УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ БУКС КОЛЕСНЫХ ПАР ВАГОНОВ ГРУЗОВОГО ПОЕЗДА

Полезная модель относится к области автоматизации контроля состояния узлов подвижного состава железнодорожного транспорта и сигнализации или отражения соответствующей информации на головном компьютере для принятия оперативного согласованного решения о необходимости экстренного торможения.
Известна система беспроводного контроля нагрева букс вагона пассажирского поезда [Патент РФ N 2365518, МПК B61L 25/02, B61K 9/04, оп. 28.07.2009 г.], содержащая два беспроводных датчика температуры букс, имеющих по внутренней антенне, на каждой колесной паре, не менее одного приемника на вагон, также содержащего внутреннюю антенну. Приемник по двухпроводной связи подключен к блоку контроля и индикации, установленному в служебном купе проводника вагона, а по радиоканалу - к мобильному регистратору, носимому проводником и выполненному с возможностью регистрации параметров, выдаваемых беспроводными датчиками температуры букс. Блок контроля и индикации может быть выполнен с возможностью осуществления обработки и отображения информации, передаваемой беспроводными датчиками температуры букс при одновременном обеспечении аварийной сигнализации с последующей выдачей сигнала в систему контроля безопасности и связи пассажирского поезда. Система может быть выполнена с возможностью установки дополнительных беспроводных датчиков состояния, предназначенных для контроля рабочих параметров узлов и агрегатов, контроля схода колесных пар с рельс, датчиков вибраций, а также датчиков состояния технических жидкостей, участвующих в работе узлов пассажирского вагона. Серьезный недостаток системы - электропитание приемников, которое осуществляется от блока контроля и индикации по указанной двухпроводной линии напряжением 12 В постоянного тока, или от автономных источников электрического питания.
Известен способ мониторинга состояния букс движущегося поезда [Патент РФ №2337030, МПК B61K 9/04, оп. 27.10.2008 г], заключающийся в измерении параметров состояния букс и передаче полученной информации машинисту локомотива для принятия оперативного решения, в котором буксы, подлежащие контролю, снабжают активными приемопередатчиками, расположенными на внешней стороне крышки буксы, в комплекте с источником питания, состоящим из диска с магнитами, размещенного на конце оси колесной пары напротив обмотки проводов, выполненной в виде лепестков на внутренней стороне крышки буксы, с помощью которых считывают и передают информацию о состоянии букс на индикаторное устройство машинисту локомотива по радиоканалу беспроводной связи на протяжении всего времени движения поезда с заданным интервалом времени. Данный способ реализуем только при движении состава и подразумевает высокие требования к системе электропитания и всем элементам по стабильности работы.
Известно устройство для мониторинга состояния букс колесных пар вагонов движущегося поезда [Патент РФ №2384444, МПК B61K 9/04, оп.20.03.2010 г], содержащее датчики, микропроцессор, активный приемопередатчик, генератор электрического напряжения питания, в составе магнитного элемента, листового подвижного магнитопровода, витков электрических проводников, диодных выпрямителей и аккумуляторов. Дополнительно введены термостойкая кольцевая прокладка, электрически изолирующая крышку от буксы, многослойное коммутационное основание, защитная крышка элементов, размещенных на поверхности коммутационного основания, и листовой неподвижный магнитопровод. Многослойное коммутационное основание, в котором выполнены центральное и равномерно расположенные по окружности вокруг него периферийные отверстия, неподвижно размещено на внутренней стороне крышки. На многослойном коммутационном основании установлены микропроцессор, диодные выпрямители, аккумуляторы и электрорадиоэлементы приемопередатчика, выходная шина которого электрически соединена с крышкой буксы. Листовой неподвижный магнитопровод выполнен в виде многоконечной плоской звезды с лучами, а на концах лучей исполнены цилиндрические выдавки. Достигается повышение надежности функционирования устройства. Необходимость передачи сигнала от каждого приемопередатчика на головной компьютер обуславливает высокие требования к источникам питания и способу передачи радиосигнала (например, использование крышки в качестве антенны). В результате устройство приобретает излишнюю конструктивную сложность, трудоемкость в изготовлении и установке.
