СИСТЕМА ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ БУКС КОЛЕСНОЙ ПАРЫ

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для автоматизированного контроля технического состояния букс подвижного состава железнодорожного транспорта.
В настоящее время в связи с ростом скоростей движения рельсового транспорта с одной стороны и старением подвижного состава - с другой актуальной становится задача объективного контроля за техническим состоянием железнодорожного подвижного состава. Одними из наиболее нагруженных узлов железнодорожного вагона являются буксы колесных пар, требующие постоянного контроля. Проводимые периодические осмотры вагонов на станциях требуют значительных временных затрат, что существенно увеличивает время в пути. При этом при осмотрах присутствует элемент субъективизма, т.к. качество осмотра зависит от квалификации осмотрщика вагонов, количества обслуживаемого персонала и т.п. Для исключения элементов субъективизма необходим постоянный мониторинг за состоянием букс в течение всего времени их эксплуатации.
Известна методика визуального контроля сдвига буксы в наружную сторону путем выявления зазора между корпусом буксы и лабиринтным кольцом, осуществляемая тщательным обследованием каждой буксы состава (см. Амелина А.А. Устройство и ремонт вагонных букс с роликовыми подшипниками. - М.: Транспорт, 1975 г., стр.97). Данная методика не может быть использована для объективного и производительного контроля, т.к. требует большего количества квалифицированного персонала и проводится в статическом режиме.
Наиболее близким к заявляемому устройству (прототипом) является устройство, описанное в патенте на изобретение «Устройство для дистанционного контроля состояния буксы колесной пары» (см. патент РФ №2430848, кл. В61К 9/00, 2005 г.). Устройство включает пару оптических датчиков (дальномеров) на каждое колесо, соединенных с блоком обработки информации, при этом один из датчиков установлен на уровне буксы колеса, а другой - на уровне его боковой поверхности, причем оба оптических датчика одного колеса расположены с его внешней стороны на единой вертикальной опоре, которая установлена на демпфирующем основании. При движении колеса мимо устройства, датчик, установленный на уровне буксы колеса отслеживает текущую координату буксы, а датчик, установленный на уровне наружной поверхности колеса - отслеживает координату наружной поверхности. На основании полученных координат, блок обработки информации рассчитывает истинный размер колеса с буксой и, сравнивая полученный размер с эталонным значением, определяет величину сползания буксы.
Основным недостатком известного технического решения является низкая помехоустойчивость, приводящая к периодическим сбоям в работе. Это связано с наличием сильных промышленных электромагнитных помех, существующих на электрифицированных участках железной дороги. Поскольку информация с оптических датчиков, представляет собой электрические сигналы, то периодическое наложение на них сильных электромагнитных наводок, приводит к сильному искажению сигналов, что равнозначно потере информации о колесной паре. В результате этого вычислительное устройство (блок обработки информации) неправильно рассчитывает истинный размер колеса с буксой и, соответственно, определяет величину сползания буксы. Для пункта технического осмотра пропуск информации о любой колесной паре, требует дополнительного обследования нескольких вагонов или целого поезда, т.к. из-за частичного пропуска информации даже об одной колесной паре, не всегда понятно какая информация и о какой колесной паре и какого вагона потеряна.
Задачей настоящего технического решения является повышение помехоустойчивости устройства.
Указанная задача в системе диагностического контроля состояния буксы колесной пары, содержащей пару оптических датчиков на каждое колесо колесной пары, соединенных с локальным устройством обработки информации, при этом один из датчиков установлен на уровне буксы колеса, а другой - на уровне его боковой поверхности, решена тем, оптический датчик, установленный на уровне боковой поверхности колеса может быть установлен как с наружной, так и с внутренней части колеса, при этом каждый из оптических датчиков выполнен в виде автономного микропроцессорного модуля, соединенного с локальным устройством обработки информации, которое соединено с информационным центром железной дороги.
Указанное выполнение системы диагностического контроля позволяет существенно повысить ее помехозащищенность, поскольку каждый из датчиков обрабатывает полученный оптический сигнал до получения полного профиля колеса на своей высоте осмотра, а локальное устройство обработки информации в реальном времени сравнивает с эталонными значениями и выдает информацию о годности или негодности конкретной буксы колесной пары и передает информацию в виде готового «цифрового портрета» в вычислительный центр железной дороги в виде закодированной цифровой информации. Указанная информация, в случае каких-либо сбоев при передаче (порыве линии связи и т.п.) может быть легко востребована из памяти локального устройства обработки информации, где она определенное время хранится в памяти устройства.
Для обработки информации оптическим датчиком в реальном времени, каждый автономный микропроцессорный модуль выполнен в виде функционально законченного блока, состоящего из оптического датчика модуля, включающего лазер, оптический приемник и блок их управления, выход которого подключен к микропроцессорному устройству.
Для повышения виброустойчивости системы, каждый микропроцессорный модуль установлен на автономной виброустойчивой платформе или все микропроцессорные модули установлены на общей виброустойчивой платформе.
Для упрощения системы за счет уменьшения количества автономных модулей, внутренние оптические датчики, измеряющие внутренние поверхности обоих колес установлены в едином центральном автономном микропроцессорном модуле.
