УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ СМАЗКИ НА РЕЛЬСЫ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВОМ
RAIL LUBING DEVICE AND CONTROL SYSTEM FOR SAID DEVICE

Предлагаемые изобретения относятся к вспомогательному железнодорожному оборудованию, в частности к устройствам для смазки рельс или колесных реборд и системам управления ими.
Известно устройство для нанесения смазки и модификатора трения на рельсы (РФ, патент №2348557, МПК B21K 3/02, от 14.11.2007 г., 10.03.2008 г.).
Устройство содержит смонтированные на рельсовом транспортном средстве баки под смазку и модификатор трения, полости которых соединены трубопроводами через запорные клапаны с форсунками, блок управления, связанный с клапанами, систему принудительной подачи смазки к форсункам, в виде источника сжатого воздуха, которая снабжена регуляторами давления сжатого воздуха, установленных в баках. Регуляторы давления сжатого воздуха соединены с блоком управления регуляторов давления, который связан с блоком определения скорости движения транспортного средства для оптимального автоматического регулирования количества смазки, подаваемого к форсункам.
Недостатком указанного устройства является то, что устройство предназначено для нанесения смазки в автоматическом режиме в зависимости от скорости, при этом блок управления оперирует оптимальной подачей смазки в зависимости от скорости без учета месторасположения участков для нанесения смазки, а также подвижного состава. Устройство не позволяет в автоматическом режиме подавать смазку в зависимости от направления кривых смазывания, прямолинейных участков, в т.ч. стрелочных переводов. Кроме того, не контролируется влияние на консистенцию смазочного материала, например температура окружающей среды, отсутствует контроль за работой форсуночных узлов.
Известен способ и система управления устройством для нанесения мазки на рельсы (РФ, патент №2309075, МПК B21K 3/02, от 26.04.2006 г., опубл. 27.10.2007 г.).
Система управления устройством для нанесения смазки на рельсы содержит радиомаяк для излучения сигналов, радиопеленгатор для приема радиосигналов с электронным блоком управления и датчиком скорости подвижного состава. Подвижной состав оборудован в начале и конце по ходу его движения радиомаяком и радиопеленгатором для измерения угла отклонения радиосигнала между векторами скоростей начала и конца подвижного состава, вычисления в электронном блоке управления радиуса кривизны рельсовой колеи и подачи с помощью электронного блока управления команды на устройство для нанесения смазки на смазывание рельс и дозировку смазки в зависимости от радиуса кривизны рельсовой колеи и скорости подвижного состава.
Недостатком данной системы управления устройством для подачи смазки является то, что смазка наносится на рельсы с запаздыванием т.к. устройство для нанесения смазки должно находиться в конце состава и невозможно управление им в случае изменения направления движения состава без разворота или требует установки двух устройств для нанесения смазки, расположенных в начале и конце состава. Не учитывается возможность нанесения смазки на кривых больших радиусов малой длины и прямолинейных участках (стрелочных переводах). Кроме того, система управления не может быть использована на одиночных технологических локомотивах-рельсосмазывателях, т.к. критичность работы системы зависит от длины состава. Также возможна ошибка при нанесении смазки при чередовании кривых различного направления - «лево»-«право» из за ошибки включения при изменении формы кривизны.
Известен способ управления нанесением смазки устройством для смазывания железнодорожных рельсов (DE, п. №19632958, МПК B21K 3/02, от 29.01.1998 г).
В указанном устройстве устройство для нанесения смазки установлено на подвижном составе и управление им осуществляется в зависимости от радиосигнала, получаемого с радиопередающего устройства, установленного на спутниковой системе навигации и принимаемого приемником сигналов, установленным на подвижном составе. По радиосигналу спутниковой навигационной системы устанавливают координаты положения соответствующей единицы подвижного состава, сравнивают координаты положения с позиционными данными, содержащимися в памяти и при совпадении координат дают команду на электронный блок управления о начале и окончании смазки рельс.
Недостатком указанного технического решения является то, что система управления подачи смазки не предусматривает учета задержки в работе силового оборудования устройства для нанесения смазки, т.е. смазка наносится на рельсы с запаздыванием относительно требуемого места нанесения и начало кривых останется несмазанным.
