ПОСТ КОМПЛЕКСНОГО КОНТРОЛЯ ДЕФЕКТОВ БУКСОВЫХ УЗЛОВ И КОЛЕС ДВИЖУЩИХСЯ ВАГОНОВ
POST INTEGRATED CONTROL OF AXLE BOX DEFECTS OF UNITS AND WHEELS OF MOVING CARS

Изобретение относится к контрольным системам и может быть использовано на железнодорожном транспорте для диагностики и дефектации колес и подшипников буксовых узлов колесных пар.
Известна система контроля поверхности катания колеса железнодорожной колесной пары, содержащая датчики динамических нагрузок, закрепленные на рельсе, датчики зоны контроля и блок обработки, выходами соединенный с первым информационным входом блока принятия решений, датчики динамических нагрузок выполнены в виде волоконно-оптических датчиков давления, размещенных на измерительном участке пути длиной не меньше длины окружности колеса между шпалой и рельсом по разные стороны пути, датчики зоны контроля расположены вдоль рельса в начале и в конце измерительного участка и соединены через блок сопряжения с входом включения блока питания, а также с входами счетчика колесных пар и блока вычисления скорости движения поезда, в систему введены датчики температуры щебеночного балласта, установленные по обе стороны пути на глубине уровня подошвы шпалы, блок эталонных значений температур, блок сравнения, входы которого подключены к выходам датчиков температур и блока эталонных значений температур, а выход - к входу блока корректировки, выходы которого подключены к входам блока обработки, а другие входы - к выходам преобразователя, входами подключенного к выходным концам волоконно-оптических датчиков, входные концы которых соединены с источником оптического излучения, блок вычисления динамического коэффициента, выходом подключенный ко второму информационному входу блока принятия решений, блок выделения динамической составляющей усилий и блок выделения статической составляющей усилий, включенные между выходом блока обработки и входами блока вычисления динамического коэффициента, блок идентификации вагонов, блок индикации и блок хранения информации, при этом выходы счетчика колесных пар и блока идентификации вагонов подключены к третьему и четвертому информационным входам блока принятия решений, соответствующие входы/выходы которого соединены с выходами/входами блока хранения информации, а другие выходы - соответственно с блоком индикации, блоком корректировки и посредством канала связи с персональным компьютером автоматизированного рабочего места работника диспетчерского центра (RU 92840, В61K 9/12, 2009).
Недостатком известного решения является невозможность выявления дефектов буксовых узлов при контроле поверхностей катания колес вагонов.
Наиболее близкой является система ранней диагностики подшипников буксовых узлов колесной пары движущегося поезда, содержащая, по меньшей мере, двенадцать приемников акустических сигналов, выход каждого из которых соединен с соответствующим входом блока усиления, блок обработки, включающий последовательно соединенные полосовой фильтр, формирователь сигнала, аналого-цифровой преобразователь и амплитудный детектор, блок анализа, содержащий блок вычисления диагностических параметров, входы которого подключены к выходам амплитудного детектора, блок принятия решения и блок сравнения, включенный между блоком вычисления диагностических параметров и блоком принятия решения, блок задаваемых диагностических параметров, подключенный к третьему входу блока сравнения, блок памяти, блок выдачи информации, блок определения скорости поезда, выходом подключенный к соответствующему входу блока вычисления диагностических параметров и блока принятия решений, выходом соединенного с входом блока памяти и блока выдачи информации, последовательно соединенные база типов подвижного состава, блок определения типа подвижной единицы и счетчик подвижных единиц, выходом подключенный к соответствующему входу блок принятия решений, три магнитных датчика, счетчик колесных пар, при этом каждый из приемников размещен в отдельном боксе, его чувствительный элемент установлен на высоте расположения буксового узла колесной пары вагона движущегося поезда, боксы установлены равномерно вдоль полотна железной дороги на заданном участке пути, по меньшей мере, по шесть с каждой стороны железнодорожной колеи напротив друг друга, одна из сторон каждого бокса, обращенная к железнодорожному полотну, снабжена шторкой, механизм открывания которой расположен в самом боксе и подключен управляющим входом к выходу блока управления шторками боксов, в каждом боксе установлена система термостатирования, вход/выход которой соединены с выходом/входом блока управления системами термостатирования, причем первый и второй магнитные датчики установлены по разные стороны колеи на рельсах напротив первого и последнего приемника соответственно и выходами подключены к соответствующим входам блока определения типа подвижной единицы и счетчика колесных пар, выходом соединенного с соответствующими входами блока вычисления диагностических параметров, блока принятия решения, блока определения типа подвижной единицы и блока определения скорости движения поезда, третий магнитный датчик размещен на заданном расстоянии от последнего приемника акустического сигнала непосредственно на рельсе и выходом подключен к входу блока управления шторками боксов (RU 89053, В61K 9/00, 2009).
