УСТРОЙСТВО ПРИЕМКИ ТОРМОЗОВ ВАГОНА

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, преимущественно к системам диагностики тормозного оборудования грузовых и пассажирских вагонов и предназначена для испытания и приемки тормозов вагона, выходящего из ремонта.
Известно устройство испытания тормозного оборудования грузовых вагонов (Патент RU 68996 U1 В60Т 17/22, В60Т 13/26, В60Т 15/60, опубл. 10.12.2007), состоящее из двух самостоятельно функционирующих частей: передвижной установки и стационарного блока. В состав передвижной установки входят датчики давления, перемещения, силы, блок управления, электропневматический блок, устройство выпуска воздуха, регистрирующее устройство, плата питания, источник питания и индикатор. Стационарный блок включает в себя считывающее устройство, персональную ЭВМ и принтер. Датчики давления устанавливаются на воздушный резервуар, тормозную магистраль и на тормозной цилиндр вагона. Датчики перемещения устанавливаются на тормозной цилиндр и на авторегулятор тормозной системы вагона. Датчики силы устанавливается на тормозные башмаки каждой тележки вагона. Датчик давления и датчик перемещения, устанавливаемые на тормозном цилиндре, размещаются в одном корпусе, который крепится к контрольному отверстию в корпусе тормозного цилиндра. Устройство включает в себя канал радиосвязи, предназначенный для организации обмена данными между датчиками, пультом управления и контроллером. Устройство контролирует все параметры тормозной системы, силу нажатия тормозных колодок на всех режимах работы воздухораспределителя и действие авторегулятора.
Недостатком данного устройства является ограниченная функциональная возможность, так как конструкция устройства способна испытывать обычные тормоза грузового вагона, без раздельного торможения, и абсолютно не приспособлена к испытаниям тормозного оборудования пассажирских вагонов.
Известно устройство приемки автоматического тормоза грузового вагона (УПТВ-ГР) (Патент RU 97098 U1 В60Т 17/22, опубл. 27.08.2010), вход которого подключен к питательной сети, а выход - к тормозной магистрали вагона. Устройство содержит пневматический исполнительный блок, датчик давления питательной магистрали, установленный в питательную часть пневматического исполнительного блока, датчик давления тормозной магистрали, установленный на пневматическом исполнительном блоке, датчик давления тормозного цилиндра, установленный на тормозном цилиндре вагона, аккумуляторную батарею и функциональный блок. При этом все элементы конструкции устройства выполнены морозостойкими. Пневматический исполнительный блок содержит редуктор зарядного давления, вход которого соединен с фильтром очистки воздуха, а выход с электропневматическим реле питания.
Недостатком данного устройства также является ограниченная функциональная возможность. Конструкция устройства способна испытывать только обычные тормоза грузового вагона, без раздельного торможения, и абсолютно не приспособлена к испытаниям тормозного оборудования пассажирских вагонов.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является установка приемки тормоза вагона (УПТВ) (Тормозное оборудование грузовых и пассажирских вагонов: метод. Указания / К.М. Колясов, А.Н. Антропов - Екатеринбург: УрГУПС, 2016. - 46 [2] с, с. 6-12) (https://www.google.ru/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=14&ved=0a hUKEwiQ8oWvorXVAhXSbVAKHbnnAVc4ChAWCDkwAw&url=http%3A%2F%2Fbiblioserver.usurt.ru%2Fcgi-bin%2Firbis64r_13%2Fcgiirbis_64.exe %3FC21COM%3D2%26I21DBN%3DKN%26P21DBN%3DKN%26Z21ID%3D%26Image_file_name%3Dumm%255Cumm_7319.pdf%26IMAGE_FILE_DOWNLOAD%3D1&usg =AFQjCNELemobrKF3Pmjrc_sUwiY2hNafag).
