УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТОРМОЗОВ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Предлагаемая полезная модель относится к железнодорожному транспорту, в частности к средствам обеспечения безопасности движения.
Контроль эффективности тормозов подвижного состава имеет большое значение для обеспечения безопасности движения железнодорожного транспорта. В настоящее время применяются различные методы и средства оценки эффективности тормозов подвижного состава, например, эффективность тормозов оценивают по параметрам отдельных средств торможения (см. например, патент США №7765859, кл. G01L 5/28, опубл. 03.08.2010), длине тормозного пути (см. заявку РФ 2010136219, кл. B61L 3/00, опубл. 10.03.2012).
Находящееся в настоящее время в эксплуатации унифицированное комплексное локомотивное устройство безопасности (КЛУБ-У) позволяет контролировать эффективность пневматических тормозов подвижного состава. КЛУБ-У содержит датчики пути и скорости, датчик давления воздуха в тормозной магистрали, систему определения местоположения рельсового транспортного средства, блок ввода информации о рельсовом транспортном средстве, базу данных с электронной картой пути, блок индикации. Указанные модули подсоединены к блоку электроники (см. Зорин B.И., Шухина Е.Е., Титов П.В. Микропроцессорные локомотивные системы обеспечения безопасности движения поездов нового поколения // Железные дороги мира. 2003. №7. С.61-68). Контроль эффективности пневматических тормозов КЛУБ-У осуществляет на основании расчета допустимой скорости движения поезда, исходя из траектории экстренного торможения, которая в свою очередь формируется на основе расчетного тормозного коэффициента без учета фактической тормозной силы поезда и фактического профиля пути. Кроме того, данное устройство не различает режимы торможения и не предоставляет информации машинисту об обеспеченности подвижного состава пневматическим тормозами во время применения пневматического служебного торможения.
Наиболее близким к предлагаемому решению является бортовое устройство определения эффективности тормозов поезда в пути следования (см. патент РФ №2293673, кл. В60Т 13/26, опубл. 20.02.2007). Устройство содержит блок определения текущей скорости подвижного состава и пройденного им пути, блок определения давления в тормозной системе подвижного состава, систему определения положения подвижного состава, блок ввода данных. Каждый из них соединен с блоком электроники, включающим в себя базу данных с электронной картой пути. Устройство дополнено микропроцессорной системой, подключенной к блоку электроники. К упомянутой микропроцессорной системе подсоединены блок определения режима работы тягового подвижного состава, блок задания условий планируемого режима торможения и блок индикации. Микропроцессорная система выполнена с возможностью определения основного сопротивления движению поезда для корректировки коэффициента торможения поезда и с возможностью определения предполагаемого места остановки. Описанное устройство позволяет оценивать эффективность тормозов поезда в пути следования.
Однако, эффективность тормозов оценивается только по расчетному значению тормозного коэффициента и за весь интервал торможения, что не позволяет машинисту оперативно вмешиваться в процесс торможения при недостаточной эффективности тормозов. В расчет тормозного коэффициента входят величины, имеющие случайную составляющую, что обуславливает низкую точность его измерения.
Задачей, решаемой настоящей полезной моделью, является повышение безопасности движения путем повышения точности управления пневматическим служебным торможением машинистом на станциях и перегонах.
Указанная задача решается тем, что известное устройство определения эффективности пневматических тормозов подвижного состава, содержащее блок определения текущей скорости подвижного состава и пройденного им пути, систему точного позиционирования подвижного состава, блок определения давления в тормозной системе подвижного состава, блок определения режима работы тягового подвижного состава, базу данных с электронной картой пути, блок ввода данных и блок индикации, связанные с вычислителем, дополнительно снабжено блоком хранения параметров переходных процессов в тормозной системе подвижного состава, соединенным с блоком ввода данных и вычислителем, с которым соединен датчик температуры окружающей среды, при этом блок определения режима работы тягового подвижного состава связан с блоком определения давления в тормозной системе подвижного состава, вычислитель связан с автоматической локомотивной сигнализацией и выполнен с возможностью расчета с заданной периодичностью во время каждого пневматического служебного торможения в пути следования подвижного состава с учетом действующих на последний факторов значений замедлений подвижного состава, рассчитываемых по правилам тяговых расчетов, и фактических значений замедлений с последующим их сравнением и определением фактического коэффициента эффективности пневматических тормозов.
