Способ диагностики и контроля тормозной сети поезда
METHOD OF DIAGNOSIS AND MONITORING OF BRAKE NETWORK OF A TRAIN

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к технологии диагностики тормозной сети поезда по изменению давления в главных резервуарах локомотива, и может использоваться на локомотивах всех марок и серий, осуществляющих тягу пассажирских и грузовых поездов.
Известно устройство и способ контроля плотности тормозной магистрали поезда [1], содержащее кран машиниста с контроллером, установленным между тормозной и питательной магистралями, блок измерения плотности тормозной магистрали, один из входов которой соединен с переключателем осей поезда, блок сигнализации, блок управления тягой и тормозами, временной селектор с регулируемой установкой, аналоговый ключ и логический элемент «И». Блок измерения плотности тормозной магистрали выполнен в виде датчика расхода воздуха, на который воздействует подвижная перегородка повторителя.
Недостатками устройства являются сложность конструктивного увязывания устройства с краном машиниста, наличие сложных дорогостоящих датчиков расхода воздуха, отсутствие визуального контроля за состоянием тормозной магистрали.
Известно устройство и способ контроля плотности тормозной магистрали поезда [2], содержащее датчик давления в тормозной магистрали выходом соединенный с управляющим входом ключевого элемента, имеющего реле, выводами обмотки которого образован упомянутый управляющий вход, генератор импульсов, соединенный одним выходом с информационным входом ключевого элемента, информационный выход которого соединен с входом счетчика импульсов, соединенного с индикатором, задатчик давления в тормозной магистрали и исполнительный блок.
В устройстве после достижения минимальной величины давления включается компрессор, прекращается отсчет импульсов, запускается делитель, который выполняет операцию деления задаваемой пневматической характеристики на число отсчитанных импульсов, и полученный результат в виде числа вагонов выдается на индикатор. Эта информация используется для вычисления исправности тормозной сети поезда и используется при формировании поезда на стоянке.
Однако эта информация недостоверна в условиях эксплуатации при движении поезда, т.к. исходные данные берутся по паспорту вагона, а в реальных условиях утечки на каждом вагоне индивидуальны и существенно отличаются друг от друга (один вагон имеет нулевые утечки, а другой максимальные, граничащие с неисправностью, угрожающей безопасности движения). Кроме того, результат, выраженный в количестве вагонов, не несет информации о месте повреждения поезда.
Другой недостаток заключается в том, что устройство работает кратковременно лишь в момент включения компрессора и не позволяет судить о работе компрессора. Время индикации измеряется так быстро (1-2 с), что машинист может и не заметить показания индикатора, и в случае перекрытия концевых кранов при создавшейся аварийной ситуации машинист для подтверждения информации будет ждать следующего цикла индикации до 5 мин, а за это время поезд может стать неуправляемым.
Известно «Устройства для контроля и испытания тормозных систем; сигнальные устройства» [3].
Недостатком данного устройства и способа реализации является высокая сложность конструкции из-за большого количества элементов, и как следствие низкая надежность в целом; условность аварийного сигнала, не дающая конкретной величины отклонения параметра плотности от нормального значения при неисправности тормозной магистрали; затрудненное применения устройства в эксплуатации поездов из-за ложных срабатываний аварийного сигнала при использовании свистка, тифона, песочниц, вспомогательного тормоза локомотива и т.д.
Известно «Устройство контроля плотности тормозной магистрали УКПТМ» [4].
Недостатком данного устройства и способа реализации является большая продолжительность времени замера, отсутствие учета кратковременных утечек из тормозной и питательной магистрали, отсутствие диагностики тормозной сети поезда.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является «Способ интеллектуальной диагностики тормозной сети поезда и устройство для его реализации» [5].
Недостатком данного способа является узкий спектр диагностических возможностей и низкая точность выявления заявленных неисправностей тормозной сети поезда.
Целью изобретения является повышение безопасности движения поездов за счет сокращения времени определения неисправности тормозной сети поезда и повышение точности диагностики тормозной сети поезда.