Установка приемки тормоза вагона (УПТВ) применяется для испытания и приемки тормоза пассажирского вагона, выходящего из ремонта. Установка содержит функциональный блок, соединенный кабелем с источником постоянного тока (аккумуляторной батареей), исполнительный блок, подключенный к питательной магистрали и соединенный гибким трубопроводом с тормозной магистралью, редуктор зарядного давления, электропневматическое реле питания, электропневматическое реле торможения. Пневматический вход установки соединен с питательной магистралью, а пневматический выход с тормозной магистралью. Функциональный блок (контроллер) предназначен для выполнения операций контроля и управления в ручном и автоматическом режимах. Исполнительный пневматический блок предназначен для управления давлением сжатого воздуха в тормозной сети вагона. Функциональный блок соединен с датчиком давления питательной магистрали, с датчиком давления тормозной магистрали и с датчиком давления тормозного цилиндра. Вдоль трубопровода проложен электрический кабель, содержащий рабочий и контрольный провода.
Однако данная установка имеет следующие недостатки:
- ограниченная функциональная возможность, поскольку конструкция установки позволяет испытывать только колодочные тормоза пассажирских вагонов;
- установка не имеет возможности регистрировать параметры тока и напряжения в цепи электропневматического тормоза;
- недостаточная надежность установки, так как ее функциональный блок не выдерживает перегрузок, из-за которых его электроника часто выходит из строя.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства приемки тормозов вагона (УПТВ), имеющего возможность испытывать тормоза грузовых вагонов всех типов, включая грузовые вагоны с раздельным (потележечным) торможением, тормоза пассажирских и почтово-багажных вагонов всех типов, включая колодочные, дисковые, пневматические и электропневматические, тормоза пассажирских вагонов с раздельным (потележечным) торможением, с обеспечением тщательного контроля тормозной системы вагона на утечки тормозной магистрали, а также имеющего возможность производить измерение и регистрацию параметров тока и напряжения в цепи электропневматического тормоза.
Технический результат - повышение универсальности конструкции устройства.
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата в устройстве приемки тормозов вагона (УПТВ), содержащем функциональный блок с установленным в нем специализированным программным обеспечением, пневматический блок, три датчика давления сжатого воздуха, каждый из которых установлен на тормозной магистрали, питательной магистрали и на тормозном цилиндре, аккумуляторную батарею, зарядное устройство, питательный пневмопровод, тормозной пневмопровод, согласно полезной модели, содержит, по меньшей мере, один дополнительный датчик давления сжатого воздуха, установленный на втором тормозном цилиндре или на тормозном резервуаре, в функциональный блок включен аналого-цифровой преобразователь с возможностью измерения и регистрации параметров тока и напряжения в цепи электропневматического тормоза, а алгоритм программного обеспечения разработан с возможностью учета особенностей приемки тормозных систем различных типов, включая дисковые тормоза и системы с раздельным торможением, кроме того, в пневматический блок включен обратный клапан, при этом все элементы пневматического блока имеют проходное сечение 1/2 дюйма.
Сущность полезной модели поясняется фигурой.
На фигуре представлена блок-схема устройства приемки тормозов вагона (УПТВ).
Устройство приемки тормозов вагона (УПТВ) представляет собой передвижную установку на колесах, в корпусе которой расположены: функциональный блок 1, пневматический блок 2, датчики давления сжатого воздуха 3, аккумуляторная батарея 4, зарядное устройство 5, питательный пневмопровод 6, тормозной пневмопровод 7. Один датчик давления сжатого воздуха 3 установлен на тормозной магистрали, второй - на питательной магистрали, третий - на тормозном цилиндре, четвертый датчик давления 3 установлен, в зависимости от конструкции вагона, либо на втором тормозном цилиндре, либо на тормозном резервуаре. Четвертый датчик предназначен для приемки вагонов с раздельным торможением, а также для приемки некоторых пассажирских вагонов с дисковыми тормозами. Он подключается в случае, когда в вагоне количество тормозных цилиндров больше одного, поскольку у пассажирских вагонов с колодочным тормозом и у грузовых вагонов с обычной (стандартной) системой торможения по одному тормозному цилиндру, у почтовых, багажных, почтово-багажных вагонов и у грузовых вагонов с раздельным торможением по два тормозных цилиндра, а у некоторых пассажирских вагонов с дисковыми тормозами больше двух тормозных цилиндров. Наличие четырех датчиков давления позволяет измерять давление тормозной магистрали и тормозных цилиндров любой тормозной системы любого типа вагонов, что позволяет повысить универсальность конструкции устройства.