Известная система не позволяет обнаружить дефекты подшипников колес у вагонов движущегося поезда.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет комплексного контроля с одновременным выявлением дефектов подшипников буксовых узлов и дефектов поверхности колеса вагона.
Технический результат достигается тем, что в пост комплексного контроля дефектов буксовых узлов и колес движущихся вагонов, содержащий модуль акустического контроля, выполненный в виде установленных в измерительных боксах микрофонов, выход каждого из которых подключен через блок усиления к блоку обработки сигналов, состоящему из последовательно соединенных полосового фильтра, формирователя сигналов, аналого-цифрового преобразователя и амплитудного детектора, блок анализа, состоящий из блока вычисления диагностических параметров, вход которого подключен к выходу амплитудного детектора, а выход - к первому входу первого блока сравнения, второй вход которого подключен к блоку задания диагностических параметров, выход первого блока сравнения подключен к блоку формирования данных диагностики, выход которого подключен к первому входу процессора, соединенного с блоком памяти, и счетчик колесных пар, согласно изобретению введены модуль контроля динамических нагрузок, выполненный из установленных между рельсами и подкладками волоконно-оптических датчиков с преобразователями, подключенными к первому входу второго блока сравнения, второй вход которого соединен с блоком эталонных сигналов, выход блока сравнения подключен через блок корректировки и блок обработки данных ко второму входу процессора, модуль дефектации системы «колесо-рельс», выполненный из закрепленных на шейке рельса тензометрических датчиков, подключенных через соответствующие каналы тензоусилителя и аналого-цифрового преобразователя к третьему входу процессора, а счетчик колесных пар через блок согласования и коммутатор подключен к четвертому входу процессора, выход которого через локальную вычислительную сеть подключен к персональному компьютеру автоматизированного рабочего места.
На фиг 1. изображен общий вид поста комплексного контроля дефектов буксовых узлов и колес движущихся вагонов; на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1 и на фиг. 3 - структурная схема поста комплексного контроля дефектов буксовых узлов и колес движущихся вагонов.
Пост комплексного контроля дефектов буксовых узлов и колес движущихся вагонов содержит модуль 1 акустического контроля, выполненный в виде установленных в измерительных боксах 2 микрофонов 3, выход каждого из которых подключен через блок 4 усиления к блоку 5 обработки сигналов, состоящему из последовательно соединенных полосового фильтра 6, формирователя 7 сигналов, аналого-цифрового преобразователя 8 и амплитудного детектора 9, блок 10 анализа. Блок 10 анализа состоит из блока 11 вычисления диагностических параметров, вход которого подключен к выходу амплитудного детектора 9, а выход - к первому входу первого блока 12 сравнения, второй вход которого подключен к блоку 13 задания диагностических параметров, выход первого блока 12 сравнения подключен к блоку 14 формирования данных диагностики. Выход блока 14 формирования данных диагностики подключен к первому входу процессора 15, соединенного с блоком 16 памяти, и счетчик 17 колесных пар.
В пост введены модуль 18 контроля динамических нагрузок, выполненный из установленных между рельсами и подкладками волоконно-оптических датчиков 19 с преобразователями 20, подключенными к первому входу второго блока 21 сравнения, второй вход которого соединен с блоком 22 эталонных сигналов. Выход блока 21 сравнения подключен через блок 23 корректировки и блок обработки данных 24 ко второму входу процессора 15. Модуль 25 дефектации системы «колесо-рельс» выполнен из закрепленных на шейке рельса тензометрических датчиков 26, подключенных через соответствующие каналы тензоусилителя 27 и аналого-цифрового преобразователя 28 к третьему входу процессора 15. Счетчик 17 колесных пар через блок 29 согласования и коммутатор 30 подключен к четвертому входу процессора 15, выход которого через локальную вычислительную сеть 31 подключен к персональному компьютеру 32 автоматизированного рабочего места.