Цель достигается тем, что неисправности, такие как перекрытие кранов, возникновение ледяных пробок, возникновение утечек разного характера и обрывов тормозной магистрали, причины самопроизвольных срабатываний тормозов в поезде определяются путем диагностирования по параметру плотности тормозной сети поезда и характеру изменения давления в главных резервуарах локомотива с помощью, предложенной в данном способе методики дифференциации причин расхода сжатого воздуха из главных резервуаров локомотива.
Способ диагностики и контроля тормозной сети поезда, заключающийся в том, что во время работы локомотива с поездом осуществляется слежение за параметром плотности тормозной сети поезда на предмет ее отклонения от нормы, вычисляемой индивидуально для каждого поезда и выявление причин отклонения плотности на основании изменения давления в тормозных цилиндрах, тормозной магистрали, главных резервуарах локомотива, отличающийся тем, что вычисление, идентификация и оценка всех газодинамических процессов происходит на основе анализа изменения кривой снижения давления в главных резервуарах локомотива по характеру изменения ускорения расхода сжатого воздуха.
На фиг. 1 показаны зависимости изменения давления в главных резервуарах локомотива от времени в период основного стационарного и основного нестационарного процесса.
На фиг. 2 показаны зависимости изменения давления в главных резервуарах локомотива от времени в период параллельного стационарного процесса.
На фиг. 3 показаны зависимости изменения давления в главных резервуарах локомотива от времени в период параллельного нестационарного процесса.
На фиг. 4 показаны зависимости изменения давления в главных резервуарах локомотива от времени в период частного случая стационарного процесса.
нi
i
Приняты следующие обозначения: Р - давление; t - время; Δt - время снижения давления i-го уровня; Δt - изменение времени i-го уровня;
Способ диагностики и контроля тормозной сети поезда осуществляется на основании предложенной методики дифференциации газодинамических процессов.
i
i
Методика дифференциации газодинамических процессов предусматривает разбиение всего периода снижения давления в главном резервуаре на строго заданные уровни давления, с интервалом относительно друг от друга на величину ΔР. Каждому строго заданному уровню соответствует определенное значение давления P. Основным параметром, определяющим характер газодинамических процессов, является время изменения давления между строго заданными уровнями Δt.
i
i
i+1
i
Для дифференцирования по характеру газодинамических процессов необходимо производить сравнительный математический анализ временного параметра Δt уровней давления ΔP=P-P.
нi
Сравнительный анализ требует формирования постоянного основного базиса для нормальных условий работы тормозной системы, состоящего из набора Δt для каждого уровня давления, при которых характер протекания газодинамического процесса является основным стационарным.
нi
Δt - это время снижения давления i-го уровня при условии того, что в тормозной системе протекает только основной стационарный процесс. Дифференциация пневматических процессов основывается на сравнительном анализе базисных и текущих значений времени.
Все процессы по динамическим параметрам разделены на шесть основных видов: основной стационарный процесс, основной нестационарный процесс, параллельный стационарный процесс, параллельный нестационарный процесс, перекрытие концевых кранов и нарушение целостности тормозной магистрали.
Основной стационарный процесс (далее - ОСП) характеризует постоянное снижение давления в главном резервуаре под воздействием естественных утечек через все неплотности исправной тормозной системы. ОСП устанавливается после заполнения сжатым воздухом всех тормозных приборов и резервуаров до зарядного давления и характеризуется постоянной величиной расхода воздуха необходимого для поддержания в тормозной магистрали постоянного давления, несмотря на естественные утечки исправной тормозной системы. Кривая изменения давления в данном случае описывается экспоненциальным законом, вид которого не изменяется во всех периодах, разграниченных включениями компрессора для поддержания давления в установленных пределах от 0,9 до 0,75 МПа. ОСП изображен на фиг. 1.
