УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ КРАНА МАШИНИСТА ТОРМОЗА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Область техники
Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, преимущественно к устройствам управления крана машиниста тормоза подвижного состава, и предназначена для дистанционного управления исполнительной частью крана машиниста, в котором наряду с основным электронным управлением предусмотрено резервное пневматическое управление.
Уровень техники
Известно устройство управления крана машиниста тормоза железнодорожного транспортного средства по авторскому свидетельству №2228867, МПК B60T 15/04, 20.05.2004 г., содержащее корпус, вращающуюся рукоятку управления с центральным сердечником в форме магнитного концентратора с положениями управляющих позиций, органы передачи электрического управляющего сигнала от источника питания к управляющим электропневматическим клапанам каждой тормозной позиции с магнитоуправляемыми схемами, электронными элементами сопряжения и логическими элементами, устройство включения органов передачи электрического управляющего сигнала от источника питания к управляющему электропневматическому органу крана машиниста в виде Ш-образного магнитопровода с катушками подмагничивания.
Недостатком этого устройства является сложная конструкция магнитопровода, применение специальных материалов для его изготовления, а также необходимость регулировки зазора между центральным сердечником в форме магнитного концентратора и органами передачи электрического управляющего сигнала. Управляющих пневматических сигналов в этом устройстве управления не предусмотрено.
Известно устройство управления крана машиниста тормоза железнодорожного транспортного средства по патенту №118929, МПК B60T 15/04, 10.08.2012 г., которое содержит корпус с размещенными в нем уравновешенными атмосферным и питательным клапанами, установленную на валу рукоятку управления с закрепленным на ней кулачком в виде эксцентрика, на рабочих поверхностях которого смонтированы ролики для воздействия на клапаны. Рукоятка закреплена на валу посредством диска фиксации положений, выполненного с выемками для взаимодействия с подпружиненными упорами.
Недостатком этого устройства является то, что в его конструкции реализованы всего три фиксированных положения - отпуск, перекрыша и торможение с углом поворота между положениями 90°. Управляющих электрических сигналов в этом устройстве не предусмотрено.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков заявляемому устройству управления крана машиниста железнодорожного транспортного средства является устройство по патенту №2444454, МПК B60T 15/04, 10.03.2012 г., в котором реализовано совмещение двух устройств по патентам №118929, МПК B60T 15/04, 10.08.2012 г. и №2228867, МПК B60T 15/04, 20.05.2004 г., содержащее корпус, рукоятку управления тормозом с положениями управляющих позиций зарядки, поездного, перекрыш, торможений, жестко связанную с диском фиксации положений, который выполнен с выемками для взаимодействия с подпружиненными упорами и установлен внутри корпуса на валу. Вал при этом размещен в корпусе с возможностью вращения на опорах, выполненных в боковых стенках корпуса. Рукоятка связана с центральным сердечником в форме магнитного концентратора, перемещающегося с ней от одной тормозной позиции к другой, передающего команду посредством магнитоуправляемой схемы на срабатывание одного из органов передачи электрического управляющего сигнала от источника питания к управляющим электропневматическим клапанам каждой управляющей позиции. В корпусе также размещены уравновешенные атмосферный и питательный клапаны. При этом на рукоятке управления закреплен кулачок в виде эксцентрика, на рабочих поверхностях которого смонтированы ролики для взаимодействия с концами клапанов. Кулачок рукоятки устройства управления тормозом воздействует на атмосферный и питательный клапаны при ручном переключении соответствующего рычага переключающего устройства, предусмотренного для подключения к управлению реле давления крана машиниста дублирующего пневматического сигнала в случае пропадания электрического управляющего сигнала. При пневматическом управлении реализованы три фиксированных положения рукоятки - отпуск, перекрыша и торможение с углом поворота между положениями 90°.
Недостатком этого устройства является ограниченные функциональные возможности при резервном управлении, в результате чего различные режимы управления поездом при резервном пневматическом управлении реализованы на разных устройствах.
Раскрытие полезной модели
Заявляемое устройство управления крана машиниста тормоза железнодорожного транспортного средства решает задачу облегчения и упрощения процессами управления краном машиниста, повышения безопасности ведения поезда.
Технический результат, который будет получен при осуществлении предлагаемой полезной модели, заключается в расширении функциональных возможностей устройства управления благодаря использованию набора пневмораспределителей с командными кулачками, вырабатывающих управляющие пневматические сигналы для пневматического резерва.