Технической задачей предлагаемых изобретений, решаемой авторами, является увеличение ресурса колес и рельсов подвижного состава за счет снижения интенсивности износа гребней колес и боковой поверхности головки рельсов путем совершенствования устройства для нанесения смазки и системы управления им.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для нанесения смазки на рельсы подвижного состава, содержащем смонтированные на рельсовом транспортном средстве заправочный и расходные баки, связанные с центральной воздушной магистралью транспортного средства, устройство регулирования подачи смазки, связанное через систему трубопроводов и запорные клапаны с форсунками для нанесения смазки и с системой управления устройством, согласно изобретению заправочный бак снабжен устройством для перемешивания смазки, оба бака содержат датчики уровня смазки, температуры, электронагревательные элементы и взаимодействуют с терморегулятором, связанным с системой трубопроводов, в которых установлены датчики давления и расхода и электронагревательные элементы, воздушная магистраль связана с устройством подготовки воздуха, снабженного датчиком давления и содержит клапаны для подачи сжатого воздуха к каждой форсунке, причем устройство регулирования подачи смазки взаимодействует с терморегулятором и перечисленными выше датчиками в баках, системе трубопроводов и воздушной магистрали и связано обратной связью через блок управления автоматикой с блоком обработки данных системы управления, а в подвагонном пространстве установлен внешний датчик температуры, связанный с блоком обработки данных, кроме того, устройство снабжено системой телевизионного контроля с выводом видеоизображения процесса нанесения смазки на дисплей оператора, подключенный к видеорегистратору.
Установка в заправочном баке устройства для перемешивания смазки обеспечивает однородную консистенцию смазочного материала.
Наличие в обоих баках датчиков уровня позволяет следить за расходом и количеством смазочного материала в баках.
Наличие датчиков температуры позволяет отслеживать температуру смазочного материала, которая изменяется в зависимости от температуры окружающей среды.
Установка в баках электронагревательных элементов позволяет в случае необходимости подогревать смазочный материал.
Связь обоих баков с терморегулятором, который, в свою очередь, связан с системой трубопроводов для подачи смазки к каждой форсунке, позволяет за счет управления электронагревательными элементами поддерживать оптимальную температуру смазочного материала как в баках, так и в трубопроводах в зависимости от показаний температурных датчиков.
Установка в трубопроводах для подачи смазки к каждой форсунке датчиков давления и расхода позволяет в зависимости от их показаний осуществлять посредством обратной связи с блоком обработки данных системы управления, осуществлять контроль подачи смазки. Установка электронагревательных элементов позволяет при низкой температуре окружающей среды подогреть находящийся в них смазочный материал до необходимых для работы консистенции и температуры.
Установка в воздушной магистрали устройства для подготовки воздуха позволяет очистить воздух, поступающий из центральной магистрали, и регулировать давление воздуха в зависимости от показаний датчика во вторичной магистрали. Установка клапанов для подачи сжатого воздуха к каждой форсунке позволяет осуществлять их продувку от остатков смазки в автоматическом режиме в зависимости от показаний датчика давления «заперта» и расхода «отсутствует», а также по достижении технологической зоны продувки, записанной в модуль памяти блока обработки данных системы управления.
Связь устройства регулирования подачи смазки с терморегулятором и датчиками, установленными в баках, системе трубопроводов и воздушной магистрали и обратной связью через блок управления автоматикой с блоком обработки данных системы управления позволяет отслеживать и регулировать работу устройства в зависимости от показаний вышеперечисленных датчиков, т.е. регулировать температуру смазочного материала, его количество, давление воздуха в магистрали, необходимость продувки форсунок.
Установка в подвагонном пространстве внешнего датчика температуры позволяет отслеживать температуру окружающей среды, а связь с блоком обработки данных системы управления позволяет системе управления посредством взаимодействия через блок управления автоматики с устройством регулирования подачи смазки произвести подготовку смазочного материала до необходимых параметров.
Наличие системы телевизионного контроля с выводом видеоизображения процесса нанесения смазки на дисплей оператора, подключенного к видеорегистратору, позволяет осуществлять контроль работы устройства во время технологических контрольных поездок.