i
Условия ОСП представлены выражениями (1-2). P - это величина приращения давления на строго заданном уровне при осуществлении численного дифференцирования:
i
i+1
где ΔP=P-P=const;
Т=const, i∈(0;+∞)
Основной нестационарный процесс (далее - ОНП) характеризует снижение давления в главном резервуаре вследствие расхода воздуха на заполнение истощенных тормозных приборов и запасных резервуаров, а также компенсации естественных утечек через все неплотности исправной тормозной системы. ОНП протекает после торможения и во время откачки поезда, так как происходит заполнение сжатым воздухом всех приборов и запасных резервуаров до зарядного давления. Данный процесс характеризуется постоянно снижающимся расходом воздуха, имеет переменный характер, стремящийся к установлению ОСП.
Условия ОНП представлены выражением (3):
i
где ΔP=P-Pi+1=const;
Т=const, i∈(0;+∞).
Параллельный стационарный процесс характеризует наложение постоянного снижения давления в главном резервуаре под воздействием естественных утечек через все неплотности исправной тормозной системы и постоянных утечек, возникших вследствие неисправности питательной магистрали локомотива. Параллельный стационарный процесс устанавливается в случае возникновения утечки, связанной с неисправностью пневматического оборудования локомотива.
Условия параллельного стационарного процесса описаны в виде (4):
где Т=const, i∈(0;+∞).
Кривая изменения давления в данном случае описывается экспоненциальным законом, вид которого не изменяется во всех периодах, разграниченных включениями компрессора, однако отличается от ОСП большей скоростью снижения давления, увеличенной вследствие неисправности тормозной системы. Параллельный стационарный процесс представлен на фиг. 2.
Параллельный нестационарный процесс характеризует наложение постоянного снижения давления в главном резервуаре под воздействием естественных утечек через все неплотности исправной тормозной системы и расхода воздуха, связанного с нормальной работой пневматического оборудования локомотива. Параллельный нестационарный процесс протекает во время работы пневматического оборудования локомотива, такого как свисток, тифон, подача песка, реверсоры, главный выключатель, токоприемник и т.д. Данный процесс характеризуется кратковременным повышением расхода воздуха из главных резервуаров с последующим восстановлением ОСП или ОНП. Параллельный нестационарный процесс изменения давления в главном резервуаре локомотива изображен на фиг. 3.
Условия параллельного нестационарного процесса описаны следующими выражениями (5):
где Т=const, i∈(0;+∞).
В эксплуатации, есть вероятность возникновения ледяной пробки, перекрытия концевых кранов, либо иного нарушения проходимости тормозной магистрали, при этом скорость снижения давления в главных резервуарах локомотива становится меньше в несколько раз. Данный случай при ОСП можно охарактеризовать как частный.
Изменение ОСП, вызванного перекрытием тормозной магистрали, изображено на фиг. 4.
Условия частного случая ОСП описываются следующим образом (6):
где Т=const, i∈(0;+∞).
В результате применения способа диагностики и контроля тормозной сети поезда существенно повышается безопасность движения, повышается точность диагностики и контроля, а также сокращается время обнаружения неисправностей тормозной сети.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №432024 кл. В60Т 17\22, 1974.
2. Авторское свидетельство СССР №432024 кл. В60Т 17\22, 1970.
3. Шитов В.А., Шевяков А.В., Морозов С.В. «устройства для контроля и испытания тормозных систем; сигнальные устройства», патент РФ №В60Т 17/22
4. Венцевич Л.Е. Локомотивные устройства обеспечения безопасности движения поездов и расшифровка информационных данных их работы: учебник. - [2-е стер. Изд.]. - М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2013. - 328 с.
5. Пат. 2662295 Российская Федерация, МПК В60Т 17/22. Способ интеллектуальной диагностики тормозной сети поезда и устройство для его реализации [Текст] / Н.И. Мануилов, П.Ю. Иванов, Е.Ю. Дульский; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. ун-т путей сообщения. - №2016137211; заявл. 16.09.2016; опубл. 25.07.2018, Бюл. №21. - 2 с.