СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРОПОЕЗДА (ВАРИАНТЫ) И УЗЕЛ ДЛЯ УСТАНОВКИ ДАТЧИКА ЭТОЙ СИСТЕМЫ

2420-300586RU/081
Система диагностики электропоезда
ОПИСАНИЕ
Заявленная полезная модель относится к системе диагностики электропоездов.
Используемые в настоящее время системы автоматического контроля технического состояния подвижного состава включают в себя измерительные устройства, устройства передачи информации и устройства индикации. Измерительные устройства представляют собой путевые устройства (ПОНАБ, ДИСК, КТСМ и т.п.), установленные через достаточно большие интервалы (30-40км). Данные путевые устройства автоматически измеряют температуру буксы бесконтактным способом (оптически или индукционно) при прохождении мимо них подвижного состава. Информация о состоянии букс обрабатывается и по сигналу радиосвязи информация о перегреве букс передается машинисту, который после установленного регламента взаимодействия с дежурным по станции останавливает электропоезд. Недостатком таких систем является то, что температура букс измеряется только через достаточно большие интервалы пути и информация к машинисту может поступать уже тогда, когда температура буксового узла значительно превысила допустимую, что может приводить к отказу букс и сходу состава с рельс. Данный недостаток становиться еще более критичным, вследствие необходимости достаточно длительного времени для передачи информации о перегреве букс машинисту.
Другим недостатком данных систем является значительная сложность в эксплуатации и подготовке к ней. Ежедневно на московской дороге останавливается по несколько поездов по причине срабатывания приборов ПОНАБ, ДИСК, КТСМ. Расследование показывает, что не редко приборы срабатывают ложно по ряду объективных и субъективных причин. Также такие системы весьма дороги, поскольку для установки измерительной аппаратуры (ПОНАБ, ДИСК, КТСМ) необходима специальная подготовка участка для их установки, отдельные строения вдоль пути или размещение в других помещениях, специальные кабели и т.п. Кроме того, данные системы обладают весьма низкой точностью измерения, которая может снижаться, в зависимости от состояния окружающей среды (туман, осадки и другие факторы).
Еще одним существенным недостатком данных систем является ограниченность их применения только для диагностики состояния букс. В частности такие системы не применяются для диагностики состояния тягового редуктора и других устройств, расположенных на электропоезде.
В соответствии с вышеизложенным, технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении безопасности движения электропоезда и сокращении эксплуатационных затрат за счет высокой точности и надежности измерения при одновременном сокращенном времени передачи результатов измерения машинисту, а также в упрощении монтажа и эксплуатации. При этом под "сокращением эксплуатационных затрат" понимаются временные и экономические затраты, обусловленные остановками и простоями электропоездов в результате ложных срабатываний систем диагностики.
В соответствии с полезной моделью, указанный технический результат достигается посредством системы диагностики электропоезда, содержащей датчик, воспринимающий рабочий параметр буксового узла и/или тягового редуктора, устройство индикации, и измерительное устройство, которое электрически связано с выходом датчика и с входом устройства индикации и которое выполнено с возможностью сравнения значения получаемого от датчика рабочего параметра буксового узла и/или тягового редуктора с пороговым значением этого рабочего параметра и выдачи сигнала на устройство индикации при превышении рабочим параметром порогового значения, при этом каждому буксовому узлу и/или тяговому редуктору соответствует свой отдельный датчик, причем каждый датчик расположен на электропоезде.
Под "пороговым значением рабочего параметра" в данной заявке понимается некоторое предварительно заданное значение рабочего параметра, которое выбирается пользователем с учетом условий окружающей среды и условий нарушений нормальной эксплуатации контролируемого устройства. Следует отметить, что пороговое значение меньше значения рабочего параметра, при котором происходит выход контролируемого устройства из строя.
Датчик буксового узла и датчик тягового редуктора предназначены для измерения рабочего параметра подшипников букс или соответственно опорных подшипников тягового редуктора. Данные подшипники установлены непосредственно в корпусе, который далее именуется корпусом буксового узла и соответственно тягового редуктора. Учитывая, что на подшипниковые узлы разрушительно действует как повышенная температура, так и вибрационные ускорения, в предложенной системе диагностики электропоезда могут применяться датчики температуры, датчики вибрации, в том числе и комбинированные.