Функциональный блок 1 (контроллер) предназначен для выполнения операций контроля и управления в ручном и автоматическом режимах. Функциональный блок 1 соединен кабелем с аккумуляторной батареей 4 и с датчиками давления 3, которые установлены на тормозной магистрали, питательной магистрали и на тормозных цилиндрах. Функциональный блок содержит корпус, на котором размещены: кнопка включения УПТВ, дисплей, предназначенный для информирования оператора, клавиатура для ввода информации об испытываемом вагоне и задавания команд на выполнение операций по испытанию тормозов вагона, разъем USB для флэш-диска. Внутри корпуса функционального блока расположено измерительно-регистрирующее устройство, выполненное на базе микропроцессорных элементов, и осуществляющее сбор, обработку и анализ информации.
В функциональном блоке, в отличие от прототипа, использован микропроцессор (на фигуре не показан) семейства PIC32 компании Microchip (в прототипе используется восьмиразрядный микроконтроллер AT Mega 32). PIC32 - это однокристальный процессор с архитектурой MIPS имеющий интегрированную флэш-память и полный набор микроконтроллерной периферии. Стандартная архитектура MIPS (англ. Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages) отвечает всем требованиям разработчиков микроконтроллеров и превосходит семейства ARM Cortex-M по быстродействию, потреблению и функционалу.
Основные преимущества MIPS перед Cortex-M:
- производительность М4K и М14K на 20% выше, чем Cortex-M3;
- максимальная тактовая частота М4K и М14K на 20% выше, чем ядра Cortex-M3;
- М14K затрачивает на 30% меньше циклов при обработке прерывания;
- буфер предварительной выборки в М14K уменьшает время доступа к флэш-памяти, интерфейс SRAM ускоряет время выполнения;
- обработка сигнала на PIC32 производится на 14% быстрее, чем на STM32F (для функции БПФ);
- низкое потребление и высокая эффективность расхода энергии;
- широкий спектр аппаратных и программных средств проектирования, совместимых с ведущими операционными системами реального времени (ОСРВ), пакет связующего программного обеспечения (ПО), поддержка ведущих систем автоматизированного проектирования (САПР).
Микроконтроллеры этого семейства тридцати двух разрядных контроллеров имеют увеличенный объем памяти для решения сложных задач для встраиваемых приложений.
Семейство микроконтроллеров PIC32 совместимы с восьми- и шестнадцатиразрядными контроллерами Microchip.
Для вывода информации на дисплей использован графический индикатор (на фигуре не показан) (в прототипе - символьный четырехстрочный) для более удобного отображения информации для пользователя.
Для питания цепи электропневматического тормоза использован более мощный повышающий преобразователь (на фигуре не показан), который имеет выходное регулируемое напряжение до 80 В, мощность - 800 Вт и максимальный ток нагрузки - до 15А, что позволяет защитить функциональный блок от выхода из строя (в прототипе использован источник питания без возможности регулировки выходного напряжения и максимальным током -до 3А).
В составе функционального блока применен аналого-цифровой преобразователь (на фигуре не показан), позволяющий измерять и регистрировать ток и напряжение в цепи электропневматического тормоза, что улучшает контроль, повышая тем самым универсальность конструкции устройства. При этом предусмотрена дублированная система хранения информации, как на микросхеме Flash-памяти, так и на карте памяти Secure Digital Memory Card (SD).
Программное обеспечение функционального блока содержит усовершенствованный алгоритм, учитывающий особенности приемки тормозных систем различных типов, включая дисковые тормоза и системы с раздельным торможением.
Усовершенствованный функциональный блок позволяет обеспечивать обработку данных и управлять тормозными процессами любой тормозной системы любого типа вагонов. Усовершенствованный алгоритм испытаний предусматривает возможность приемки тормозов любой тормозной системы, любого типа вагонов в автоматическом режиме с регистрацией всех необходимых параметров. Указанные признаки позволяют повысить универсальность конструкции устройства.
Исполнительный пневматический блок 2 предназначен для управления давлением сжатого воздуха в тормозной сети вагона. Пневматический блок 2 содержит фильтр очистки воздуха 8, вход которого соединен с питательным пневмопроводом 6, а выход - с входом регулятора зарядного давления 9. При этом выход регулятора зарядного давления 9 соединен с входом электропневматического реле питания 10, выход которого соединен с входом обратного клапана 11. Выход обратного клапана 11 соединен через тройник с тормозным пневмопроводом 7, с электропневматическим реле торможения 12 и с датчиком 3, установленным на тормозной магистрали.
