Интеллектуальная система диагностики тормозной сети поезда

УДК 629.4

А. М. Худоногов, П. Ю. Иванов, Н. И. Мануилов, Е. Ю. Дульский

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ ТОРМОЗНОЙ СЕТИ ПОЕЗДА

Дата поступления: 17.08.2017 Решение о публикации: 21.11.2017

Аннотация

Цель: Увеличение участковой скорости движения поездов и повышение безопасности движения. Методы: Для разработки «Интеллектуальной системы диагностики тормозной сети поезда» (далее - «ИСДТСП») использованы теоретические методы, например анализ, синтез, прогнозирование, и эмпирические методы, такие как сравнение, аналогия, моделирование, наблюдение. Проведены эксперименты в части апробации прототипа устройства. Результаты: При рассмотрении вопроса надежности тормозного оборудования и анализе работ предшественников выявлена проблема отсутствия действующего устройства диагностики тормозной сети поезда, которое обеспечит исключение отказов, связанных с нарушением целостности и плотности тормозной сети поезда. Создана «ИСДТСП». Данное техническое решение направлено на повышение безопасности движения поездов и увеличение участковой скорости. Практическая значимость: Применение «ИСДТСП» на тяговом подвижном составе железных дорог приводит к большей безопасности движения за счет непрерывного контроля тормозной магистрали по параметру плотности тормозной сети. Увеличивается участковая скорость движения поездов путем автоматизации замера плотности тормозной сети поезда.

Ключевые слова: Интеллектуальная система диагностики тормозной сети поезда, автотормоза, безопасность движения, участковая скорость, плотность тормозной сети поезда.

Anatolii M. Khudonogov, D. Eng. Sci., professor, a.hudonogov@yandex.ru; Pavel Yu. Ivanov, Cand. Eng. Sci., assistant professor;* Nikita I. Manuilov, postgraduate student, nikita-manuilov@mail.ru; Evgeny Yu. Dulskii, Cand. Eng. Sci., associate professor, E.Dulskiy@mail.ru (Irkutsk State University) INTELLECTUAL SYSTEM OF TRAIN BRAKING NETWORK DIAGNOSTICS

Summary

Objective: Enlarging service speed of trains and increasing safety of operation. Methods: For the development of intellectual system of train braking network diagnostics (hereinafter referred to as "ISTBND") theoretical methods, for example, analysis, synthesis, forecasting and empirical methods, such as comparison, analogy, modelling, observation are used. Experiments as part of device prototype testing are performed. Results: In considering reliability of braking equipment and analysis of predecessors works the lack of existing device of train braking network diagnostics, which will provide failure elimination connected with breakdown of integrity and density of train braking network is revealed. "ISTBND" is created. This technical solution is aimed at improving train safety of operation and increasing service speed. Practical importance: Usage of "ISTBND" on drag-out rolling stock of railways results in greater safety of operation at the expense of continuous checking of brake line along the parameter of braking network density. Train service speed is increased by automating measurement of train braking network density.

Keywords: Intellectual system of train braking network diagnostics, automatic brakes, safety of operation, service speed, density of train brake network.

Эффективная работа тормозной пневматической системы поезда определяется достаточным производством и правильным распределением сжатого воздуха между тормозными приборами. Данные параметры во многом зависят от технического состояния воздухопроводов, камер и емкостей в тормозной системе, и его необходимо периодически контролировать.

Плотность тормозной сети поезда - основной регламентированный параметр диагностики тормозной сети. В настоящее время замер плотности тормозной сети поезда производится машинистом по манометру и часам. Погрешность такого замера достигает 40 %, потеря времени 9 мин за поездку. Актуальность автоматизации замера заключается в том, что у грузовых составов плотность превышает 0,5/500 с, что затрудняет замер секундомером. Необходимо совершенствование процедуры замера плотности тормозной сети поезда. Причиной больших значений плотности может быть перекрытие концевых кранов уже после продувки тормозной магистрали, также это могут быть ледяные пробки [1-6].

