УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ БОКСОВАНИЯ И ЮЗА КОЛЕСНЫХ ПАР

Полезная модель относится к области железнодорожного транспорта, а именно к устройствам обнаружения и предотвращения боксования и юза колесных пар рельсовых транспортных средств постоянного и переменного тока.
Известно устройство обнаружения юза колесных пар, которое содержит блоки выделения максимального и минимального сигналов, датчики тока якорей тяговых электродвигателей, сумматор, исполнительный блок. Дополнительно устройство включает в себя суммирующее инерционное звено, входы которого связаны с выходами блоков выделения максимального и минимального сигналов, а его вход подключен к третьему входу сумматора, а вход сумматора связан с входом исполнительного блока (RU 2072669 С1, 27.01.1997 г.)
Указанное устройство только обнаруживает боксование и юз, но не предотвращает их, что снижает надежность известного устройства.
Известно устройство для защиты от боксования, содержащее последовательно соединенные источник питания, якорные обмотки первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока, обмотки возбуждения первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока, землю, последовательно соединенные первый и второй резисторы, датчик тока, резистор, широтно-импульсный модулятор, ключевой элемент, при этом свободный вывод якорной обмотки первого тягового электродвигателя постоянного тока соединен со свободным выводом первого резистора и общим выводом источника питания и первым выводом третьего резистора, второй вывод третьего резистора соединен с первым выводом ключевого элемента, другой вывод которого соединен с общей точкой соединения якорной обмотки второго тягового электродвигателя постоянного тока, обмотки возбуждения первого тягового электродвигателя постоянного тока и
свободного вывода второго резистора, первый вывод датчика тока подключен к общей точке соединения якорных обмоток первого и второго тяговых электродвигателей постоянного тока, его второй вывод подключен к общей точке соединения первого и второго резисторов, а выход датчика тока соединен с первым входом широтно-импульсного модулятора, выход которого соединен с входом ключевого элемента (RU 45115 U1, 27.04.2005).
Известное устройство ликвидирует боксование и юз одной колесной пары, но при синхронном боксовании двух колесных пар, устройство не определит боксование или юз, что снижает надежность использования известного устройства. В известном устройстве не заложена функция автоматической подстройки к характеристикам колесно-моторных блоков электровозов.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является устройство для защиты от боксования и юза колесных пар электроподвижного состава (RU 2025310 С1, 30.12.1994 г.). Известное устройство содержащит датчики частоты вращения колесных пар, выходы которых соединены с блоками выделения максимального и минимального сигналов, элементы сравнения, блок управления работой песочниц, защищающий колесные пары от боксования и юза, датчики тока тяговых электродвигателей, блоки выделения среднего значения сигнала тока, выделения максимального и минимального значения тока и блока дифференцирования, выход которого соединен с блоком сравнения. На выходе блока сравнения при определении устройством боксования или юза включается подача песка. Также устройство имеет блоки, определяющие синхронное боксование колесных пар, которые включают два блока выделения минимального и максимального сигнала скорости, блок дифференцирования, пороговый элемент и блок управления заданием силы тяги и работой песочниц. Таким образом, устройство предотвращает боксование и юз подсыпкой песка и автоматическим снижением силы тяги,
глубина зарегулирования которой пропорциональна интенсивности боксования или юза.
Недостатком известной системы является сложность ее конструкторского выполнения, отсутствие автоматической настройки к разнице в диаметрах бандажей колесных пар, а следовательно имеет ограниченную границу чувствительности в определении разности между максимальным и минимальным сигналом частоты вращения колесных пар.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание микропроцессорного устройства для защиты от боксования и юза с автоматической подстройкой к характеристикам колесно-моторных блоков электровозов.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение надежности устройства за счет обнаружения боксования на самой ранней стадии, что позволяет ликвидировать выход из строя тягового оборудования, уменьшить износ бандажей колесных пар и рельсов, избежать дополнительных энергетических потерь, связанных с боксованием.
Устройство отработано для электровозов ЧС7.
Технический результат достигается тем, что устройство для защиты от боксования и юза колесных пар, содержащее связанные между собой блок питания 1 (БП) и блок первичных датчиков 2, дополнительно содержит последовательно соединенные между собой блок входящих сигналов 3 (БВС), блок с микроконтроллером 4 (БМК) и блок вывода логических сигналов 5 (БВЛС), при этом блок входящих сигналов 3 (БВС) согласует напряжения входных сигналов от цепей управления с напряжением питания микроконтроллера, блок микроконтроллера 4 (БМК) обрабатывает сигналы, поступающие от цепей управления электровоза и с первичных датчиков напряжения 2 с целью определения боксования или юза, формирования сигналов управления подачи песка или сброса позиций, а также осуществляет диагностику и загрузку программного обеспечения, в соответствии с режимом движения электровоза, далее блок вывода
логических сигналов согласовывает напряжения управляющих сигналов микроконтроллера с напряжением цепи управления электровоза через транзисторные усилители с промежуточными реле, при замыкании которых образуется необходимая цепь для включения вентиля песка, сброса тяги или тока возбуждения тяговых электродвигателей электровоза.
Устройство определяет боксование или юз колесных пар по изменению напряжений на якорях тяговых электродвигателей и формирует сигналы воздействия при появлении боксования или юза.
