Бортовая система диагностики буксовых узлов железнодорожных грузовых вагонов

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для автоматизированного контроля состояния буксовых узлов, тормозной системы, колесных пар грузовых вагонов. Целью данного изобретения является повышение безопасности грузовых перевозок путем контроля параметров технического состояния буксового узла в реальном времени и предотвращении возникновения его аварийного состояния за счет того, что контролируемые параметры в режиме реального времени сравниваются с заданными и по результатам отклонения параметров от заданных проводится оценка технического состояния буксового узла. Для этого в состав бортовой системы диагностики вагона вводится блок обработки, записи и хранения информации (БОСХИ). Для измерения скорости вращения колесной пары устанавливают датчики частоты вращения. Датчики частоты вращения состоят из зубчатого колеса, закрепленного на валу колесной пары, и датчика импульсов, установленного в крышке буксы. Число зубцов колеса выбирается исходя из необходимой точности определения юза. Информация с датчиков передается на БОСХИ. Информация с БОСХИ передается по радиоканалу на тяговый локомотив состава и ближайшую станцию с указанием номера вагона, колесной пары, буксы. В качестве источника питания берется бесконтактная электрическая машина с ротором на постоянных магнитах, вращающийся ротор которой закреплен на валу колесной пары, а статор закреплен в корпусе буксы. При наличии на грузовых вагонах электропневматических клапанов информация о разности скорости вращения колесных пар с БОСХИ, через преобразовательно-усилительный блок поступает на клапана, которые путем растормаживание или подтормаживание колесных пар по заданному алгоритму регулируют их частоту вращения и выравнивают ее до необходимого значения.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для автоматизированного контроля состояния буксовых узлов, тормозной системы, колесных пар грузовых вагонов.

В уровне техники известно «Устройство для дистанционного контроля температуры букс транспортных средств» (патент РФ 2220866, дата публикации 10.01.2004 г., авторы: Рогатнев Н.Т., Лебедев М.М.), включающее в себя электронную метку, выполненную с возможностью дистанционной передачи информации на напольные устройства, размещенные вдоль следования транспортного средства, и связанную с термодатчиком двумя электропроводными элементами, подключенными к цепи задания кода сигнала электронной метки.

Недостатком данного устройства является его ненадежная работа в неблагоприятных погодных условиях из-за загрязнения метки снегом, пылью, грязью.

В уровне техники известна «Система беспроводного контроля нагрева букс вагона пассажирского поезда» (патент РФ 83229, опубликованный 27.05.2009, авторы: Наумчук Г.Л., Коваленко В.Н., Костина М.Е., Чернуха Ф.А., Карнаух Р.Н.), имеющая, установленный на каждой буксе беспроводной датчик температуры буксы выполненный с возможностью выработки аварийного сигнала при достижении буксой температуры 92°С, подключенный по радиоканалу к приемнику блока контроля и индикации, который в свою очередь подключен к электросети вагона.

Недостатком данных систем является невозможность их использования на грузовых вагонах, на которых отсутствуют источники электроэнергии.

В уровне техники известен комплекс КТСМ-02, являющийся напольной системой автоматического контроля технического состояния (диагностики) подвижного состава, состоящей из подсистем обнаружения неисправностей буксовых узлов колесных пар, тормозного и автосцепного оборудования, волочащихся деталей, нарушения бокового или верхнего габарита и др. Средства диагностики состоят из перегонного и станционного оборудования, соединенных кабельной линией связи, (см. Техническая документация на аппаратуру КТСМ-02 (ЗАО «НПЦ-ИНФОТЭКС», г.Екатеринбург)).

К недостаткам данного комплекса относится то, что путь в месте установки должен идеально соответствовать стандарту. Кроме того, ряд факторов, ведущих к заклиниванию колесной пары, не ведет к нагреву буксы. Камеры системы установлены на расстоянии нескольких десятков километров, следовательно, в промежутках между камерами возможно возникновение аварийных ситуаций. Разные вагоны в составе оборудованы буксами с разными типами подшипников, отличающихся температурными режимами.

В уровне техники известна «Система беспроводного контроля нагрева букс пассажирского вагона» (патент РФ 2365518, опубликован 27.08.2009 г., авторы: Финк Ю.М., Поздняков Э.Л., Зингерман А.П., Морозов Л.А., Коваленко В.Н., Чернуха Ф.А., Костина М.Е.), содержащая два беспроводных датчика температуры букс на каждой колесной паре с внутренней антенной. Информация с датчиков передается на блок индикации и контроля, который вырабатывает аварийный сигнал.

Недостатком данной системы является невозможность ее использования на грузовых вагонах, на которых отсутствуют источники электроэнергии.