Пневматический вход устройства соединен с питательной магистралью питательным пневмопроводом 6, а пневматический выход соединен с тормозной магистралью тормозным пневмопроводом 7.
Регулятор зарядного давления 9 предназначен для регулирования величины давления в тормозной магистрали.
Электропневматическое реле питания 10 необходимо для питания тормозной магистрали сжатым воздухом.
Применение обратного клапана 11 в пневматическом блоке 2 предусмотрено для исключения подпитки тормозной системы вагона в положении перекрыши после выполнения ступени торможения. Данное усовершенствование обеспечивает более тщательный контроль тормозной системы на утечки в тормозной магистрали всех типов вагонов, повышая тем самым универсальность конструкции устройства.
Электропневматическое реле торможения 12 предназначено для выпуска сжатого воздуха из тормозной магистрали.
У вагонов с раздельным торможением и у пассажирских вагонов с дисковыми тормозами объем тормозной системы увеличен в 3-5 раз по сравнению со стандартной тормозной системой пассажирского или грузового вагона. Поэтому применение в пневматическом блоке элементов с сечением 1/4 дюйма (как в прототипе) не позволяет произвести зарядку тормозов в установленное нормативными требованиями время. В связи с этим все элементы пневматического блока выполнены с увеличенным проходным сечением - 1/2 дюйма. Данное усовершенствование позволяет обеспечить сжатым воздухом любую тормозную систему любого типа вагонов за установленное нормативами время, что повышает универсальность конструкции устройства.
Питание функционального блока 1 осуществляется от аккумуляторной батареи 4. Зарядка аккумуляторной батареи 4 осуществляется от зарядного устройства 5, подсоединяемого к сети переменного тока напряжением 220 В.
Работа функционального блока 1 в части приема команд, обработки информации, регистрации и выдачи данных, а также подача управляющих команд на исполнительные элементы осуществляется при помощи специализированного усовершенствованного программного обеспечения.
Обозначение программного обеспечения, включающее в себя его наименование, обозначение его версии:
Обозначение программного обеспечения: БФ-УПТВ-Д.
Номер версии: 1.00
Описание назначения программного обеспечения, его структуры и выполняемых функций:
Программное обеспечение ФБ-УПТВ предназначено для программирования функционального блока (ФБ) устройства УПТВ. Программное обеспечение выполнено в виде головной программы и подпрограмм для работы с различными функциональными узлами УПТВ. Программное обеспечение предназначено для записи в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) микроконтроллера (однокристальной микроЭВМ) PIC18F фирмы Microchip и может выполняться только на этом устройстве. Программное обеспечение выполняет следующие функции:
- ввод данных с клавиатуры ФБ-УПТВ;
- вывод данных на дисплей ФБ-УПТВ;
- сохранение данных на встроенном носителе;
- копирование данных на съемный носитель;
- обмен данными с датчиками давления;
- управление электропневматическими реле и коммутаторами напряжения;
- испытание тормоза вагона в ручном режиме;
- испытание тормоза вагона в автоматическом режиме;
- измерение напряжения и тока в цепи электропневматического тормоза и аккумуляторной батареи.
В программном обеспечении реализованы следующие расчетные алгоритмы:
- Расчет циклической контрольной суммы (CRC16). Расчетный алгоритм позволяет обеспечить требуемую достоверность данных при информационном обмене с датчиками давления;
- Преобразование числа с плавающей точкой (международный стандарт IEEE754);
- Преобразование Floating-Point Conversion в десятичный вид для вывода на дисплей и сохранения на носителях данных.
Передача и хранение данных осуществляется на карту памяти ММС (мультимедиакарт). Далее карта памяти подключается к персональной электронно-вычислительной машине (ПЭВМ) и выполняется копирование файла на ПЭВМ средствами операционной системы ПЭВМ.
