Устройство для дистанционной идентификации колесной пары рельсового транспорта

Предлагаемая полезная модель относится к средствам дистанционного контроля применительно к подвижному составу железнодорожного транспорта и может быть использована в составе системы для определения диспетчерскими службами дистанционного местонахождения каждой колесной пары на всем протяжении ее эксплуатации.
Известны устройства дистанционной идентификации подвижного состава рельсового транспорта, среди которых:
многофункциональная система навигации, связи, сигнализации и контроля систем безопасности транспортного средства для контролируемых перевозок пассажиров и грузов (патент RU на полезную модель № 102444), которая содержит подсистему навигации, связи и контроля состояния транспортного средства, выполненную с возможностью обмена информации по радиоканалу и/или каналу спутниковой связи с центральным и/или региональным ситуационными центрами, подсистему связи стандарта DECT с функциями персонального аварийного устройства, подсистему контроля положения персонала внутри транспортного средства, подсистему централизованного контроля и управления привязки совокупности устройств к транспортному средству, подсистему обмена короткими сообщениями внутри транспортных средств, подсистему контроля состояния транспортного средства при длительной стоянке, устройство видеозаписи и хранения видеоинформации;
устройство автоматической идентификации бортового номера и местонахождения железнодорожного вагона (патент RU на полезную модель № 127026), которое содержит блок регистратора, в состав которого входят процессор архитектуры ARM, GSM-модем, GPS-приемник и FLASH-память, подключенные к блоку питания, при этом GSM-модем подключен к внешней антенне GSM и к процессору архитектуры ARM, GPS-приемник подключен к внешней антенне ГЛОНАСС/GPS и к процессору архитектуры ARM, FLASH-память подключена к процессору ARM. Процессор ARM выполнен с возможностью формировать информационный сигнал, содержащий номер вагона и географическое место нахождения вагона, а также с возможностью задания времени передачи информационного сигнала;
устройство автоматической идентификации бортового номера железнодорожного вагона (патент RU на изобретение № 2494904), которое содержит блок регистратора, в состав которого входят процессор архитектуры ARM, GSM-модем, GPS-приемник и FLASH-память, подключенные к блоку питания. GSM-модем подключен к внешней антенне GSM и к процессору архитектуры ARM. GPS-приемник подключен к внешней антенне ГЛОНАСС/GPS и к процессору архитектуры ARM. FLASH-память подключена к процессору ARM. Процессор ARM формирует сигнал, содержащий номер вагона и географическое место нахождения вагона, а также задает время передачи сигнала. Процессор дополнительно содержит технологический пульт, содержащий цифровой индикатор и контроллер управления;
автоматический идентификатор номера вагона (патент RU на изобретение № 2508216), который содержит навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS, энергонезависимые часы реального времени, модем GSM/GPRS с двумя SIM-картами, контроллер, энергонезависимую память, узел запуска контроллера, модуль питания и автономный источник электропитания. К контроллеру подключены навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS, энергонезависимые часы реального времени, модем GSM/GPRS, узел запуска контроллера и энергонезависимая память. Модуль питания от бортовой электрической сети и автономный источник электропитания подключены независимо друг от друга ко всем энергопотребляющим элементам идентификатора.
К общим недостаткам приведенных выше известных технических решений следует отнести:
отсутствие возможности дистанционной идентификации колесной пары во время ее нахождения вне вагона, например, во время ремонта, профилактики или хранения, особенно после того, когда с колесной пары сняты буксовые узлы;
конструкция и габаритные размеры описанных выше технических средств не позволяют разместить их на торцевой поверхности оси колесной пары;
данные технические решения ориентированы для установки внутри вагона с использованием для их питания бортового электропитания вагона, включающего аккумуляторную батарею большой емкости.
Известно устройство того же назначения что и заявляемая полезная модель (патент RU на изобретение № 2472130), включающее электронный блок, оборудованный преобразователями, способными получать и подавать сигналы, относящиеся к вибрации или вращению, средство крепления узла дистанционного контроля. Вращающаяся часть является торцевой крышкой оси колесной пары железнодорожного вагона. Электронный блок, служащий устройством дистанционного контроля, расположен снаружи торцевой крышки или в выемке на стороне торцевой крышки, обращенной к концу оси.