Таким образом, за счет ускоренной обработки информации каждым микропроцессорным модулем и передачи помехоустойчивых сигналов в цифровом виде в локальное устройство обработки информации, удается в реальном времени готовить и отправлять готовые «информационные образы» вагонов в сеть данных железной дороги, при этом сама передаваемая информация уже не подвержена искажению. Благодаря полноте передаваемой информации можно избежать сплошного диагностического контроля букс колесных пар состава в пунктах технического осмотра и сосредоточить все внимание только на тех вагонах, которые действительно нуждаются в срочном ремонте.
На фиг.1 представлен рисунок заявляемого устройства, поясняющий принцип контроля буксы колеса колесной пары, на котором оба оптических датчика расположены с внешней стороны колеса, а на фиг.2 - оба оптических датчика расположены по обе стороны колеса. Устройство включает: колесо 1 с буксой 2; рельс 3; оптический датчик буксы 4, расположенный на вертикальной опоре 5, установленной на виброустойчивой платформе 6; оптический датчик колеса 7, расположенный на вертикальной опоре 8, установленной на виброустойчивой платформе 9.
На фиг.3 приведена структурная схема заявляемого устройства, поясняющая принцип одновременного контроля обеих букс колес колесной пары с использованием единого центрального оптического датчика (в отличие от одиночного оптического датчика он одновременно формирует профили внутренних поверхностей обоих колес), установленного между колесами колесной пары. Устройство включает: оптические датчики букс колес 10а, 10б и центральный объединенный оптический датчик 11 внутренних поверхностей колес, которые установлены на виброустойчивой платформе 12; магнитную педаль 13; датчик прогиба рельса 14; сигнальные шины 15а-15д; внутреннюю общую шину 16; локальное вычислительное устройство 17 с шинами обмена данных 18 и 19; общую информационную шину 20 сети передачи данных железной дороги.
На фиг.4 приведена структурная схема центрального двухканального оптического датчика (боковые оптические датчики аналогичные, но одноканальные) - автономного микропроцессорного модуля, соединенного с локальным вычислительным устройством, содержащая автономный микропроцессорный модуль 21, включающий: оптический датчик модуля 22 с лазерами 23а и 23б и оптическими приемниками 24а и 24б (выполнены на основе оптического объектива, в фокусе которого установлен линейный фотоприемник); блок управления оптическими датчиками модуля 25; шину передачи данных 26; микропроцессорное устройство 27 с микропроцессором 28, устройством ввода-вывода 29 и памятью 30.
Устройство работает следующим образом. Перед началом работы производят юстировку оптических датчиков 4 и 7, т.е. производят точное определение их координат относительно друг друга. При движении колесной пары по рельсам 3 (см. фиг.1-2), она попадает в поле зрения оптических датчиков 4 и 7. Оптический датчик 7 при этом формирует текущую координату наружной (или внутренней) поверхности колеса 1, а оптический датчик 4 - текущую координату положения его буксы 2. Сигнал от оптического датчика 7 используется в качестве базового сигнала, необходимого для привязки начала координат оптического датчика 4, т.к. в этом случае наружная (или внутренняя) поверхность колеса 1 выбрана в качестве базовой поверхности для определения координат положения буксы.
Аналогичным образом работает устройство, представленное на фиг.3. Перед началом измерений текущих координат для каждого из колес колесной пары состава, из блока 17 по сигналу магнитной педали 13 поступает сигнал на включение оптических датчиков 10а, 10б и 11 (см. фиг.3). При этом одновременно с датчика прогиба рельса 14 в устройство 17 поступает цифровой сигнал, который учитывает влияние прогиба рельса на результат измерений оптических датчиков. Выходные сигналы с оптических датчиков 10а, 10б и 11, каждый из которых выполнен в виде микропроцессорного модуля 21 (см. фиг.4) представляют собой «цифровой» портрет сканируемой поверхности. В локальном устройстве обработки информации 17 (промышленном компьютере) на основе «цифровых» портретов сканируемых поверхностей формируется законченный профиль буксы 2. После сравнения указанного профиля с эталонным профилем буксы колеса, хранящимся в памяти устройства 17, устройство 17 определяет годность конкретной буксы к дальнейшему использованию. Готовый «цифровой» портрет вагона с конкретными пометками (срочный ремонт, возможно непродолжительное использование, не требует ремонта и т.п.) через сеть данных железной дороги передается в информационный центр, где принимается решение о ремонте или замене колесной пары вагона.
Опытная проверка заявляемого устройства подтвердила его помехоустойчивость в условиях электромагнитных полей, существующих на электрифицированных участках железной дороги. Устройство в процессе опытной проверки не допустило сбоев и пропусков информации, при этом эксплуатационная подтверждаемость показаний составила 98,3% при скоростях проследования составов через зону контроля от 10 до 60 км/ч.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет своевременно выявлять неисправные буксы непосредственно в процессе эксплуатации подвижного состава и тем самым снижать аварийность на железнодорожном транспорте, связанную с эксплуатацией неисправных букс.