ВХОДНОЙ УЗЕЛ НАПОЛЬНОЙ КАМЕРЫ
INLET ASSEMBLY OF FLOOR-MOUNTED CHAMBER

Предлагаемое изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам для бесконтактного измерения температуры букс подвижного состава железных дорог (напольным камерам).
Существенной проблемой, возникающей при создании напольных камер (далее НК) для бесконтактного измерения температуры букс подвижного состава железных дорог, является защита оптического измерительного канала НК от атмосферно-пылевых воздействий окружающей среды. Решение этой проблемы в определяющей степени связано с конструкцией входного узла напольной камеры. Именно входной узел НК является важной частью, отвечающей за стабильность метрологических характеристик НК и связанным с этим регламентным сроком обслуживания всей системы контроля. Во входной узел НК практически всех действующих средств теплового контроля ходовых частей подвижного состава с несущественными конструктивными изменениями входят: наружное окно, заслонка с приводом, контрольными излучателями, защитное окно и наружный нагреватель. Существуют различные подходы к уменьшению влияния атмосферно-пылевых воздействий окружающей среды.
Известно техническое решение (см. Лозинский С.Н., Алексеев А.Г., Карпенко П.Н. Аппаратура автоматического обнаружения перегретых букс в поездах. - М.: «Транспорт», 1978, стр.68-71.), где узел заслонки защитного окна с электроприводом и обрамлением обтюратора из водоотталкивающего материала закреплен на передней стенке изнутри НК и выполнен в виде подпружиненного маятника с приводом от тягового электромагнита через рычажный механизм. При заходе поезда на контрольный участок пути на тяговый электромагнит от постовой аппаратуры подается напряжение в виде импульса постоянного тока заданной длительности, заслонка под действием рычажного механизма перемещается в крайнее положение, открывая доступ ИК-излучению от контролируемых узлов подвижного состава на приемник. После окончания процесса теплового контроля подвижного состава напряжение с тягового электромагнита снимается, и под воздействием пружины заслонка защитного окна возвращается в исходное состояние. Узел защитного окна камеры обогревается в зимнее время года дополнительными съемными наружными электронагревателями для предупреждения заноса защитного окна снегом и образования ледяной корки, препятствующих проникновению через входное окно ИК-излучения от объектов теплового контроля движущегося подвижного состава, что вызывает изменение показаний измерительного канала НК паразитным рассеянным излучением наружных нагревателей.
Известны аналогичные технические решения, которые с несущественными конструктивными изменениями имеют такое же построение узла заслонки, реализованное во всех модификациях отечественных и ряда зарубежных средств теплового контроля ходовых частей подвижного состава (детекторов греющихся букс) типа ПОНАБ и ДИСК (СССР, Россия) и др. (Трестман Е.Е., Лозинский С.Н., Образцов В.Л. Автоматизация контроля буксовых узлов в поездах. - М: «Транспорт», 1983, стр.321-343). Их недостатком также является необходимость обогрева в зимнее время узла защитного окна дополнительными наружными электронагревателями для предупреждения заноса входного окна снегом и образования ледяной корки, что дополнительно искажает, за счет рассеянного излучения нагревателей, показания измерительного канала.
Известно наиболее близкое по технической сущности к предлагаемому изобретению устройство (см. патент РФ №2374112, МПК В61К 9/06, опубл. 2009 г.), где узел заслонки выполнен в виде поворотного сектора с приводом через кривошипно-шатунный механизм от шагового электродвигателя, при этом заслонка снабжена двумя источниками ИК-излучения со встроенными термодатчиками - пассивным и активным излучателями, разность температур которых поддерживаются микроконтроллером в зависимости от температуры окружающего воздуха и заданных пороговых значений браковки контролируемых узлов подвижного состава по температуре их нагрева. Защитное окно НК защищено пленкой для предотвращения попадания загрязнений в измерительный канал. Недостатками такого устройства являются также присутствие наружного нагревателя, вызывающего паразитным рассеянным излучением изменение показаний измерительного канала НК, а также загрязнение входного узла НК через наружное окно, вынуждающее проводить регламентное обслуживание по замене защитного окна 1-2 раза в полмесяца.