В уровне техники известен «Способ мониторинга состояния букс движущегося поезда» (патент РФ 2337030, дата публикации 27.10.2008, бюл. 30, авторы: Руфицкий М.В., Реутов Д.В.), заключающийся в измерении параметров состояния букс и передаче полученной информации машинисту локомотива для принятия оперативного решения. При этом буксы снабжают приемопередатчиками в комплекте с источником питания. Источником питания приемопередатчика служит закрепленный на торце оси колесной пары диск с магнитами, расположенный напротив обмотки проводов, выполненной виде лепестков на внутренней стороне крышки буксы. Кроме того, источник питания передает информацию о частоте вращения колесной пары. Приемопередатчик считывает информацию о состоянии букс и ретранслирует сигнал от каждой буксы на индикаторное устройство, находящееся на рабочем месте машиниста локомотива, по радиоканалу беспроводной связи.

Недостатком данного способа является отвлечение машиниста от процесса вождения локомотива на анализ полученной информации и принятие решения, что снижает безопасность перевозок. Кроме того, грузовые вагоны в процессе передвижения переформировывают, тяговый состав меняется. Поэтому необходимо сохранять информацию о состоянии буксовых узлов в запоминающем устройстве вагона до прибытия вагона в пункт технического обслуживания.

Изобретение направлено на исключение отмеченных недостатков известных в уровне техники средств и его техническим результатом является предотвращение возникновения аварийного состояния буксовых узлов железнодорожных грузовых вагонов, повышение безопасности грузовых перевозок путем контроля параметров технического состояния буксового узла в реальном времени.

Это достигается за счет того, что в бортовую систему диагностики буксовых узлов железнодорожных грузовых вагонов, заключающуюся в измерении параметров состояния букс и передаче полученной информации с помощью приемопередатчиков в комплекте с источником питания, вводят линейные датчики температуры, датчики частоты вращения и блок обработки, записи и хранения информации (БОЗХИ). Источник питания данной системы представляет из себя: либо электрическую машину, ротор которой закреплен на валу колесной пары, а статор установлен в крышку буксового узла, либо электрическую машину, закрепленную на отрезке вала колесной пары, находящемся между колесами, либо электрическую машину, закрепленную на тележке, ось которой соединена с валом колесной пары, либо источник питания представляет из себя несколько электрических машин. Так как во время стоянки вагона электрическая машина не вырабатывает энергии, в бортовую систему диагностики буксовых узлов вводят накопитель энергии. БОСХИ определяет скорость движения вагона, скорость нарастания температуры буксового узла, угловое ускорение колесных пар, разность частот вращения и угловых ускорений колесных пар, запоминает и хранит эти параметры, сравнивает их с заданными и, при превышении их значений выше допустимых, передает эту информацию в кабину машиниста с указанием номеров вагона, колесной пары и буксы. Бортовая система диагностики буксовых узлов железнодорожных грузовых вагонов определяет скорость вращения колесных пар с помощью зубчатого колеса, закрепленного на оси колесной пары и имеющего число зубцов, обеспечивающее необходимую точность измерения, и датчика импульсов, закрепленного на крышке или корпусе буксового узла, сигналы которого передаются в БОСХИ. Информация с БОСХИ может поступать на электропневматические клапана тормозной системы вагона, с помощью которых регулируют частоту вращения колесных пар.

Основным параметром, по которому в настоящее время проводится диагностика буксовых узлов, является измерение температуры нагрева. Однако более точной информацией является скорость изменения температуры во времени. Для этого в БОСХИ введено устройство, позволяющее вычислять значение производной от скорости изменения температуры по времени и сравнивать его с заданным значением.

Одной из неполадок в работе грузового вагона, приводящей к повреждению, как вагона, так и железнодорожного полотна, является юз одной или более колесной пары. Причиной юза может являться ухудшение технического состояния буксового узла. Информацию о юзе можно получить, измеряя скорости вращения колесных пар вагона, сравнивая между собой и определяя по разности полученных величин юз колесной пары. Для этого в БОСХИ введено устройство, позволяющее сравнивать измеренные значения скорости вращения колесных пар вагона между собой.

Более точную диагностическую информацию о юзе можно получить, измеряя угловое ускорение скорости вращения колесных пар вагона, сравнивая между собой и по разности ускорений определяя юз колесной пары. Для этого в БОСХИ введено устройство, вычисляющее угловое ускорение колесных пар вагона и сравнивающее его между собой.

Дополнительную диагностическую информацию о техническом состоянии колесной пары можно получить, сопоставляя результаты измерения температурного режима буксовых узлов и информацию о скорости вращения и ускорении колесных пар. Для этого в БОСХИ введено устройство, позволяющее сопоставлять результаты измерения температурного режима букс и информацию о скорости вращения колесных пар.

Вся информация, передаваемая в БОСХИ, и результаты ее обработки снимают с БОСХИ в пунктах обслуживания вагонов для анализа и определения степени дальнейшей работоспособности буксового узла.

Для измерения скорости вращения колесной пары устанавливают датчики частоты вращения. Датчики частоты вращения состоят из зубчатого колеса, закрепленного на валу колесной пары, и датчика импульсов, установленного в крышке буксового узла. Число зубцов колеса выбирается исходя из необходимой точности определения юза. Информация с датчиков передается на БОСХИ.

