РЕЛЬСОВОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО
RAIL VEHICLE

Изобретение относится к рельсовому транспортному средству по меньшей мере с одним блоком датчиков для измерения по меньшей мере одного параметра, представляющего динамическую характеристику, присущую транспортному средству, которой может управлять машинист.
Современные рельсовые транспортные средства оборудованы датчиками, предоставляющими информацию о динамической характеристике, присущей транспортному средству, в частности, скорости движения, потребляемой мощности, проскальзывании колес, количестве оборотов двигателя, тормозном давлении, противоюзной защите и т.п.
В основе изобретения лежит задача создания рельсового транспортного средства, в котором в процессе движения обеспечивается функциональность на основе измеренных параметров. Для этого рельсовое транспортное средство содержит устройство обработки данных, предназначенное для определения – в процессе движения – параметра износа на основе обработки по меньшей мере одного параметра. Это обеспечивает определение износа предпочтительно на основе фактических параметров динамических характеристик, присущих транспортному средству.
Под «динамическими характеристиками, присущими транспортному средству», понимают, в частности, набор параметров определенных внутренних компонентов транспортного средства, величина которых зависит от фактического режима движения. Предпочтительно параметром динамических характеристик, присущих транспортному средству, может быть: количество оборотов двигателя, количество оборотов отдельного колеса, скорость относительно железнодорожного пути, электрическая мощность, состояние тормозов, тормозное давление, задержка, масса. Блок датчиков включает по меньшей мере один датчик для измерения значения одного параметра динамических характеристик, присущих транспортному средству. Представляющая этот параметр величина может соответствовать самому параметру или параметр можно однозначно вывести из этой величины. Величина параметра в зависимости от выполнения датчика может быть представлена как электрическое напряжение, сила тока, температура, частота и/или другая физическая величина, имеющая смысл для специалиста.
Динамическими характеристиками, присущими транспортному средству, и соответственно параметрами этих характеристик можно управлять, например, путем установки определенной силы тяги, определенного тормозного усилия, поддержания определенной скорости, управления транспортного средства на определенном участке пути в режиме наката и т.п. Под «величиной параметра износа» понимают величину, представляющую параметр износа. Например, она может представлять, в частности, степень износа. Она может соответствовать параметру износа или параметр износа можно однозначно вывести из этой величины.
За счет того, что величину параметра износа определяют на основе фактического значения динамической характеристики, присущей транспортному средству, ее можно использовать в предпочтительном варианте осуществления изобретения для выбора щадящего режима движения. Для этого рельсовое транспортное средство содержит устройство вывода данных, выводящее для машиниста информацию на основе величины параметра износа. Для вывода информации целесообразно обеспечить функциональную связь устройства вывода, в частности, блока управления устройством вывода, с блоком обработки данных. Блок управления обрабатывает предпочтительно величину параметра износа для ее вывода элементом выведения, например, оптическим индикатором устройства вывода. Таким образом, машинист во время движения получает информацию об износе, связанном с управляемой им динамической характеристикой, присущей транспортному средству. За счет этого машинист получает возможность изменять динамическую характеристику, присущую транспортному средству, для снижения износа. В частности, предпочтительно, величиной параметра износа может быть прогнозируемая величина параметра износа для определенного промежутка времени или для определенного участка пути, который необходимо пройти, что позволяет машинисту получать информацию о результате действия установленной динамической характеристики, присущей транспортному средству, на предстоящем для прохождения участке пути.
В частности, величину параметра износа определяют в отношении задействованной инфраструктуры, если блок обработки данных включает по меньшей мере один модуль обработки данных, определяющий во время движения на основе измеренного параметра величину параметра износа для железнодорожного пути. К железнодорожному пути относятся, в частности, компоненты надземной части, например, рельсы, крепежи, поперечины, щебеночный балласт и т.п.
Альтернативно или в качестве дополнения блок обработки данных включает по меньшей мере модуль обработки данных, определяющий во время движения на основе измеренного параметра величину параметра износа по меньшей мере одного компонента транспортного средства. Например, можно определить величину параметра износа для отдельного колеса. При этом эта величина параметра представляет износ отдельной колесной пары, износ всех ведущих колесных пар или износ всех колесных пар рельсового транспортного средства.
В настоящее время для оценки инфраструктурных затрат проводят моделирование. Полученные путем имитационного моделирования результаты используют для расчета возмещения, которое требует эксплуатант железнодорожного участка за пользование этим участком, в связи с ущербом трассе из-за нагрузок. В основе проведения имитационного моделирования лежат опытные данные.
