以安装在ECP专用配置中,这样已装备轨道上的制动器将只对ECP信号或制动管压力紧急损失作出响应

根据博斯2006年完成的一份报告:根据联邦铁路局官员艾伦·汉密尔顿的介绍,当机车乘务员在列车的所有轨道上设置制动时,同时应用ECP制动可以大大减少列车正常运行时的操作

当列车加速,减速或对坡度和轨道曲率的变化作出反应时通过减少沿列车长度作用的纵向列车内力

ECP制动系统克服了传统气动制动系统的缺点:以及DP机车,ETDS,和MTD通过增加一根独立的列车长度的电缆,持续支持主机车和每节车厢之间的通信.与声速相反,制动应用和释放请求以光速(几乎瞬间)进行通信,可以逐步释放轨道刹车,制动系统状态可以由连接员在单个轨道车的基础上进行快速判断,列车风管可对每节车厢的风缸进行连续充风

2015年7月NTSB发布了《列车制动仿真研究》(Train brake Simulation Study)以量化列车制动类型(传统气动,DP或ECP)以及列车质量,速度和轨道等级等一系列参数对列车预期停车距离的影响.本次研究对5列不同的原油单元列车进行了建模,列车编组78-156辆,速度为10-60mph,轨道等级为(-2,2)

研究表明:先进的列车制动系统的好处来自三个方面:减少停车距离(在潜在的连环相撞中轨道更少)降低车辆动能(在连环相撞中,可以击穿轨道的能量更少)更低,更均匀的列车内耦合器力(更兼容轨道与轨道的相互作用)包括UP和BNSF在内的许多铁路公司都使用DP机车以使列车更长并提高列车内部力量和制动性能

ECP系统的讨论

先进的列车制动系统可以为货运列车提供显著的安全优势

在这次事故中,配备ECP的列车制动系统的持续通信和连续性本可以防止这次事故的发生。虽然目前的ECP制动技术已经设计,现场测试和服务验证;但它只在美国的单列列车上进行了测试,而不是像这次碰撞事件中那样的混合货物列车.GAO 2016年的一份报告称:ECP制动系统停止使用的主要原因是可靠性问题(GAO 2016)

如上文所述,配备ECP制动系统的列车使用电缆向所有轨道车辆发送制动指令并使用常规空气制动设备启动和松开制动器.ECP系统通过对每节车厢进行自我诊断测试并向机车乘务员发送状态信息来搜索空气制动限制,如果通过每节车厢的电缆发生断开ECP系统将检测到它并启动紧急制动应用程序,ECP制动信号通过电缆传输与制动管无关;因此制动管中的空气流动限制不会影响列车使用所有轨道车刹车的能力.NTSB的结论是:如果发生事故的列车安装了ECP技术,整个列车都会收到紧急刹车指令从而对列车的每节车厢制动,可能会防止事故的发生

结论

调查结果

①下列任何一项都不是造成这次事故的原因:机车乘务员的表现或适合履行职责,调度员的行动,信号或列车正面控制系统或轨道结构

②制动管路气流被限制在第9-10列间,阻碍了气制动信号在整个列车内传播

如果联合太平洋铁路公司违反《联邦法规》第232.305条第49条所列的联邦法规，对在拉勒米发现的6辆逾期未检测的货车进行了单轨空气制动测试:任何有缺陷的情况包括那些可能导致制动管空气流动受限的情况都可能在列车投入使用之前被识别和修复

④通信协议规定,在16min30s内列尾装置无法启动紧急制动,进而不会通知机车乘务员

⑤列车的长度,轨道的曲线值以及由于物理地形造成的障碍,导致机车设备和列尾设备间失去了通信

⑥紧急制动指令需要发送到列车末端装置接收,而不是在2min后终止

如果发生碰撞的列车配备了电控气动制动系统技术,那么整个列车就能接收到紧急制动指令,从而对列车的每节有轨车厢进行制动很可能避免事故的发生

可能的原因

NTSB认定,事故的可能原因是:04次货车的空气制动系统出现故障:原因是制动风管管道内的气流受限,以及列车尾部的装置未能对紧急制动指令做出反应.而且UP未能按照联邦法规维护轨道车辆,包括定期进行单轨空气制动测试.由联邦铁路管理局(Federal Railroad Administration)法规和行业标准制定的通信协议进一步加剧了事故的发生,该协议允许机车与列尾设备间的通信中断通知间隔时间延长而不会向列车乘务人员发出通信中断的警告

整改措施

新建议

根据调查结果美国国家运输安全委员会提出了以下新的安全建议:

致联邦铁路管理局:

1. 修订《联邦法规法典》第49篇第232部分,要求本务机车和列尾装置间进行更频繁的通信检查(R-20-28)

2. 要求重新发送紧急制动信号,直到收到为止

致美国铁路协会和美国短线及地区铁路协会:

3.提醒您的会员运营商

①对其操作区域内的无线电频率传播进行分析,以确定可能丢失列车头部设备和列车末端设备通信的区域

②采取补救措施提供列车头部设备和列车内设备的连续通信(R-20-30)

致美国铁路协会:

4. 修订标准手册和推荐操作,机车电子和列车组成系统结构(标准S-9152.v2.2)第3.8.8段制定一种通信协议,该通信协议将继续向列车尾部装置发送紧急空气制动指令直到列车头部装置收到确认信息或制动管压力下降的信息为止.

5.2以前发布的建议

2019年9月16日NTSB发布了以下安全建议:

致I级铁路公司:

1. 必要时审查并发布检查轨道车末端空气软管配置的指南以确保空气软管配置与预期设计相匹配(R-19-41)

截至2020年10月,BNSF,CP,NS和UP铁路公司的安全建议被归类为“等待响应”;加拿大国家铁路与堪萨斯城南部铁路的“开放可接受响应”以及美国铁路公司(Amtrak)和CSX铁路公司(CSX Railroad)的“可接受的终止行动”

2.复习和修改你的空气制动和机车操作的等级说明

操作说明和双向行尾装置包括:监测机车空气流量计,检查行头和行尾装置在爬坡前的通信状态,以及采取的行动

如果列车后部的空气压力没有对空气制动的应用作出反应(R-19-42)

3.提醒相关承运人

①检查车厢末端风管配置以确保软管配置与预期设计相匹配

②审查并修改其等级操作的空气制动和列车操作说明以及列车末端双向装置说明.包括:监测机车空气流量计,在爬坡前检查列车头部和列车尾部设备之间的通信状态;如果列车尾部的空气压力没有响应空气制动的应用应采取的措施(R-19-43)

2020年3月9日,安全建议R-19-43被列为“封闭可接受行动”

事故调查人员

通过时间:2020年12月29日