Указанный технический результат достигается тем, что заявляемое устройство управления крана машиниста тормоза железнодорожного транспортного средства содержит корпус, рукоятку управления с положениями управляющих позиций зарядки, поездного, перекрыш, торможений, жестко связанную с диском фиксации положений, выполненным с выемками для взаимодействия с подпружиненными упорами, и установленными внутри корпуса на валу, который размещен с возможностью вращения на опорах, закрепленных на боковых стенках корпуса, и переключающее устройство, выполненное с возможностью подключения к управлению реле давления крана машиниста дублирующего пневматического сигнала в случае пропадания электрического управляющего сигнала. При этом, согласно полезной модели, на валу установлены командные кулачки, выполненные с возможностью воздействия при перемещении рукоятки управления на роликовые толкатели соответствующих пневмораспределителей, связанных сигнальными пневмолиниями с блоком пневматических клапанов с возможностью передачи на них управляющего пневматического сигнала, а рукоятка управления связана посредством датчика угла поворота с микроконтроллером, выполненным с обеспечением передачи соответствующего положению рукоятки цифрового сигнала на блок управления, выполненный с возможностью распознавания полученного сигнала, его обработки и избирательной подачи соответствующего электрического управляющего сигнала на управляющие электропневматические клапаны, предназначенные для управления реле давления крана машиниста.
При этом, верхняя часть корпуса представляет собой лицевую панель, на которой установлены декоративные накладки, на которых отмечены делениями управляющие позиции рукоятки управления при электронном и пневматическом управлении, причем позиции рукоятки при пневматическом управлении совпадают с соответствующими позициями при электронном управлении.
При этом, переключающее устройство выполнено в виде пневматического клапана, связанного с управляющим электропневматическим клапаном с возможностью подключения блока пневматических клапанов, связанного с уравнительным резервуаром, к управлению реле давления в случае прекращения подачи напряжения на управляющий электропневматический клапан.
При этом, переключающее устройство находится на удалении от рукоятки управления.
При этом, блок управления содержит микроконтроллер, который выполняет операционные элементы, представляющие собой функции, распределенные для каждого режима управления, путем избирательного воздействия на электропневматические клапаны.
При этом, подпружиненные упоры выполнены в виде роликовых фиксаторов.
При этом, командный кулачок выполнен в виде вращающегося сектора с выступом.
В настоящее время на современных подвижных единицах железнодорожного подвижного состава отдается предпочтение электронному управлению тормозом, обеспечивающим выполнение режимов работы тормозной системы поезда с высокой точностью. Для предупреждения сбоев в электронном управлении, например, по причине выхода из строя электронного оборудования или пропадания напряжения, с целью исключения в таких случаях неуправляемой тормозной системы локомотива и поездного состава в целом, в кране машиниста предусмотрено дублирующее резервное пневматическое управление, которое подключается к управлению тормозами при возникновении нештатной ситуации.
Заявляемое устройство управления крана машиниста генерирует одновременно два вида управляющих сигналов: электрические сигналы, управляющие электропневматическими клапанами, и пневматические, управляющие пневматическими клапанами резервного дублирующего управления. При пропадании основного электрического сигнала управление поездом осуществляется путем подачи дублирующих пневматических сигналов с сохранением основных режимов управления тормозом. При этом ведение поезда осуществляется той же рукояткой управления, что и при основном электронном управлении, благодаря чему повышается безопасность ведения поезда.
Вместе с тем использование набора пневмораспределителей позволяет получить необходимое количество управляющих режимов работы крана машиниста в зависимости от назначения подвижного состава железнодорожного транспорта с учетом особенностей его тормозной системы.
При основном электронном управлении пневматические управляющие сигналы не влияют на управление тормозами поезда, поскольку переключающее устройство отсекает пневматические сигналы от управления реле давления, определяя активными электрические управляющие сигналы.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется описанием конкретного примера его выполнения и прилагаемыми графическими материалами, где показаны:
фиг. 1 - общий вид устройства управления крана машиниста без переключающего устройства;
фиг. 2 - функциональная схема устройства управления крана машиниста с удаленным от рукоятки переключающим устройством и связанными с устройством управления управляющими электропневматическими клапанами и блоком пневматических клапанов. В обозначениях схемы приняты следующие сокращения:
АЦП - аналого-цифровой преобразователь;
ТМ - тормозная магистраль;
ПМ - питательная магистраль;
УР - уравнительный резервуар;
атм. - выход в атмосферу.
Осуществление полезной модели
Устройство управления тормозом железнодорожного транспортного средства содержит корпус 1, включающий в себя боковые стенки 2, лицевую панель 3 и установочную плиту 4. Снаружи весь корпус 1 за исключением лицевой панели 3 закрыт защитным кожухом 5, предохраняющим элементы устройства управления от повреждения, а также от попадания инородных частиц и влаги, (фиг. 1).