Задачей, решаемой при использовании предлагаемого изобретения, является снижение затрат и трудоемкости при обслуживании напольных камер.
Техническим результатом при использовании предлагаемого изобретения является увеличение регламентного срока обслуживания напольных камер с одновременным снижением фоновой засветки измерительного канала напольной камеры за счет отсутствия наружного нагревателя.
Технический результат достигается тем, что во входном узле напольной камеры, содержащем присоединенный к корпусу напольной камеры кожух, внутри которого с возможностью поворота установлена снабженная элементами калибровки измерительного канала напольной камеры заслонка, причем в кожухе и корпусе напольной камеры выполнены соответственно наружное и защитное окна, новым является то, что заслонка выполнена в виде шара из водоотталкивающего материала со сквозным цилиндрическим отверстием, при этом ось вращения шара расположена эксцентрично к его центру и перпендикулярно оси цилиндрического отверстия, наружное окно кожуха выполнено круглым с кромкой из водоотталкивающего материала и размещено соосно с защитным окном корпуса, в защитном окне корпуса установлена пластина из абразивостойкого материала, например, лейкосапфира, а заслонка снабжена щетками очистителя.
Выполнение заслонки в форме шара с возможностью эксцентричного поворота и круглая форма наружного окна обеспечивают плотное закрытие входного узла НП и исключают попадание загрязнений внутрь конструкции при отсутствии измерений.
Соосное размещение наружного и защитного окон и цилиндрического отверстия в заслонке, обеспеченное расположением ее оси вращения перпендикулярно оси цилиндрического отверстия, позволяют проходить излучению от букс подвижного состава в измерительный канал НК.
Выполнение заслонки и кромки наружного окна кожуха из водоотталкивающего материала предотвращает залипание заслонки в наружном окне в любых погодных условиях.
Наличие на заслонке щеток очистителя, которые в момент поворота заслонки снимают загрязнение с защитного окна корпуса НК, надолго обеспечивают работоспособность камеры без участия обслуживающего персонала. При этом для защитного окна используется пластина из абразивостойкого материала, например, лейкосапфира, обладающего, благодаря своей твердости, устойчивостью к механическому воздействию практически любого природного материала. К абразивостойким можно отнести материалы, имеющие по минералогической шкале Мооса не менее 8 класса твердости, к которым относится и лейкосапфир. Это определяется тем, что максимальную твердость среди распространенных природных материалов имеет кварц, встречающийся в песке, глине, щебенке, гравии, соответствующий 7 классу твердости по шкале Мооса, поэтому при попадании во входной узел НК природных загрязнений защитному окну не могут быть нанесены механические повреждения.
Предложенная конструкция входного узла обеспечивает работу заслонки в любых погодных условиях, что позволяет исключить из конструкции НК наружный нагреватель, который вносил паразитную засветку защитного окна при проведении измерений.
Сущность изобретения поясняется схемой входного узла НК, показанной на фиг.1 в момент проведения измерений, а на фиг.2 - в положении ожидания.
Входной узел напольной камеры содержит заслонку 1, представляющую собой шар, изготовленный из водоотталкивающего материала, например фторопласт Ф4К20 (ТУ 6-05-1413-76). Наружное окно 2 в кожухе 3 установлено на оптической оси измерительного канала НК. Защитное окно 4 выполнено в корпусе 5 НК из пластины абразивостойкого материала, например, лейкосапфира. Ось вращения 6 шаровой заслонки 1 относительно оси симметрии шара выполнена с эксцентриситетом. На шаровой заслонке закреплен керамический нагреватель 7 с графитовым выравнивателем температуры и датчиком температуры, а также щетки очистителя 8.