Предпочтительно устанавливать датчик в отверстие для подачи смазки в корпус буксового узла/тягового редуктора, что обеспечивает высокую точность измерения, вследствие непосредственного контакта датчика и корпуса буксы/тягового редуктора. Такая установка может быть осуществлена посредством болта, который представляет собой заглушку указанного отверстия для подачи смазки. Для этого болт снабжен выполненным с торцевой стороны головки глухим аксиальным отверстием, в которое вводится и фиксируется датчик. Преимуществом такого выполнения является простота монтажа датчика в буксе/тяговом редукторе и возможность легкой замены вышедшего из строя датчика. Кроме того, подобная установка не требует изменения конструкции самой буксы/тягового редуктора, вследствие чего повышается экономичность заявленной системы и обеспечивается возможность установки соответствующей полезной модели системы в известных эксплуатируемых буксовых узлах/тяговых редукторах.
Однако полезная модель не ограничивается только такой схемой установки. Так, например, может быть предусмотрена установка датчика на корпусе буксы/тягового редуктора, что также обеспечивает непосредственный контакт датчика и корпуса буксы/тягового редуктора и соответственно точность измерения. Преимущество такого выполнения может усматриваться в том, что при необходимости ввода дополнительной смазки не требуется демонтаж датчика, в процессе которого может произойти повреждение датчика. Альтернативно, может быть предусмотрена установка датчика, который может представлять собой датчик бесконтактного измерения, на несущих частях вагона, например, на боковой балке рамы ходовой тележки вагона или боковой балке рамы вагона или т.п. Преимущество такого выполнения может усматриваться в том, что датчик может быть расположен в непосредственной близости от измерительного устройства. Благодаря такому расположению соединительные линии между датчиком и измерительным устройством могут быть значительно укорочены или полностью устранены, что в свою очередь приводит к экономии рабочего пространства и уменьшению капитальных затрат на установку системы. Кроме того, если датчик выдает аналоговый сигнал, то подобное расположение повышает точность и надежность измерения за счет снижения или устранения искажения сигнала измерения.
Предпочтительно измерительное устройство может быть установлено на каждой тележке каждого вагона, что позволяет устранить чрезмерную длину соединительных линий и упростить монтаж.
Предпочтительным образом измерительное устройство может быть выполнено с возможностью передачи, вместе с сигналом о превышении рабочим параметром порогового значения, информации о буксовом узле и/или тяговом редукторе, в котором это превышение зафиксировано, а устройство индикации выполнено с возможностью индикации этой информации.
Между устройством индикации и измерительным устройством может быть включено устройство сопряжения, выполненное с возможностью усиления, исправления (при необходимости) и передачи информации о превышении рабочим параметром своего порогового значения от измерительного устройства к устройству индикации. Устройство сопряжения преобразует полученный от измерительного устройства сигнал в высокочастотный сигнал, который передается к устройству индикации, что позволяет устранить влияние на передаваемый сигнал различных возникающих в электропоезде полей (магнитных, электрических и т.п.), а следовательно увеличить надежность и точность системы при передачи информации о рабочем параметре. Предпочтительным образом высокочастотный сигнал от устройства сопряжения к блоку индикации может передаваться через систему связи пассажир-машинист (система ТОН). Преимущество этого заключается в отсутствии необходимости использования дополнительных проводов в межвагонных соединениях, что дополнительно облегчает монтаж соответствующей полезной модели системы на любом электропоезде. Однако необходимо отметить, что передача данных посредством межвагоннных соединений также возможна.
Предпочтительным образом устройство сопряжения может быть дополнительно связано по меньшей мере с одним из датчиков следующих расположенных на вагоне устройств: быстродействующие выключатели, электрические цепи опускания токоприемника, сигнализация силовой цепи моторного и прицепного вагона, вспомогательные цепи, реле буксования, сигнализация пневматических тормозов, блоки электронных реле, система пожарной безопасности и тому подобное. Датчик соответствующего устройства выполнен с возможностью выдачи сигнала на устройство сопряжения при срабатывании соответствующего устройства. Под "срабатыванием устройства" здесь понимается как собственно срабатывание устройства (например, автоматическое опускание токоприемника), так и нарушение нормальной работы устройства (например, обрыв электрической цепи). Устройство сопряжения передает полученный от датчика сигнал, содержащий информацию непосредственно о сработавшем устройстве, на устройство индикации, которое выполнено с возможностью индикации этой информации. Преимущество данного выполнения заключается в представлении перед машинистом на устройстве индикации информации о том, какое конкретно устройство сработало и на каком именно вагоне оно установлено.
