СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛИНЫ ПОЕЗДА
DEVICE AND METHOD FOR TRAIN LENGTH DETERMINATION

HL
Изобретение относится к способу и устройству для определения длины поезда у состава из множества вагонов, который посредством пневматической тормозной системы в соответствии с давлением в проходящем от вагона к вагону главном пневмопроводе HL тормозится в несколько ступеней, давление p и расход V, а также окружающая температура Т, на которых регистрируются с помощью сенсорной техники вдоль временной оси, на основании чего посредством электронного блока обработки вычисляется, наконец, длина L поезда. Кроме того, изобретение относится также к устройству и составу, в котором установлено такое устройство.
Главный пневмопровод HL в составах используется, в первую очередь, для срабатывания пневмотормозов, которые для передачи сигналов за счет уменьшения давления приходят в тормозное положение, а при возрастании давления отпускаются. Главный пневмопровод HL, проходящий вдоль всех вагонов состава, может использоваться также для получения информации о специфических для поезда свойствах. Так, можно контролировать главный пневмопровод HL в отношении разрыва поезда. При этом контроль подпитанного объемного потока и соотношений давлений осуществляется при отпущенных тормозах, при торможении и во время отпускания. Основой обнаружения разрывов поезда или определения длины главного пневмопровода HL и, тем самым, всего состава являются характерные свойства тормозной системы, например максимальная подпитка главного пневмопровода HL вследствие максимальной утечки системы и типичного, зависимого от длины времени распространения тормозной волны, в течение которого можно обнаружить изменение соотношений давлений.
Эти и другие характерные свойства пневматической тормозной системы опираются преимущественно на стандартные характеристики главного пневмопровода HL с целью обеспечения общеобязательной применимости. На основе этих свойств определяются пороговые значения и градиенты значений расхода и давления, которые за счет обработки сигналов позволяют делать выводы о длине поезда или проходимости главного пневмопровода HL. Если, например, установлено, что проходимость главного пневмопровода HL нарушена, то причиной этому может быть закрытый запорный клапан внутри него между двумя вагонами.
Из DE 19902777 А1 известно техническое решение по контролю полносоставности поезда, в котором посредством датчика сжатого воздуха и расходомера для определения объемного потока в главном пневмопроводе HL подается сообщение о состоянии состава.
Его главный пневмопровод проходит обычно через все присоединенные вагоны и может контролироваться, например, на релейном клапане в тяговой единице с помощью сенсорной техники, причем направление и количество объемного потока сжатого воздуха измеряются известными датчиками. В целом, в установившемся состоянии тормозной системы господствует равновесие между поступающим и выходящим количествами воздуха. При этом поступающий сжатый воздух заменяет лишь выходящий через неплотности воздух из тормозной системы, который выходит по всей длине главного пневмопровода HL. В случае торможения давление воздуха в нем понижается большей частью в несколько этапов.
Для контроля полносоставности поезда значения, измеренные контролирующими главный пневмопровод HL датчиками, подаются на электронный блок обработки, который сравнивает зарегистрированные измеренные значения с заданными значениями соответствующих эксплуатационных параметров соответствующего эксплуатационного состояния состава. В зависимости от результата сравнения делается вывод о полносоставности поезда. При этом обработка и получение измеренных значений для определения информации о полносоставности поезда осуществляются только в одном месте состава, преимущественно в тяговой единице, так что дополнительных устройств для регистрации эксплуатационных параметров главного пневмопровода HL в других местах состава, в частности в хвосте поезда, не требуется.
Однако этот контроль полносоставности поезда имеет тот недостаток, что с его помощью нельзя точно установить, какова длина поезда. Знать его длину полезно, например, для установления так называемых «черных вагонов». Расположение вагонов и качества известны, как правило, из вагонного листка. На его основе в так называемой справке о тормозах составляется основная информация для машиниста, такая как тормозные качества. Кроме того, длина поезда важна при движении по часто проезжаемым участкам, чтобы можно было соблюдать, например, безопасные расстояния.