Согласно законам газодинамики, объемный расход воздуха Q, приведенный к нормальным

атмосферным условиям, пропорционален при условии постоянства температуры, объему резервуара V и темпу изменения давления в нем AP/At:

Q = V ,

P AP

где Ра - атмосферное давление, которое равно 1 кгс/см2; АР - величина изменения давления сжатого воздуха в резервуаре за интервал времени Аt [7, 8].

Следовательно, замерив темп изменения давления и зная объем резервуара, можно контролировать расход воздуха в нем.

Очевидно, создание автоматической системы диагностики является очень актуальным. Однако существует проблема автоматизации замера плотности, которая заключается в многофакторности потребления сжатого воздуха из главного резервуара локомотива, вызванных периферийными пневматическими устройствами (свисток, тифон, песок, главный выключатель, выключатель быстродействующий, токоприемник) (рис. 1, а, б) [9-11].

В статье изложены аспекты разработки «Интеллектуальной системы диагностики

Расход воздуха из ГР по ТМ

Утечки ТМ

через неплотности

I

Наполнение ТЦ

Зарядка ЗР

L

Ликвидация сверхзарядки ТМ

а

Рис. 1. Утечки, возникающие в главном резервуаре через тормозную (а) и питательную магистраль (б): ГР - главный резервуар; ГМ - питательная магистраль; ТМ - тормозная магистраль; ЗР - запасный резервуар; ГВ - главный выключатель; ВБ - выключатель быстродействующий; КВТ - кран вспомогательного тормоза; ТЦ - тормозной цилиндр

тормозной сети поезда» («ИСДТСП»), работа которой основана на принципиально новом алгоритме. Она состоит из микроконтроллерного блока, блока датчиков давления, блока интерфейса. В тормозной магистрали и тор-

Измерительный блок

Рис. 2. Блок-схема «ИСДТСП»: КРТ 9 -измеритель давления; БП - блок питания; МК - микроконтроллер; БАС - блок аварийной сигнализации; БИ - блок индикации; ПМ - питательная магистраль; ДД - датчик давления; остальные обозначения см. на рис. 1

мозных цилиндрах уже имеется штатный датчик, который устанавливается при монтаже на питательную магистраль (рис. 2). «ИСДТСП» автоматически измеряет плотность и по ее изменению диагностирует обрывы тормозной магистрали, перекрытия концевых кранов, ледяные пробки, утечки из тормозной магистрали, выявляет причину самопроизвольного срабатывания автотормозов.

Алгоритм и программа, на которых работает микроконтроллер, обрабатывает кривую давления, непрерывно определяет плотность тормозной сети и вычисляет утечки от периферийных устройств (рис. 3).

Получение быстрого замера основывается на разработанном алгоритме, который использует математический аппарат получения приведенного значения плотности из входного массива данных давления.

Прототип «ИСДТСП» (рис. 4) является компактным и легко монтируемым, состоит из трех блоков: блок интерфейса, блок коммутации и датчики давления.

За счет ежесекундного замера плотности тормозной магистрали «ИСДТСП» сокращаются время обработки поезда на станции отправления и время на замер плотности в

Рис. 3. Учет расхода воздуха от периферийных потребителей

Рис. 4. Прототип «ИСДТСП»: а - блок индикации; б - блок коммутации; в - датчики давления

пути следования (экономия до 10 мин за поездку). Также повышается безопасность движения поездов из-за непрерывной диагностики тормозной сети и выявления таких неисправностей как перекрытие концевых кранов, наличие ледяных пробок, возникновение утечек разного характера [12, 13].

С помощью внедрения и использования предложенного устройства производится увеличение участковой скорости на 0,87 км/ч за счет снижения времени замера плотности тормозной сети с 9 мин до 15 с за поездку. Повышается точность замера плотности тормозной сети поезда до 3 %, благодаря применению микропроцессорной техники.

Библиографический список

1. Иванов П. Ю. Устройство контроля плотности тормозной магистрали поезда / П. Ю. Иванов, Н. И. Мануилов, Е. Ю. Дульский // Наука и молодежь : сб. трудов Первой Всерос. науч.-практич. конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Иркутск : ИрГУПС, 2015. - С. 58-62.

