СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ВАГОНОВ ПОЕЗДА
SYSTEM FOR MEASURING AND RECORDING TRAIN CAR PARAMETRES

Изобретение относится к технике железнодорожного транспорта, в частности к технике оперативного автоматизированного определения параметров вагонов поезда (масса вагона, нагрузки на оси и колеса, качество их поверхностей качения, число осей и другие параметры вагонов и поезда) в процессе его движения.
Известна система для определения массы вагона в статике (см. www.metra.ru/catalogue_carriage_pr.html).
Система содержит грузоприемное устройство колесной тележки вагона (далее грузоприемное устройство колесной пары вагона), установленное через тензодатчики типа «Колонна» (далее преобразователи сила-сигнал) на массивное основание, весоизмерительный прибор (далее блок измерения) и автоматизированное рабочее место (АРМ). Грузоприемное устройство колесной пары вагона (ГПУ) выполнено на основе жесткой металлической рамы, снабженной рельсами, которые сопряжены с железнодорожным путем. Преобразователи сила-сигнал подключены к блоку измерения, который в свою очередь подключен к автоматизированному рабочему месту. АРМ выполнено на основе ЭВМ в типовой комплектации (процессорный блок, устройства ввода-вывода, линии связи и т.д.) и снабжено специализированной программой, обеспечивающей определение массы вагона.
При всех преимуществах эта система не предназначена для работы при движении вагона.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату является система взвешивания вагонов в движении без их расцепки (см. патент RU 2082112 С1 "Вагонные весы ШИС", G01G 19/04, 20.06.1997 г.). Принципиально конструкция этой системы не отличается от предыдущей, т.к. она содержит те же элементы (сопряженное с железнодорожным путем ГПУ, установленное через преобразователи сила-сигнал на основание; блок измерения и АРМ на основе ЭВМ, снабженное специализированной программой), которые и соединены аналогично. Эта система принята за прототип.
При всех достоинствах этой системы она обладает известными ограниченными возможностями, т.е. обеспечивает лишь измерение в автоматизированном режиме скорости каждого вагона, его учетной массы (суммированием масс, измеренных по каждой тележке вагона), количества его осей, распознавание типа локомотива, типа вагона (по его осности) и не предназначена для оперативного автоматизированного определения других количественных и качественных характеристик поезда и каждого вагона, например нагрузки и качества поверхности качения каждого колеса, бортового номера вагона и его реквизитов и т.п.
Техническим результатом, на достижение которого направлено создание предлагаемой "Системы для измерения и регистрации параметров вагонов поезда", является расширение ее возможностей, в частности обеспечение оперативного автоматизированного определения в процессе движения поезда, например, следующих параметров:
для поезда (в поезде): начало вагонного состава, количество вагонов, количество колесных пар и колесных тележек, масса вагонного состава, условные номера вагонов и бортовые номера вагонов начиная с головы поезда;
для каждого вагона поезда (начиная с первого вагона поезда или с головной части вагона поезда соответственно): масса вагона, условный номер вагона, бортовой номер вагона, реквизиты вагона (например, груз, грузополучатель, владелец и т.п.), условные номера колесных пар, условные обозначения колес колесных пар («правое», «левое»), значение нагрузки колеса (для каждого колеса), значение нагрузки колесной пары вагона (для каждой колесной пары), качество поверхности качения колеса (например, для каждого колеса в условных единицах) и т.п.
Технический результат достигается тем, что в систему для измерения и регистрации параметров вагонов поезда в движении, содержащую грузоприемное устройство колесной пары вагона, преобразователи сила-сигнал, блок измерения и автоматизированное рабочее место, причем, преобразователи сила-сигнал подключены к блоку измерения, который соединен с автоматизированным рабочим местом, а грузоприемное устройство колесной пары вагона сопряжено с рельсовыми нитями железнодорожного пути и установлено через преобразователи сила-сигнал на массивное основание, дополнительно введены регистратор подвижной единицы поезда, считыватель бортового номера вагона и считыватель читаемой метки вагона, подключенные к автоматизированному рабочему месту, а грузоприемное устройство колесной пары вагона выполнено так, что его грузоприемные устройства колес изолированы от помех друг другу.
На чертеже представлена структурная схема системы. Подвижной состав (локомотив и вагоны) на чертеже условно не показан.
В систему входят следующие основные элементы: массивное основание 1, грузоприемное устройство колесной пары вагона (ГПУ) 2, включающее грузоприемное устройство левого колеса (ГПУ-Л) 3 и грузоприемное устройство правого колеса (ГПУ-П) 4 колесной пары вагона, преобразователи сила-сигнал (ПСС) 5, 6, 7, 8, блок измерения 9, автоматизированное рабочее место (АРМ) 10, регистратор подвижной единицы поезда (РПЕП) 11, считыватель бортового номера вагона 12 и считыватель читаемой метки вагона 13. Направление движения поезда обозначено стрелкой 14.