Предоставленная соответствующей полезной модели системой диагностики возможность контролировать ответственные узлы, электрические аппараты и их цепи значительно снизят время на проведение технических осмотров электропоездов в пунктах оборота, а также приемке подвижного состава после осмотров и ремонтов в основных депо. Кроме того, осуществление автоматического контроля указанных выше ответственных устройств в пути следования и до выезда на линию под пассажиров, позволяет значительно повысить безопасность эксплуатации электропоезда.
Предпочтительным образом устройство индикации может быть связано с запоминающим устройством. Подобное выполнение позволяет вести протокол работы соответствующей полезной модели системы и отслеживать динамику изменения рабочих параметров.
В одном из вариантов осуществления полезной модели может быть предусмотрено, что система диагностики электропоезда включает в себя датчик, воспринимающий рабочий параметр контролируемого устройства, и связанное с ним устройство индикации, причем каждому контролируемому устройству соответствует свой расположенный на электропоезде датчик, а между датчиком и устройством индикации подключено устройство сопряжения, выполненное с возможностью усиления получаемого от датчика сигнала и передачи этого усиленного сигнала на устройство индикации через систему связи пассажир-машинист. Данный вариант осуществления позволяет существенно повысить безопасность движения электропоезда за счет быстрой и своевременной передачи машинисту информации о контролируемых устройствах.
В качестве контролируемого устройства могут выступать буксовый узел, тяговый редуктор, быстродействующий выключатель, электрические цепи опускания токоприемника, сигнализация работы силовой цепи моторного и прицепного вагонов, вспомогательные цепи, реле буксования, сигнализация пневматических тормозов, блоки электронных реле, системы пожарной безопасности и другие. Рабочим параметром может быть выбран параметр критичный для данного устройства. В качестве такого параметра может выступать, в частности нагрев или вибрация для буксового узла и тягового редуктора, или параметр, который вызывает срабатывание данного устройства, например сила тока для быстродействующего выключателя, температура или наличие задымленности для систем пожарной безопасности и т.п.
Согласно еще одному варианту осуществления полезной модели, система диагностики электропоезда включает в себя датчик, воспринимающий рабочий параметр контролируемого устройства, и связанное с ним устройство индикации. При этом каждому контролируемому устройству соответствует свой расположенный на электропоезде датчик. Между датчиком и устройством индикации подключено устройство сопряжения, выполненное с возможностью усиления получаемого от датчика сигнала и с возможностью передачи усиленного сигнала, содержащего информацию о конкретном контролируемом устройстве на устройство индикации. Устройство индикации выполнено с возможностью индикации информации о конкретном контролируемом устройстве. Под "конкретным контролируемым устройством" в каждом случае понимается не тип устройства в целом (например, буксы, токоприемники и т.д.), а только одно из устройств этого типа на конкретном вагоне (например, первая букса слева на втором вагоне, первый токоприемник на четвертом вагоне и т.д.). В качестве контролируемого устройства может выступать одно или несколько, предпочтительно все, из упомянутых в предыдущем варианте осуществления устройств. Аналогично предыдущему варианту осуществления полезной модели здесь также обеспечивается повышение безопасности движения электропоезда за счет постоянного контроля за указанными выше ответственными устройствами в пути следования и в случае срабатывания или нарушения работы устройств своевременной передачи машинисту информации о контролируемых устройствах для принятия срочных мер.
Предпочтительным образом устройство сопряжения может быть связано с устройством индикации через систему связи пассажир-машинист.
Еще одним объектом полезной модели является узел для установки датчика системы диагностики электропоезда. Узел включает в себя корпус буксового узла или тягового редуктора с отверстием для подачи смазки и болт. Болт выполнен с возможностью установки в указанном отверстии корпуса буксового узла или тягового редуктора и представляет собой в установленном состоянии заглушку этого отверстия корпуса. Болт снабжен глухим аксиальным отверстием, которое выполнено с возможностью установки в нем датчика. Дополнительно болт снабжен средствами фиксации датчика в глухом аксиальном отверстии болта.