К недостаткам устройства следует отнести:
отсутствие навигационного приемника в составе известного устройства, что не позволяет обеспечить дистанционную идентификацию колесной пары с привязкой к географическим координатам ее местонахождения;
размещение известного технического устройства на смотровой крышке буксового узла не позволяет обеспечить дистанционную идентификацию колесной пары после демонтажа с нее буксовых узлов;
установка данного устройства на колесную пару требует доработки штатных элементов конструкции буксового узла.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков аналогом заявляемой полезной модели является устройство того же назначения, что и заявляемая полезная модель (патент RU на № 2524806), включающее навигационный идентификатор, в который входят навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS, модем GSM/GPRS, основной микроконтроллер. В состав микроконтроллера входят часы реального времени, дополнительный микроконтроллер, энергонезависимая память, модуль питания от бортовой электрической сети и автономный источник электропитания. К основному микроконтроллеру подключены дополнительный микроконтроллер, навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS, модем GSM/GPRS и энергонезависимая память. Модуль питания от бортовой электрической сети и автономный источник электропитания подключены независимо друг от друга к основному и дополнительному микроконтроллеру, навигационному приемнику ГЛОНАСС/GPS и модему GSM/GPRS. Также устройство содержит антенную систему ГЛОНАСС/GPS+GSM.
К недостаткам наиболее близкого аналога следует отнести:
1. отсутствие возможности дистанционной идентификации колесной пары во время ее нахождения вне вагона, особенно когда с нее сняты буксовые узлы;
2. конструкция и габаритные размеры устройства не позволяют разместить данное устройство на торце оси колесной пары в пространстве под штатной крышкой буксового узла.
3. защитный корпус устройства полностью выполнен из материала, значительно ухудшающего условия радиосвязи.
4. наличие только канала дальней радиосвязи (GSM/GPRS) и отсутствие канала ближней радиосвязи исключает возможность оптимизации качества приема/передачи информации, а также оптимизации затрат на использование различных средств связи путем автоматического переключения с канала ближней радиосвязи при нахождении колесной пары в составе вагона на канал дальней радиосвязи при нахождении колесной пары вне вагона.
Задача, на решение которой направлено предложенное устройство, состоит в повышении эффективности железнодорожных перевозок в условиях гибкого формирования железнодорожного состава за счет возможности непрерывного дистанционного контроля местонахождения колесной пары на всем протяжении ее эксплуатации как в составе вагона, так и вне вагона.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в устройство для дистанционной идентификации колесной пары рельсового транспорта, в состав которого входит: микроконтроллер, навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS и модем дальней радиосвязи GSMGPRS, размещенные на печатной плате и соединенные между собой информационными портами, автономный источник питания, подключенный своими выводами к одноименным входам питания микроконтроллера, навигационного приемника ГЛОНАСС/GPS, модема дальней радиосвязи GSMGPRS, корпус, внутри которого размещены все перечисленные выше узлы устройства, согласно заявляемой полезной модели, в него введены: модем ближней радиосвязи, размещенный на печатной плате и соединенный своими информационными портами с микроконтроллером, а входами питания - с одноименными выводами автономного источника питания; держатель в виде металлического диска с расположенными радиально по линии его окружности крепежными резьбовыми втулками и имеющего отверстия, позволяющие закрепить его с помощью штатных болтов буксового узла на торце оси колесной пары соосно оси ее вращения; устройство выполнено с возможностью его размещения в пространстве между торцом оси колесной пары и внутренней стенкой смотровой крышки буксового узла; корпус устройства содержит: первый металлический диск, имеющий центральное и периферийные отверстия; несущий винт, стержень которого через центральное отверстие в первом металлическом диске закреплен на нем с помощью первой стопорной гайки; втулку, насаженную на несущий винт поверх первой стопорной гайки до упора в нее; подшипник, насаженный своим внутренним кольцом на стержень несущего винта поверх втулки до упора в нее; вторую стопорную гайку, насаженную по резьбе на стержень несущего винта до положения, при котором все насаженные на несущий винт элементы жестко зафиксированы между собой; второй металлический диск, насаженный через свое центральное отверстие на внешнее кольцо подшипника и закрепленный на нем параллельно и соосно первому металлическому диску без возможности вращения вокруг оси колесной пары; защитный кожух из радиопрозрачного материала в форме стакана, обращенного своей полостью в сторону первого металлического диска и имеющего по краю своей боковой стенки отбортовку с отверстиями, через которые он с помощью элементов крепления прикреплен к первому металлическому диску, при этом печатная плата с установленными на ней: микроконтроллером; навигационным приемником ГЛОНАСС/GPS; модемом дальней радиосвязи GSMGPRS; модемом ближней радиосвязи закреплена на торце второго металлического диска, обращенном в сторону внутренней стенки смотровой крышки буксового узла, а автономный источник питания расположен в пространстве между первым и вторым металлическими дисками; крепление корпуса устройства в собранном виде к оси колесной пары обеспечивается с помощью элементов крепления через периферийные отверстия защитного кожуха и совпадающие с ними периферийные отверстия первого металлического диска к крепежным резьбовым втулкам держателя, предварительно закрепленного на торце оси колесной пары.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в обеспечении возможности дистанционной идентификации колесной пары с привязкой к географическим координатам ее местонахождения как в составе вагона, так и вне вагона, особенно, когда с колесной пары сняты буксовые узлы.