Для защиты программного обеспечения используются аппаратные средства микроконтроллеров серии PIC18F фирмы Microchip. После программирования микроконтроллера устанавливаются биты защиты, которые блокируют несанкционированное изменение и копирование программного обеспечения. Результаты измерений хранятся во встроенной памяти функционального блока, которая не имеет других интерфейсов связи. Поэтому доступ к результатам измерений возможен только с использованием программного обеспечения функционального блока.
Для хранения результатов измерений используется внутренняя энергонезависимая память функционального блока. Данные записываются в микросхему памяти последовательно с использованием интерфейса SPI. После отключения питания функционального блока данные сохраняются неограниченное время. Время хранения данных на карте памяти также не ограничено.
Программное обеспечение может быть установлено только на функциональный блок. Для работы программного обеспечения не требуется системного программного обеспечения. В состав функционального блока входят специализированные устройства энергонезависимой памяти, отсчета времени, преобразователей интерфейсов.
Все элементы конструкции устройства приемки тормозов вагона (УПТВ) выполнены морозостойкими. Применение морозостойких элементов в конструкции устройства позволяет эксплуатировать его в различных температурных режимах, в том числе на открытом воздухе при воздействии отрицательных температур до -60°С.
Устройство приемки тормозов вагона работает следующим образом.
Исходное состояние:
В исходном состоянии, как представлено на фигуре, электропневматическое реле питания 10 и электропневматическое реле торможения 12 пневматического блока 2 находятся в обесточенном состоянии, воздух из питательной магистрали не поступает к регулятору зарядного давления 9, поэтому на выход установки и в тормозную магистраль сжатый воздух не поступает. Датчики давления 3 питательной магистрали, тормозной магистрали и тормозных цилиндров также находятся в обесточенном состоянии.
Подготовка к работе:
Для проведения испытания и приемки тормозов вагона УПТВ подкатывают к торцу испытываемого вагона. Перед включением устройства приемки тормозов вагона устанавливают датчики 3 на тормозном цилиндре, соединяют питательный пневмопровод 6 с питательной магистралью вагона, а тормозной пневмопровод 7 - с тормозной магистралью вагона.
Если питание устройства производится от электросети депо, необходимо подключить линейный кабель устройства к сети переменного тока напряжением 220 В. Включение устройства производится кнопкой питания на лицевой панели функционального блока 1. При работе устройства от электросети напряжением 220В производится автоматическая подзарядка аккумуляторной батареи 4.
Испытание тормозов вагона:
При включении установки на дисплее функционального блока 1 появляются пункты меню.
Переход от предыдущего пункта меню к следующему осуществляется нажатием на соответствующие кнопки.
При выборе в меню функционального блока 1 пункта «Табельный номер» следует ввести восьмизначный табельный номер работника с целью последующей регистрации.
При выборе в меню функционального блока 1 пункта «Номер вагона» следует ввести восьмизначный номер испытываемого вагона с целью последующей регистрации результатов всех испытаний тормоза данного вагона, тип воздухораспределителя и электровоздухораспределителя, установленных на вагоне.
При выборе пункта «Плотность ТМ» на дисплее функционального блока 1 появляется надпись «Перекройте разобщительный кран». Для подтверждения операции проверки плотности тормозной магистрали (ТМ) необходимо нажать кнопку «Да» (С), после чего начнется проверка плотности тормозной магистрали вагона в автоматическом режиме по нормам деповского и капитального ремонта.
При выборе пункта «Плотность ТМ - ТО» на дисплее функционального блока 1 появляется надпись «Перекройте разобщительный кран». Для подтверждения операции проверки плотности тормозной магистрали (ТМ) необходимо нажать кнопку «Да» (С), после чего начнется проверка плотности тормозной магистрали вагона в автоматическом режиме по нормам текущего отцепочного ремонта.
При выборе в меню функционального блока 1 пункта «Плотность ПМВ и обратных клапанов» начинается проверка плотности питательной магистрали вагона в автоматическом режиме.
При выборе в меню функционального блока 1 пункта «Проверка дискового тормоза тележки» начинается проверка дискового тормоза тележки в автоматическом режиме.
При выборе в меню функционального блока 1 пункта «Пневматика» начинается испытание пневматической части тормозной системы вагона в автоматическом режиме по нормам деповского и капитального ремонта.
При выборе в меню функционального блока 1 пункта «Пневматика ТО» начинается испытание пневматической части тормозной системы вагона в автоматическом режиме по нормам текущего отцепочного ремонта.
