Устройство дистанционного контроля местонахождения колесной пары рельсового транспорта

Предлагаемая полезная модель относится к средствам дистанционного контроля, применительно к подвижному составу железнодорожного транспорта.
Известны устройства дистанционного контроля местонахождения подвижного состава рельсового транспорта, среди которых:
Многофункциональная система навигации, связи, сигнализации и контроля систем безопасности транспортного средства для контролируемых перевозок пассажиров и грузов (патент RU на полезную модель № 102444), которая содержит подсистему навигации, связи и контроля состояния транспортного средства, выполненную с возможностью обмена информации по радиоканалу и/или каналу спутниковой связи с центральным и/или региональным ситуационными центрами, подсистему связи стандарта DECT с функциями персонального аварийного устройства, подсистему контроля положения персонала внутри транспортного средства, подсистему централизованного контроля и управления привязки совокупности устройств к транспортному средству, подсистему обмена короткими сообщениями внутри транспортных средств, подсистему контроля состояния транспортного средства при длительной стоянке, устройство видеозаписи и хранения видеоинформации.
Устройство автоматической идентификации бортового номера и местонахождения железнодорожного вагона (патент RU на полезную модель № 127026), которое содержит блок регистратора, в состав которого входят процессор архитектуры ARM, GSM-модем, GPS-приемник и FLASH-память, подключенные к блоку питания, при этом GSM-модем подключен к внешней антенне GSM и к процессору архитектуры ARM, GPS-приемник подключен к внешней антенне ГЛОНАСС/GPS и к процессору архитектуры ARM, FLASH-память подключена к процессору ARM. Процессор ARM выполнен с возможностью формировать информационный сигнал, содержащий номер вагона и географическое место нахождения вагона, а также с возможностью задания времени передачи информационного сигнала.
Устройство автоматической идентификации бортового номера железнодорожного вагона (патент RU на изобретение № 2494904), которое содержит блок регистратора, в состав которого входят процессор архитектуры ARM, GSM-модем, GPS-приемник и FLASH-память, подключенные к блоку питания. GSM-модем подключен к внешней антенне GSM и к процессору архитектуры ARM. GPS-приемник подключен к внешней антенне ГЛОНАСС/GPS и к процессору архитектуры ARM. FLASH-память подключена к процессору ARM. Процессор ARM формирует сигнал, содержащий номер вагона и географическое место нахождения вагона, а также задает время передачи сигнала. Процессор дополнительно содержит технологический пульт, содержащий цифровой индикатор и контроллер управления.
Автоматический идентификатор номера вагона (патент RU на изобретение №2508216), который содержит навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS, энергонезависимые часы реального времени, модем GSM/GPRS с двумя SIM-картами, контроллер, энергонезависимую память, узел запуска контроллера, модуль питания и автономный источник электропитания. К контроллеру подключены навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS, энергонезависимые часы реального времени, модем GSM/GPRS, узел запуска контроллера и энергонезависимая память. Модуль питания от бортовой электрической сети и автономный источник электропитания подключены независимо друг от друга ко всем энергопотребляющим элементам идентификатора.
К общим недостаткам приведенных выше известных технических решений следует отнести:
- отсутствие возможности контроля местонахождения колесной пары во время ее нахождения вне вагона, например во время ее перемещения для установки на другую вагонную тележку или на другой вагон, во время хранения при выполнении ремонта или профилактики, особенно после того, когда с нее сняты буксовые узлы;
- необходимость наличия у транспортных средств, на которые ориентированы данные технические решения, бортового электрического питания или достаточно емкого аккумулятора.
Наиболее близким аналогом является устройство того же назначения, что и заявляемая полезная модель - патент RU на № 2524806, включающее навигационный идентификатор, в который входят навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS, модем GSM/GPRS, основной микроконтроллер. В состав микроконтроллера входят часы реального времени, дополнительный микроконтроллер, энергонезависимая память, модуль питания от бортовой электрической сети и автономный источник электропитания. К основному микроконтроллеру подключены дополнительный микроконтроллер, навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS, модем GSM/GPRS и энергонезависимая память. Модуль питания от бортовой электрической сети и автономный источник электропитания подключены независимо друг от друга к основному и дополнительному микроконтроллерам, навигационному приемнику ГЛОНАСС/GPS и модему GSM/GPRS. Также устройство содержит антенную систему ГЛОНАСС/GPS+GSM.