В корпусе 1 установлена рукоятка управления 6, жестко связанная с диском фиксации положений 7, размещенным внутри корпуса 1 на валу 8. Вал 8 установлен в корпусе 1 с возможностью вращения на опорах 9, закрепленных на боковых стенках 2 корпуса 1.
На лицевой панели 3 корпуса 1 установлены декоративные накладки 10, на которых отмечены делениями предусмотренные работой устройства управляющие позиции рукоятки управления 6 при электронном и пневматическом управлении. Причем позиции рукоятки управления 6 при пневматическом управлении совпадают с соответствующими позициями при электронном управлении.
Диск фиксации положений 7 оснащен, по крайней мере, одним подпружиненным упором, например роликовым фиксатором 12, выполненным с заходом ролика фиксатора 12 в выемки 13 диска фиксации 7, расположенные по всему периметру диска.
Применение нескольких роликовых фиксаторов 12 (в нашем примере их два) обеспечивает плавность переключения рукоятки управления 6 и надежную работу в случае поломки пружины одного из них. Количество фиксированных положений рукоятки 6 соответствует требуемому количеству режимов управления устройства для ведения поезда и зависит от особенностей тормозного оборудования подвижного состава железнодорожного транспорта.
На валу 8 установлен датчик угла поворота 14 рукоятки управления 6, фиксируемый на боковой стенке 2 корпуса 1 с помощью крепежных болтов. Датчик угла поворота 14 рукоятки управления 6 связан с электронной платой 15 через внешний разъем 16. В качестве электронного датчика угла поворота 14 могут быть использованы датчики угла поворота различных типов с углом измерения не менее угла поворота рукоятки управления 6, например, датчик угла поворота типа 981HEOB4WA8H01.
Электронная плата 15 включает аналогово-цифровой преобразователь 17 и микроконтроллер 18 (фиг. 2). Датчик угла поворота 14 соединен с аналого-цифровым преобразователем 17 и выполнен с возможностью формирования электрических сигналов определенного напряжения в зависимости от положения рукоятки управления 6. Аналого-цифровой преобразователь 17 связан с микроконтроллером 18 и выполнен с возможностью преобразования аналогового сигнала датчика угла поворота 14 в цифровой сигнал и передачи его на микроконтроллер 18. В энергонезависимую память микроконтроллера 18 программно заложены коды, соответствующие определенным положениям рукоятки управления 6, и программа, составленная на основе алгоритма сравнения полученных от датчика угла поворота 14 сигналов с заложенными кодами положений рукоятки 6 и подачи команды через CAN интерфейс 19 на блок управления 20 в соответствии с положением рукоятки управления 6. Энергонезависимая память микроконтроллера 18 обладает емкостью, достаточной для хранения необходимого числа задаваемых параметров в течение предопределенного времени с учетом ранее заложенных в нее данных. Оперативная память микроконтроллера 18 хранит переменные данные, полученные от аналого-цифрового преобразователя 17. Энергонезависимая память связана с оперативной памятью с возможностью постоянного отслеживания изменений данных в оперативной памяти.
Электронный датчик угла поворота 14 рукоятки управления 6 и энергонезависимая память микроконтроллера 18 электронной платы 15 обеспечивают операционную среду для ввода различных операционных указаний в микроконтроллер 18, например, типа STM32F103RBT6, который реализует программно заданную последовательность микрокоманд, результат которой в виде закодированного цифрового сигнала передает посредством CAN интерфейса 19 на блок управления 20.
Таким образом, электронная плата 15 выполнена с возможностью распознавания команд, полученных от датчика угла поворота 14 при перемещении рукоятки управления 6 и генерирования соответствующих цифровых сигналов на блок управления 20.
Поступающие по CAN интерфейсу 19 сигналы от электронной платы 15 записываются в оперативную память микроконтроллера 21 (например типа ADUC7026BSTZ) блока управления 20 и сохраняются там до поступления от электронной платы 15 следующего командного сигнала. Блок управления 20 связан через выходные цепи 22 с управляющими электропневматическими клапанами впуска 23 и выпуска 24 посредством электрических кабелей. Операционные элементы, выполняемые микроконтроллером 21 блока управления 20, представляют собой функции, распределенные для каждого режима управления, путем избирательного воздействия на электропневматические клапаны впуска 23 и выпуска 24 воздуха с целью регулировки давления в уравнительной полости 25 реле давления 26, посредством которого происходит регулировка давления в тормозной магистрали.
