УЗЕЛ ЗАСЛОНКИ НАПОЛЬНОЙ КАМЕРЫ

Предлагаемая полезная модель 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 для бесконтактного измерения температуры букс подвижного состава железных дорог (далее НК), является защита оптического измерительного канала НК от атмосферно-пылевых воздействий окружающей среды. Решение этой проблемы в определяющей степени связано с конструкцией входного узла заслонки напольной камеры. Именно заслонки НК является важной частью, отвечающей за стабильность метрологических характеристик НК и связанным с этим регламентным сроком обслуживания всей системы контроля. В узел заслонки 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 НК 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 возвращается в исходное состояние. Узел заслонки камеры обогревается в зимнее время года дополнительными съемными наружными электронагревателями для предупреждения заноса наружного окна снегом и образования ледяной корки, препятствующих проникновению через наружное окно ИК-излучения от объектов теплового контроля движущегося подвижного состава. С несущественными конструктивными изменениями такое построение узла заслонки реализовано 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)
Недостатком такого технического решения является необходимость обогрева в зимнее время узла заслонки дополнительными наружными электронагревателями для предупреждения заноса наружного окна снегом и образования ледяной корки, что дополнительно искажает, за счет рассеянного излучения нагревателей, показания измерительного канала. Кроме того, использование в известных напольных камерах лампы накаливания, размещаемой с внутренней стороны заслонки в поле обзора приемника ИК-излучения, позволяют лишь оценить исправность приемника и предварительного усилителя, но не дают возможности оценить изменение параметров измерительного тракта во времени вследствие влияния различных дестабилизирующих факторов внешней среды и своевременно компенсировать неблагоприятные изменения.
Известно также наиболее близкое по технической сущности к предлагаемому устройство (см. патент РФ №2374112, МПК B61K 9/06, опубл. 2009 г.), где узел заслонки выполнен в виде поворотного сектора с приводом через кривошипно-шатунный механизм от шагового электродвигателя, расположенного между наружным и закрытым пленкой защитным окнами НК, 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. Наличие двух излучателей позволяет проводить калибровку измерительного канала НК по разности температур этих излучателей.
Недостатками такого устройства являются также присутствие наружного нагревателя, вызывающего рассеянным излучением паразитное изменение показаний измерительного канала НК, а также загрязнение защитного окна измерительного канала НК, вынуждающее проводить регламентное обслуживание по замене пленки защитного окна 1-2 раза в полмесяца.
Задачей, решаемой при использовании предлагаемой полезной модели, является увеличение периода регламентного обслуживания (1-2 раза в год) при сохранении возможности калибровки измерительного канала НК.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является уменьшение влияния теплового фона, обусловленного излучением наружного нагревателя, на точность измерения температуры.
Технический результат достигается тем, что в узле заслонки напольной камеры, содержащем корпус с расположенными на оси оптического канала наружным окном и защитным окном оптического канала и размещенную между ними выполненную в виде поворотного сектора заслонку оптического канала, установленную на валу шагового двигателя, на заслонке установлен щеточный очиститель защитного окна, которое снабжено пластиной из абразивостойкого материала, например, лейкосапфира, шаговый двигатель снабжен блоком управления и выполнен с возможностью работы в вибрационном режиме, а в нижней части корпуса выполнено отверстие.
Закрепленный на заслонке щеточный очиститель в момент поворота заслонки производит очистку защитного окна от попадающих через наружное окно загрязнений. Для обеспечения длительной работы без регламентного обслуживания защитное окно закрыто пластиной 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.
Вибрационный режим работы электропривода от шагового двигателя предотвращает налипание грязи и снега на наружное окно НК и примораживание заслонки в холодное время года, что обеспечивает работу НК без наружного нагревателя.
Сущность полезной модели поясняется структурной схемой узла заслонки, показанной на чертеже. Узел заслонки содержит тело заслонки 1, представляющее собой алюминиевый сектор. В корпусе 2 на оптической оси оптического канала расположены наружное окно 3 и защитное окно 4, на котором закреплена лейкосапфировая пластина 5. Тело заслонки 1 установлено на валу 6 шагового двигателя 7, работа которого осуществляется блоком управления 8. На теле заслонки закреплены щетки очистителя 9. В нижней части корпуса 1 выполнено отверстие 10 для удаления атмосферных осадков.