Согласно другому предпочтительному варианту осуществления изобретения полученные величины параметра износа используют для оценки фактического износа после завершения рейса. Для этого рельсовое транспортное средство содержит записывающее устройство для записи полученных величин параметра износа. Это обеспечивает – в отличие от обычных оценок путем имитационного моделирования на основе опытных данных и наблюдений – возможность предпочтительного планирования технического обслуживания и/или расчета инфраструктурных затрат на основе точной оценки фактического износа. При условии определения и записи величины параметра износа железнодорожного пути эту величину используют для расчета возмещения ущерба трассе, вызванного износом. В качестве альтернативы или дополнительно к записи величины параметра износа, его передают через интерфейс рельсового транспортного средства в наземную систему. Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения по меньшей мере одно измеренное блоком датчиков значение параметра – это значение из следующей группы параметров: количество оборотов двигателя, количество оборотов отдельного колеса, параметр скорости, параметр мощности двигателя, параметр состояния тормозной системы, параметр задержки, параметр нагрузки на отдельное колесо.
Особенно предпочтительно, если блок обработки данных выполнен с возможностью определения величины параметра в реальном времени. Под этим, в частности, понимают, что два последовательных процесса определения следуют друг за другом с максимальным интервалом в 10 с, предпочтительно максимально 5 с. Постоянное определение параметра износа является особенно предпочтительным.
В альтернативном варианте предложено для обеспечения малой нагрузки на вычислительный блок и/или на шину связи рельсового транспортного средства периодическое использование блока обработки данных для определения величины параметра износа. Это, в частности, применяют в рельсовом транспортном средстве, предназначенном, главным образом, для использования на участках большой протяженности. Периодичность составляет при этом более 30 с, в частности, более 1 минуты, однако предпочтительно максимально 5 минут.
Также рельсовое транспортное средство содержит блок управления, предназначенный для инициирования выведения информации и/или записи величины параметра износа при превышении или занижении заданной пороговой величины параметра износа. Это целенаправленно концентрирует внимание машиниста при выведении информации. При записи величины параметра износа задействуют небольшой ресурс памяти.
Возможность задания с помощью блока настройки пороговой величины для выведения или записи данных обеспечивает возможность высокой оперативности при использовании предложенного функционала. Запуск выведения или записи данных предпочтительно учитывает фактические граничные условия выполнения движения.
Определенные блоком обработки данных величины параметра износа в альтернативном варианте или дополнительно передают для выведения или записи также в блок управления, например, в блок управления приводом, блок управления тормозной системой и/или в центральный блок автоматического управления движением поезда.
Изобретение относится также к способу определения величины параметра износа в рельсовом транспортном средстве. В движении измеряют по меньшей мере один параметр, представляющий динамическую характеристику, присущую транспортному средству, управляемую машинистом, а величину параметра износа определяют во время движения на основе указанного по меньшей мере одного параметра. Предпочтительный результат предложенного способа представлен в описании рельсового транспортного средства согласно данному изобретению.
Вариант осуществления изобретения показан на примере, проиллюстрированном на чертежах, где
фиг. 1 - схема боковой проекции рельсового транспортного средства с блоком датчиков и блоком обработки данных;
фиг. 2 - блок-схема, включающая блок датчиков, блок обработки данных, блок вывода и записывающее устройство.
На фиг. 1 показана схема боковой проекции рельсового транспортного средства 10. Рельсовое транспортное средство 10 представляет собой состав из нескольких вагонов 12, сцепленных между собой. Состав оборудован по меньшей мере двигательной установкой 14 и тормозной системой 16 и предназначен для использования в автономном режиме. На языке специалистов транспортное средство 10 называют «мотор-вагонным подвижным поездом». Рельсовое транспортное средство 10 может быть сцеплено с дополнительными однотипными рельсовыми транспортными средствами для формирования состава. Также возможно выполнение рельсового транспортного средства 10 в виде отдельного моторного вагона или локомотива. Рельсовое транспортное средство 10 получает энергию от наземной линии электроснабжения и/или оборудовано двигателем, работающим на топливе, и/или электрогенератором.