Таким образом, электронная плата 15 и энергонезависимая память микроконтроллера 21 блока управления 20 обеспечивают операционную среду для ввода различных операционных указаний в микроконтроллер 21, который реализует программно заданную последовательность команд, результат которой в виде электрических сигналов через выходные цепи 22 поступает на управляющие электропневматические клапаны 23 или 24.
Таким образом, блок управления 20 выполнен с возможностью распознавания полученных от электронной платы 15 команд в виде цифровых закодированных сигналов, их обработки и подачу соответствующих команд в виде электрических сигналов на включение управляющих электропневматических клапанов 23 или 24, которые устанавливают необходимое давление в уравнительной полости 25 реле давления 26.
Дублирующее пневматическое управление подключается к реле давления 26 в случае возникновения нештатной ситуации с помощью переключающего устройства 27. Переключающее устройство 27 выполнено, например, в виде отсечного пневматического клапана 28, связанного с одним управляющим электропневматическим клапаном 29, и выполненного с возможностью разобщения блока пневматических клапанов 30 и уравнительного резервуара 31 с уравнительной полостью 25 реле давления 26 при подаче напряжения от блока управления 20 на управляющий электропневматический клапан 29. При электронном управлении блок управления 20 постоянно осуществляет подачу напряжения на управляющий электропневматический клапан 29, тем самым отсекая подачу воздуха на включение отсечного пневматического клапана 28. В нашем примере переключающее устройство 27 находится на удалении от рукоятки управления 6.
Блок пневматических клапанов 30 связан с уравнительным резервуаром 31 и включает в себя: редуктор зарядного давления 32 с коммутирующим пневматическим клапаном 33, пневматическим клапаном 34 обратной связи по давлению редуктора 32 с уравнительным резервуаром 31; стабилизатор 35 с коммутирующим пневматическим клапаном 36; исполнительный пневматический клапан 37 положения «Служебное торможение» с дроссельным отверстием, сечение которого обеспечивает темп выпуска воздуха из уравнительного резервуара 31 при служебном торможении; исполнительный пневматический клапан 38 положения «Экстренное торможение» с дроссельным отверстием, сечение которого обеспечивает темп выпуска воздуха из уравнительного резервуара 31 при экстренном торможении. Пневматические клапаны 33, 34, 36, 37 и 38 связаны посредством сигнальных пневмолиний 39 с соответствующим пневмораспределителем 40.
Рукоятка управления 6 жестко связана через вал 8 с командными кулачками 41, размещенными на валу 8 (фиг. 1), каждый из которых выполнен в виде вращающегося сектора с выступом 42. Посредством выступов 42 усилие от рукоятки управления 6 при ее перемещении передается на механические органы управления пневмораспределителей 40, выполненные, например, в виде роликовых толкателей 43. Пневмораспределители 40 смонтированы на установочной плите 4 корпуса 1 и соединены с ней пневматическими трубками 44. Количество пневмораспределителей 40 равно количеству командных кулачков 41, соответствует требуемому количеству режимов работы крана машиниста для ведения поезда и зависит от особенностей тормозной системы подвижного состава железнодорожного транспорта. Командные кулачки 41 расположены на валу 8 таким образом, чтобы при постановке рукоятки управления 6 в требуемую позицию один из них мог воздействовать на роликовый толкатель 43 соответствующего пневмораспределителя 40 (в положениях "Поездное", "Служебное торможение", "Экстренное торможение") или не воздействовать на пневмораспределители 40 вообще (в положении "Перекрыша с питанием"). При воздействии командных кулачков 41 пневмораспределители 40 обеспечивают проход сжатого воздуха от питательной магистрали по сигнальным пневмолиниям 39 к пневматическим клапанам блока пневматических клапанов 30 (фиг. 2).
Сигнальные пневмолинии 39 подсоединяются к установочной плите 4 корпуса 1 при помощи штуцерных соединений (фиг. 1). Подача воздуха к пневмораспределителям 40 от питательной магистрали осуществляется через подводящую пневмолинию 45, соединенную посредством штуцерного соединения с установочной плитой 4 корпуса 1. Выпуск воздуха в атмосферу из сигнальных пневмолиний 39 выполняется через пневмораспределители 40 и соединяющую их общую выхлопную магистраль 46.