При выборе пункта «ЭПТ» начинается испытание электропневматического тормоза в автоматическом режиме. При испытании электропневматического тормоза производится проверка цепей электропневматического тормоза (рабочего и контрольного проводов) вагона.
При выборе в меню функционального блока 1 пункта «Ручной режим» устройство переходит в режим управления клавиатурой, в котором операции осуществляются при нажатии соответствующих кнопок.
При выборе пункта «Просмотр результатов» программа переходит в подменю (вспомогательное меню), где на выбор можно просмотреть результаты испытаний тормоза любого испытанного вагона.
При выборе пункта «Очистка памяти» производится очистка памяти функционального блока 1 (удаление всех результатов испытаний). В случае заполнения памяти функционального блока 1 результаты испытаний будут регистрироваться на записанные ранее результаты предыдущих испытаний до тех пор, пока не будет произведена очистка памяти (емкость памяти « 1000 вагонов).
При выборе пункта «Дата и время» программа переходит в режим установки текущей даты и времени с целью регистрации даты испытаний тормозов вагона (устанавливается один раз, дальнейшее измерение времени происходит автоматически).
При выборе пункта «Самодиагностика» запускается процесс диагностирования работы самого устройства УПТВ. Для выполнения самодиагностики необходимо предварительно подключить устройство к герметичному резервуару объемом 20 л.
Все результаты испытаний, зарегистрированные контроллером, могут быть записаны на компьютер в виде файла и далее распечатаны.
В отличие от прототипа, устройство приемки тормозов вагона может испытывать тормоза грузовых вагонов всех типов, включая вагоны с раздельным (потележечным торможением), тормоза пассажирских и почтово-багажных вагонов всех типов, включая колодочные, дисковые, пневматические и электропневматические, а также вагоны с раздельным (потележечным) торможением.
При испытании тормозов пассажирского вагона устройство выполняет зарядку тормозной сети установленной продолжительности. Осуществляет проверку плотности питательного воздухопровода вагона и обратных клапанов, выполняет проверку тормоза тележки, пневматического тормоза вагона, электропневматического тормоза вагона.
При испытании автоматического тормоза устройство выполняет ступень торможения после полной зарядки и проверку действия тормоза при ступени торможения; определяет соответствие герметичности тормозной магистрали вагона установленным нормам; определяет максимальную величину давления в тормозном цилиндре при экстренном торможении; определяет продолжительность сохранения тормозного эффекта по темпу понижения давления в тормозном цилиндре после экстренного торможения; проверяет действие выпускного клапана; контролирует отпуск тормоза при восстановлении давления в тормозной магистрали в соответствии с требованиями Общего Руководства по ремонту тормозного оборудования вагонов 732-ЦВ-ЦЛ.
При испытании электропневматического тормоза (ЭПТ) устройство проверяет целостность рабочего и контрольного проводов цепи управления ЭПТ; выполняет ступени торможения определенной продолжительности; выполняет ступени отпуска задаваемой продолжительности; выполняет полное служебное торможение и полный отпуск после полного служебного торможения.
При испытании тормозов грузового вагона устройство выполняет зарядку тормозной сети установленной продолжительности. При испытании автоматического тормоза устройство выполняет ступень торможения после полной зарядки и проверку действия тормоза при ступени торможения; определяет соответствие герметичности тормозной магистрали вагона установленным нормам; определяет величину давления в тормозном цилиндре при полном служебном торможении; определяет продолжительность сохранения тормозного эффекта по темпу понижения давления в тормозном цилиндре после торможения; контролирует отпуск тормоза при восстановлении давления в тормозной магистрали. Все операции выполняются в соответствии с требованиями Общего Руководства по ремонту тормозного оборудования вагонов 732-ЦВ-ЦЛ.
Таким образом, предлагаемая полезная модель, позволяет:
- испытывать тормоза вагонов всех типов;
- обеспечивать сжатым воздухом любую тормозную систему любого типа вагонов за установленное нормативными требованиями время;
- измерять и регистрировать параметры тока и напряжения в цепи электропневматического тормоза;
- тщательно контролировать тормозную систему всех типов вагонов на утечки в тормозной магистрали.