Подобный узел для установки датчика обеспечивает возможность нахождения датчика в непосредственной контакте с корпусом буксового узла или тягового редуктора, что обеспечить высокую точность измерении их рабочего параметра. Вследствие этого повышается безопасность движения электропоезда, поскольку происходит своевременное обнаружение превышения рабочим параметром своего порогового значения, а также устранена необходимость остановки электропоезда из-за неточного измерения рабочего параметра.
Средства фиксации датчика в отверстии болта могут представлять собой быстротвердеющим материалом, например эпоксидной смолой или тому подобным, который заливается в отверстие болта. Альтернативно средства фиксации датчика в отверстии болта могут представлять собой резьбовые, фрикционные, зажимные и тому подобные соединения или их комбинации. Подобные соединения широко известны из уровня техники и поэтому здесь более подробно описаны не будут.
Другие преимущества и возможные варианты осуществления заявленной полезной модели следуют из последующего более подробного описания примера осуществления системы диагностики со ссылками на чертежи, на которых показано:
Фиг.1 - принципиальная схема соответствующей полезной модели системы;
Фиг.2 - букса вагона с предназначенным для установки датчика (не показан) болтом;
Фиг.3 - блок индикации соответствующей полезной модели системы.
На фиг.1 представлена принципиальная схема соответствующей полезной модели системы диагностики электропоезда. Система включает в себя последовательно соединенные датчики 1, измерительные устройства 2, устройства 3 сопряжения и устройство 4 индикации. Далее система диагностики электропоезда будет описана только для диагностики буксовых узлов (букс).
Представленный на фиг.2 буксовый узел включает в себя корпус 5 буксы, в котором ось 9 колесной пары опирается на подшипники 6. Между подшипниками 6 расположено внешнее дистанционное кольцо 7 и внутреннее дистанционное кольцо 8. Подшипники 6 фиксируются в своем положении посредством торцевой гайки 10. В верхней области корпуса 5 буксы выполнено отверстие для подачи смазки в корпус буксы. В отверстие для подачи смазки вкручен болт 11, выполняющий функции заглушки этого отверстия. В болте 11 установлен не показанный на фиг.2 датчик 1.
Датчик преобразует рабочий параметр в сигнал удобный для измерения, передачи и преобразования. В дальнейшем в качестве сигнала будет рассматриваться цифровой сигнал, но следует отметить, что возможны и другие формы сигнала, например аналоговый и тому подобное. Рабочим параметром является температура, однако очевидно, что в качестве контролируемой величины может быть использован и другой параметр, например, вибрация или тому подобное.
Установка датчика 1 осуществляется следующим образом. В теле болта 11 с торцевой стороны его шляпки болта 11 выполняют глухое аксиальное отверстие. В указанное отверстие вставляют и фиксируют датчик 1. Фиксация датчика в болте осуществлена посредством заливки глухого аксиального отверстия болта 11 после введения в него датчика 1 быстротвердеющим материалом, например эпоксидной смолой или тому подобным. После этого болт 11 вкручивают в отверстие для подачи смазки в корпус 5 буксы, т.е. болт 11 служит в качестве заглушки этого отверстия. Таким образом, обеспечивается возможность непосредственного контроля температуры корпуса 5 буксы, что значительно повышает точность измерения. Кроме того, подобная установка датчика 1 в корпусе 5 буксы позволяет устранить необходимость какого-либо изменения конструкции буксы, что обеспечивает возможность простого и экономичного оборудования данной системой электропоездов, в том числе и находящихся в эксплуатации. Следует отметить, что подобная установка позволяет простой демонтаж вышедшего из строя датчика 1 с целью его замены.
Очевидно, что установка датчика в буксовом узле может быть осуществлена и другими способами. Так например, для фиксации датчика внутри отверстия болта могут быть использованы и другие средства фиксации, например, резьбовые, фрикционные, зажимные и т.п. Следует отметить, что датчик может быть установлен как внутри корпуса буксы (например, во втулке подшипника), так и снаружи корпуса буксы. Причем в последнем случае датчик может быть установлен на внешней стороне корпуса буксы или на другой части вагона или тележки, работая по принципу известного из уровня техники дистанционного измерения рабочего параметра.