Вычислитель выполнен с возможностью расчета значений замедлений при пневматическом служебном торможении и определения фактического коэффициента эффективности пневматических тормозов на интервале времени равному времени от начала разрядки уравнительного резервуара до достижения в тормозном цилиндре хвостового вагона установившегося значения давления.
Блок определения текущей скорости подвижного состава и пройденного им пути, система точного позиционирования подвижного состава, база данных с электронной картой пути, блок определения давления в тормозной системе подвижного состава, блок ввода информации и блок индикации связаны с вычислителем через бортовой блок электроники.
Блок определения давления в тормозной системе подвижного состава включает в себя датчик давления тормозной магистрали, датчик давления в уравнительном резервуаре, датчик давления напорной магистрали и датчик давления в тормозном цилиндре локомотива.
Блок определения режима работы тягового подвижного состава включает в себя датчик тока двигателей, датчик положения контроллера и датчик положения ручки крана машиниста.
Вычислитель связан с бортовой системой управления подвижным составом.
Выполнение устройства определения эффективности пневматических тормозов подвижного состава описанным образом позволит машинисту при движении подвижного состава на основе фактического коэффициента эффективности пневматических тормозов оперативно оценивать необходимую ступень пневматического служебного торможения, а так же момент включения пневматических тормозов для компенсации их недостаточной эффективности, минимизировать число торможений с глубокой разрядкой тормозной системы, которые приводят к ее истощению и существенной потере времени на отпуск пневматических тормозов и их восстановление, т.е. применение устройства позволит повысить точность управления пневматическим служебным торможением на станциях и перегонах, таким образом повысить безопасность движения.
Описание представленного технического решения поясняется схемой, приведенной на чертеже.
Устройство определения эффективности пневматических тормозов подвижного состава (ПС) содержит блок 1 определения текущей скорости ПС и пройденного им пути, систему 2 точного позиционирования ПС, блок 3 определения давления в тормозной системе ПС, блок 4 определения режима работы тягового подвижного состава (ТПС), базу данных 5 с электронной картой пути, блок 6 ввода данных, блок индикации 7, связанные посредством бортового блока электроники (на схеме не показан) с вычислителем 8. С последним также соединены блок 9 хранения параметров переходных процессов в тормозной системе ПС, датчик 10 температуры окружающей среды и автоматическая локомотивная сигнализация (АЛС) 11.
Блок 9 хранения параметров переходных процессов в тормозной системе ПС соединен с блоком 6 ввода данных. Блок 4 определения режима работы ТПС связан с блоком 3 определения давления в тормозной системе ПС.
Вычислитель 8 выполнен с возможностью расчета с заданной периодичностью во время каждого пневматического служебного торможения в пути следования ПС с учетом действующих на последний внешних факторов значений замедлений ПС, рассчитываемых по правилам тяговых расчетов, и фактических значений замедлений с последующим их сравнением и определением фактического коэффициента эффективности пневматических тормозов.
Кроме того, вычислитель 8 выполнен с возможностью расчета значений замедлений при пневматическом служебном торможении и определения фактического коэффициента эффективности пневматических тормозов на интервале времени равному времени от начала разрядки уравнительного резервуара до достижения в тормозном цилиндре хвостового вагона установившегося значения давления.
Блок 3 определения давления в тормозной системе ПС включает в себя датчик давления тормозной магистрали, датчик давления в уравнительном резервуаре, датчик давления напорной магистрали и датчик давления в тормозном цилиндре локомотива.
