СИСТЕМА КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ВАГОННЫХ БУКС
SYSTEM TO CONTROL CONDITIONS OF RAILROAD CAR AXLE BOXES

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в железнодорожном транспорте при переоборудовании высокоскоростных пассажирских вагонов новейшей датчиковой аппаратурой.
В настоящее время блоки контроля состояния вагонных букс располагаются на электрическом щите в служебном помещении вагона. Они являются составной частью измерительной системы контроля вагонных букс, которая включает в себя также датчики температуры, устанавливаемые в стандартное гнездо буксы (датчики типа 005 или 015).
Известен блок контроля перегрева букс типа БКПБ 056 (ВКГ ОКП 31.8411) - аналог. К блоку по двухпроводной линии электропитания подключено 10 автономных датчиков, по два датчика на каждую вагонную ось (8 букс) и два датчика на буксы приводов вагонных генераторов. Блок предназначен для сигнализации о разогреве корпуса буксы до опасных пределов в результате неисправности роликового подшипника, а также неисправностей в электрических цепях датчиков и изменения их сопротивления. Термодатчики работают на основе термочувствительного элемента - позистора типа СТ14-1Б.ОЖО 468.130 ТУ или СТ14-2А-105.ОЖО 468.165 ТУ.
Выводом термодатчика 005 является двухпроводный кабель РПШ, выводом термодатчика 015 - кабель КРПСТУ с дополнительным стальным тросом, закрепляемым в корпусе термодатчика, что увеличивает прочность заделки вывода термодатчика в корпусе
[см., например, http://tump.dnpp.dep.mos.ru/company/katalog/3542/54.html].
Недостатком аналога является сигнальный режим работы, что делает невозможным диагностирование ранних признаков неисправности букс.
Ближайшим аналогом является "Устройство контроля нагрева букс", МЛ 520/521 [см., например, - http://microlog.km.ua/?ct=detail&prod=25&parent=69].
Конструктивно устройство состоит из последовательно соединенных (до 8 шт.) датчиков нагрева букс (ДНЕ) мод. МЛ 110, которые устанавливаются непосредственно на буксах вагонных тележек, и прибора контроля и сигнализации (ПКС) мод. МЛ 520, который устанавливается в приборном отделении вагона. ПКС подключается к существующей системе электроснабжения вагона и элементам контроля и управления на передней панели электрошкафа.
Датчики обеспечивают непрерывный контроль температуры путем изменения электрического сопротивления чувствительного элемента. Конструктивно датчики состоят из двух частей: чувствительного элемента с кабелем, который заканчивается наконечником под винт, и крепежной гайки с уплотнением. Такая конструкция датчика позволяет упростить замену тележек, т.к. не требуется отсоединения датчиков от клеммной коробки.
Устройство обеспечивает контроль изменения суммарного сопротивления последовательно подключенных к входу ПКС датчиков температуры, причем прибор вырабатывает непрерывный сигнал управления звуковой и световой сигнализацией "перегрев" при увеличении сопротивления одного из датчиков до порогового значения и снимает его после устранения причины и кратковременного отключения питания.
Недостатками ближайшего аналога являются:
- невозможность точной идентификации неисправной буксы из-за последовательного соединения в цепь всех датчиков;
- ограниченные функциональные возможности и невозможность диагностирования ранних признаков неисправности буксы, в том числе нарастающих значений виброперегрузок.
Задача, решаемая заявляемой системой контроля, состоит в повышении эффективности и расширении функциональных возможностей путем дискретного во времени поочередного дополнительного контроля как температуры, так и виброперегрузки в буксовом узле с обеспечением режима текущего диагностирования без изменения конструкции узла крепления датчиков и двухпроводной линии их питания.
Технический результат достигается тем, что система контроля состояния вагонных букс, включающая комплект первичных датчиков, установленных в стандартном узле крепления буксы, двухпроводную линию электропитания каждого датчика, вагонный блок контроля и сигнализации, дополнительно использует режим дискретных поочередных измерений температуры и виброперегрузки двухпараметрического датчика по одной двухпроводной линии путем одновременной переполюсовки питания всех датчиков, а также режим диагностирования путем программной обработки сигналов в функциональных трактах измерений температуры и виброперегрузки и программного включения трехцветной светодиодной сигнализации за счет создания токовой измерительной цепи каждого датчика и введения в состав системы блока переполюсовки питания, аналого-цифрового преобразователя, включенного на выходе измерительной цепи каждого датчика, буферного запоминающего устройства данных текущих измерений сигналов в измерительных цепях, подключенного на вход контроллера, выход которого подключен на вход блока сигнализации.
Изобретение поясняется чертежами, где
фиг.1 - функциональная схема системы контроля;
фиг.2 - общий вид места установки двухпараметрического датчика в стандартном узле буксы;
фиг.3 - вид сигнала в токовой измерительной цепи датчика;
фиг.4 - номограмма диагностируемых состояний букс;
фиг.5 - вид панели блока сигнализации на трехцветных светодиодах.