2. Иванов П. Ю. Интеллектуальная система тормозной сети поезда / П. Ю. Иванов, Н. И. Мануилов, Е. Ю. Дульский // Наука и молодежь. - 2016.- № 1. -С. 150-156.

3. Иванов П. Ю. Исследование причин самопроизвольного срабатывания автотормозов грузовых поездов / П. Ю. Иванов, Н. И. Мануилов, Е. Ю. Дуль-ский // Транспортная инфраструктура Сибирского региона. - 2017. - № 1. - С. 399-404.

4. Иванов П. Ю. Анализ влияния человеческого фактора на безотказную работу тормозного оборудования поездов / П. Ю. Иванов, Н. И. Мануилов, Е. Ю. Дульский // Наука вчера, сегодня, завтра. -2016. - № 12-2 (34). - С. 48-57.

5. Распоряжение ОАО «РЖД» от 12.12.2017 г. № 2580р «О вводе в действие Регламента взаимодействия работников, связанных с движением поездов, с работниками локомотивных бригад при возникновении аварийных и нестандартных ситуаций на путях общего пользования инфраструктуры ОАО "РЖД"». - URL : http://www.consultant. ru/cons/cgi/online.cgi?req=doc&base=EXP&n=7099 42&rnd=299965.1273311152&dst=100007&fld=134 #0 (дата обращения : 27.01.2018).

6. Правила технического обслуживания тормозного оборудования и управления тормозами железнодорожного подвижного состава: протокол заседания Совета по железнодорожному транспорту государств-участников Содружества от 6-7 мая 2014 г. № 60. - URL : http://base.garant.ru/57410845 (дата обращения : 11.10.2017).

7. Вулис Л. А. Термодинамика газовых потоков / Л. А. Вулис. - М. ; Л. : Госэнергоиздат, 1950. -304 с.

8. Карминский В. Д. Техническая термодинамика и теплопередача / В. Д. Карминский - М. : Маршрут, 2005. - 224 с.

9. Кюрджиев Ю. В. Моделирование рабочих процессов, разработка и модернизация пневматических систем и агрегатов с учетом образования конденсата рабочего тела : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.04.06 / Ю. В. Кюрджиев. - М. : МИИЖТ, 2004. - 163 с.

10. Асадченко В. Р. Автоматические тормоза подвижного состава / В. Р. Асадченко. - М. : Маршрут, 2006. - 392 с.

11. Иноземцев В. Г. Автоматические тормоза / В. Г. Иноземцев, В. М. Казаринов, В. Ф. Ясенцев. -М. : Транспорт, 1981. - 464 с.

12. Иванов П. Ю. Влияние климатических условий на плотность тормозной сети поезда в эксплуатации / П. Ю. Иванов, Н. И. Мануилов, Е. Ю. Дуль-ский // Актуальные вопросы и перспективы развития современной науки : материалы II Междунар. науч.-практич. конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (г. Санкт-Петербург). - 2017. -№ 12-2 (34). - С. 48-57.

13. Иванов П. Ю. Моделирование работы резиновых уплотнений тормозной сети подвижного состава в условиях низких температур / П. Ю. Иванов, Н. И. Мануилов, Е. Ю. Дульский // Современные технологии, системный анализ, моделирование. -2017. - № 3 (55). - С. 112-119.

References

1. Ivanov P. Yu., Manuilov N. I. & Dulskiy E. Yu. Ustroystvo kontrolya plotnosti tormoznoy magistrali poezda [Checking device of train braking line density]. Science and youth. Collection of papers of the first All-Russian scientific-practical conference of students, postgraduates and young scientists. Irkutsk, IrSTU Publ., 2015, pp. 58-62.

2. Ivanov P. Yu., Manuilov N. I. & Dulskiy E. Yu. Intellektualnaya sistema tormoznoj seti poezda [Intellectual system of train braking network]. Science and youth, 2016, no. 1, pp. 150 -156.

3. Ivanov P. Yu., Manuilov N. I. & Dulskiy E. Yu. Issledovanie prichin samoproizvolnogo srabatyvaniya avtotormozov gruzovykh poezdov [Investigation of reasons of spontaneous misoperation of freight train automatic brakes]. Transport infrastructure of the Siberian region, 2017, no. 1, pp. 399-404.