Устройство управления краном машиниста устанавливают в кабине локомотива в предусмотренной для монтажа нише и закрепляют через отверстия в лицевой панели 3 корпуса 1 с помощью винтов. После чего соответствующие выходы установочной плиты 4 корпуса 1 соединяют сигнальными пневмолиниями 39 с блоком пневматических клапанов 30, подводящей пневмолинией 45 с питательной магистралью, а к внешнему разъему 16 подключают блок управления 20 (фиг. 1, 2).
При постановке рукоятки управления 6 в одно из положений "Поездное", "Служебное" или "Экстренное", руководствуясь информацией шкалы на накладке 10, рукоятка 6 с диском фиксации положений 7 фиксируется в требуемом положении подпружиненными фиксаторами 12, закрепленными на боковой стенке 2 корпуса 1 (фиг. 1).
Датчик 14 определяет угол поворота рукоятки управления 6, соответствующий заданному положению, и выдает соответствующий импульс напряжения, который с помощью аналогово-цифрового преобразователя 17 и микроконтроллера 18 электронной платы 15 генерируется в цифровой код, уникальный для каждого положения рукоятки управления 6 (фиг. 1, 2). Цифровой код по CAN интерфейсу 19 передается на блок управления 20, который по поступающему сигналу определяет заданный рукояткой управления 6 управляющий режим и выдает электрический сигнал на включение соответствующего управляющего электропневматического клапана 23 или 24 (фиг. 2), посредством которых происходит регулировка давления в уравнительной полости 25 реле давления 26.
Одновременно с выдачей электрического сигнала один из командных кулачков 41, соответствующий заданному рукояткой управления 6 положению, посредством выступа 42 воздействует на роликовый толкатель 43 одного из пневмораспределителей 40 (фиг. 1, 2), который, переключаясь, обеспечивает поступление сжатого воздуха из питательной магистрали по одной из сигнальных пневмолиний 39 к соответствующим пневматическим клапанам 33, 34, 36, 37 или 38. При включении пневматических клапанов 33, 34 и 36 происходит подключение к уравнительному резервуару 31 редуктора 32 и стабилизатора 35 для наполнения уравнительного резервуара 31 сжатым воздухом из питательной магистрали с последующим поддержанием в нем определенного давления.
При этом прочие пневмораспределители, на которые командные кулачки 41 не воздействуют, остаются закрытыми и сигнальные пневмолиний 39, соответствующие этим пневмораспределителям, соединены через выхлопную магистраль 46 с атмосферой.
Поскольку определенные управляющие режимы при электронном и пневматическом режимах совпадают, при нахождении рукоятки управления 6 в положениях "Поездное", Перекрыша с питанием", "Служебное торможение", "Экстренное торможение" одновременной подачей независимо друг от друга управляющих электрических и пневматических сигналов обеспечивается равное давление в управляющей полости 25 реле давления 26 и уравнительном резервуаре 31 (фиг. 2). При этом, в случае электронного управления уравнительный резервуар 31 отделен от управляющей полости 25 переключающим устройством 27 и не влияет на работу реле давления 26.
В случае отключения питания электронного управления или выхода его из строя блок управления 20 перестает выдавать электрический сигнал на на управляющий электропневматический клапан 29 переключающего устройства 27. Управляющий электропневматический клапан 29 в обесточенном состоянии обеспечивает подачу сжатого воздуха из питательной магистрали на отсечной пневматический клапан 28, который соединяет блок пневматических клапанов 30 и связанный с ним уравнительный резервуар 31 с уравнительной полостью 25 реле давления 26.
В результате регулировка давления в уравнительной полости 25 реле давления 26 осуществляется с помощью уравнительного резервуара 31, в котором необходимое давление бесперебойно обеспечивается работой редуктора 32 и стабилизатора 35 при включении пневматических клапанов 33, 34 и 36 в положении рукоятки управления 6 «Поездное», пневматическим клапаном 37 положения «Служебное торможение» и пневматическим клапаном 38 положения «Экстренное торможение».
Тем самым достигается независимое формирование устройством управления управляющих пневматического и электрического сигналов в соответствии с заданным рукояткой управления режимом работы крана машиниста. Сбой в работе одной из систем управления не оказывает влияния на другую, и исполнительное устройство может продолжать работать, используя один из управляющих сигналов. Так, в случае отключения питания электронного управления или выхода из строя, функции управления тормозами подвижного состава будут возложены на дублирующую пневматическую систему управления крана машиниста, работающую постоянно и независимо от электронной системы управления. При этом количество пневмораспределителей соответствует требуемому количеству управляющих режимов работы крана машиниста при резервном пневматическом управлении и может варьироваться в зависимости от назначения подвижного состава железнодорожного транспорта с учетом особенностей его тормозной системы.