Блок 4 определения режима работы ТПС включает в себя датчик тока двигателей, датчик положения контроллера и датчик положения ручки крана машиниста (на схеме не показаны).
Вычислитель 8 может быть связан с бортовой системой управления ПС с целью управления тормозной системой с учетом фактического коэффициента эффективности пневматических тормозов.
Определение эффективности пневматических тормозов подвижного состава предлагаемым устройством осуществляется следующим образом.
Перед отправлением подвижного состава, например, поезда по маршруту машинист через блок 6 ввода данных вводит информацию о поезде, а именно, массу поезда, типы и количество вагонов в составе. В базе данных 5 с электронной картой пути активизируются информация о плане и профиле участка пути, на котором находится поезд.
Перед отправлением поезда также производится полная проверка тормозов поезда на их действие в соответствии с Инструкцией по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог № ЦТ-ЦВ-ЦЛ-ВНИЖТ/277. Для определения значения давления в тормозном цилиндре хвостового вагона при этой процедуре используется соответствующее средство измерения давления - ручной манометр или специальный измерительный стенд. По результатам полной проверки тормозов поезда машинист посредством блока 6 ввода данных либо, если имеются технические возможности, оператор непосредственно в процессе полной проверки тормозов на их действие вводит: время от начала разрядки уравнительного резервуара до достижения в тормозном цилиндре хвостового вагона установившегося (т.е. стабильного) значения давления; величину установившегося значения давления в тормозном цилиндре хвостового вагона при фиксированной ступени пневматического служебного торможения; время с момента начала отпуска тормозов (с пульта оператора) до момента снижения давления до 0,04 МПа в тормозном цилиндре хвостового вагона. Указанные параметры поступают в блок 9 хранения параметров переходных процессов в тормозной системе подвижного состава и сохраняются для дальнейшего определения эффективности пневматических тормозов на этапах пневматического служебного торможения. При этом производится ввод и запись указанных параметров для 1-й степени торможения, 1-й ступени торможения с последующим добавлением до 2-й ступени торможения и отдельно для 2-й ступени торможения.
При движении поезда в вычислитель 8 непрерывно поступают данные о текущей скорости ПС, пройденном им пути от блока 1 определения текущей скорости ПС и пройденного им пути; данные о местоположении ПС на участке пути от системы 2 точного позиционирования ПС; значения давлений в устройствах тормозной системы от блока 3 определения давления в тормозной системе ПС; данные о профиле пути и скоростных ограничениях из базы данных 5 с электронной картой пути. Данные об ограничениях скорости в зависимости от наличия или отсутствия препятствий на впереди лежащих участках пути в вычислитель 8 также поступают и от автоматической локомотивной сигнализации 11. Указанные данные могут поступать в вычислитель 8 от унифицированного комплексного локомотивного устройства безопасности.
При необходимости снижения скорости движения ПС режим пневматического служебного торможения определяется блоком 4 определения режима работы ТПС посредством анализа текущего значения тока двигателей и положений контроллера и ручки крана машиниста с учетом данных о давлении в тормозной системе ПС от блока 3 определения давления в тормозной системе ПС. В момент начала пневматического служебного торможения, определяемого блоком 4 определения режима работы ТПС, вычислителем 8 с заданным интервалом начинается расчет фактического коэффициента эффективности пневматического торможения. Расчет производится следующим образом. В процессе пневматического служебного торможения ПС в вычислителе 8 производится формирование расчетного значения замедления подвижного состава. Расчетное значение замедления подвижного состава используются в качестве «нормы-эталона», с которым производится сравнение фактического значения замедления. Значения расчетного замедления при каждом торможении рассчитываются по правилам тяговых расчетов:
P
где: С - расчетная удельная замедляющая сила;
T
b - расчетная удельная тормозная сила;
p
ϑ(t) - расчетный тормозной коэффициент, зависящий от ступени торможения и времени наполнения тормозных цилиндров;
- расчетный коэффициент трения, зависящий от скорости движения ПС;
- основное удельное сопротивление движению ПС, зависит от скорости движения ПС;
с
i - приведенное значение уклона с учетом сопротивления в кривой в конкретном месте нахождения ПС.