Функциональная схема системы контроля состояния вагонных букс (фиг.1) содержит комплект первичных двухпараметрических датчиков 1, двухпроводную линию электропитания 2 каждого датчика, образующую токовую измерительную цепь 3 контролируемого параметра с нагрузочным сопротивлением каждой цепи 4 и параллельным подключением к нагрузочному сопротивлению 4 в каждом канале аналого-цифрового преобразователя 5. Темп дискретных измерений температуры или виброперегрузки с выхода двухпараметрического датчика 1 задает блок переполюсовки питания 6, программно управляемый контроллером 7, подключенным к блоку 8 (буферное запоминающее устройство сбора, обработки, хранения и протоколирования информации технического состояния вагонов).
Сигналы измерений контролируемых параметров в цифровом виде записывают в буферное запоминающее устройство блока 8, откуда они считываются контроллером 7 для программной обработки и диагностирования. Результат программной обработки сигнала передается в блок индикации 9. Контроллер 7 обеспечивает возможность передачи диагностируемых параметров через радиомодем 10. Питание элементов системы осуществляется от блока 11.
В системе использованы двухпараметрические датчики (типа КВТ-1), которые устанавливаются в стандартное гнездо вагонной буксы 12 путем ввинчивания, как это иллюстрируется фотоснимком фиг.2.
На фиг.5 воспроизведена мнемосхема блока индикации 9, на передней панели которого расположены гнезда 13 трехцветной сигнализации светодиодов (зеленого, желтого, красного) каждой буксы. Светодиоды включаются параллельно звуковому сигналу 14 и кнопки 15 проверки и принудительного отключения звуковой сигнализации. Цвета светодиодов: зеленый - норма, желтый - предаварийное состояние, красный - авария. Выключенный светодиод означает неисправность канала измерений. Проверку всех светодиодов перед началом движения состава проводят нажатием кнопки "Проверка".
Динамика взаимодействия элементов системы контроля состоит в следующем. Двухпроводное электропитание системы каждого вагона осуществляется от локомотивной аккумуляторной батареи +24 В, включаемой контроллером крана машиниста после стыковки с вагонным составом. В исходном состоянии при неподвижном составе осуществляется запитка датчиков измерения температуры. Выходной интерфейс датчиков - токовая петля в шкале 4-20 Ма, величина сопротивления нагрузки канала измерений - 470 Ом. Вид сигнала в измерительной шкале датчика иллюстрируется графиком фиг.3. На передней панели блока индикации 9 имеются средства первичной сигнализации: светодиод включенной цепи питания зеленого цвета ("Состояние"). При нажатии на кнопку "Проверка" все трехцветные светодиоды горят желтым цветом, а общий светодиод "Состояние" горит красным цветом. При достижении определенной скорости состава (поступлении метки от скоростемера в контроллер) осуществляется программное включение режима измерения вибрации путем программной переполюсовки (блок 6) питания одновременно всех датчиков. После записи массива измерений на интервале ≈20 секунд в буферное запоминающее устройство (блок 8), система программно переводится в режим мониторинга температуры. Контроллер 7 осуществляет обработку записанных данных с выдачей результатов диагностирования на блок индикации 9.
При диагностировании используют простейший алгоритм обработки - вычисление математического ожидания сигнала измеряемого параметра на дискретном интервале измерения и сравнения его с пороговой величиной. Пороговая величина предварительно вводится в ячейку памяти. По результатам опытных испытаний системы на вагонах установлены следующие пороговые значения параметров, которые иллюстрированы графиками фиг.4:
виброперегрузка: ≤50g (зеленый), ≤70g (желтый), ≥70g (красный);
температура: ≤60°С (зеленый), ≤80°С (желтый), ≥80°С (красный).
В случаях аварийных значений отслеживаемых параметров блок индикации оповещает проводника вагона сигналом светодиода и звуковым прерывистым сигналом. Звуковой сигнал отключается клавишей "Звук" на передней панели блока индикации.
Имеется возможность после завершения рейса бригадиру поезда переписать накопленную информацию из запоминающего устройства на внешний носитель для передачи в централизованную базу данных подвижного состава железнодорожного узла приписки.
Все элементы системы выполнены на существующей элементной базе:
- двухпараметрические датчики КВТ-01 разработки ООО "НПФ Виброн";
- модуль АЦП - Е14-440 фирмы L-Card;
- контроллер - UNO-2182 фирмы Advantech;
- светодиоды - L-819SRSGW-CC;
- блок переполюсовки питания на электронных ключах типа ADG419;
- буферное запоминающее устройство типа 34MT20I 2.5" IDE Flash Disk 3072 Мб с IDE-интерфейсом, Memtech АТ2520;
Поскольку тепловые процессы более инерционны, чем вибрационные, то использование режима измерений "виброперегрузка" обеспечивает большую чувствительность, чем известные аналоги. Эффективность системы контроля обеспечивается также непрерывным текущим диагностированием в процессе движения и возможности обнаружения скрытых дефектов букс на ранней стадии разрушения подшипников путем последующей обработки массивов записанной информации в централизованных базах.