В системе управления устройством для нанесения смазки на рельсы подвижного состава, содержащей блок питания, устройство для приема сигналов со спутниковой навигационной системы, установленное на подвижном составе, устройство, предварительной обработки сигналов, связанное с устройством для приема сигналов и системой питания, согласно изобретению блок питания системы содержит модуль защиты от помех бортовой сети, устройство для приема сигналов установлено вдоль оси расположения форсунок устройства для нанесения смазки, устройство предварительной обработки сигналов снабжено модулем передачи данных и связано интерфейсным каналом с блоком обработки данных, содержащим модуль энергонезависимой памяти, при этом блок обработки данных связан обратной связью с блоком управления автоматикой, взаимодействующим с устройством регулирования подачей смазки, связанным с датчиками давления смазки и воздуха, уровня смазки в баках, температурными датчиками, взаимодействующим с запорными клапанами форсунок, а блок обработки данных взаимодействует с панелью контроля, пультом управления и контроля и с дистанционным пультом управления.
Наличие модуля защиты в блоке питания системы управления позволяет осуществить защиту системы питания от импульсных помех и паразитных напряжений и токов, присутствующих в бортовой сети подвижного состава.
Расположение устройства для приема сигналов со спутниковой навигационной системы вдоль оси расположения форсунок устройства для нанесения смазки, позволяет с максимальной точностью определить месторасположение устройства для нанесения смазки.
Наличие в устройстве для предварительной обработки данных, полученных с приемного устройства, модуля для передачи данных, позволяет передать через интерфейсный канал сигнал на блок обработки данных, который рассчитывает из полученных данных истинные координаты положения устройства для нанесения смазки с учетом задержек выдачи координат, а также скорость движения состава и ее динамику (уменьшение или увеличение скорости), вектор направления движения.
Наличие блока энергонезависимой памяти в блоке обработки данных позволяет накапливает информацию по участку для нанесения смазки, а именно начало и конец зоны нанесения смазки, радиус кривой, вектор направления движения, ширину зоны захвата (в случае расхождения путей), сведения о требующейся технологической операции (смазка, продувка, заправка и т.д.). Таким образом, блок обработки данных накапливает информацию по предыдущим данным, что позволяет точно рассчитать истинное положение устройства для нанесения смазки и скорость движения, прогнозировать с высокой степенью точности его месторасположение через определенный интервал времени и, следовательно, рассчитать момент управляющих сигналов на устройство регулирования подачи смазки.
Наличие обратной связи блока для обработки данных с устройством регулирования подачи смазки, взаимодействующего с датчиками давления смазки и воздуха, уровня смазки в баках, температурными датчиками и силовым оборудованием, взаимодействующим с запорными клапанами форсунок, позволяет осуществлять управление работой устройства в зависимости от скорости движения и консистенции смазочного материала, а также корректирующих коэффициентов регулирования подачи, внесенных в блок обработки данных.
Наличие панели контроля и ее связь с блоком обработки данных позволяет информировать оператора о работе устройства для нанесения смазки и системы управления, а именно информировать о нормальном режиме работы, о требуемом обслуживании или об аварийном режиме. Возможна установка нескольких панелей контроля. Панель устанавливается в удобном для оператора месте (в тамбуре прицепного вагона, кабине локомотива и т.д.). Возможна установка нескольких панелей контроля.
Наличие пульта управления и контроля, который устанавливается в месте расположения устройства для нанесения смазки и связан цифровым интерфейсом с блоком обработки данных, позволяет осуществлять регламентные работы по обслуживанию устройства для нанесения смазки.
Наличие дистанционного пульта управления, связанного кабельным соединением с блоком обработки данных, позволяет проводить регламентные работы по очистке и проверке функционирования форсунок в непосредственного их расположения (в подвагонном пространстве).
В результате проведенных патентных исследований не выявлено аналогичных технических решений, характеризуемых заявляемой совокупностью признаков, что позволяет сделать вывод, что заявляемые технические решения обладают «новизной» и «изобретательским уровнем», могут найти применение в промышленности, т.е. являются «промышленно применимыми».
Сущность изобретений поясняется чертежами, где на фиг.1 - структурная схема устройства для нанесения смазки на рельсы; на фиг.2 - структурная схема системы управления устройством для нанесения смазки.
Устройство для нанесения смазки на рельсы подвижного состава содержит установленные на рельсовом транспортном средстве (на фиг. не показано) заправочный бак 1 с устройством для перемешивания смазочного материала 2, расходный бак 3, в заправочном баке 1 и расходном 3 установлены датчики уровня 4, температуры 5, электронагревательные элементы 6. Баки 1 и 3 связаны с центральной воздушной магистралью 7, имеющей устройство для подготовки воздуха 8 с датчиком давления 9, вторичную воздушную магистраль 10. Устройство содержит терморегулятор 11, устройство регулировки подачи смазочного материала 12, с датчиком давления 13, систему трубопроводов 14, 15, оборудованных электронагревательными элементами 6. В трубопроводах 14 и 15 установлены, соответственно, клапаны подачи смазки 16, 17, форсунки 18, 19, датчики давления 20,21, датчики расхода 22, 23. В воздушной магистрали 7 в непосредственной близости от форсунок 18 и 19 установлены, соответственно, клапаны 24, 25 для подачи сжатого воздуха к форсункам 18, 19 для их продувки. В подвагонном пространстве установлен внешний (наружный) датчик температуры 26.