4. Ivanov P. Yu., Manuilov N. I. & Dulskiy E. Yu. Analiz vliyaniya chelovecheskogo faktora na bezot-kaznuyu rabotu tormoznogo oborudovaniya poezdov [Analysis of human factor influence on non-failure operation of train braking equipment]. Science of yesterday,

today, tomorrow, 2016, no. 12-2

5. Rasporyazhenie OAO "RZhD" ot 12.12.2017 no. 2580r "O vvode v deystvie Reglamenta vzaimodey-stviya rabotnikov, svyazannykh s dvizheniem poezdov, s rabotnikami lokomotivnykh brigad pri vozniknovenii avariinykh i nestandartnykh situatsiy na putyakh obsh-chegopolzovaniya infrastruktury OAO "RZhD" [Regulation of OJSC "RZhD"of12.12.2017N2580r "On implementing the Regulation of interaction between employees connected with train operation and locomotive crew workers in emergency and non-standard situations on general usage infrastructure of OJSC "RZhD"]. URL: http://www.consultant.ru/cons/cgi/online. cgi?req=doc&base=EXP&n=709942&rnd=299965. 1273311152&dst=100007&fld=134#0

6. Pravila tekhnicheskogo obsluzhivaniya tormoz-nogo oborudovaniya i upravleniya tormozami zhe-leznodorozhnogo podvizhnogo sostava [Rules of technical maintenance of braking equipment and railway rolling stock brake management]. Protocol of sitting of Railway transport council of Commonwealth participants of May 6-7, 2014, no. 60. URL: http://base. garant.ru/57410845/

7. Vulis L. A. Termodinamika gazovykh potokov [Thermodynamics of gas flows]. Moscow, Leningrad, State energy publishing house Publ., 1950, 304 p.

8. Karminskij V. D. Tekhnicheskaya termodinamika i teploperedacha [Technical thermodynamics and heat transfer]. Moscow, Route Publ., 2005, 224 p.

9. Kyurdzhiev Yu. V. Modelirovanie rabochikh protsessov, razrabotka i modernizatsiya pnevma-ticheskikh sistem i agregatov s uchetom obrazovaniya kondensata rabochego tela: avtoref. dis... kand. tekhn. nauk [Workflow modeling, development and modernization of pneumatic systems and components, taking into account working body condensation]. Author's abstract. Cand. Eng. Sci. Thesis. Moscow, MIIZhT Publ., 2004, 163 p.

10. Asadchenko V. R. Avtomaticheskie tormo-za podvizhnogo sostava [Automatic rolling stock brakes]. Moscow, Route Publ., 2006, 392 p.

11. Inozemtsev V. G., Kazarinov V. M. & Yasent-sev V. F. Avtomaticheskie tormoza [Automatic brakes]. Moscow, Transport Publ., 1981, 464 p.

12. Ivanov P. Yu., Manuilov N. I. & Dulskiy E. Yu. Vliyanie klimaticheskikh uslovij na plotnost tormoznoj seti poezda v ekspluatatsii [Impact of climatic conditions on train braking network density in operation].

Current issues and perspectives of modern science development: materials of the IInd International scientifi-

cal-practical conference of students, postgraduates and young scientists. Saint Petersburg, 2017, no. 12-2

13. Ivanov P. Yu., Manuilov N. I. & Dulskiy E. Yu. Modelirovanie raboty rezinovykh uplotnenij tormoznoj seti podvizhnogo sostava v usloviyakh nizkikh temperatur [Modeling of rubber seals of rolling stock braking network at low temperatures]. Modern technologies, system analysis, modeling, 2017, no. 3

ХУДОНОГОВ Анатолий Михайлович - доктор техн. наук, профессор, a.hudonogov@ yandex.ru; ИВАНОВ Павел Юрьевич - канд. техн. наук, ст. преподаватель, savl.ivanov@mail.ru; *МАНУИЛОВ Никита Игоревич - аспирант, nikita-manuilov@mail.ru; ДУЛЬСКИЙ Евгений Юрьевич - канд. техн. наук, доцент, Е. Dulskiy@mail.ru (Иркутский государственный университет путей сообщения).