Из DE 19933798 А1 известен способ определения длины поезда, при котором непосредственно измеряется длина поезда, передаваемая на тяговую единицу. Для этого с помощью сенсорной техники определяются сигналы объема и давления в главном пневмопроводе HL, причем, в частности, следует немедленная передача информации через последний вагон состава на тяговую единицу. Затем блок обработки проверяет, соответствуют ли сигналы объема и давления и выведенные из них физические параметры известному, хранящемуся в нем диапазону заданных значений длины поезда. В зависимости от этого выдается сигнал, содержащий информацию о том, лежат ли измеренные значения в пределах хранящихся диапазонов заданных значений. Далее предложено измерять сохраняемую в блоке обработки тяговой единицы длину измеряемого состава с помощью измерителя длины поезда и передавать ее на тяговую единицу. Помимо этого длина поезда может измеряться также счетчиком осей при трогании или при отправлении с вокзала и передаваться на тяговую единицу. Таким образом, в этом случае активируется стационарное измерительное устройство на участке пути для измерения длины поезда.
Все эти меры представляются довольно сложными, поскольку в целях определения длины поезда используются датчики для получения измеренных значений, установленные вне тяговой единицы, а именно в последнем вагоне или даже вне состава.
Из DE 10009324 А1 известен способ основанного на тяговой установке определения длины поезда, при котором измеряются только физические параметры состояния - давление, расход и температура воздуха - в главном пневмопроводе HL в зоне тяговой единицы, причем из определенной последовательности через тормозной кран машиниста или другие исполнительные органы создаются изменения давления в главном пневмопроводе HL, связанное с этим течение интегрируется по времени и во время поддерживаемого постоянным давления, т.е. их установившихся состояний, определяется скорость утечки, а также по этим параметрам вычисляется объем в главном пневмопроводе HL, что позволяет судить о длине поезда.
Этот метод расчета учитывает, правда, обусловленную тормозной системой утечку в ней, однако другие возмущающие параметры, например локальные утечки воздуха в зоне приданных отдельным тормозным цилиндрам вагонов управляющих клапанов во время их ускорения остаются неучтенными, поскольку управляющие клапаны заботятся для тормозного ускорения на первой ступени торможения о временном дополнительном удалении воздуха из главного пневмопровода HL.
Эта мера приводит, однако, к неточным результатам измерений при определении длины поезда.
Задачей изобретения является создание способа и устройства для определения длины поезда, которые позволили бы точно определить его длину только с помощью сенсорики состава.
В части способа задача решена посредством признаков п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения изобретения охарактеризованы признаками зависимых пунктов. Устройство для осуществления способа охарактеризовано в п.9. В п.11 раскрыт состав, содержащий такое устройство.
Изобретение включает в себя решение, заключающееся в том, что регистрация измеряемых параметров с помощью сенсорной техники осуществляется, только начиная с установившегося состояния действующей ступени торможения I во время выполнения следующей ступени торможения II, пока снова не будет достигнуто установившееся состояние на этой ступени торможения II. За счет последующего интегрирования расхода во время удаления воздуха из главного пневмопровода HL для выполнения следующей ступени торможения II с учетом господствующего в начальном и конечном состояниях давления, а также окружающей температуры вычисляется объем главного пневмопровода HL. По вычисленному объему можно известным сам по себе образом при известном сечении главного пневмопровода HL сделать вывод о его длине и, тем самым, о длине L поезда.
Объем может конкретно определяться с помощью зависимости по следующей формуле
<mrow><mi>L</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>V</mi><mi>Q</mi></mfrac></mrow>
Из
следует, наконец, длина пневмопровода и, тем самым, длина L поезда.
Сечение главного пневмопровода HL и муфт, как правило, известно. Таким образом, описанным способом при каждом требующемся торможении, осуществляемом не из отпущенного состояния, можно проверить длину пневмопровода. Тем самым, можно проверить проходимость главного пневмопровода HL и обнаружить закрытый запорный кран. Если определение длины пневмопровода интегрируется в пробу тормозов до начала движения, то система может выдать предупреждение об отклонении длины поезда от данных в справке о тормозах. Если, например, после пробы тормозов к составу были прицеплены дополнительные вагоны с закрытым запорным краном, то при присоединении тяговой единицы на другом конце для изменения направления обнаруживается эта ошибка.