Устройство содержит систему телевизионного контроля с камерами 27, 28 с, подключенными к видеорегистратору 29, подключенному к нему дисплею 30.
Система для управления устройством для нанесения смазки на рельсы подвижного состава содержит систему питания 31, модуль защиты 32 системы питания 31 от бортовой сети 33, устройство для приема сигналов со спутниковой навигационной системы 34, устройство для предварительной обработки сигналов 35 с модулем передачи данных, блок обработки данных 36, с модулем энергонезависимой памяти, блок управления автоматикой 37, панель контроля 38, пульт управления и контроля 39, дистанционный пульт управления 40.
Работа устройства для нанесения смазки на рельсы подвижного состава и управление его работой осуществляется следующим образом.
Посредством системы управления осуществляются следующие функции: подготовка смазочного материала, расчет мест нанесения и обеспечение технологического процесса смазки в автоматическом режиме, контроль и управление устройством для нанесения смазки во время нанесения смазки и во время выполнения технологических регламентов проверки и облуживания оборудования.
Перед началом работы устройства для нанесения смазки блок обработки данных 36 системы управления в реальном масштабе времени отслеживают уровни смазочного материала в заправочном баке 1 и расходном баке 3 и в зависимости от показаний датчиков уровня 4 посредством блока управления автоматикой 37, производится заправка расходного бака из заправочного.
В зависимости от показаний внешнего датчика температуры 26 осуществляется выработка управляющих воздействий для терморегулятора 11, который связан с электронагревательными элементами 6 в обоих баках и трубопроводах 14 и 15, осуществляется нагрев смазочного материала и включается устройство для перемешивания 2 смазочного материала, т.е. в зависимости от типа смазочного материала и температуры окружающей среды формируется соответствующий температурный режим и консистенция смазочного материала.
Устройство для предварительной обработки данных 35, принимающее через устройство 34 сигналы со спутниковой навигационной системы, осуществляет предварительную обработку данных. Предварительно обработанные данные посредством цифрового интерфейса передаются в блок обработки данных 36. В блоке обработки данных 36 рассчитываются истинные координаты положения устройства для нанесения смазки (с учетом задержки выдачи координат), скорость движения подвижного состава и ее динамику (уменьшение или увеличение), вектор направления движения.
Учитывая, что подвижной состав не может мгновенно изменить направление движения, в том числе на максимальной скорости, блок обработки данных 36 накапливает информацию по предыдущим данным, что позволяет точно рассчитать мгновенное (истинное) положение устройства для нанесения смазки и скорость движения и позволяет прогнозировать с высокой степенью вероятности местоположение через определенный интервал времени. Блок обработки данных 36 содержит в своем составе модуль энергонезависимой памяти, в который заранее заносится информация по участку для нанесения смазки: начало и конец зоны нанесения смазки, радиус кривой, направление движения, ширину зоны захвата (в случае расхождения путей), сведения о требующейся технологической операции (смазка, продувка, заправка и т.д.).
При приближении устройства для нанесения смазки к участку подачи смазки, блок обработки данных 36, учитывая истинные собственные координаты местоположения, задержку подачи смазки включения автоматики через блок управления автоматикой 37 и времени срабатывания форсунок 18 и 19, производит подачу управляющего воздействия на блок управления автоматикой 37 с некоторым упреждением. Упреждение рассчитывается с использованием математической модели движения на основе тригонометрических функций.
Управление подачей смазочного материала осуществляется воздействием управляющих сигналов с блока обработки данных 36 на блок управления автоматикой 37 посылкой сигнала на открытие клапанов подачи 16, 17 соответствующей форсунки 18, 19.