Особенности устройства:
- устройство выполнено отдельным блоком, возможно его применение на электровозах постоянного и переменного тока с коллекторными электродвигателями;
- устройство представляет собой микропроцессорную защиту от боксования и юза;
- устройство имеет автоматическую настройку к индивидуальным характеристикам колесно-моторных блоков электровоза, что позволяет адаптировать его к электровозам с отличающимися параметрами колесно-моторных блоков без изменения порога сравнения (величины установки) напряжений на якорях тяговых электродвигателей;
- устройство содержит входные усилители с автоматическим изменением коэффициента усиления в зависимости от уровня входного сигнала, что позволяет с одинаковой точностью измерять входные сигналы во всем диапазоне.
Преимущество устройства перед другими аналогичными устройствами заключается:
- в возможности сопряжения с различными первичными датчиками информации; с датчиками напряжения (электровозы постоянного тока), датчиками тока (электровозы переменного тока), аналоговыми и импульсными датчиками частоты вращения колесных пар.
- в устройстве заложена функция автоматической подстройки к характеристикам колесно-моторных блоков электровозов. Цель автоматической подстройки - уменьшение разности между входными величинами с первичных датчиков и снижение порога сравнения напряжений.
- устройство не требует отключения питания в аварийных режимах при отключении тяговых электродвигателей и остается работоспособным.
- управляет режимами секционирования нагрузочных тормозных резисторов (три режима) в режиме электродинамического торможения электровоза ЧС7.
На фиг. представлена принципиальная структурная схема устройства для защиты от боксования и юза колесных пар.
Устройство представляет собой корпус, который содержит блоки, разделенные по следующим функциональным назначениям: блок питания 1 (БП) первичных датчиков и блоков устройства стабилизированным напряжением;
первичные датчики напряжения 2, тока или датчики частоты вращения колесных пар электровоза;
блок ввода сигналов 3 (БВС), предназначенный для согласования напряжения входных сигналов от цепей управления с напряжением питания блока микроконтроллера 4 (БМК);
блок с микроконтроллером (микропроцессор) 4, предназначен для обработки сигналов поступающих от цепей управления электровоза и с первичных датчиков напряжения, определения боксования или юза, формирования сигналов управления подачи песка или сброса позиций, а также для диагностики и загрузки программного обеспечения;
блок вывода логических сигналов 5 (БВЛС), предназначен для согласования напряжения управляющих сигналов блока микроконтроллера БМК с напряжением цепи управления электровоза.
Устройство работает следующим образом. В блок входных сигналов БВС от цепей управления электровоза поступают сигналы о положении
i
i
реверсора (на фиг. обозначено как «реверс»), нулевом положении контроллера машиниста (на фиг. обозначено как «0_КМ»), о наличии сигнала ручной подачи песка (на фиг. обозначено как «песок ручн.»), и сигнал о сборе схемы электродинамического торможения (на фиг. обозначено как «тормоз.»). Через блок питания 1 поступает напряжение +50 В на блок входных сигналов 3 и на первичные датчики 2. Согласованные сигналы с выхода блока 3 поступают в блок вывода логических сигналов 4. Параллельно в блок 4 поступают сигналы U с первичных датчиков 2. В блоке 4 программным способом происходит умножение сигналов с первичных датчиков на соответствующие коэффициенты К, которые находятся в памяти программы и выводятся в блок умножения в соответствии с режимом движения электровоза. Определение коэффициентов К устройством производится в установившихся режимах при отсутствии боксования или юза. Сформированные блоком 4 логические сигналы поступают в блок 5, который внутри представляет собой транзисторные усилители с промежуточными реле. При замыкании промежуточных реле устройства образуется необходимая цепь для включения вентиля песка, сброса тяги или тока возбуждения тяговых электродвигателей электровоза. Далее, по полученным произведениям U*K программным способом выделяются максимальный max, минимальный min сигнал, по разности которых и их производных устройством определяется боксование или юз. При этом формируются следующие логические сигналы, обозначенные на фиг. словесно:
- «Сброс возбуждения» - команда на включение промежуточного реле устройства в режиме электродинамического тормоза;
- «Песок, сброс тяги» - команда на включение промежуточного реле устройства для подачи песка под колесные пары и сброса промежуточного контроллера электровоза ЧС7 в режиме тяги;
- «импульсная подача песка» - команда на периодическое включение промежуточного реле устройства для подачи песка секции, где произошло боксование или юз колесных пар.
- «ЭДТ режим 3», «ЭДТ режим 1» «запрет ЭДТ» - команды на включение промежуточных реле устройства для изменения режима электрического торможения электровоза.
Предлагаемое устройство обнаружения и прекращения боксования позволяет обнаруживать боксование на самой ранней стадии возникновения процесса боксования рельсовых транспортных средств и незамедлительно его прекращать, что позволяет ликвидировать выход тягового оборудования, уменьшить износ бандажей колесных пар и рельсов, избежать дополнительных энергетических потерь, связанных с боксованием. Предлагаемое устройство является универсальным и может использоваться для всех видов транспортных средств независимо от типа передач к колесным парам: локомотивов, дрезин, электрического транспорта, путевых машин, используемых на железнодорожном транспорте, а также трамваев и является надежным.