В свою очередь, замедление ПС на интервале времени Δt, в соответствии с правилами тормозных расчетов рассчитывается по формуле:
где:
2
- расчетное замедление на n-м интервале измерения, м/с;
ΔV - разность скоростей на интервале расчета;
Δt - интервал времени расчета;
2
2
ξ - замедление ПС в км/ч при равнодействующей силе 1 кГ/т. Для грузовых и пассажирских поездов значений ξ=120 км/ч.
Фактическое замедление ПС рассчитывается по формуле:
где:
2
- фактическое замедление на n-м интервале измерения, м/с;
ΔV - разность скоростей, измеренных при текущем и предыдущем измерениях;
Δt - интервал времени измерений скорости.
ф
На основе полученных данных в вычислителе 8 производится оценка эффективности пневматических тормозов ПС. Для этого вводится фактический коэффициент эффективности пневматических тормозов (Э), который определяется как отношение реально действующего (фактического) замедления к расчетному значению замедления ПС.
Фактический коэффициент эффективности пневматических тормозов на всем участке торможения:
где:
- среднее значение фактического замедления ПС на всем участке торможения;
- среднее значение расчетного замедления ПС на всем участке торможения.
Фактический коэффициент эффективности пневматических тормозов по интервалам времени рассчитывается по формуле:
где:
2
- фактическое замедление на n-м интервале измерения, м/с;
2
- расчетное замедление на n-м интервале измерения, м/с.
Полученные значения фактического коэффициента эффективности пневматических тормозов по каждому интервалу времени измерения, в том числе в интервале времени нарастания давления в тормозном цилиндре последнего вагона до установившегося значения, передаются из вычислителя 8 в блок индикации 7 для информирования машиниста или в бортовую систему управления ПС.
Вычислитель имеет функцию задания интервалов измерения и расчетов, которые по значению меньше времени всего процесса торможения.
ф
Фактический коэффициент эффективности пневматических тормозов (Э) показывает во сколько раз фактическое замедление поезда отличается от рассчитанных по правилам тяговых расчетов значений. При недостаточном его значении машинист в соответствии с Инструкцией по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог обязан принять конкретное решение о дальнейшем управлении ПС. С помощью предлагаемого устройства возможно оценить эффективность действия пневматических тормозов в пути следования за время, равное измеренному при полной проверке тормозов на станции, в течение которого происходит повышение давления до установившегося значения в тормозном цилиндре хвостового вагона поезда. Это позволит машинисту в случае недостаточной эффективности пневматических тормозов оперативно, на ранней стадии пневматического служебного торможения применить более глубокое торможение.
Аналогично рассчитывается фактический коэффициент эффективности пневматических тормозов на этапе отпуска пневматических тормозов, что позволит машинисту корректировать в последующих торможениях момент прекращения им торможения для предотвращения снижения фактической скорости движения ПС ниже допустимой с большим запасом. После расчета коэффициента эффективности пневматических тормозов за весь интервал пневматического служебного торможения он сохраняется в вычислителе 8.
Использование устройства определения эффективности пневматических тормозов ПС позволит своевременно информировать машиниста о фактическом коэффициенте эффективности пневматических тормозов, что поможет ему выбрать необходимую ступень пневматического служебного торможения и повысить точность управления ПС. Повышение точности управления пневматическим служебным торможением машинистом на станциях и перегонах влечет к сокращению времени движения ПС по маршруту приема ПС.
Также информация о фактическом коэффициенте эффективности пневматических тормозов позволит машинисту минимизировать число торможений с глубокой разрядкой тормозной магистрали, которые приводят к ее истощению и существенной потере времени хода на отпуск пневматических тормозов. Все это позволит повысить безопасность движения на железной дороге.