НАПОЛЬНАЯ КАМЕРА УСТРОЙСТВА ДЛЯ ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ ХОДОВЫХ ЧАСТЕЙ РЕЛЬСОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
FLOOR CHAMBER OF DEVICE INTENDED FOR THERMAL CONTROL OVER ROLLING STOCK RUNNING GEAR

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к напольным устройствам для бесконтактной тепловой диагностики ходовых частей подвижного состава по их инфракрасному (ИК) излучению.
Известны устройства для обнаружения греющихся букс и заторможенных колесных пар, в которых напольные камеры с приемниками инфракрасного (ИК) излучения выполнены в виде съемного корпуса, закрепленного на основании, посредством которого камера устанавливается либо на раме фундамента, заглубленного в балластную призму верхнего строения пути, либо с использованием специальной гарнитуры крепится к подошве рельса.
Собственно напольная камера известных устройств [1] состоит из металлического корпуса с теплоизоляционным покрытием стенок изнутри, съемной приемной капсулы с преобразователем-стабилизатором напряжения, приемником ИК-излучения и предварительным усилителем, электронагревателями и датчиками температуры внутреннего объема камеры, затвора входного окна-обтюратора - узла заслонки обтюратора с электроприводом в виде тягового электромагнита, герметизированными разъемами для ввода-вывода соединительных кабелей связи приемной капсулы с электронной аппаратурой устройства на перегонном посту контроля. В известных напольных камерах приемная капсула установлена на основании через резинометаллические амортизаторы в специальных гнездах, жестко фиксирующих положение оптической оси ИК-приемника в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а узел заслонки входного окна с электроприводом и обрамлением обтюратора из водоотталкивающего материала закреплен на передней стенке изнутри камеры и выполнен в виде подпружиненного маятника с приводом от тягового электромагнита через рычажный механизм.
При заходе поезда на контрольный участок пути на тяговый электромагнит от постовой аппаратуры подается напряжение в виде импульса постоянного тока заданной длительности, заслонка под действием рычажного механизма перемещается в крайнее положение, открывая доступ ИК-излучению от контролируемых узлов подвижного состава на приемник. После окончания процесса теплового контроля подвижного состава напряжение с тягового электромагнита снимается, и под воздействием пружины заслонка входного окна возвращается в исходное состояние.
Электронагреватели и термодатчик в зимнее время года поддерживают во внутреннем объеме напольной камеры положительную температуру воздуха (15-20°С) независимо от температуры наружного воздуха, что необходимо для стабилизации чувствительности приемника ИК-излучения.
Узел входного окна камеры обогревается в зимнее время года дополнительными съемными наружными электронагревателями для предупреждения заноса входного окна снегом и образования ледяной корки, препятствующих проникновению через входное окно ИК-излучения от объектов теплового контроля движущегося подвижного состава.
Электрические сигналы от приемника ИК-излучения после предварительного усиления в аналоговом виде передаются по соединительному кабелю на соответствующие входы оконечного (нормирующего) усилителя постовой электронной аппаратуры для последующей обработки и принятия диагностического решения о состоянии контролируемых узлов подвижного состава путем сравнения амплитуд тепловых сигналов в вольтах с заданными пороговыми значениями.
С несущественными конструктивными изменениями такая схема построения напольных камер реализована во всех модификациях отечественных и ряда зарубежных средств теплового контроля ходовых частей подвижного состава (детекторов греющихся букс) типа ПОНАБ и ДИСК (СССР, Россия) и др.[2].
Недостатком конструкций известных напольных камер для тепловой диагностики ходовых частей движущегося подвижного состава является отсутствие возможности мониторинга, автоматической калибровки, автоконтроля и диагностики измерительных (приемо-усилительных) трактов средств теплового контроля в широком диапазоне изменения температуры окружающего воздуха. Используемые в известных напольных камерах лампы накаливания, размещаемые с внутренней стороны заслонки в поле обзора приемника ИК-излучения, позволяют лишь оценить исправность приемника и предварительного усилителя, но не дают возможности оценить изменение параметров измерительного тракта во времени вследствие влияния различных дестабилизирующих факторов внешней среды и своевременно компенсировать неблагоприятные изменения. Для диагностики и калибровки измерительных трактов в известных устройствах используются переносные устройства - калибраторы, позволяющие имитировать движение в поле зрения приемников ИК-излучения греющихся букс или заторможенных колесных пар. Процедура калибровки проводится по регламентному принципу 1-2 раза в неделю или внепланово при неблагоприятных климатических условиях, что связано с выездом обслуживающего персонала на место размещения перегонного оборудования и сопряжено со значительными затратами времени. Другим недостатком известных напольных камер является отсутствие узла юстировки приемника ИК-излучения под заданными углами ориентации на объекты теплового контроля, в результате чего приходится поворачивать камеру в вертикальной и горизонтальной плоскостях на раме фундамента и фиксировать ее гайками.