Чтобы зарегистрировать корректный объемный поток, в описанном выше способе следует также рассмотреть утечку. При торможении с действующей ступени из главного пневмопровода HL, за исключением утечки, воздух полностью удаляется через тормозную систему машиниста, и, тем самым, регистрируется измерением расхода. Скорость утечки должна дополнительно суммироваться с объемным потоком. Справедлива следующая зависимость:
Скорость утечки зависит от уровня давления в главном пневмопроводе HL. Для расчета утечка рассматривается как сопло постоянного сечения в главном пневмопроводе HL, из которого воздух удаляется в атмосферу.
<mrow><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mo>=</mo><mi>A</mi><mo>*</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>2</mn><mo>*</mo><mi>R</mi><mo>*</mo><mi>T</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mn>0,5</mn></mrow></msup><mo>*</mo><mi>Y</mi></mrow>
Из объемного потока
и отношения
возникает следующее выражение с коэффициентом Y расхода:
2
N
N
где А в мм, T=293,15 К, а p=1,013 барА, причем справедливо:
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>p</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>p</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mo>></mo><mn>0,528</mn></mrow>
если
, где k=1,402, в противном случае Y=0,484,
1
2
<mrow><mi>R</mi><mo>=</mo><mn>287</mn><mfrac><mrow><mi>Д</mi><mi>ж</mi></mrow><mrow><mi>к</mi><mi>г</mi><mo>*</mo><mi>К</mi></mrow></mfrac></mrow>
p соответствует при этом абсолютному давлению перед соплом, p - абсолютному давлению после сопла, а Т - температуре. При
речь идет об универсальной газовой постоянной.
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mi>N</mi><mi>у</mi><mi>т</mi><mi>е</mi><mi>ч</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow>
После определения скорости утечки при постоянном уровне давления можно, тем самым, с помощью формальной зависимости [III] определить постоянное сечение А сопла в зависимости от температуры. Следовательно,
приблизительно вычисляется из измеренной характеристики давления в главном пневмопроводе HL.
HL
Предпочтительным является то, что поступающий в главный пневмопровод HL воздух во время первого заполнения тормозной системы оставляется без внимания, поскольку при первом заполнении воздух поступает не только в главный пневмопровод HL, но и в рабочие камеры управляющих клапанов, а также в различные ресиверы вагонов. При этом объем ресиверов отдельных вагонов может варьироваться, так что практически корректировка этого возмущающего параметра с помощью техники расчета невозможна. Дополнительно в большинстве случаев исходное состояние рабочих камер управляющих клапанов и ресиверов неизвестно. Предложенное решение полностью исключает вытекающие из этого ошибки измерений. Для решения этой проблемы, в принципе, предусмотрено, что расход воздуха определяется только в заполненном состоянии, например, после первого заполнения во время движения или в любом установившемся состоянии главного пневмопровода HL, в котором давление p постоянное. За счет исключения ускоряющего действия предложенное решение позволяет избежать неизвестной величины расхода, что приводит к более точному результату измерений.
Предпочтительным является то, что для определения длины поезда во время подачи воздуха в главный пневмопровод HL регистрация измеряемых параметров с помощью сенсорной техники осуществляется только вплоть до достижения давления присоединенного к главному пневмопроводу HL ресивера. В таком однопроводном режиме у распространенных конструкций тормозов оценка процесса подачи воздуха в главный пневмопровод HL возможна вплоть до начала дополнительной запитки ресивера. При этом расход оценивается вплоть до значения давления ниже давления в ресивере. Во время этого процесса неизвестный параметр ресивера предпочтительно исключен.
В соответствии с другой, улучшающей изобретение в отношении точного результата измерений мерой предложено, что в случае сечения главного пневмопровода HL, которое вместе с его полученным объемом используется для расчета длины поезда, учитывается как сечение проходящего через отдельные вагоны главного пневмопровода HL, так и сечение расположенных между ними муфт. Как было отмечено выше, длина L поезда следует из деления полученного объема главного пневмопровода HL на его сечение.