Используя вектор направления движения подвижного состава и параметры из предварительно созданной базы данных в модуле энергонезависимой памяти блока обработки данных 36, в автоматическом режиме определяется направление движения состава, что позволяет правильно формировать выдачу управляющих воздействий на блок управления автоматикой 37. В зависимости от скорости движения подвижного состава блок обработки данных 36 посредством блока управления автоматикой 37 осуществляет подачу управляющих воздействий на устройство регулирования подачи смазочного материала 12. На заданных скоростях движения, а также в случае остановки подвижного состава в зонах смазки блоком обработки данных 36 посредством блока управления автоматикой 37 путем закрытия клапанов подачи 16, 17 подача смазочного материала к форсункам 17 и 18 прекращается.
Для контроля работы форсунок 18 и 19 датчик давления 9 отслеживает работу устройства подготовки воздуха 8 и в соответствии с его показаниями и свойствами смазочного материала блок обработки данных 36 посредством блока управления автоматикой 37 подает управляющие сигналы на регулятор давления (на чертеже не показан) устройства подготовки воздуха 8 для вторичной воздушной магистрали 10. В зависимости от показания датчика 9 блок обработки данных 36 выдает на пульт управления и контроля 39 следующую информацию:
- «давление норма»;
- «давление пониженное»;
- «давление отсутствует».
Контроль работы устройства регулирования подачи смазочного материала 12 в зависимости от разности показаний датчиков 13, 20 и 21 осуществляется за счет блока обработки данных 36, связанного с датчиками посредством блока управления автоматикой 37, и в зависимости от разности показаний датчиков 13, 20 и 21 на пульт контроля и управления контроля 39 выдается следующая информация:
- форсунка (левая/правая) нормальная работа;
- форсунка (левая/правая) заперта;
- форсунка (левая/правая) сорвана.
В случае определения информации сигнала «форсунка (левая/правая) заперта» блоком обработки данных 36 посредством блока управления автоматикой 37 производится посылка сигнала закрытия форсунок 18 или 19, открытие клапанов 24, 25 для подачи сжатого воздуха к форсункам 18, 19 для их продувки.
В случае определения информации сигнала «форсунка (левая/правая) сорвана» блоком обработки данных 36 посредством блока управления автоматикой 37 производится посылка сигнала закрытия форсунок 18 или 19 и на панель контроля 38 выдается информация об аварийном режиме.
Сведения о расходе смазочного материала по показаниям датчиков расхода 22 и 23 также поступают через блок управления автоматикой 37 в блок обработки данных 36 и в зависимости данных от расхода в блок обработки данных 36 через блок управления автоматикой 37 осуществляет выработку сигналов для устройства регулирования подачи смазочного материала 12 для осуществления необходимой подачи смазочного материала на форсуночные узлы 18 или 19.
В случае отсутствия расхода смазочного материала (по показаниям датчиков расхода 22 и 23) при нормальных показаниях датчиков давления 13, 20, 21 (форсунка (левая/правая) нормальная работа) блок обработки данных 36 через блок управления автоматикой 37 осуществляет выработку управляющих воздействий на клапаны 24 и 25 на подачу сжатого воздуха из воздушной магистрали 7 для продувки форсунок 18 и 19. Для продувки форсунок 18 и 19 автоматически отключаются, соответственно, клапаны 16, 17 для подачи смазочного материала и открываются соответствующие клапаны 24 и 25. Продувка так же осуществляется в автоматическом режиме от остатков смазки перед длительными стоянками в соответствии с технологической зоной продувки, заранее записанной в модуль энергонезависимой памяти блока обработки данных 36.
Оперативная информация о работе устройства для подачи смазочного материала, о необходимости отключения его от бортовой сети представляется на панели контроля 38. В системе управления их может быть установлено несколько панелей контроля 38 (для установки в локомотив, содержащий две кабины)
При проведении регламентных работ по обслуживанию оборудования введены два пульта управления: пульт управления и контроля 39 и дистанционный пульт управления 40, которые связаны с блоком обработки данных 36. Пульт управления и контроля 39 содержит переключатель режима работы (автоматический или ручной). В автоматическом режиме блок обработки данных осуществляет управление и контроль технологическим оборудованием по навигационным координатам по вышеописанному алгоритму. В ручном режиме - непосредственно с пульта управления посредством оператора.
Таким образом, заявляемое устройство для нанесения смазки на рельсы подвижного состава и система управления им позволяют добиться увеличения ресурса колес и рельсов подвижного состава за счет снижения интенсивности износа гребней колес и боковой поверхности головки рельсов путем совершенствования устройства для нанесения смазки и системы управления им.