В состав поста комплексного контроля дефектов буксовых узлов и колес движущихся вагонов (ПКК) входит напольное оборудование:
- модуль 18 контроля динамических нагрузок (далее СКВДН система контроля вертикальных нагрузок) включает волоконно-оптические датчики 19 вертикальных нагрузок и преобразователи 20;
- модуль 1 акустического контроля (далее САК система акустического контроля) включает микрофоны 3 и элементы конструкции их крепления;
- модуль 25 дефектации системы «колесо-рельс» (далее ДДК детектор дефектов колес) включает тензометрические датчики 26 вертикальных нагрузок,
и постовое оборудование:
- процессор 15 и персональный компьютер 32 автоматизированного рабочего места с установленным функциональным программным обеспечением компактной промышленной станции (КПС).
Модуль 18 СКВДН представляет собой набор волоконно-оптических датчиков 19 (ВОД), установленных между рельсами и металлическими подкладками. Максимальное количество ВОД под каждым рельсом - 11.
Модуль 1 САК состоит из двенадцати микрофонов 3 (далее - МКФ), установленных в измерительных боксах 2 по обе стороны пути. С каждой стороны установлено по шесть измерительных боксов 2. Выходы МКФ 3 через блок 4 усиления, полосовой фильтр 6 и формирователь 7 сигналов подключены к АЦП 8.
Модуль 25 ДДК представляет собой набор тензометрических датчиков 26, закрепленных на шейке рельсов.
В состав ПКК может входить два или три счетчика 17 колесных пар (далее датчик осей ДО). В случае трех ДО 17 сигнал первого ДО 17 используется для включения режима записи измерительной информации, сигналы второго и третьего ДО 17 - для определения скорости осей состава, сигнал третьего ДО 17 также используется для остановки режима записи и команды на обработку записанной информации. В случае двух ДО 17 сигнал первого ДО 17 используется как для включения режима записи, так и для определения скорости осей.
После поступления сигнала от последней оси состава запись сигнала прекращается и запускается программа обработки информации.
После обработки записанного сигнала формируется запрос в системе АСОУП для получения информации о номере состава, станции назначения и регистрационных номеров вагонов в составе. Вся информация записывается в локальной базе данных, находящейся на жестком диске процессора КПС 32. Просмотр информации осуществляется с помощью программы «Автоматизированное рабочее место оператора ПКК».
КПС выполняет функции управления работой оборудования ПКК, обработки измерительной информации и хранения результатов измерений. Для передачи информации оператору процессор 15 подключен через локальную вычислительную сеть 31, например, «ОАО РЖД» к компьютеру КПС 32.
Пост комплексного контроля дефектов колесных пар движущихся вагонов работает следующим образом.
ПКК предназначен для постоянной непрерывной работы в автоматическом режиме. В перерывах между прохождениями состава ПКК находится в дежурном режиме ожидания сигнала. Включение записи и обработки измерительной информации осуществляется по сигналам от ДО 17. При прохождении колеса каждый ВОД 19 формирует сигналы, которые через оптико-электронный преобразователь 20 поступают в блоки 21-24 и процессор 15.
При накатывании на счетчик 17 первой колесной пары движущегося поезда включаются микрофоны 3 модуля 1 акустического контроля в измерительных боксах 2. Одновременно включаются в работу модули 18 и 25. При прохождении чувствительные элементы микрофонов 3 улавливают акустические шумы, в том числе и выделяемые работающими подшипниками буксовых узлов колесных пар, и преобразуют их в электрический сигнал. Измерение акустических шумов, выделяемых вращающимися подшипниками буксовых узлов колесных пар, осуществляется микрофонами, расположенными по обеим сторонам вагона. Каждый из расположенных по одну сторону железнодорожной колеи микрофон 3 улавливает шумы своего подшипника буксового узла диагностируемой колесной пары. Электрические сигналы поступают на вход блока 4 усилителя 6 и после усиления передаются в полосовой фильтр 6. С выхода фильтра 6 сигналы поступают на формирователь 7, который осуществляет выделение сигналов, характеризующих акустические шумы подшипника буксового узла колесной пары. Далее электрический сигнал преобразуют в цифровой вид с помощью аналого-цифрового преобразователя 8 с последующим выделением в амплитудном детекторе 9. В блоке 11 вычисления диагностических параметров осуществляют преобразование Фурье для представления амплитудно-частотного спектра измеренного сигнала. Диагностическими параметрами являются как частотная, так и амплитудная характеристики спектра сигнала.