Причинно-следственная связь между техническим результатом и дополнительно введенными в устройство существенными признаками заключается в следующем:
именно описанная в заявляемой формуле компоновка составных частей предлагаемого устройства, а также особенности конструкции его корпуса позволили расположить предлагаемое устройство на торце оси колесной пары в пространстве под крышкой буксового узла. Кроме того, ведение в конструкцию устройства держателя, в том виде, в котором он описан в заявляемой формуле, позволило закрепить корпус устройства к торцу оси колесной пары с использованием штатных элементов крепления буксового узла без доработки как оси колесной пары, так и ее составных частей. Именно возможность крепления предлагаемого устройства на ось колесной пары как в полностью собранном рабочем состоянии, так и в разобранном состоянии, с демонтированными с нее буксовыми узлами, дает возможность осуществлять идентификацию колесной пары, как в составе вагона, так и вне его. Именно введение в состав устройства модема ближней радиосвязи позволяет оптимизировать контроль перемещения колесной пары как в составе вагона, так и вне его, в том числе оптимизировать затраты на использование различных каналов связи.
Таким образом, исключение любого из вновь введенных существенных признаков не позволит достичь указанного выше технического результата.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, не позволил обнаружить на дату подачи заявки средства того же назначения, совокупность существенных признаков которого полностью идентична совокупности существенных признаков заявляемой полезной модели. Из этого сделан вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию НОВИЗНА.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, приведенными на фигурах: фиг. 1 - фиг. 8.
Фиг. 1 - фронтальный вид на устройство в собранном виде.
Фиг. 2 - вид сверху на устройство в собранном виде.
Фиг. 3 - вид в изометрии на устройство в собранном виде.
Фиг. 4 - вид на устройство в разрезе вдоль оси колесной пары.
Фиг. 5 - вид на устройство в более крупном масштабе.
Фиг. 6 - вид на устройство в сечении А-А, указанном на фиг. 4 и фиг. 6.
Фиг. 7 - вид на устройство в сечении Б-Б, указанном на фиг. 4 и фиг. 6.
Позициями на чертежах обозначены:
1 – микроконтроллер;
2 - навигационный приемник ГЛОНАСС/GPS;
3 - модем дальней радиосвязи GSM;
4 - модем ближней радиосвязи;
5 - печатная плата;
6 - автономный источник питания;
7 - держатель;
8 - корпус, обозначенный на чертежах фиг. 4 - фиг. 7 позициями следующих входящих в него узлов: первого металлического диска – поз. 9; несущего винта - поз .10; первой стопорной гайки – поз. 11; втулки – поз. 12; подшипника - поз 13; второй стопорной гайки – поз. 14; второго металлического диска - поз.15; защитного кожуха – поз. 16;
17 - элементы крепления печатной платы 5 ко второму диску 15;
18 - элементы крепления защитного кожуха 16 к первому диску 9;
19 - элементы крепления корпуса 8 к держателю 7;
20 - ось колесной пары (в устройство не входит);
21 - буксовый узел (в устройство не входит);
22 - смотровая крышка буксового узла (в устройство не входит);
23 - корончатая гайка буксового узла (в устройство не входит);
24 - стопорная планка буксового узла (в устройство не входит);
25 - болты крепления стопорной планки 24 к оси колесной пары 20 (в устройство не входят).