Датчик 1 установлен в каждом корпусе 5 каждой буксы электропоезда и электрически связан с измерительным устройством 2. Измерительное устройство представляет собой электронное устройство, осуществляющее питание датчиков 1 и обработку результатов их измерения. Измеренное датчиком 1 значение температуры сравнивается в измерительном устройстве 2 с пороговым значением температуры, хранящимся у него в памяти.
Под "пороговым значением температуры" понимается некоторое предварительно заданное значение температуры, которое выбирается пользователем с учетом условий окружающей среды (в частности, температуры окружающей среды) и условий разрушения подшипников буксового узла. Следует отметить, что пороговое значение меньше значения температуры, при котором происходит выход буксового узла из строя и которое составляет приблизительно 80°С. В качестве порогового значения температуры с учетом среднегодового колебания температуры предпочтительно можно выбрать 40-50°С, но возможны и другие варианты.
Измерительное устройство 2 установлено на каждой тележке каждого вагона и связано с каждым датчиком 1 этой тележки, что позволит избежать дополнительных затрат, связанных с излишней длинной соединительных линий (кабелей) между датчиками 1 и измерительными устройствами 2.
Каждое измерительное устройство 2 связано с устройством 3 сопряжения, которое предпочтительным образом установлено в электромонтажном шкафу каждого вагона. Устройство 3 сопряжения предназначено для приема, при необходимости исправления, усиления и дальнейшей передачи сигнала, содержащего информацию о температуре букс. Каждое устройство 3 сопряжения связано с одним измерительным 2 устройством, что также упрощает монтаж системы и устраняет затраты, обусловленные излишней длиной соединительных линий. Альтернативно, каждое устройство 3 сопряжения может быть связано с несколькими измерительными устройствами 2.
Каждое устройство 3 сопряжения соединено через систему связи пассажир-машинист с устройством 4 индикации, установленным в головном вагоне в кабине машиниста, предпочтительно на пульте машиниста. Устройство 4 индикации предназначено для вывода информации о состоянии буксовых узлов и для выполнения обмена информацией между всеми устройствами 3 сопряжения. Устройство 4 индикации связано с запоминающим устройством 16, которое ведет протокол работы системы. Устройство 4 индикации включает в себя информационное табло. Информационное табло содержит светодиоды 14 и цифровые поля 15. Количество светодиодов 14 в общем случае должно быть не меньше, чем количество вагонов в электропоезде, но предпочтительно равно указанному количеству вагонов. Цифровые поля 15 отображают соответственно температуру буксы, порядковый номер буксы и сторону (левую или правую), с которой расположена букса. Порядковый номер буксы по существу обозначает номер колесной пары вагона. При этом под колесной парой понимается как узел из двух колес насажанных на одну цельную ось, так и узел, состоящий из двух полуосей с соответствующим колесом. Следует отметить, что возможны и другие варианты выполнения информационного табло, например, когда каждой буксе железнодорожного состава присвоен свой идентификационный номер, табло может содержать только два цифровых поля 15 для температуры и номера буксы.
Система диагностики электропоезда работает следующим образом.
В процессе движения электропоезда информация о фактической температуре буксового узла передается от датчиков 1 температуры в измерительное устройство 2. В измерительном устройстве 2 значение фактической температуры буксы сравнивается с пороговым значением температуры. Если значение фактической температуры меньше порогового значения, то система продолжает работать дальше в обычном режиме и информация о температуре буксового узла не передается далее по системе. Если зафиксировано превышение порогового значения, и это подтверждается несколькими последующими сигналами от датчика 1, то измерительное устройство 2 передает информацию о превышении критической температуры дальше по системе в устройство 3 сопряжения.