Рельсовое транспортное средство 10 содержит блоки датчиков 18.1 – 18.8, каждый из которых предназначен для измерения по меньшей мере одного параметра, представляющего динамическую характеристику, присущую транспортному средству, управляемую машинистом. Первый блок датчиков 18.1 выполнен в виде датчика количества оборотов, измеряющего количество оборотов колес. Речь идет о количестве оборотов одного колеса или колесной пары. Второй блок датчиков 18.2 расположен в двигательной установке 14 и предназначен для измерения количества оборотов двигателя. Следующий блок датчиков 18.3 используют для измерения параметра мощности. Это значение соответствует, в частности, мощности, получаемой по меньшей мере двигателем 20 двигательной установки 14 или отдаваемой двигателем 20 в режиме электрического торможения.
В рассматриваемом варианте осуществления изобретения двигательная установка 14 включает в себя два электродвигателя 20, каждый из которых установлен на отдельной моторной тележке. Моторные тележки могут быть оборудованы, каждая, двумя двигателями 20. В представленном варианте осуществления изобретения для каждого из двигателей 20 установлен блок датчиков 18.2 и 18.3. Поэтому измеряют значение параметра мощности двигателя для каждого отдельного двигателя 20. В альтернативном варианте рельсовое транспортное средство 10 включает блок датчиков 18.3, измеряющих значение параметра мощности двигателя всего комплекта двигателей или – при выполнении моторных тележек с двумя двигателями 20 – обоих двигателей поворотной тележки.
Блок датчиков 18.4 предназначен для тормозного механизма 22 тормозной системы 16 и измеряет значение параметра состояния тормозов, например, тормозное давление.
Для измерения параметра задержки предназначен блок датчиков 18.5, выполненный в виде датчика ускорения. Параметр скорости рельсового транспортного средства 10 относительно железнодорожного пути определяют на основе количества оборотов, измеренного блоком датчиков 18.6, в виде инерциального измерительного устройства, и/или на основе данных блока датчиков 18.7 в виде датчика местоположения, в частности приемника GPS-сигналов. Измерение параметра задержки в альтернативном варианте или дополнительно выполняет блок датчиков 18.6.
Установлен также блок датчиков 18.8, измеряющий параметр нагрузки на колеса. На фиг. 1 для наглядности показан только один блок датчиков 18.8, однако предпочтительна установка по меньшей мере с одним блоком датчиков 18.8 на каждой поворотной тележке. Блок датчиков 18.8 взаимодействует, например, с рессорным узлом соответствующей поворотной тележки. На основе измеренного параметра выводят нагрузку, вызванную фактической нагрузкой, в частности весом пассажиров, и/или нагрузку, действующую на соответствующие колесные пары. Указанные значения передают в блок 24 обработки данных, предназначенный для получения алгоритма расчета износа. Это представлено схематично на фиг. 2. В рассматриваемом варианте измеренные блоками датчиков 18.1–18.8 значения параметров передают соответственно на один или несколько блоков управления 26.а, 26b, 26с рельсового транспортного средства 10. На фиг. 2 комплект блоков датчиков 1.1 – 18.8 представлен в виде единого блока 18. Блок управления 26.а соответствует блоку управления двигательной установки 14. На языке специалистов блок управления 26.а называют также «блоком управления приводом» (или «БУП»). Он предназначен, в частности, для управления устройством 28 электропитания в тяговом режиме, которое предназначено для электропитания одного или нескольких двигателей 20 двигательной установки 14 (фиг. 1). Устройство 28 электропитания выполнено, например, в виде тягового преобразователя.
Блок управления 26.b образует устройство управления тормозной системой 16 и известно как «блок управления тормозами» («БУТ»). Он управляет, в частности, тормозным пневмооборудованием 22 тормозной системы 16 (фиг. 1).
Третий блок управления 26.с соответствует центральному узлу управления рельсового транспортного средства 10, называемому также «центральным блоком управления» (или «ЦБУ»). Этому центральному блоку управления подчинены обычно различные автономные подсистемы рельсового транспортного средства 10, причем он выполняет роль «МАСТЕР-станции».
Измеренные значения параметров обрабатывают в соответствующих блоках 26 управления для алгоритмического обсчета блоком 24 обработки данных. В частности, измеренные блоками датчиков 18.1 (количество оборотов колес), 18.2 (количество оборотов двигателя) и 18.3 (значение параметра мощности) значения обрабатывает блок управления 26.а. Блок управления 26.b обрабатывает, в частности, измеренные блоком датчиков 18.4 значения параметра (состояние тормозов). Значения параметров, измеренные блоками датчиков 18.5 (параметр задержки), 18.6 (инерциальный параметр), 18.7 (параметр местоположения) и 18.8 (параметр нагрузки на колеса), обрабатывает предпочтительно блок управления 26.с.