Для компенсации с помощью вычислительной техники утечки в качестве дополнительного возмущающего параметра внутри тормозной системы предложено, что дополнительно измеряется вызванный этим в установившемся состоянии объемный поток в главном пневмопроводе HL, за счет этого этот измеренный параметр может использоваться для устранения с помощью вычислительной техники возмущающего параметра в качестве поправочного значения при определении длины поезда. Необходимый для расчета коэффициент Y расхода может быть упрощенно установлен в диапазоне 0,45-0,5, если соотношение давлений р2/р1 больше значения 0,528±10%. Даже при таком соотношении больше этого значения ошибка остается относительно небольшой, поскольку с уменьшением давления в главном пневмопроводе HL уменьшается и утечка. Если утечка в пневматической тормозной системе вычислена или установлена, то за счет включения в расчет длины поезда можно достичь количественно лучшего результата.
Согласно другой усовершенствующей изобретение мере, предложено, что при предварительно, по меньшей мере, одноразовом определении объема главного пневмопровода HL в качестве поправочного значения воздушный объем, который теряется за счет потерь тормозного ускорения отдельных, приданных в тормозном цилиндре управляющих клапанов из отпущенного состояния тормозной системы, с помощью вычислительной техники удалить при определении длины поезда. Способ основан на том, что ускоряющее действие управляющих клапанов тормозной системы исключаются для определения длины главного пневмопровода HL. Если его объем определяется один раз, например, в ходе пробы тормозов перед отправлением состава, то при известных теперь объемах можно определить вытекающую из этого ошибку. Основой является то, что во время движения поезда при затормаживании его длину можно проверить даже при требованиях торможения из отпущенного состояния, чтобы обнаружить отрыв части поезда или закрытый запорный кран. Преимущественно для реализации этой меры следует, по меньшей мере, одно давление около 0,1 бар стравить через сопло, пока не сработает ускоряющее действие в отдельных управляющих клапанах.  Ускоряющее действие отбирает из главного пневмопровода HL локально  давление примерно 0,3 бар. Затем действие заканчивается, и управляющие клапаны абсолютно невосприимчивы. Посредством этой зависимости приблизительный расчет потерянного за счет этого количества воздуха возможен с помощью уравнения. Справедливо:
до
после
после
р*V=р*V.
Предпочтительным является то, что определение объема главного пневмопровода HL может осуществляться также в так называемом двухпроводном режиме. В этом режиме ресиверы, которые могут варьироваться по величине, и другие потребители сжатого воздуха заполняются через отдельный пневмопровод, т.е. пневмопровод НВ главного резервуара. Пневмопровод НВ проходит вдоль состава параллельно главному пневмопроводу HL. Таким образом, способ может применяться в двухпроводном режиме также в случае подачи воздуха после первого заполнения, поскольку не существует никаких неизвестных величин объема. Другими словами, определение объема главного пневмопровода HL происходит во время отпускания тормозов вследствие подачи воздуха в него.
Для определения длины поезда процесс заполнения главного пневмопровода HL может оцениваться предложенным способом между двумя произвольными установившимися состояниями. Поскольку в процессе подачи воздуха не возникает никакого ускоряющего действия, следует учитывать только утечку в качестве возмущающего параметра. В противоположность определению объема через удаление воздуха в двухпроводном режиме утечка в зависимости от давления вычитается из измеренного объемного потока. Следовательно, получают:
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mi>N</mi><mi>о</mi><mi>б</mi><mi>щ</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mi>N</mi><mi>и</mi><mi>з</mi><mi>м</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover><mrow><mi>N</mi><mi>у</mi><mi>т</mi><mi>е</mi><mi>ч</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow>
.
Определение объема с помощью процесса отпускания и заполнения в двухпроводном режиме возможно без ошибок только тогда, когда воздух из главного пневмопровода HL отбирается только через тормозную систему машиниста, а не через другие приборы.