Устройство работает следующим образом. В положении «ИЗМЕРЕНИЕ» (фиг.1) шаровая заслонка 1 повернута относительно оси вращения 6 так, что цилиндрическое отверстие в ней располагается соосно оптической оси измерительного канала НК и излучение от объекта беспрепятственно попадает в измерительный канал. При этом шаровая заслонка 1 из-за эксцентриситета максимально удалена от наружного окна 2. В положении «ОЖИДАНИЕ» - «КАЛИБРОВКА» (фиг.2) заслонка повернута так, что керамический нагреватель 7 с графитовым выравнивателем температуры и датчиком температуры находится напротив защитного окна 4. Поверхность шаровой заслонки 1 при этом из-за эксцентриситета вплотную прижимается к кромке наружного окна. В таком расположении шаровой заслонки отсек между кожухом 3 и корпусом 5 с защитным окном герметизируется. В процессе поворота заслонки из положения «ИЗМЕРЕНИЕ» в положение «ОЖИДАНИЕ» - «КАЛИБРОВКА» и обратно щетки очистителя 8 очищают поверхность защитного окна 4. Для минимизации силы трения покоя в момент подачи команды на открытие заслонки ось вращения шаровой заслонки выполнена с эксцентриситетом относительно оси ее симметрии. Это сообщает заслонке не только вращательное, но и поступательное (по радиусу от наружного окна) движение. Эксцентриситет оси вращения шаровой заслонки и водоотталкивающие свойства материала, из которого она изготовлена, позволяют избежать заклинивания заслонки в зимнее время, а герметизация отсека НК за наружным окном исключает попадание снежных осадков в механизм заслонки, что позволяет не использовать в конструкции камеры наружные нагреватели.
Предложенная конструкция реализована при построении напольной камеры системы контроля температуры букс подвижного состава железных дорог. Входной узел напольной камеры устанавливается на ее корпусе так, что ось, проходящая через центры наружного окна кожуха и входного окна корпуса, образует угол относительно горизонтали 55±1°. Световые диаметры наружного окна, цилиндрического отверстия шаровой заслонки и входного окна корпуса согласуются с входной апертурой и углом поля зрения оптико-электронной части измерительного канала НК, причем диаметр цилиндрического отверстия целесообразно выполнять не менее поля зрения оптической системы НК, чтобы не ухудшать характеристик измерительного канала. Диаметр шаровой заслонки составляет 60 мм. Угол поворота 90°. Время поворота не более 70 мс. Эксцентриситет центра шара относительно оси вращения заслонки составляет 8 мм. Вращение заслонки осуществляется шаговым двигателем. Калибровочный нагреватель выполнен на керамической подложке с графитовым выравнивателем температуры, благодаря чему достигается не только высокий коэффициент излучения (более 0,9), но и его постоянство в диапазоне температур от 20°С до 100°С. Кромка наружного окна защищена тонким слоем водоотталкивающего материала, например, нанесенного методом горячего прессования фторопласта Ф4К20 (ТУ 6-05-1413-76), что гарантирует свободное открытие заслонки в любых погодных условиях. Очищающие щетки выполнены из натуральной щетины, что позволяет обеспечить их гибкость во всем температурном диапазоне эксплуатации. Опыт эксплуатации таких очистителей показал их удовлетворительную работу как в зимний сезон, так и другое время года.
Таким образом, по сравнению с прототипом в предложенном устройстве входного узла НК обеспечивается высокая степень пыле- и грязезащиты защитного окна корпуса НК, что существенно увеличивает регламентный срок обслуживания напольной камеры с 1-2 раз в месяц (в прототипе) до 1-2 раз в год. При этом предложенная конструкция позволяет обойтись без наружного нагревателя, что исключает паразитную засветку защитного окна и уменьшает влияние теплового фона на измерения температуры букс подвижного состава.