УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ НАЧАЛА ПРОЦЕССА БУКСОВАНИЯ КОЛЕСНЫХ ПАР ЛОКОМОТИВА
DEVICE TO DETECT LOCOMOTIVE MOUNTED AXLES SKID BEGINNING

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к способам обнаружения начала процесса буксования колесных пар локомотива при движении поезда по рельсовому пути в реальных условиях эксплуатации, например на карьерах в горной промышленности.
Известен способ обнаружения начала процесса буксования колесных пар локомотива, заключающийся в измерении разности напряжений синхронных тахогенераторов, установленных на осях каждой колесной пары локомотива, напряжения которых пропорциональны угловой скорости. Сравнивая напряжения тахогенераторов, по разности угловых скоростей определяют колесную пару с избыточным буксованием, так как напряжение этой колесной пары будет выше напряжений других тахогенераторов [1]. В данном способе синхронные тахогенераторы не обеспечивают достаточную точность измерения (порядка 12%), в связи с чем начало процесса буксования будет зафиксировано с опозданием. А это в свою очередь приводит к задержке принятия мер по устранению пробуксовки, например, подачей песка в контактную зону колеса с рельсом. Кроме того, при движении подвижного состава при повышенных углах подъема рельсового пути в условиях промышленных карьеров (до 60-80 промилле) все колесные пары локомотива могут пробуксовывать одновременно. Однако по результатам измерений получится, что локомотив работает в нормальном режиме.
Известен способ обнаружения начала процесса буксования колесных пар локомотива, заключающийся в том, что измеряют разность напряжений трехфазных синхронных тахогенераторов (датчиков скорости), установленных на осях колесных пар локомотива, а затем путем сравнения определяют буксующую колесную пару [2]. При одновременном буксовании нескольких осей с помощью дифференцирующего контура осуществляют дополнительную связь по ускорению буксующей колесной пары. Данный способ также не обеспечивает достаточную точность измерения разности сигналов тахогенераторов (в среднем около 9%). Кроме того, схема измерения пробуксовки достаточно сложная и не обеспечивает своевременное принятие необходимых мер для исключения буксования непосредственно в режиме реальных условий эксплуатации локомотива.
Известен также способ обнаружения начала процесса буксования колесных пар локомотива, заключающийся в том, что измеряют разность напряжений трехфазных синхронных тахогенераторов (датчиков скорости), установленных на осях колесных пар локомотива, и путем сравнения определяют буксующую колесную пару [3]. При одновременном буксовании нескольких осей приводных колесных пар локомотива для повышения надежности с помощью полупроводникового триггера дополнительно обеспечивают срабатывание исполнительного органа (реле).
Устройство для осуществления этого способа, содержит осевые трехфазные (синхронные) тахогенераторы (датчики скорости), блок сравнения (дифференцирующий контур), блок усиления разности сигналов (усилитель на полупроводниковых триодах), к выходу которого подключен исполнительный орган, например реле. Между дифференцирующим контуром и усилителем включен полупроводниковый триггер, обеспечивающий срабатывание исполнительного органа при наличии ускорения буксующей оси [3]. Это техническое решение принято нами в качестве прототипа. Недостатком прототипа при обнаружении буксования колесных пар локомотива является низкая точность измерения разности сигналов синхронных тахогенераторов, что является следствием недостаточной чувствительности измерительной схемы.
Техническим результатом изобретения является повышение точности и чувствительности схемы для своевременного обнаружения начала процесса буксования любой колесной пары локомотива, а также уменьшение возникающего при движении подвижного состава дополнительного сопротивления от оставшегося на рельсах песка и повышение тягового усилия локомотива.
Технический результат достигается тем, что в способе для обнаружения начала процесса буксования колесных пар локомотива измерение производят, сравнивая напряжения тахогенератора, установленного на оси неприводной колесной пары вагона, с напряжением каждого из тахогенераторов приводных колесных пар локомотива, причем применяют тахогенераторы постоянного тока, а разность напряжений тахогенератора неприводной колесной пары и каждого из тахогенераторов приводных колесных пар локомотива измеряют компенсационным методом; песок, оставшийся на рельсах после прохождения локомотива, сдувают струей сжатого воздуха из воздушной системы локомотива, направленной по штуцерам в зону контакта колесной пары локомотива с рельсом с тыльной стороны колеса, т.е. со стороны, противоположной направлению качения.
Технический результат достигается также тем, что в устройстве для обнаружения начала процесса буксования колесных пар локомотива, выходной сигнал из блока сравнения и усиления разности сигналов в виде напряжения питания через контакты исполнительного органа (реле) подается непосредственно к обмотке электропневматического клапана системы подачи песка каждой из буксующих колесных пар локомотива.
На фиг.1 изображена схема установки осевых тахогенераторов (датчиков скорости вращения) на колесных парах поезда.
На фиг.2 представлена функциональная схема обнаружения начала процесса буксования колесных пар локомотива.
Способ обнаружения начала процесса буксования колесных пар локомотива заключается в следующем.
При движении поезда по рельсовому пути колесные пары локомотива 1 (приводные колеса) могут вследствие наличия на карьерных рельсах смазки, влаги, штыба в виде измельченных частиц горной породы или при повышенных углах подъема рельсового пути (до 60-80 промилле), опережать вращение неприводных колесных пар вагона 2 (фиг.1). При этом угловая скорость колесных пар локомотива будет отличаться от угловой скорости вращения колесной пары вагона. При условии, когда угловая скорость колесных пар локомотива становится больше угловой скорости колесной пары вагона, начинается процесс буксования колес локомотива, что является результатом уменьшения коэффициента сцепления.