Устройство для дистанционной идентификации колесной пары рельсового транспорта содержит:
микроконтроллер 1, навигационный приемник 2, модем дальней радиосвязи 3, модем ближней радиосвязи 4, расположенные на печатной плате 5 и соединенные между собой информационными портами; автономный источник питания 6, соединенный своими выводами через клеммы на печатной плате 5 (на чертежах не показаны) с выводами питания: микроконтроллера 1, навигационного приемника 2, модема дальней радиосвязи 3, модема ближней радиосвязи 4; держатель 7 в форме металлического диска с закрепленными на нем радиально по линии окружности крепежными резьбовыми втулками и имеющего отверстия для крепления с помощью штатных болтов буксового узла на торце оси колесной пары соосно оси ее вращения; корпус 8, обозначенный на чертежах (фиг. 4 - фиг 7) позициями следующих входящих в него узлов: первого металлического диска 9, имеющего центральное и периферийные отверстия; несущего винта 10, стержень которого через центральное отверстие в первом металлическом диске 9 закреплен на нем с помощью первой стопорной гайки 11; втулки 12, насаженной на несущий винт 10 поверх первой стопорной гайки 11 до упора в нее; подшипника 13, насаженного внутренним кольцом на стержень несущего винта 10 поверх втулки 12 до упора в нее; второй стопорной гайки 14, насаженной по резьбе на стержень несущего винта 10 до положения, при котором все насаженные на несущий винт 10 элементы жестко зафиксированы между собой; второго металлического диска 15, насаженного через свое центральное отверстие на внешнее кольцо подшипника 13 и закрепленного на нем параллельно и соосно первому металлическому диску 9 без возможности вращения вокруг оси колесной пары; защитного кожуха 16 из радиопрозрачного материала в форме стакана, обращенного своей полостью в сторону первого металлического диска 9 и имеющего по краю своей боковой стенки отбортовку с отверстиями для крепления к первому металлическому диску 9. При этом печатная плата 5 с установленными на ней: микроконтроллером 1; навигационным приемником 2; модемом дальней радиосвязи 3; модемом ближней радиосвязи 4 закреплена на торце второго металлического диска 15, который обращен в сторону внутренней стенки смотровой крышки буксового узла, а автономный источник питания 6 расположен в пространстве между первым 9 и вторым 15 металлическими дисками. Крепление защитного кожуха 16 к первому металлическому диску 9 обеспечивается элементами крепления 18, а крепление корпуса 8 в собранном виде к оси колесной пары обеспечивается через периферийные отверстия защитного кожуха 16 и совпадающие с ними периферийные отверстия первого металлического диска 9 элементами крепления 19 к крепежным резьбовым втулкам держателя 7, предварительно закрепленного на торце оси колесной пары.
Назначение составных частей устройства.
Микроконтроллер 1 хранит в своей памяти идентификационные (уникальные) данные колесной пары, на которой он установлен, а также данные о ее местонахождении во время ее перемещения, полученные от навигационного приемника 2. Микроконтроллер 1 управляет работой навигационного приемника 2, модема дальней радиосвязи 3 и модема ближней радиосвязи 4. Навигационный приемник 2 обеспечивает через спутниковый (ГЛОНАС/GPS) канал связи считывание географических координат местонахождения колесной пары, на которой он установлен. Модем дальней радиосвязи 3 предназначен для организации двухстороннего GSM-канала связи между микроконтроллером 1, установленным на колесной паре и диспетчерским пунктом (на чертежах не показан), который оснащен соответствующими стандартными техническими средствами для приема и преобразования в удобную для использования форму идентификационных данных, полученных от микроконтроллера 1.
Модем ближней радиосвязи 4 предназначен для организации канала связи между микроконтроллером 1, установленным на колесной паре и бортовым контроллером (на чертежах не показан), установленным внутри вагона, в составе которого эксплуатируется данная колесная пара. Автономный источник питания 6 обеспечивает электрической энергией все электронные узлы устройства и может быть реализован либо в виде накопителя энергии (ионисторы, батареи, аккумуляторы), либо в виде сочетания: накопителя энергии и генератора подзарядки накопителя энергии. На фиг. 5 и фиг. 7 показан автономный источник питания 6, состоящий только из набора накопителей энергии. Для размещения в корпусе устройства генератора подзарядки (на чертежах не показан) его составные части должны быть расположены как на первом металлическом диске 9, вращающимся во время движения вагона, так и на втором металлическом диске 15, неподвижном во время движения вагона.
Корпус 8 показан на чертежах (фиг. 1 - фиг. 3) позициями 8, а на чертежах (фиг. 4 - фиг. 7) показан позициями входящих в него узлов, а именно: первого металлического диска 9, несущего винта 10, первой стопорной гайки 11, втулки 12, подшипника 13, второй стопорной гайки 14, второго металлического диска 15, защитного кожуха 16, элементов крепления 18 защитного кожуха 16 к первому металлическому диску 9, и предназначен для защиты от внешних воздействий размещенных внутри него узлов, таких как: печатной платы 5, закрепленной на плоской части второго металлического диска 15; микроконтроллера 1; навигационного приемника 2; модема дальней радиосвязи 3; модема ближней радиосвязи 4; автономного источника 6. Держатель 7 предназначен для крепления корпуса 8 в собранном виде к торцу оси колесной пары. Для этого держатель 7 имеет в своей плоской части отверстия, позволяющие в процессе сборки буксового узла закрепить его поверх стопорной планки 24 штатными болтами 25 (фиг. 4 и фиг. 5). Для крепления к держателю 7 корпуса 8 предназначены резьбовые втулки, расположенные радиально по периметру плоскости диска держателя 7. Для крепления корпуса 7 к держателю 8 используются элементы крепления 19 (фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6).