К недостаткам наиболее близкого аналога следует отнести:
1. отсутствие возможности контроля местонахождения колесной пары во время ее нахождения вне вагона, особенно, когда с нее сняты буксовые узлы;
2. конструкция и габаритные размеры устройства не позволяют разместить данное устройство на торце оси колесной пары в пространстве под штатной крышкой буксового узла;
3. защитный корпус устройства полностью выполнен из материала, значительно ухудшающего условия радиосвязи;
4. устройство предназначено для размещения только внутри вагона.
Задача, на решение которой направлено предложенное устройство, состоит в повышении эффективности железнодорожных перевозок в условиях гибкого формирования железнодорожного состава за счет возможности дистанционно контролировать местонахождение колесной пары на всем протяжении ее эксплуатации.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что устройство для дистанционного контроля местонахождения колесной пары, содержащее идентификатор, автономный источник питания и корпус, идентификатор содержит: размещенные на печатной плате микроконтроллер, навигационный приемник и приемопередатчик, которые портами обмена данными соединены между собой, а портами питания подключены к выводам автономного источника питания, устройство выполнено с возможностью его размещения на торце оси колесной пары, а его корпус содержит основание в форме металлического диска, которое закреплено на торце оси колесной пары соосно продольной оси ее вращения; несущий винт, стержень которого через центральное отверстие в основании закреплен на нем с помощью первой стопорной гайки; втулку, насаженную на несущий винт поверх первой стопорной гайки до упора в нее; подшипник, насаженный своим внутренним кольцом на стержень несущего винта поверх втулки до упора в нее; вторую стопорную гайку, насаженную по резьбе на стержень несущего винта до положения, при котором все насаженные на несущий винт элементы жестко зафиксированы между собой; пластину в виде металлического диска, насаженного через свое центральное отверстие на внешнее кольцо подшипника и закрепленного на нем параллельно и соосно основанию; кожух из радиопрозрачного материала в форме стакана, обращенного своей полостью в сторону основания и имеющего по краю своей боковой стенки отбортовку с отверстиями, через которые он прикреплен к основанию, при этом микроконтроллер, навигационный приемник и приемопередатчик размещены внутри кожуха и закреплены на стороне пластины, обращенной к дну кожуха, а автономный источник питания размещен внутри кожуха и эксцентрично закреплен на обращенной к основанию стороне пластины,
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в обеспечении возможности дистанционного контроля местонахождения колесной пары при ее нахождении вне вагона, вне вагонной тележки, особенно, когда с колесной пары сняты буксовые узлы, что не достигалось в наиболее близком аналоге и других описанных решениях.
Это оказалось возможным за счет оптимальной компоновки составных частей предлагаемого устройства и особенностей конструкции его корпуса, позволившим разместить предлагаемое устройство на торце оси колесной пары в пространстве под крышкой буксового узла. При этом на работоспособность предлагаемого устройства никоим образом не влияет наличие или отсутствие на оси колесной пары буксовых узлов, что позволяет контролировать местонахождение колесной пары как в составе вагона, так и вне его, в том числе во время его профилактики или временного хранения. Наряду с этим описанная выше конструкция корпуса 3 устройства обеспечивает неподвижное положение входящих в идентификатор 1 навигационного приемника 5 и приемопередатчика 6 во время вращения оси колесной пары, что улучшает условия радиосвязи между идентификатором 1, установленным на колесную пару, и наземным диспетчерским пунктом.
Устройство легко устанавливается на колесную пару и легко демонтируется с нее, а в процессе сборки/разборки буксового узла колесной пары корпус устройства не позволяет нарушить его работоспособность или повлиять на настройки устройства, выполненные перед установкой его на колесную пару.