Различают дефекты подшипника наружного и внутреннего кольца или тела качения. Подтверждение о наличии дефекта в подшипнике по амплитудно-частотным характеристикам определяется после передачи сигналов в блок 12, где происходит сравнение полученных сигналов с заранее заданными в блоке 13 параметрами дефекта. По результатам сравнения в блоке 12 поступает информация о типе дефекта и уровне его развития в подшипнике. В блоке 14 формирования данных диагностики по результатам контроля подшипника конкретного буксового узла колесной пары, определенного места нахождения колесной пары, а также типа подвижной единицы формируется заключение о состоянии подшипников буксовых узлов колесных пар вагонов поезда в виде протокола. Указанное заключение хранится в блоке 16 памяти и выдается в виде информации о состоянии поезда. Кроме того, в соответствии с периодичностью прохождения тележек и колесных пар вагонов сигналы с выхода счетчиков 17 используются для определения типа вагона. В процессоре 15 также формируют информационную базу данных о состоянии ходовой части подвижного состава. Информационная база ранней диагностики ходовой части подвижного состава используется для прогнозирующего планирования работ по техническому обслуживанию подвижного состава.
При прохождении первой колесной пары поезда включается источник оптического излучения (лазерного излучения) волоконно-оптических датчиков 19, установленных в зоне контроля для измерения действующих на рельсы от каждого колеса вертикальных сил. Под их действием датчики 19 деформируются и изменяются характеристики светового потока. Преобразователь 20 осуществляет преобразование величины светового потока на выходе каждого датчика 19 в электрический сигнал по каждому каналу. В блоке 24 для каждого колеса осуществляют суммирование мгновенных значений отдельных измеренных сигналов и определяют величины усилий, передаваемых от колеса на рельсы верхнего строения пути. При наличии различий с учетом эталонного значения изменения напряжения определяют погрешность измерений на той или иной стороне измерений. С учетом этой погрешности в блоке 23 осуществляют коррекцию измеренных сигналов. Величины измеряемых усилий со стороны подвижного состава на рельсы являются основными параметрами для определения наличия дефектов на поверхности качения колеса, таких как прокат, износ, неравномерность и т.п.
Предусмотрена коррекция показаний датчиков 19 с учетом температуры окружающей среды. На динамику пути и поезда оказывает влияние скорость прохождения поездом измерительного участка. Для исключения влияния указанных факторов на конечный результат требуется обязательное снятие предварительных калибровочных зависимостей и занесение их в блок 22. Последующий анализ во втором блоке 21 сравнения и в блоке 24 позволит определить дефекты колес.
После прохода последней подвижной единицы поезда на выходе счетчика 17 формируется сигнал, который отключает модули 1, 18 и 25.
Дальнейшее следование поезда осуществляется с установленным графиком движения и учетом протокола состояния подшипников буксовых узлов колесных пар до остановки на ближайшей станции для замены колесной пары дефектного вагона.
Таким образом, предлагаемый пост комплексного контроля обеспечивает:
- возможность одновременного выявления в режиме реального времени ДПК (дефектов поверхности колеса), а также дефектов буксовых подшипников грузовых вагонов;
- существенное повышение показателя выявляемости опасных (сверхнормативных) ДПК (до 99% вместо 65%), при этом количество ложных тревог от незначительных ДПК минимально;
- автоматическое своевременное и достоверное выявление дефектов и незамедлительная автоматическая передача этой информации соответствующим службам на АРМы операторов, которые могут своевременно организовать отцепку вагонов и замену дефектных осей;
- снижение издержек на содержание пути в исправном состоянии и на ремонт ходовой части грузовых вагонов за счет обеспечения возможности своевременного прекращения эксплуатации вагонов с выявленными опасными (сверхнормативными) ДПК;
- повышение уровня безопасности железнодорожного транспорта за счет предупреждения серьезных отказов и аварий, которые могли бы произойти по причине необнаружения (пропуска) опасных (сверхнормативных) ДПК и/или неисправных подшипников букс.
Эффективность поста комплексного контроля дефектов буксовых узлов и колес движущихся вагонов состоит в одновременном выявлении дефектов поверхности колеса (ДПК), а также дефектов буксовых подшипников вагонов.