В качестве прототипа выбрано устройство для мониторинга состояния букс колесных пар вагонов движущегося поезда [Патент РФ №2381935, МПК B61K 9/04, оп. 20.02.2010 г.], содержащая датчики, микропроцессор, активный приемопередатчик информации по радиоканалу и генератор электрического напряжения питания в составе подвижных магнитных элементов и неподвижных витков электрических проводников, размещенных под крышкой буксы. Дополнительно введены термостойкая кольцевая прокладка, электрически изолирующая крышку от буксы, многослойное коммутационное основание, неподвижно размещенное с внутренней стороны крышки, на котором установлены микропроцессор и электрорадиоэлементы приемопередатчика, и дисковый магнитопровод диаметром, равным диаметру торцевой поверхности оси колесной пары, установленный на многослойном коммутационном основании со стороны крышки буксы соосно с осью вращения колес. При этом четное число магнитов установлено на диске радиально и равномерно по линии окружности вокруг оси вращения колесной пары и ориентировано перпендикулярно к поверхности многослойного коммутационного основания поочередно разноименными полюсами. В дополнительном дисковом магнитопроводе выполнены выдавки, соответствующие по количеству, форме боковых поверхностей и взаимному месторасположению числу, форме и месторасположению, отверстий в многослойном коммутационном основании. Достигается повышение надежности функционирования устройства. Данному устройству присущи недостатки предыдущего указанного аналога.
Задачей полезной модели являлось повышение надежности работы устройства, в частности за счет обеспечения надежной связи датчиков с головным компьютером, без внесения изменений в конструкции элементов ходовой части вагона.
Указанная задача решается устройством для мониторинга состояния вагонов поезда, содержащим установленные на каждой буксе колесных пар датчики измерения параметров состояния элементов конструкции буксы, микропроцессор обработки измерительной информации, активный приемопередатчик информации по радиоканалу, генератор электрического напряжения питания, подключенный через диодные выпрямители и аккумуляторы электрической энергии к клеммам питания датчиков, микропроцессора и приемопередатчика, причем информационные выходы датчиков и информационные входы приемопередатчика взаимосвязаны через соответствующие входные и выходные шины микропроцессора, в котором, согласно предложению, каждый приемопередатчик выполнен в виде модуля, обеспечивающего беспроводной поиск, контакт и обмен информацией с, по меньшей мере, двумя действующими микропроцессорами ближайших букс или микропроцессором ближайшей буксы и головным компьютером, при этом ось колесной пары связана с генератором с помощью мягкой сцепки (т.е. сцепление, фрикционная муфта).
Современные составы (особенно грузовые) могут достигать длины нескольких сотен метров. Очевидно, что связь непосредственно с головным компьютером предполагает достаточно высокую мощность приемопередатчиков (и источников питания соответственно).
Предлагаемая полезная модель позволяет установить зону уверенного приема радиосигнала расстоянием между соседними приемопередатчиками (в обе стороны по длине состава), оптимально 40-100 м. Из известных технологий для этого наиболее подходит протокол (спецификация) Bluetooth 4.0 с низким энергопортеблением.
Применение модуля Bluetooth 4.0 позволяет снизить энергоемкость заявляемого устройства, либо использовать освободившуюся мощность для расширения функциональных возможностей, например, включить в структуру устройства акустико-эмиссионные датчики для контроля опасных напряжений в боковых рамах вагонных тележек, либо эксплуатировать устройство (при необходимости) на неподвижном составе.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен единичный узел устройства для мониторинга состояния букс колесных пар вагонов (в разрезе по оси колесной пары); на фиг. 2 представлена общая схема работы устройства;
1
1
n
n
Устройство для мониторинга состояния вагонов поезда содержит единичные узлы установленные на каждой буксе 1 колесных пар 2, каждый из которых включает, генератор 3 электрического напряжения питания, связанный с осью колесной пары 2 мягкой сцепкой (фрикционной муфтой) 4, аккумулятор 5; смонтированные на печатной плате 6 тепловой датчик 7 и датчик отслоения оси 8, микропроцессор 9 обработки измерительной информации и запоминающее устройство 10, активный приемопередатчик 11 информации по радиоканалу с модулем 12 Bluetooth 4.0, все элементы единичного узла закрыты смотровой крышкой 13. Устройство в целом представляет собой совокупность единичных узлов R, L-R, L (фиг. 2). Позиция 14 указывает на место размещения головного компьютера.