Целью изобретения является создание конструкции напольной камеры, обеспечивающей возможность мониторинга, автоматического контроля исправности и автоматической калибровки приемо-усилительного (измерительного) тракта при изменении температуры наружного воздуха и воздействии неблагоприятных условий внешней среды с выдачей результатов мониторинга и автоконтроля и данных измерения относительной температуры контролируемых узлов ходовых частей подвижного состава в цифровом виде, в том числе в единицах шкалы градусов Цельсия.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что приемная капсула напольной камеры снабжена узлом юстировки приемника ИК-излучения, микропроцессорным модулем управления и аналого-цифровым преобразователем, а узел заслонки выполнен в виде поворотного сектора с приводом через кривошипно-шатунный механизм от шагового электродвигателя, при этом заслонка снабжена двумя источниками ИК-излучения со встроенными термодатчиками - пассивным и активным излучателями, разность температур которых поддерживаются микроконтроллером в зависимости от температуры окружающего воздуха и заданных пороговых значений браковки контролируемых узлов подвижного состава по температуре их нагрева.
Технический результат (полезность) заключается в обеспечении стабильности чувствительности приемо-усилительного тракта при влиянии различных дестабилизирующих факторов внешней среды, в повышении точности измерения температур контролируемых узлов подвижного состава и достоверности диагностики ходовых частей подвижного состава по результатам теплового контроля, а также в снижении затрат обслуживающего персонала на выполнение регламентах работ по текущему содержанию устройства, в том числе связанных с калибровкой и ориентацией ИК-оптики на объекты контроля под заданными углами в пространстве.
Описание конструкции предлагаемой напольной камеры. На фиг.1 приведен общий вид напольной камеры с гарнитурой крепления ее к полкам подошвы рельса; на фиг.2 изображена конструкция камеры с основными функциональными узлами; на фиг.3 боле подробно изображена конструкция узла заслонки, а на фиг.4 - структурная схема микропроцессорного модуля управления камерой, взаимодействующего с элементами узла заслонки.
Напольная камера 1 (фиг.1) крепится к полкам подошвы рельса 2 с помощью гарнитуры, состоящей из платформы 3, фиксаторов 4, упора 5, регулировочных винтов 6 с клином 7 для компенсации подуклонки рельса, кронштейна 8 со шпилькой 9, гайки 10 и зажима 11. Кронштейн 8 используется для крепления датчика фиксации прохода колесных пар 12.
Собственно напольная камера 1 состоит из внутреннего и внешнего отсеков. Корпус 13 внутреннего отсека (фиг.2) с теплоизоляцией снабжен микропроцессорным модулем управления 14 камерой, совмещенный с приемной капсулой 15, узла заслонки 16, смонтированного на передней стенке внутреннего отсека камеры. Внешний отсек камеры 1 без теплоизоляции выполнен в виде съемной передней крышки 17. Оба отсека камеры имеют общее основание 18. Узел ввода 19 соединительных кабелей 20 размещен на задней стенке внутреннего отсека камеры. Приемная капсула 15 содержит приемник инфракрасного (ИК) излучения 21 с противосолнечным фильтром и датчиком температуры 24 приемника ИК-излучения. Юстировка приемника ИК-излучения в вертикальной и горизонтальной плоскостях осуществляется регулировочными винтами 22. Внутренний и внешний отсеки камеры снабжены электронагревателями 23.
Узел заслонки 16, смонтированный снаружи на передней стенке внутреннего отсека камеры 1, состоит из собственно заслонки 25 (фиг.3), выполненной в виде поворотного сектора, закрепленного на оси 26. Хвостовик заслонки 25 соединен через шатун 27 и кривошип 28 с валом шагового электродвигателя 29, который закреплен с обратной стороны передней стенки камеры 1. Заслонка снабжена двумя излучателями - пассивным 30 и активным 31 и соответственно двумя датчиками для измерения температуры этих излучателей. По радиусу центров излучателей на передней стенке камеры выполнено отверстие - входное окно 32 (обтюратор), закрытое посредством держателя 33 защитной пленкой, прозрачной для ИК-излучения контролируемых объектов. Контроль угла поворота заслонки 25 осуществляется датчиками положения и фиксаторами угла поворота заслонки 34.