Грузоприемное устройство левого колеса (ГПУ-Л) 3 и грузоприемное устройство правого колеса (ГПУ-П) 4 грузоприемного устройства (ГПУ) 2 установлены на массивном основании 1 соответственно через преобразователи сила-сигнал 5 и 6, 7 и 8. Конструкция ГПУ 2 обеспечивает необходимую механическую изоляцию ГПУ-Л 3 и ГПУ-П 4 от взаимных механических помех, которые могут возникнуть в процессе работы. ГПУ-Л 3 и ГПУ-П 4 снабжены рельсами (на чертеже условно не показаны), которые сопрягаются с рельсами железнодорожного пути (на чертеже штрихпунктиром показаны их осевые линии). ПСС 5, 6, 7, 8 подключены к блоку измерения 9, который в свою очередь соединен с АРМ 10. РПЕП 11, считыватель номера вагона 12 и считыватель читаемой метки вагона 13 подключены к АРМ 10.
Сигнальный обмен РПЕП 11 (о наличии вагона в его поле зрения), считывателя номера вагона 12 (о бортовом номере вагона) и считывателя метки вагона 13 (об информации, записанной в читаемой метке вагона) со своими источниками информации каждого вагона условно показан соответствующими пунктирными стрелками. Читаемая метка не является обязательной принадлежностью вагона.
Система работает следующим образом.
Прием, регистрация и обработка всех сигналов и выполнение необходимых информационных процессов осуществляется системой в реальном времени с помощью АРМ 10, работающего по специализированной программе.
Измерение и регистрация параметров вагонов поезда при его движении в направлении стрелки 14 начинается после прохождения локомотивом ГПУ 2, которое фиксируется РПЕП 11, что позволяет минимизировать электрические помехи от силовых токов электродвигателей электровозов, которые могут нарушить работу ПСС 5, 6, 7, 8 и/или блока измерения 9.
Далее регистрируются срабатывания РПЕП 11 от каждого очередного вагона поезда, ведется по ним подсчет вагонов поезда, обеспечивается их условная нумерация и обрабатывается другая информация (см. ниже) для данного вагона с помощью АРМ 10. Регистрируются в АРМ 10, например, число вагонов и их условные номера в составе поезда.
В процессе качения каждого колеса колесной пары каждого вагона поезда по ГПУ-Л 3 и ГПУ-П 4 ГПУ 2 с помощью ПСС 5, 6, 7, 8, блока измерения 9 и АРМ 10 измеряется и регистрируется значение нагрузки колеса (соответственно левого и правого) как сумма измеренных значений сил соответственно ПСС 5, 6 и ПСС 7, 8, подсчитываются колесные пары вагона и поезда. Значение нагрузки колесной пары вагона вычисляется суммированием значений нагрузок колес этой колесной пары вагона. Масса вагона определяется суммированием значений нагрузок его колесных пар.
Точность измерения значения нагрузки колеса левого и значения нагрузки колеса правого обеспечивается, например, вычислением математических ожиданий последовательностей измерений этих величин в процессах качения соответствующих колес по ГПУ-Л 3 и ГПУ-П 4.
Анализом моментов приложения (или сброса) нагрузок на ГПУ-Л 3 и ГПУ-П 4 (соответственно при наезде или сходе колес с ГПУ-Л 3 и ГПУ-П 4) и с привлечением информации от РПЕП 11 обеспечивается подсчет колесных пар вагонов поезда и его колесных тележек, присваиваются им условные номера, в том числе для каждого вагона.
АРМ 10 регистрирует, например, количество колесных пар в поезде, количество колесных пар и колесных тележек, условные номера и условные обозначения колес (левое, правое) для каждого вагона, нагрузку колеса, нагрузку колесной пары и массу вагона.
Качество поверхности качения колеса колесной пары вагона (например, в условных единицах) определяется, например, путем анализа известными методами высокочастотных составляющих последовательности измерений значений нагрузок колеса в процессе его качения по ГПУ 2 (соответственно по ГПУ-Л 3 или ГПУ-П 4). Дефектное колесо отмечается информацией, например, условного номера вагона, условного номера колесной пары вагона, условного обозначения колеса и качества поверхности качения колеса (например, «Вагон 38, колесная пара 4 - правое, качество 8»).
Для обеспечения этого анализа длины ГПУ-Л 3 и ГПУ-П 4 выбираются, например, равными длине поверхности качения стандартного колеса наибольшего диаметра.
Взаимное силовое влияние нагрузок колес на ГПУ-Л 3, ГПУ-П 4 (взаимные помехи измерениям) устраняется выбором такой конструкции ГПУ 2, которая позволяет изолировать от них ГПУ-Л 3 и ГПУ-П 4 статически и динамически, например, использованием в конструкциях определенных кинематических пар, применением механических фильтров нижних частот и т.п. Не исключено применение и электрических методов устранения помех, например, путем сложения соответствующих противофазных сигналов.
Мгновенная скорость вагона определяется с помощью измерения времени качения колес колесной пары вагона по ГПУ-Л 3 и ГПУ-П 4 и их длине и/или с помощью измерения времени прохождения колес колесной тележки по ГПУ-Л 3 и ГПУ-П 4 (при известной базе колесной тележки). Осреднение результатов проведенных измерений позволяет повысить точность измерения мгновенной скорости поезда.