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
n-1
n-1
n-2
n
При включении головной компьютер с помощью Bluetooth распознает в радиусе своего действия работающие устройства 12 Bluetooth (единичные узлы) и их названия (которые совпадают с названиями смотровой крышки 13). Создается список названий устройств 12 Bluetooth (то есть фактически список букс 1 со смотровыми крышками 13). Затем формируется схема расположения букс (микропроцессоров 9 с запоминающими устройствами 10) по всей длине состава. Из найденных букс выделяются две (правая и левая - R и L соответственно, фиг. 2), которые, учитывая их местоположение и расстояние от головного компьютера до них, считаются первыми в составе. Головной компьютер посредством Bluetooth передает команду поиска буксам R и L. Далее будет рассматриваться только L, так как R работает аналогично. L с помощью активного приемопередатчика 11 определяет местоположение буксы 1 в радиусе ее действия, а также получает названия каждой буксы 1 от активных приемопередатчиков 11 (которые совпадают с названиями устройств Bluetooth в списке). L посредством Bluetooth связывается с ближайшей смотровой крышкой 13 (L2). L посредством Bluetooth передает команду поиска L (и так по цепочке). Очередной единичный узел, не обнаружив далее по схеме других смотровых крышек 13 (единичных узлов) считается последней в составе (Ln). Ln посредством Bluetooth передает информацию с датчиков 7, 8 из запоминающего устройства 10 в L. L передает посредством Bluetooth в L информацию, полученную от L, добавляя информацию из своего запоминающего устройства 10 и так далее. Головной компьютер 14, получив данные со всех смотровых крышек, вычисляет количество осей и вагонов и синхронизирует полученные расчеты с полученной извне информацией о составе поезда (номера, типы вагонов и т.п.). Информация о датчиках 7, 8 все время обновляется. При потере связи между двумя смотровыми крышками 13, при передаче информации или обновления показаний от хвоста состава в голову состава, происходит поиск наиближайшей работающей крышки 13, которой возможно передать информацию, но не в сторону хвоста состава, а в сторону головы состава. В соответствие с этим, машинисту поступает оповещение о потери связи с буксой. Простейший вариант оповещения - звуковой или световой сигнал.
Во время движения состава посредством мягкой сцепки 4 запускается генератор 3, который питает аккумуляторы и соответственно все элементы единичного узла. Применение мягкой сцепки 4 исключает изменение конструкции оси колесной пары, а также облегчает ремонт/замену единичного узла.
По аналогичной схеме могут, например, подключаться и работь акустико-эмиссионные датчики (не показаны). При возникновении большого напряжения на внешнем изгибе боковой рамы появляются трещины, которые приводят к разрушению конструкции и аварии. Для предупреждения дефекта в раме устанавливается акустико-эмиссионный датчик в местах повышенной нагрузки. На каждую боковую раму устанавливается два датчика в местах внешнего ее изгиба.
Акустико-эмиссионный метод основан на приеме и анализе волн акустической эмиссии, возникающих в данной конструкции при развитии трещин в процессе его нагружения. Критерий целостности конструкции определяется звуковым излучением материала при контрольном ее нагружении. Элементом питания для датчика может являться аккумулятор 5. находящийся в корпусе смотровой крышки 13 буксы 1.
В целом заявленное устройство характеризуется высокой надежностью связи единичных узлов с головным компьютером (в том числе за счет перекрытия зон действия приемопередатчиков 11) в совокупности с минимальными энергозатратами, обладает простотой монтажа и ремонтопригодностью (быстрая замена единичного узла).