Устройство работает следующим образом. В положении «ИЗМЕРЕНИЕ» тело заслонки 1 выведено из хода пучка лучей измерительного канала НК так, что излучение от объекта беспрепятственно попадает в измерительный канал. В положении «ОЖИДАНИЕ»-«КАЛИБРОВКА» тело заслонки повернуто так, что тело заслонки 1 находится напротив защитного окна 4. В таком положении для исключения примораживания тела заслонки в зимнее время к наружному окну шаговый двигатель в положении «ОЖИДАНИЕ»-«КАЛИБРОВКА» работает в вибрационном режиме. Это позволяет не использовать в конструкции камеры наружные нагреватели для оттаивания снега. Управление движением заслонки и вклюение вибрационного режима работы осуществляется блоком управления 8 шагового двигателя. В процессе поворота тела заслонки из положения «ИЗМЕРЕНИЕ» в положение «ОЖИДАНИЕ»-«КАЛИБРОВКА» и обратно щетки очистителя 7 очищают поверхность лейкосапфировой пластины 5 на защитном окне 4. Скапливающиеся внутри корпуса 1 в процессе эксплуатации камеры атмосферные осадки и загрязнения выводятся через отверстие 10, чему также способствует вибрационный режим работы шагового двигателя.
Предложенная конструкция реализована при построении напольной камеры системы контроля температуры букс подвижного состава железных дорог. Тело заслонки представляет собой установленный на валу шагового двигателя поворотный сектор из алюминия, на котором с помощью щелевого зажима закреплены (вклеены) щетки очистителя. Щетки очистителя выполнены из капролона, обладающего высокой износоустойчивостью и гибкостью во всем температурном диапазоне эксплуатации. Наиболее целесообразным является расположение щеток по окружности, диаметр которой превышает диаметр защитного окна. В этом случае осуществляется дополнительная защита окна оптического канала в положении «ОЖИДАНИЕ»-«КАЛИБРОВКА» за счет его полного закрытия щетками очистителя.
Опыт эксплуатации таких очистителей показал их удовлетворительную работу, как в зимний сезон, так и другое время года. Крепление пластины из лейкосапфира на защитное окно осуществляется эпоксидным клеем. Вибрационный режим работы шагового двигателя обеспечивается по тому же алгоритму, что и поворот заслонки из положения «ИЗМЕРЕНИЕ» в положение «ОЖИДАНИЕ»-«КАЛИБРОВКА» и обратно. При этом угол поворота сектора уменьшается, а скорость возвратно-поступательного перемещения возрастает. Указанные режимы работы реализуются программируемым блоком управления и конструктивными особенностями шагового двигателя, ротор которого имеет возможность перемещаться пошажно и с реверсом. Количество периодов возвратно-поступательного перемещения и их скважность определяются экспериментально и в среднем составляют двадцать перемещений со скважностью 2-3 минуты.
В качестве шагового двигателя использован двигатель типа FL57STH41-1006A, - имеющего ток фазы, не более 2,4 А, сопротивление фазы - 5,7 Ом. Блок управления шаговым двигателем обеспечивает время поворота заслонки из положения «ИЗМЕРЕНИЕ» в положение «ОЖИДАНИЕ»-«КАЛИБРОВКА» не более 100 мс. В вибрационном режиме заслонка перемещается на 6 градусов с частотой 10 Гц.
Таким образом, по сравнению с прототипом в предложенном устройстве заслонки обеспечивается высокая степень пыле- и грязезащиты защитного окна за счет его очистки щеточным очистителем, использования абразивостойкокой пластины и вибрационного режима работы электропривода шагового двигателя, что исключает необходимость наличия наружного нагревателя. При этом существенно увеличивается период регламентного обслуживания напольной камеры, а также исключается паразитная засветка защитного окна наружным нагревателем, что позволяет повысить точность измерения температуры объектов.