При наличии на грузовых вагонах электропневматических клапанов информация о разности скорости вращения колесных пар от БОСХИ, через преобразовательно-усилительный блок поступает на клапаны, которые путем растормаживания или подтормаживания колесных пар по заданному алгоритму регулируют их частоту вращения и выравнивают ее до необходимого значения.

Изобретение поясняется с помощью графических материалов.

На фиг.1 показана общая схема бортовой системы диагностики буксовых узлов железнодорожных грузовых вагонов, где: 1 - датчики температуры, 2 - датчики частоты вращения, 3 - БОСХИ, 4 - тяговый локомотив, 5 - колесная пара, 6 - генератор.

На фиг.2 изображен один из вариантов соединения бесконтактной электрической машины, состоящей из вращающегося ротора 9, закрепленного на валу колесной пары 5, и статора 8, закрепленного в крышке буксового узла 7.

На фиг.3 изображен датчик частоты вращения 2 для измерения скорости вращения колесной пары 5, состоящий из зубчатого колеса 10, закрепленного на валу колесной пары, и датчика импульсов 11, установленного в крышке буксового узла 7.

Предлагаемая бортовая система диагностики буксовых узлов железнодорожных грузовых вагонов работает следующим образом: информация с датчиков температуры 1 и датчиков частоты вращения 2 передается в БОЗХИ 3, который в режиме реального времени сравнивает контролируемые параметры с заданными и по результатам отклонения параметров от заданных проводит оценку технического состояния буксового узла. Если в процессе движения данная информация сигнализирует об аварийном или предотказном состоянии колесных пар, то она поступает от БОСХИ по радиоканалу на тяговый локомотив состава и ближайшую станцию с указанием номера вагона, колесной пары, буксового узла.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является бортовая система диагностики буксовых узлов железнодорожных грузовых вагонов, характеризующаяся: повышением точности и надежности определения технического состояния буксовых узлов, тормозной системы, колесных пар грузовых вагонов; снижение эксплуатационных затрат при осуществлении грузовых железнодорожных перевозок; повышением безопасности и безаварийности железнодорожных перевозок.

Таким образом, вышеупомянутые сведения свидетельствуют о выполнении, при использовании заявленного изобретения, следующей совокупности условий:

- бортовая система диагностики буксовых узлов железнодорожного подвижного состава предназначена для использования в качестве способа автоматизированного контроля состояния буксовых узлов железнодорожных грузовых вагонов в реальном времени;

- для заявленного изобретения, в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле, использованы элементы, известные в измерительной технике и электротехнике.

1. Бортовая система диагностики буксовых узлов железнодорожных грузовых вагонов, измеряющая перегрев букс и скорость вращения колесной пары и передающая полученную информацию с помощью приемопередатчиков, в том числе в кабину машиниста, отличающаяся тем, что в систему вводят линейные датчики температуры, датчики частоты вращения и блок обработки, записи и хранения информации.

2. Бортовая система диагностики буксовых узлов железнодорожных грузовых вагонов по п.1, отличающаяся тем, что источник питания представляет из себя электрическую машину, ротор которой закреплен на валу колесной пары, а статор установлен в крышку буксового узла.

3. Бортовая система диагностики буксовых узлов железнодорожных грузовых вагонов по п.1, отличающаяся тем, что источник питания представляет из себя электрическую машину, закрепленную на отрезке вала колесной пары, находящемся между колесами.

4. Бортовая система диагностики буксовых узлов железнодорожных грузовых вагонов по п.1, отличающаяся тем, что источник питания представляет из себя электрическую машину, закрепленную на тележке, ось которой соединена с валом колесной пары.

5. Бортовая система диагностики буксовых узлов железнодорожных грузовых вагонов по п.1, отличающаяся тем, что источник питания представляет из себя несколько электрических машин.

6. Бортовая система диагностики буксовых узлов железнодорожных грузовых вагонов по п.1, отличающаяся тем, что блок обработки, записи и хранения информации определяет скорость движения вагона, скорость нарастания температуры буксового узла, угловое ускорение колесных пар, разность частот вращения и угловых ускорений колесных пар, запоминает и хранит эти параметры, сравнивает их с заданными и при превышении их значений выше допустимых передает эту информацию в кабину машиниста с указанием номеров вагона, колесной пары и буксового узла.

7. Бортовая система диагностики буксовых узлов железнодорожных грузовых вагонов по п.1, отличающаяся тем, что вводят накопитель энергии.

8. Бортовая система диагностики буксовых узлов железнодорожных грузовых вагонов по п.6, отличающаяся тем, что скорость вращения колесных пар определяют с помощью зубчатого колеса, закрепленного на оси колесной пары, и датчика импульсов, закрепленного на крышке или корпусе буксового узла, сигналы которого передаются в блок обработки, записи и хранения информации.

9. Бортовая система диагностики буксовых узлов железнодорожных грузовых вагонов по п.7, отличающаяся тем, что информация с блока обработки, записи и хранения информации поступает на электропневматические клапана, с помощью которых регулируют частоту вращения колесных пар.