Получение диспетчерской службой оперативной информации о местонахождении каждой колесной пары повышает эффективность ее работы в условиях гибкого формирования пассажирского состава. Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, приведенными на Фиг. 1 - Фиг. 7,
Фиг. 1 - предлагаемое устройство в собранном виде,
Фиг. 2 - вид сверху на устройство в собранном виде,
Фиг. 3 - вид предлагаемого устройства в собранном виде в изометрии,
Фиг. 4 - вид на установленное на торце оси колесной пары предлагаемое устройство в разрезе вдоль оси колесной пары под крышкой буксы,
Фиг. 5 - вид, изображенный на фиг. 4, в более крупном масштабе,
Фиг. 6 - вид на предлагаемое устройство в сечении А-А,
Фиг. 7 - вид на предлагаемое устройство в сечении Б-Б.
Позициями на чертежах обозначены:
1 - идентификатор, на чертежах обозначен позициями, входящих в него узлов,
2 - автономный источник питания,
3. - корпус, на чертежах обозначен позициями, входящих в него узлов,
4 - микроконтроллер,
5 - навигационный приемник,
6 - приемопередатчик,
7 - печатная плата,
8 - основание,
9 - несущий винт,
10 - первая стопорная гайка,
11 - втулка,
12 - подшипник,
13 - вторая стопорная гайка,
14 - пластина,
15 - кожух,
16 - ось колесной пары (в устройство не входит),
17 - буксовый узел (в устройство не входит),
18 - крышка буксового узла (в устройство не входит).
Устройство для дистанционного контроля местонахождения колесной пары рельсового транспорта содержит
идентификатор 1, обозначенный на чертежах позициями, входящих в него узлов; автономный источник питания 2; корпус 3 для их размещения, обозначенный на чертежах позициями, входящих в него узлов.
Идентификатор 1 содержит: микроконтроллер 4, навигационный приемник 5 и приемопередатчик 6, размещенные на печатной плате 7, соединенные между собой портами обмена данными с помощью печатных проводников печатной платы 7, которая имеет также входные клеммы (на чертежах не показаны) для подключения выводов автономного источника питания 2 к портам питания микроконтроллера 4, навигационного приемника 5 и приемопередатчика 6.
Корпус 3 обозначен на чертежах позициями, входящих в него узлов, и содержит основание 8, несущий винт 9, первую стопорную гайку 10, втулку 11, подшипник 12, вторую стопорную гайку 13, пластину 14 и кожух 15.
При этом основание 8 выполнено в форме металлического диска с отверстиями, который закреплен на торце оси колесной пары, параллельно ее плоскости и соосно продольной оси ее вращения.
Несущий винт 9 вставлен своим стержнем в центральное отверстие основания 8 и закреплен на нем с помощью первой стопорной гайки 10.
Втулка 11 насажена на несущий винт поверх первой стопорной гайки 10 до упора в нее. Подшипник 12 насажен своим внутренним кольцом на несущий винт 9 поверх втулки 11 до упора в нее. Вторая стопорная гайка 13 навернута по резьбе на стержень несущего винта 9 поверх внутреннего кольца подшипника 12 до положения, при котором все элементы конструкции защитного корпуса 3, насаженные на стержень несущего винта 9, жестко зафиксированы между собой. Пластина 14, выполненная в форме металлического диска с отверстиями, насажена через свое центральное отверстие на внешнее кольцо подшипника 12 и жестко зафиксирована на нем параллельно и соосно основанию 8. Кожух 15 из радиопрозрачного материала в форме стакана, обращенного своей полостью в сторону основания 8, имеет по краю своей боковой стенки отбортовку с отверстиями, через которые он прикреплен к основанию 8.
При этом печатная плата 7 с установленными на ней микроконтроллером 4, навигационным приемником 5 и приемопередатчиком 6 размещена внутри кожуха 15 и закреплена на обращенной к его дну стороне пластины 14, а автономный источник питания 2 размещен внутри кожуха 15 и эксцентрично закреплен на обращенной к основанию 8 стороне пластины 14.
Назначение составных частей устройства.
Идентификатор 1 предназначен для автоматического дистанционного выявления (опознания) колесной пары с конкретным заводским номером из множества других колесных пар и регистрации географических координат ее местоположения.