Таким образом, конструктивное исполнение устройства обеспечивает:
Во-первых, крепление предлагаемого устройства к торцу оси колесной пары, в пространстве под штатной крышкой буксового узла без нарушения функций, выполняемых элементами конструкции буксового узла в процессе его эксплуатации;
Во-вторых, крепление устройства к оси колесной пары после демонтажа с нее буксовых узлов с использованием штатных резьбовых отверстий в оси колесной пары и элементов конструкции, входящих в комплект поставки предлагаемого устройства:
В-третьих, возможность функционирования устройства при перемещении колесной пары, как в составе вагона, так и вне его.
Подготовка к работе.
Перед началом работы устройства в память микроконтроллера 1 должны быть загружены идентификационные данные колесной пары, на которую будет установлено данное устройство, а также должны быть инициализированы микроконтроллер 1, навигационный приемник 2, модем дальней радиосвязи 3, модем ближней радиосвязи 4.
Должен быть подготовлен к работе автономный источник питания 6.
После проверки получения с помощью навигационного приемника 2 текущих координат местонахождения устройства, проверки передачи данных по каналу дальней связи между диспетчерским пунктом и микроконтроллером 1, проверки передачи данных по каналу ближней радиосвязи между микроконтроллером 1 бортовым контроллером, установленным на данный вагон, можно устанавливать устройство на колесную пару.
Описание работы устройства.
В устройстве предусмотрено два режима работы:
1. «Борт».
2. «Земля»
В режиме «Борт» устройство имеет два под-режима: «Активный» и «Пассивный». Под-режим «Активный» используется при отсутствии в вагоне бортового контроллера. В под-режиме «Активный» посредством навигационного приемника 2 осуществляется периодическое измерение навигационных параметров колесной пары и сохранение их в энергонезависимой памяти микроконтроллера 1. Кроме этого периодически посредством канала дальней связи 3 осуществляется передача идентификационных данных колесной пары в диспетчерский пункт. Указанные выше: интервал времени между измерениями координат, а также интервал времени между передачей данных в пункт диспетчера, программируются при подготовке устройства к работе.
Под-режим «Пассивный» используется при наличии в вагоне бортового контроллера. В данном случае отпадает необходимость измерения навигационных параметров колесной пары, а также необходимость передавать идентификационные данные колесной пары непосредственно в пункт диспетчера, так как это дублирует работу уже имеющихся в вагоне технических средств. Микроконтроллер 1 по каналу ближней связи передает бортовому контроллеру только идентификационные данные колесной пары, а полный пакет данных о колесной паре передается в диспетчерский пункт бортовым контроллером, установленным на данном вагоне. В режиме «Борт» при наличии в составе устройства генератора подзарядки осуществляется восполнение энергии, потребленной электронными узлами устройства.
Режим «Земля» включается автоматически после извлечения колесной пары из под вагона. Режим «Земля» имеет два под-режима: «Маяк» и «Запрос». В под-режиме «Маяк» передача идентификационных данных колесной пары в пункт диспетчера осуществляется через заданные при настройке интервалы времени. В под-режиме «Запрос» идентификационные данные колесной пары передаются в пункт диспетчера только по запросу диспетчера. Это позволяет экономить энергию, запасенную в накопителе энергии во время подзарядки, осуществляемой либо стационарно, либо во время движения колесной пары в составе вагона.
Описанные выше режимы работы устройства, его состав и конструктивные особенности обеспечивают дистанционную идентификацию колесной пары как в составе вагона, так и вне его, даже если с колесной пары сняты буксовые узлы.
Вышеизложенные сведения показывают, что при использовании заявляемой полезной модели выполнена следующая совокупность условий:
средство, воплощающее заявляемую полезную модель при ее осуществлении, предназначено для использования в системах дистанционного контроля местонахождения и технического состояния подвижного состава железнодорожного транспорта;
средство, воплощающее заявляемую полезную модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение технического результата, а именно: дистанционная идентификация колесной пары с привязкой к географическим координатам ее местонахождения как в составе вагона, так и вне вагона, особенно, когда с колесной пары сняты буксовые узлы.
Для заявляемого устройства, в том виде, в котором оно охарактеризовано в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью средств, описанных в заявке, следовательно, заявляемая полезная модель соответствует критерию ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ.