Устройство для обнаружения начала процесса буксования колесных пар локомотива
APPARATUS FOR DETECTING THE BEGINNING OF THE PROCESS OF SLIPPING OF WHEELSETS OF A LOCOMOTIVE

Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к средствам обнаружения начала процесса буксования колесных пар локомотива при движении поезда по рельсовому пути в реальных условиях эксплуатации.
Известен способ обнаружения начала процесса буксования колесных пар локомотива, заключающийся в измерении разности напряжений синхронных тахогенераторов, установленных на осях каждой колесной пары локомотива, напряжения которых пропорциональны угловой скорости. Сравнивая напряжения тахогенераторов, по разности угловых скоростей определяют колесную пару с избыточным буксованием, так как напряжение этой колесной пары будет выше напряжений других тахогенераторов [1].
Недостатком известного способа является низкая точность измерения угловой скорости с помощью синхронных тахогенераторов и невозможность обнаружить буксование при одновременном срыве сцепления всех колесных пар одновременно.
Известен также способ обнаружения начала процесса буксования колесных пар локомотива, заключающийся в том, что измеряют разность напряжений трехфазных синхронных тахогенераторов (датчиков скорости), установленных на осях колесных пар локомотива, и путем сравнения определяют буксующую колесную пару [2]. При одновременном буксовании нескольких осей приводных колесных пар локомотива для повышения надежности с помощью полупроводникового триггера дополнительно обеспечивают срабатывание исполнительного органа (реле).
Недостаток известного способа - тот же, что и у описанного выше, вследствие низкой точности измерения разности сигналов синхронных тахогенераторов.
В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбрано устройство для обнаружения начала процесса буксования колесных пар локомотива, содержащее датчики скорости вращения осей, блоки для сравнения и усиления разности сигналов, пропорциональных скорости вращения осей колесных пар, к выходу которого подключен исполнительный орган, например реле, причем выходной сигнал в виде напряжения питания через контакты реле подается непосредственно к обмотке электропневматического клапана системы подачи песка каждой из буксующих колесных пар локомотива [3].
Недостатком прототипа является то, что для обнаружения начала процесса буксования колесных пар локомотива использован тахогенератор, установленный на неприводной оси колесной пары вагона, что ограничивает применение устройства поездами постоянного формирования.
Известно устройство измерения перемещений и ввода информации в вычислительные системы, основанное на технологии IntelliEye, [4], содержащее источник освещения, миниатюрную видеокамеру и цифровой сигнальный процессор, анализирующий сигнал видеокамеры. Известно, что применение лазера, работающего в инфракрасном диапазоне, в качестве источника освещения, позволяет измерять перемещения для поверхностей со слабовыраженной детализацией, например, металлических [5]. Такое устройство было применено фирмой Logitech для манипулятора типа «мышь» марки Logitech MX1000 Laser.
Известно [6], что коэффициент трения (сцепления) в контакте «металл-металл», помимо физических свойств пары трения, зависит от плотности тока в пятне контакта и может быть повышен до значений 0,6 и более. Для более детального исследования влияния электрического тока на коэффициент трения системы «металл - металл» были проведены испытания на специальных установках [7]. Результаты испытаний показали, что для исследуемых моделей колеса и рельса при прохождении тока в зоне их контакта возможно повышение коэффициента трения (сцепления) более чем в два раза.
Предлагаемое устройство для обнаружения начала процесса буксования колесных пар локомотива не имеет недостатков известных устройств.
Задача изобретения - это снижение расходов на топливо, энергию и ремонт локомотивов, работающих с поездами из вагонов, оси колесных пар которых не оборудованы датчиками скоростей вращения.
Это достигается тем, что устройство для обнаружения начала процесса буксования колесных пар локомотива, содержащее датчики скорости вращения осей, блоки для сравнения и усиления разности сигналов, пропорциональных скорости вращения осей колесных пар, к выходу которого подключен исполнительный орган, отличающееся тем, что устройство содержит более одной видеокамеры, более одного цифрового сигнального процессора, осредняющий фильтр и датчик времени.
На фигуре показан общий вид устройства для обнаружения начала процесса буксования колесных пар локомотива.
Устройство для обнаружения начала процесса буксования колесных пар локомотива (Фиг. 1) содержит импульсные датчики скорости вращения 1 (ДС1), 2 (ДС2), 3 (ДС3) и 4 (ДС4), связанные с колесными парами 5, 6, 7 и 8. Участки рельса 9 вблизи колесных пар освещаются лазерами 10, 11, 12 и 13, работающими в инфракрасном диапазоне. Оптические системы 14, 15, 16 и 17 проецируют изображения освещенных участков рельса на видеокамеры 18 (ВК1), 19 (ВК2), 20 (ВК3) и 21 (ВК4), сигналы которых поступают на цифровые сигнальные процессоры 22 (ЦСП1), 23 (ЦСП2), 24 (ЦСП3) и 25 (ЦСП4). Цифровые сигнальные процессоры 22 (ЦСП1), 23 (ЦСП2), 24 (ЦСП3) и 25 (ЦСП4) определяют перемещение локомотива относительно участков рельса и скорость этого перемещения на основании сигналов времени от датчика времени 29. Выходные данные сигнальных процессоров в виде цифровых параметров скорости движения локомотива поступают на блок осредняющего фильтра 27 (ОФ), который производит осреднение полученных данных по четырем датчикам и по времени, что уменьшает случайные ошибки определения скорости. Осредненные данные скорости движения локомотива сравниваются с данными от датчиков частоты вращения 1 (ДС1), 2 (ДС2), 3 (ДС3) и 4 (ДС4) с помощью блоков сравнения 28 (БС1), 29 (БС2), 30 (БС3) и 31 (БС4), для которых программно задана предельная величина скольжения колесной пары относительно рельса. При превышении предельной величины скольжения колесной пары относительно рельса на выходах блоков сравнения 28 (БС1), 29 (БС2), 30 (БС3) и 31 (БС4) появляется сигнал, который с выходов блоков сравнения 28 (БС1) и 29 (БС2) подается на входы логического элемента «ИЛИ» 32, а с выходов блоков сравнения 30 (БС3) и 31 (БС4) - на входы логического элемента «ИЛИ» 33. С выходов логических элементов «ИЛИ» 32 и 33 сигнал подается на регуляторы тока 34 (РТ1) и 35 (РТ2), которые пропускают ток от источника питания 42 соответственно через токосъемные устройства 37 и 38 колесных пар 5 и 6 одной тележки локомотива и через токосъемные устройства 39 и 40 колесных пар другой тележки локомотива. Полупроводниковые вентили 41 и 42 предупреждают возникновение обратных токов в цепях токосъемных устройств 37, 38, 39, 40.
Предлагаемое устройство для обнаружения начала процесса буксования колесных пар локомотива работает следующим образом. При начале буксования одной из колесных пар или всех колесных пар одновременно возникает разница между окружной скоростью колеса колесной пары, изменяемой датчиками скорости вращения 1 (ДС1), 2 (ДС2), 3 (ДС3) и 4 (ДС4) и скоростью движения локомотива, измеряемой с помощью видеокамер 18 (ВК1), 19 (ВК2), 20 (ВК3) и 21 (ВК4), цифровых сигнальных процессоров 22 (ЦСП1), 23 (ЦСП2), 24 (ЦСП3) и 25 (ЦСП4) и осредняющего фильтра 27 (ОФ). Указанная разница скоростей является величиной скольжения колеса по рельсу. При превышении скольжения колесных пар 5 или 6, или обоих одновременно над предельной величиной скольжения колесной пары относительно рельса, программно заданной для блоков сравнения 28 (БС1) и 29 (БС2), регулятор тока 34 (РТ1) пропускает ток от источника питания 36 через токосъемные устройства 37 и 38 колесных пар 5 и 6 одной тележки локомотива и площадки контакта колесных пар 5 и 6 с рельсами, что приводит к увеличению коэффициента трения между колесными парами и рельсом и предотвращению развития буксования колесных пар 5 и 6. Соответственно, при превышении скольжения колесных пар 7 или 8, или обоих одновременно над предельной величиной скольжения колесной пары относительно рельса, программно заданной для блоков сравнения 30 (БСЗ) и 31 (БС4), регулятор тока 35 (РТ2) пропускает ток от источника питания 36 через токосъемные устройства 39 и 40 колесных пар 7 и 8 одной тележки локомотива и площадки контакта колесных пар 7 и 8 с рельсами, что приводит к увеличению коэффициента трения между колесными парами и рельсом и предотвращению развития буксования колесных пар 7 и 8.
Предлагаемое изобретение обеспечивает получение следующего технического результата. Благодаря измерению скорости движения локомотива относительно рельса с помощью четырех видеокамер и цифровых сигнальных процессоров, с последующим осреднением результатов, устройство для обнаружения начала процесса буксования колесных пар локомотива не требует оборудования датчиками колесной пары вагона, и может быть использовано при работе локомотива с поездами независимо от способа их формирования, что позволяет снизить потери энергии при тяге поездов, износ бандажей колесных пар и затраты на топливо, электроэнергию и ремонт локомотивов.
Источники информации
1. Минов Д.К. Повышение тяговых свойств электровозов и тепловозов с электрической передачей, М., Транспорт, 1965, с. 227.
2. А.с. №143056 по кл. B60L 3/10, B61C 15/08, заявка 680814/24, 1960.
3. Керопян А.М., Бабичев Ю.Е.. Устройство для обнаружения начала процесса буксования колесных пар локомотива. Патент РФ №2489286 по кл. В61С 15/08. Опубл. 10.08.2013, Бюл. №22.
4. Колесниченко О.В. Аппаратные средства PC. / О.В. Колесниченко, И.В. Шишигин, В.Г. Соломенчук - 6-е изд., перераб. и доп. - СПб.: БХВ-Петербург, 2010, с. 566-568.
5. Maximum PC, October, 2004, с. 90.
6. Ткаченко В.П. Кинематическое сопротивление движению рельсовых экипажей / Монография. - Луганск: Издательство Восточно-украинского государственного университета, 1996. - 200 с., С.78-79.
7. В.П. Тихомиров, В.И. Воробьев, Д.В. Воробьев, Г.В. Багров, М.И. Борзенков, И.А. Бутрин. Моделирование сцепления колеса с рельсом. Орел, ОрелГТУ, 2007, с. 95-101.