Модуль управления камерой 14 состоит из микропроцессорного контроллера 35 (фиг.4), аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 36, стабилизаторов напряжения 37 для питания узлов модуля, источника опорного напряжения 38, нормирующего усилителя 39, схемы смещения уровня напряжения 40 для компенсации постоянной составляющей выходного напряжения предварительного усилителя 42 сигнала приемника ИК-излучения 21 (см. также фиг.2) и преобразователя 41 для питания предварительного усилителя 42 и приемника ИК излучения 21. Функции контроля и управления шаговым электродвигателем 29 (фиг.3) и электронагревателями 23 (фиг.2) осуществляются по сигналам датчика температуры воздуха 24 и датчиков температуры излучателей 30 и 31 (фиг.3), а также датчиков положения заслонки 34 через схему контроля и управления 43 по командам микропроцессорного контроллера 35, связанного с постовой электронной аппаратурой по последовательному цифровому интерфейсу 44. Мощность и режим работы электронагревателей наружного отсека камеры обеспечивает таяние снега в области входного окна для беспрепятственного прохождения ИК-излучения от объектов контроля, а электронагревателей внутреннего отсека обеспечивает требуемый температурный режим работы приемника ИК-излучения.
Заслонка 25 позиционируется шаговым электродвигателем 29 по командам модуля управления камерой 14 и сигналам датчиков положения 34 в трех режимах: «закрыто», «открыто» и «автоконтроль». В режиме ожидания поезда заслонка находится в положении «закрыто». При приближении поезда к контрольному участку пути заслонка переводится в положение «открыто» и остается в таком состоянии до окончания теплового контроля ходовых частей последнего вагона поезда. По мере удаления поезда заслонка переводится сначала в положение «закрыто», когда на приемник 21 поступает ИК-излучение от пассивного излучателя 30 заслонки, а затем в положение «автоконтроль», когда на приемник поступает ИК-излучение от активного излучателя 31. При этом в зависимости от температуры наружного воздуха между температурами активного и пассивного излучателей поддерживается заданная разность, пропорциональная браковочному признаку по относительной температуре нагрева корпуса буксы или элементов колес заторможенных колесных пар с учетом температуры окружающего воздуха.
Устройство работает следующим образом. При приближении поезда к контрольному участку пути на заданное расстояние от напольных камер по сигналу постовой аппаратуры устройства для теплового контроля ходовых частей подвижного состава и команде модуля управления камерой 14 заслонка 25 переводится в положение «открыто», приемник ИК-излучения 21, сканируя ходовые части подвижного состава, вырабатывает электрические сигналы, пропорциональные относительной температуре нагрева корпусов букс или элементов колес, которые после предварительного усиления и нормирования (поз.39, 40 и 42 на фиг.4) преобразуются микросхемой 36 в цифровой код. Эти сигналы передаются по последовательному интерфейсу 44 на постовую электронную аппаратуру для анализа и выработки по определенным алгоритмам диагностического решения о результатах теплового контроля подвижного состава.
После проследования поезда по команде модуля управления камерой 14 заслонка переводится сначала в положение «закрыто» - на приемник 21 поступает ИК-излучение от пассивного 30 излучателя, затем заслонка переводится в положение «автоконтроль» - на приемник 21 при этом поступает излучение от активного 31 излучателя. Если микропроцессорный модуль управления обнаруживает расхождение по уровням излучения от пассивного и активного излучателей в сравнении с заданными установками или по сравнению с предыдущими результатами автоконтроля, то включается режим автоматической регулировки усиления, что осуществляется посредством цифрового (интегрального) потенциометра. Процесс автоконтроля измерительного тракта может осуществляется в автоматическом программном режиме многократно, в том числе в перерывах между поездами с заданным временным интервалом. Микропроцессорный модуль управления камерой и программное обеспечение микроконтроллера позволяют также принудительно включать процесс диагностики и автоконтроля в режиме удаленного доступа «оп-line» по командам с пульта электромеханика или с автоматизированного рабочего места близлежащей станции или с центрального поста контроля железной дороги.
Список использованных источников
1. Аппаратура автоматического обнаружения перегретых букс в поездах. Авторы: Лозинский С.Н., Алексеев А.Г., Карпенко П.Н., М., «Транспорт», 1978, стр.68-71.
2. Автоматизация контроля буксовых узлов в поездах. Авторы: Трестман Е.Е., Лозинский С.Н., Образцов В.Л., М. «Транспорт», 1983, стр.321-343.