Напряжения на контактах тахогенераторов 3, 4, 5, 6 и 7 пропорциональны угловым скоростям соответствующих колесных пар, поэтому напряжения тахогенераторов 3, 4, 5, 6 в режиме тяги при буксовании всегда будут больше напряжения тахогенератора 7 неприводной колесной пары вагона. При измерении компенсационным способом (фиг.2) разности напряжений тахогенератора 7 и каждого из тахогенераторов, установленных на колесных парах локомотива, можно однозначно определить начало пробуксовки каждой из колесных пар локомотива.
По сигналу от соответствующего тахогенератора определяют - под какой парой (или под какими колесными парами) необходимо увеличить коэффициент сцепления, и соответствующий сигнал направляется на исполнительный орган (реле) 9 системы подачи песка локомотива.
Измерение производят, сравнивания напряжения тахогенератора 7, установленного на оси неприводной колесной пары вагона, с напряжением каждого из тахогенераторов 3, 4, 5, 6 приводных колесных пар локомотива, при этом применяют тахогенераторы постоянного тока.
С целью повышения точности измерения разность напряжений тахогенератора 7 неприводной колесной пары и каждого из тахогенераторов 3, 4, 5, 6 приводных колесных пар локомотива измеряют компенсационным методом.
Компенсационный метод измерений основан на компенсации (уравнивании) одного измеряемого напряжения другим измеряемым напряжением. Если оба напряжения одинаковы, то они компенсируют друг друга и напряжение на измерительной цепи или приборе оказывается равно нулю [4]. Если же эти напряжения не равны, то измерительная цепь (прибор, устройство) сразу реагирует на разность измеряемых напряжений. Компенсация двух напряжений получается в измерительной цепи, когда оба напряжения подключаются к ней встречно, поэтому для сравнения напряжений на двух тахогенераторах их подключают к измерительной цепи встречно.
После прохождения локомотива песок, оставшийся на рельсах создает дополнительное сопротивление движению поезда, достигающее 12%, а песок, попавший на трущиеся детали пути и подвижного состава, способствует их более интенсивному абразивному износу [5]. Поэтому песок, оставшийся на рельсах после прохождения локомотива, сдувают струей сжатого воздуха из воздушной системы локомотива, направленной по штуцерам 16 в зону контакта колесной пары локомотива с рельсом с тыльной стороны колеса, т.е. со стороны, противоположной направлению качения.
Описываемое устройство для обнаружения начала процесса буксования колесных пар локомотива состоит из соединенных с осями колесных пар локомотива 1 и вагона 2 осевых тахогенераторов постоянного тока (датчиков скорости) соответственно 3, 4, 5, 6 и 7. Каждая пара контактов тахогенераторов 3, 4, 5, 6 колесных пар локомотива соединена с контактами тахогенератора 7 колесной пары вагона компенсационным способом, то есть таким образом, что отрицательные полюса тахогенераторов 3, 4, 5, 6 и 7 соединены между собой, а разность напряжений оценивается сравнением разности потенциалов между положительным контактом тахогенератора 7 и соответствующими положительными контактами тахогенераторов 3, 4, 5, 6 (фиг.2). Положительные контакты тахогенераторов соединены с блоками сравнения и усиления разности сигналов 8, а их выходы соединены с контактами исполнительных органов (реле) 9, сердечники которых замыкают контакты 10 электропневматических клапанов 11, 12, 13, 14.
Выходной сигнал из блока сравнения и усиления разности сигналов 8 в виде напряжения питания через контакты исполнительного органа (реле) 9 подается непосредственно к обмотке электропневматического клапана системы подачи песка каждой из буксующих колесных пар локомотива.
Штуцеры 15 и 16 предназначены соответственно для подачи песка и сжатого воздуха в зону контакта колесной пары локомотива с рельсом.
Устройство работает следующим образом.
В случае неравенства скоростей вращения приводных колес локомотива 1 и колес вагона 2 (фиг.1), возникает разность напряжений между тахогенераторами колесных пар локомотива 3, 4, 5, 6 и тахогенератором 7 колесной пары вагона, и эта разность напряжений передается на вход соответствующего из блоков сравнения и усиления разности сигналов 8. Если эта разность больше напряжения срабатывания исполнительного органа (реле) 9, то его сердечник втягивается и замыкает контакты выключателей 10 каждого из электропневматических клапанов 11, 12, 13, 14, установленных в воздухораспределителях для подачи песка по штуцерам 15 к соответствующей колесной паре локомотива.
Предлагаемое изобретение позволяет обнаружить буксование на самой ранней стадии его возникновения у рельсовых транспортных средств и незамедлительно его прекратить, что позволяет уменьшить износ бандажей колесных пар тягового оборудования и рельсов, избежать дополнительных энергетических потерь, связанных с буксованием. В связи с универсальностью, этот способ может быть применен для всех видов железнодорожных транспортных средств независимо от типа приводного механизма колесных пар: локомотивов с электрической и тепловой тягой, различных путевых машин, используемых на железнодорожном транспорте, а также для тяговых агрегатов, применяемых в горной промышленности.
Источники информации
1. Минов Д.К. Повышение тяговых свойств электровозов и тепловозов с электрической передачей, М., Транспорт, 1965, с.227.
2. А.с. №135911 по классу 673237/24, 1960.
3. А.с. №143056 по классу 680814/24, 1960.
4. Карандеев К.Б. Специальные методы электрических измерений. Компенсационный метод измерений. М.-Л., 1963.
5. Лужнов Ю.М. Нанотрибология сцепления колес с рельсами. М., Интекст, 2009, 176 с.