Другие усовершенствующие изобретение меры более подробно поясняются ниже
вместе с описанием предпочтительного варианта выполнения с помощью чертежей, на которых представлено следующее:
фиг.1 - состоящий из нескольких вагонов состав с устройством для определения
длины поезда с помощью главного пневмопровода;
фиг.2 - блок-схема отдельных этапов способа определения длины поезда.
HL
<mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover>
На фиг.1 поезд состоит из сцепленных между собой вагонов 1а-1с. В соответствии с давлением в главном пневмопроводе HL, проходящем от вагона 1а к вагону 1b, а от него к вагону 1с, пневматическая тормозная система тормозит состав в одну или несколько ступеней вплоть до остановки. При этом датчики 2а-2с контролируют давление p расход
и температуру Т в главном пневмопроводе HL вдоль временной оси. Датчики 2а-2с установлены в предшествующей вагонам 1а-1с тяговой единице 3. Также в тяговой единице 3 установлен накапливающий измеренные сигналы датчиков электронный блок обработки 4, который вычисляет длину поезда.
<mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover>
<mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover>
<mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover>
<mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover>
В рамках сенсорной техники в данном примере предусмотрены два отдельных датчика 2b, 2b' для определения расхода
. В то время как датчик 2b используется при смене между установившимися состояниями, т.е. при переходе от одной ступени торможения к ближайшей более высокой ступени, датчик 2b' используется только в установившемся состоянии для измерения утечки. Поскольку смена между установившимися состояниями вызывает существенно более высокий расход
, датчик 2b выполнен большим, чем датчик 2b', который по сравнению с ним должен определять лишь очень малые расходы
. За счет используемых благодаря этому разных диапазонов измерений, в целом, повышается точность определения расходов
. При этом следует различать одно- и двухпроводной режимы. В двухпроводном режиме в случае подачи воздуха может быть вполне достаточным одного датчика, который измеряет утечку и процессы подачи воздуха, или двух датчиков одинакового сечения в ряд. При этом датчик утечки требует более узкого диапазона измерений, за счет чего может достигаться более высокая точность.
В однопроводном режиме с измерением утечки обязательно необходимы два датчика, или один прибор обеспечивает двунаправленное измерение, поскольку расход при затормаживании противоположен расходу при измерении утечки. Также в этом случае сечение главного пневмопровода HL нельзя уменьшать, а датчик утечки требует более узкого диапазона измерений, чем достигается более высокая точность.
Для достижения более точных результатов расчета при определении длины поезда блок обработки 4 учитывает как сечение проходящего через отдельные вагоны 1а-1с главного пневмопровода HL, так и сечение расположенных между ними муфт 5.
В каждом отдельном вагоне 1а-1с расположен по меньшей мере один управляющий клапан 6 с присоединенным к нему тормозным пневмоцилиндром 7 для приведения в действие тормозов. Для тормозного ускорения из управляющих клапанов 6 выходит объем воздуха, регистрируемый как поправочное значение, чтобы учитывать его с помощью вычислительной техники при определении длины поезда.
HL
<mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover>
На фиг.2 определение длины поезда осуществляется преимущественно исходя из установившегося состояния тормозной системы, которое возникает за счет прилегающей ступени торможения I. Прежде всего, определение с помощью сенсорной техники физических знаний давление p расход
главного пневмопровода HL и окружающей температуры Т, а именно во время выполнения следующей ступени торможения II. Пока снова не возникнет установившееся состояние.
<mover accent="true"><mi>V</mi><mo>˙</mo></mover>
HL
Затем по уравнению [1] осуществляется интегрирование полученного расхода
с учетом начальных и конечных состояний господствующего давления p и окружающей температуры Т. В качестве результата расчета возникает объем V главного пневмопровода HL. На этой основе с помощью указанного выше отношения при известном сечении Q главного пневмопровода HL вычисляется его длина, соответствующая длине L поезда.
Изобретение не ограничено описанным выше предпочтительным примером его осуществления. Напротив, возможны также его видоизменения, охватываемые объемом охраны нижеследующей формулы. Можно также определить другие влияющие параметры и учесть их с помощью вычислительной техники в качестве поправочных значений, чтобы можно было реализовать точное определение длины поезда.