Полученный от измерительного устройства 2 сигнал усиливается в устройстве 3 сопряжения и в виде высокочастотного сигнала, т.е. сигнала защищенного от  воздействия внешних помех в форме возникающих в электропоезде различных магнитных, электрических и тому подобных полей, передается по системе ТОН (не показана) к устройству 4 индикации, которое преобразует этот сигнал и осуществляет вывод на информационное табло в кабине машиниста информации о температуре буксового узла. Для осуществления преобразования полученного от устройства 3 сопряжения сигнала в устройстве 4 индикации предусмотрен преобразователь 12 и центральный программный элемент (ЦПЭ), обозначенный позицией 13. С центральным программным элементом 13 устройства 4 индикации связано запоминающее устройство 16. Устройство 16 ведет протокол работы системы диагностики электропоезда и осуществляет запись о температуре буксового узла одновременно с выводом этой информации на информационном табло машиниста. На информационном табло информация о температуре буксового узла отображается в следующем виде. Загорается светодиод 14, характеризующий соответствующий вагон. Далее на цифровом табло 15 отображается фактическая температура буксового узла. Также на цифровом табло 15 отображается порядковый номер этого буксового узла в вагоне, и сторона (левая или правая) вагона с которой расположен этот буксовый узел.
Подобное функционирование системы предотвращает возможность ошибки в измерении и обеспечивает своевременное оповещение машиниста о перегреве буксового узла.
В дальнейшем система отслеживает температуру данного буксового узла, постоянно отображая на информационном табло 15 сведения о его температуре, что позволяет машинисту контролировать возникшую ситуацию и адекватно реагировать на нее.
В простейшем варианте осуществления может быть предусмотрена связь датчика с устройством сопряжения без включения между ними устройства измерения. В таком случае датчик при достижении порогового значения рабочего параметра выдает сигнал на устройство сопряжения. При этом дальнейшее отслеживание рабочего параметра не осуществляется. В данном варианте осуществления полезной модели датчик может быть выполнен в виде мембраны или тому подобного.
Хотя описанный выше со ссылками на чертежи вариант осуществления относится только к системе диагностики буксовых узлов, данная полезная модель в равной мере относится и к системе диагностики тягового редуктора. Данная система диагностики может быть использована как для диагностики только буксовых узлов или только тяговых редукторов, так и в комбинированном варианте для их совместной диагностики.
Альтернативно или дополнительно может осуществляться диагностика и других расположенных на вагоне электропоезда устройств, например цепей опускания токоприемников, сигнализации силовой цепи моторного и прицепного вагонов, вспомогательных цепей, реле буксования, сигнализации пневматических тормозов, блоков электронных реле, систем пожарной безопасности и других. Для этого каждое из этих устройств снабжено датчиком, который связан с устройством 3 сопряжения. При срабатывании соответствующего устройства датчик передает сигнал на устройство 3 сопряжения. Устройство 3 сопряжения усиливает полученный от датчика сигнал и этот усиленный сигнал, содержащий информацию о непосредственно сработавшем устройстве, передает на устройство 4 индикации, которое отображает информацию о том какое именно устройство и на каком вагоне сработало. Передача сигнала от устройства 3 сопряжения на устройство 4 индикации осуществляется через систему связи пассажир-машинист.
Разумеется, что при контроле сразу нескольких, предпочтительно всех упомянутых выше устройств, должно быть модифицировано соответствующим образом информационное табло устройства индикации. Так в случае использования системы одновременно для диагностики буксовых узлов, тяговых редукторов и токоприемников информационное табло должно содержать дополнительный ряд светодиодов и/или цифровых полей для вывода информации о состоянии этих устройств. В частности должны быть предусмотрены светодиоды, отображающие информацию о конкретном тяговом редукторе, на котором произошло превышение порогового значения рабочего параметра, и цифровые поля отображающие информацию о фактическом значении этого рабочего параметра, а также светодиоды и/или цифровые поля для указания конкретного токоприемника на вагоне, где произошло короткое замыкание в силовых цепях со срабатыванием быстродействующего выключателя и без него, в том числе и короткого замыкания со снятием напряжения из контактной цепи. Следует отметить, что кажущееся усложнение устройства индикации компенсируется тем, что указанные светодиоды и цифровые поля активируются только для определенного устройства и только при его срабатывании, а в остальное время они выключены.
Очевидно, что описанные выше варианты осуществления не должны рассматриваться в качестве ограничения объема патентных притязаний полезной модели. Для любого специалиста в данной области техники понятно, что есть возможность внести множество изменений в описанную выше систему без отхода от принципов полезной модели, заявленного в формуле полезной модели.