В альтернативном варианте осуществления изобретения одно или несколько значений параметров передают непосредственно в блок 24 обработки данных.
Обработанные при необходимости значения параметров поступают через интерфейс 25 в блок 24 обработки данных. Блок 24 обработки данных показан на фигуре в виде самостоятельного конструктивного элемента, отделенного, в частности, от указанных блоков 26 управления. В другом варианте осуществления изобретения блок 24 обработки данных выполнен в виде составной части по меньшей мере одного из блоков 26 управления. Алгоритм вычисления износа является при этом программным модулем блоков управления 26.а, 26.b и/или 26.с. Алгоритм вычисления износа предназначен для определения величины параметра износа на основе по меньшей мере одного значения параметров, предпочтительно на основе нескольких значений параметров. Это возможно, в частности, с помощью модели наблюдений с привлечением заданных величин параметра износа. Величины параметра износа могут быть взяты как элементы из банка данных, в котором их объединяют со значениями параметров динамических характеристик, присущих транспортному средству, которые измеряют блоки датчиков 18.
Первая функция блока 24 обработки данных состоит по меньше мере в том, чтобы на основе измеренных в процессе движения параметров определить по меньшей мере величину параметра износа для железнодорожного полотна, в частности для рельс. Согласно другой функции, на основе измеренных в процессе движения параметров определяют по меньшей мере величину параметра износа компонентов рельсового транспортного средства, в частности, колесных пар. Полученная, в частности, после обработки, величина параметра износа передается в режиме вывода на блок выведения 30.1 для информирования машиниста. Блок выведения 30.1 выполнен, в частности, в виде дисплея или индикатора, установленного в кабине машиниста. Например, величину параметра износа для колесной пары обрабатывают таким образом, чтобы вывести информацию о степени изношенности колесной пары. В альтернативном варианте или дополнительно блок выведения 30.2 предназначен для акустического сигнализирования информации.
Например, с помощью алгоритма вычисления износа можно оценить степень изношенности колесной пара в зависимости от фактической скорости, фактического ускорения и фактической весовой нагрузки на колесную пару. В частности, можно спрогнозировать предстоящую степень изношенности при сохранении динамических характеристик, присущих транспортному средству, в течение определенного отрезка времени или на определенном участке железнодорожного полотна. Расчет производят в отношении степени изношенности полотна. Машинист на основе выведенной для него информации может управлять собственными динамическими характеристиками, присущими транспортному средству, таким образом, чтобы предотвратить соответствующий износ.
В альтернативном варианте или дополнительно величину параметра износа, при необходимости после обработки, записывают в запоминающем устройстве 32 в режиме записи с временной меткой для последующей обработки, и это значение можно считать непосредственно или опосредованно через интерфейс 34. Запоминающее устройство 32 служит вместе с блоком обработки данных, благодаря присвоению величине параметра износа временной метки, записывающим устройством 35 для записи величины параметра износа. Содержание запоминающего устройства 32 можно извлечь и обработать во время движения, в частности, для расчета оценки фактически наступившего износа. Полученную информацию в отношении изношенности компонентов транспортного средства используют для эффективного планирования работ по обслуживанию транспортного средства. На основе оценки изношенности пройденного участка железнодорожного пути рассчитывают возмещение ущерба, нанесенного полотну вследствие фактического износа полотна, после завершения рейса.
Определение величины параметра износа осуществляют предпочтительно в реальном времени. Для этого непрерывно отображают информацию, полученную на основе величины параметра износа, например, с помощью индикатора блока выведения 30.1. В альтернативном варианте блок 24 обработки данных предназначен для периодического определения величины параметра износа. Выбранная периодичность соответствует достаточно короткому отрезку времени, составляющему максимально 5 минут. В другом варианте осуществления изобретения выведение с помощью блока выведения 30.3 возможно только после достижения заданного порогового значения величиной параметра износа или полученным на ее основе параметром. В этом случае предпочтительно, чтобы информацию отображали не непрерывно, а “ad hoc” (для конкретного случая), например, акустическим сигналом и\или высвечиванием информации на дисплее блока выведения 30.3. Это осуществляют с помощью блока 36 управления блоком выведения 30.3. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения блок управления 36 образован блоком 24 обработки данных, причем возможно отдельное от него выполнение блока управления 36.
Пороговое значение зависит от фактической ситуации на маршруте движения или от фактической нагрузки. Поэтому предпочтительно установить блок регулирования 38 для установки порогового значения.