Аналогично определяется, например, база вагона (через значение мгновенной скорости вагона), и по ее значению, например, идентифицируется тип вагона.
Используя приведенные выше методики, определяются и регистрируются в АРМ 10 при необходимости и некоторые другие параметры вагонов и поезда.
Считыватель бортового номера вагона 12 читает бортовой номер вагона, который в АРМ 10 дополняет условный номер вагона.
Аналогично обрабатывается информация и от считывателя читаемой метки вагона 13, если вагон снабжен читаемой меткой вагона. Эта информация содержит реквизиты вагона (например, реквизиты собственника или арендатора, наименование груза, его масса и т.д.).
При практическом использовании предлагаемой системы может оказаться целесообразным введение в нее второго регистратора подвижной единицы поезда (обеспечивается пропускание поезда через систему в любом направлении) и второго считывателя читаемой метки вагона (обеспечивается чтение читаемой метка вагона, установленной с любой стороны вагона).
Таким образом, система определяет в автоматизированном режиме, например, следующие параметры:
для поезда (начиная с головы поезда): начало вагонного состава поезда, количество вагонов в поезде, количество колесных пар и колесных тележек в поезде, масса вагонного состава поезда, условные номера вагонов и бортовые номера вагонов;
для каждого вагона (соответственно начиная с первого вагона или с головной части вагона): масса вагона, условный номер вагона, бортовой номер вагона, реквизиты вагона, условные номера колесных пар, условные обозначения колес колесных пар ("правое", "левое"), значение нагрузки колеса (для каждого колеса), значение нагрузки колесной пары (для каждой колесной пары), качество поверхности качения колеса (например, для каждого колеса в условных единицах).
Эта информация доступна, например, практически сразу же после прохождения последнего вагона поезда через грузоприемное устройство колесной пары вагона 2. С помощью АРМ 10 она запоминается, высылается через каналы связи и распечатывается в виде бумажного документа.
Предлагаемую систему можно использовать для решения самых различных прикладных и научных задач, таких как, например, контроль работы сортировочной горки, контроль прохождения и доставки груза заказчику, контроль сохранности груза, контроль загрузки вагонов и контроль потерь груза при доставке, в том числе и для получения значимых статистических данных (например, за счет выдувания и вымывания сыпучих грузов, в том числе с привязкой к метеоусловиям, режимам движения поезда и т.д.); для значительного снижения трудоемкости, затрат времени и повышения качества всех работ по обслуживанию вагонов и поезда, в том числе повышения безопасности движения и качества диагностики колес вагонов и т.д. и т.п. Принципиально важное качество системы - исключение человеческого фактора при проведении всех работ.
Регистратор подвижной единицы поезда 11 может быть выполнен, например, на основе устройства по патенту РФ №6054 от 22.05.96 г. на полезную модель «Оптико-электронный дальномер».
В качестве считывателя бортового номера вагона 12 можно использовать, например, видеокамеру с необходимым программным обеспечением и оборудованием (см., например, «Комплекс автоматизированного учета вагонооборота КАУ-В. Каталог продукции 2008. Группа компаний «ТВЕМА», с.47, 48).
Считыватель читаемой метки вагона 13 реализуется, например, в технологии RFID (Radio Frequency IDentification - радиочастотная идентификация [с помощью радиочастотных читаемых меток]). Эта технология применяется на железнодорожном транспорте, например, для маркировки подвижной единицы поезда (см., например, сайт http://wireless.symmetron.ru/philips.products.shtml). С читаемых меток, например, движущегося вагона обеспечивается автоматическое дистанционное считывание записанной в них информации с помощью специального радиочастотного считывателя читаемой метки вагона. RFID метки дешевы, надежны, миниатюрны, как правило, не требуют источника электропитания и могут работать в очень тяжелых условиях эксплуатации (пример тому программируемые проездные многоразовые билеты в московском метрополитене, оснащенные аналогичными метками).
Проведя анализ уровня техники по научно-техническим и патентным источникам информации, заявитель не обнаружил аналог с признаками, тождественными (идентичными) признакам заявляемой "Системы для измерения и регистрации параметров вагонов поезда".
Анализу предшествовал поиск и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемой системы.
Определение из перечня аналогов наиболее близкого технического решения (прототипа) позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявляемой "Системе для измерения и регистрации параметров вагонов поезда", изложенных в ее формуле. Следовательно, заявляемая система соответствует критерию «новизна».
Для проверки соответствия заявляемой системы критерию «изобретательский уровень» заявителем проведен дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявляемой "Системы для измерения и регистрации параметров вагонов поезда". Результаты поиска показали, что заявляемая система не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, определенного заявителем. Следовательно, заявляемая система соответствует критерию «изобретательский уровень».
Критерий «промышленная применимость» подтверждается тем, что предлагаемая "Система для измерения и регистрации параметров вагонов поезда" может быть успешно и с большой эффективностью применена в России и СНГ.