Микроконтроллер 4 хранит в своей памяти идентификационные (уникальные) данные колесной пары, на которой он установлен, а также управляет работой навигационного приемника 5 и приемопередатчика 6. Навигационный приемник 5 обеспечивает через спутниковый (ГЛОНАС/GPS) канал связи считывание географических координат своего местонахождения, и как следствие этого - считывание координат колесной пары, на которой он установлен.
Приемопередатчик 6 реализует двухсторонний GSM-канал связи между микроконтроллером 4 и диспетчерским пунктом наземной информационной службы.
Автономный источник питания 2 обеспечивает электрической энергией все электронные узлы устройства и может быть реализован либо в виде накопителя энергии (ионисторы, батареи, аккумуляторы), а может содержать, кроме накопителя энергии, преобразователь механической энергии в электрическую энергию для подзарядки накопителя энергии во время движения колесной пары.
Корпус 3 предназначен для размещения внутри него идентификатора 1 и автономного источника питания 2 с целью их защиты от внешних механических и климатических воздействий, а также - для крепления всего устройства на торце оси колесной пары. При этом элементом конструкции корпуса 3, через которое осуществляется крепление всего устройства к торцу оси колесной пары, является основание 8. А такие элементы конструкции корпуса 3 как: несущий винт 9, первая стопорная гайка 10, втулка 11, подшипник 12, вторая стопорная гайка 13 - обеспечивают, с одной стороны, крепление к основанию 8 пластины 14 с размещенными на ней идентификатором 1 и автономным источником питания 2, а с другой стороны, обеспечивают неподвижное, во время вращения оси колесной пары, положение идентификатора 1 и автономного источника питания 2. Кожух 15 защищает от внешних воздействий входящие в устройство электронные узлы и ответственные элементы конструкции.
Таким образом, конструкция корпуса 3 обеспечивает возможность крепления предлагаемого устройства на торце оси колесной пары, независимо от наличия или отсутствия на ней буксовых узлов, а также исключает вращение идентификатора 1 и автономного источника питания 2 во время вращения торца оси колесной пары, на котором предлагаемое устройство установлено, что улучшает условия радиосвязи идентификатора 1 и наземной диспетчерской службы.
Именно описанная выше конструкция корпуса 3 с размещенными внутри него электронными узлами: микроконтроллером 4, навигационным приемником 5, приемопередатчиком 6 и автономным источником питания 2, выполненными в соответствующих габаритных размерах, позволяет закрепить устройство на торце оси колесной пары, что обеспечивает возможность дистанционного контроля местонахождения колесной пары вне вагона, вне вагонной тележки, даже когда с колесной пары сняты буксовые узлы.
Подготовка к работе.
Перед началом работы устройства в память микроконтроллера 4 должны быть загружены идентификационные данные колесной пары, на которую будет установлено данное устройство, а также должны быть инициализированы навигационный приемник 5 и приемопередатчик 6.
Должен быть подготовлен к работе автономный источник питания 2.
После проверки канала передачи данных между диспетчерским пунктом и микроконтроллером 4, а также проверки канала получения с помощью навигационного приемника 5 текущих координат местонахождения устройства, его можно устанавливать на колесную пару.
Описание работы устройства.
В устройстве предусмотрено два режима работы:
«радиомаяк» и «on-line».
В режиме «радиомаяк» микроконтроллер 4 с заданной при настройке периодичностью выдает команду навигационному приемнику 5 для считывания координат местоположения колесной пары. Полученные координаты микроконтроллер 4 заносит в свою память, после чего активизирует приемопередатчик 6 и передает идентификационные данные колесной пары и полученные от навигационного приемника 5 координаты местоположения колесной пары в диспетчерский пункт.
Интервал времени между сеансами передачи данных может быть изменен по команде с пункта диспетчера.
В процессе работы устройства в режиме «оn-line» микроконтроллер 4
выполняет описанные выше операции только по запросу с пункта диспетчера. В таком режиме экономится энергия автономного источника питания. Переход микроконтроллера 4 с одного режима на другой осуществляется по команде с пункта диспетчера.
Таким образом, диспетчерская служба имеет возможность автоматического дистанционного отслеживания местонахождения колесной пары как в составе вагона, так и во время перемещения колесной пары вне вагона, вне вагонной тележки, даже если с ее оси сняты буксовые узлы.