Тренажерный комплекс для изучения устройства, работы тормозного оборудования и управления тормозами
SIMULATOR COMPLEX FOR STUDYING DEVICE, BRAKING EQUIPMENT OPERATION AND BRAKE CONTROL

Изобретение относится к области тренажерной техники, в частности, к устройствам по изучению тормозного оборудования и управления тормозами грузовых и пассажирских локомотивов, моторвагонного и специального подвижного состава, грузовых и пассажирских вагонов, и может быть использовано для повышения эффективности и качества обучения специалистов, работников железнодорожного транспорта, работников метрополитена, работников промышленного транспорта, и других смежных профессий.
Известен многотиповой тренажерный комплекс для изучения устройства и работы автотормозов подвижного состава, содержащий стенды с расположенными на них реальным пневматическим оборудованием и тормозными приборами локомотива и вагона, компрессор, комплект датчиков давления и пневматических клапанов, шкаф управления с расположенной в нем электронной аппаратурой, компьютер с установленным на нем программным обеспечением, систему отображения графической информации (патент РФ №2395405), выбранный нами в качестве наиболее близкого аналога.
Известный многотиповой тренажерный комплекс (патент РФ №2395405) выполнен в виде единого блока, включающего в себя стенд локомотива и стенд вагона, что затрудняет размещение комплекса в помещении, в связи со значительными габаритными размерами.
Известный многотиповой тренажерный комплекс (патент РФ №2395405) содержит один стенд с тормозным оборудованием одного локомотива и один стенд с тормозным оборудованием одного вагона, что существенно ограничивает функциональные возможности комплекса.
Известный многотиповой тренажерный комплекс (патент РФ №2395405) в силу конструктивных особенностей исключает возможность добавления дополнительных стендов с тормозным оборудованием локомотивов и вагонов после ввода в эксплуатацию.
Часть реальных тормозных приборов известного многотипового тренажерного комплекса (патент РФ №2395405) расположена за лицевой панелью стенда, что затрудняет восприятие и изучение существующих взаимосвязей пневматических приборов между собой и усложняет построение логических цепочек при изучении пневматических схем тормозного оборудования.
Известный многотиповой тренажерный комплекс (патент РФ №2395405) в силу конструктивных особенностей не может быть использован для симуляции режима работы тормозного оборудования локомотивов при движении двойной тягой, или симуляции режима работы тормозного оборудования локомотивов по системе многих единиц.
Известный многотиповой тренажерный комплекс (патент РФ №2395405) не позволяет изучать, отрабатывать и закреплять навыки управления комбинированными тормозами, так как комплекс предназначен для управления автоматическими или электропневматическими тормозами, что делает невозможным использование его для изучения режимов управления тормозами современного подвижного состава.
Технический результат состоит в повышении качества обучения и расширении функциональных возможностей тренажерного комплекса за счет использования в едином комплексе отдельных независимых модулей с тормозным оборудованием грузовых и пассажирских локомотивов, моторвагонного и специального подвижного состава, грузовых и пассажирских вагонов, а также возможности добавлять модули с необходимым тормозным оборудованием после введения тренажерного комплекса в эксплуатацию.
Заявляется многотиповой тренажерный комплекс, включающий навесное пневматическое оборудование и тормозные приборы локомотива и вагона, комплект пневматических датчиков и электропневматических клапанов, компьютер с установленным на нем программным обеспечением,
отличающийся тем, что выполнен в виде одного независимо работающего модуля или нескольких модулей с реальными тормозными приборами и пневматическим оборудованием, объединенных в единую систему пневматическими рукавами и электрическими соединителями, работающих согласованно под управлением единого программного обеспечения, предусмотрена возможность централизованного снабжения сжатым воздухом или от стационарного компрессора в составе комплекса.
Реальные тормозные приборы и пневматическое оборудование расположены на лицевой стороне модулей.
Предусмотрена возможность добавления модулей с необходимым оборудованием после введения тренажерного комплекса в эксплуатацию, подключая новые модули с помощью пневматических рукавов и электрических соединителей. После добавления дополнительного модуля тренажерный комплекс работает как единая система под управлением единого программного обеспечения.
Количество и тип модулей выбирают в зависимости от типа подвижного состава, уровня планируемой профессиональной подготовки персонала, возможностей и пожеланий конечного потребителя.
Изобретение поясняется следующими иллюстрациями.
На Фиг.1 показана структурная схема тренажерного комплекса – одного из вариантов реализации заявляемого устройства, где:
1 – централизованная или автономная (компрессор) система снабжения сжатым воздухом;
2 – модули (локомотив, вагон 1, вагон 2),
3 – панели с приборами управления и индикации,
4 –реальные тормозные приборы, пневматическое оборудование и арматура,
5 – комплект датчиков,
6 – микропроцессорный блок ввода-вывода
7 – комплект электропневматических клапанов и исполнительных механизмов,
8 – системный блок,
9 – система вывода видеоизображения (дисплей),
англ.
CAN ( Controller Area Network ) — сеть контроллеров),
LAN (англ Local area network) — локальная вычислительная сеть.
ТМ - тормозная магистраль.
На Фиг.2 приведена в качестве примера принципиальная пневматическая схема оборудования модуля пассажирского вагона, где:
11 – манометр тормозной магистрали;
12 – манометр запасного резервуара;
13 – манометр тормозного цилиндра;
14 – клапан выпускной;
15 – стоп-кран;
16 –разобщительный кран;
17 – датчик пневматический давления в тормозной магистрали;
18 - датчик пневматический давления в запасном резервуаре;
19 - датчик пневматический давления в тормозном цилиндре;
20 – соединительный рукав;
21 – воздухораспределитель;
22 – клапан электропневматический;
23 – клапан электропневматический;
24 – механизм исполнительный;
25 – магистральный резервуар.
На Фиг.3 показан общий вид тренажерного комплекса грузового тепловоза 2ТЭ116 с двумя грузовыми вагонами (фото).
Рассмотрим подробнее устройство указанного варианта исполнения заявляемого устройства - тренажерного комплекса, предназначенного для изучения для устройства, работы тормозного оборудования и управления тормозами.
Тренажерный комплекс (Фиг.1) включает элементы: централизованная или автономная (компрессор) система снабжения сжатым воздухом 1, модули с навесным пневматическим оборудованием тепловоза 2ТЭ116: локомотива и двух грузовых вагонов 2.
Комплект оборудования модуля локомотива 2 включает: панель с приборами управления и индикации 3 (манометры, индикаторы, кнопки), предназначенными для считывания показаний и передачи в микропроцессорный блок ввода-вывода 6 для обработки полученных данных; реальные тормозные приборы, пневматическое оборудование и арматура 4 соответствующей одной секции локомотива 2ТЭ116; комплект датчиков 5, предназначенных для контроля давления, положений органов управления, контроля положения подвижных частей и передачи данных в микропроцессорный блок ввода-вывода 6.
Микропроцессорный блок ввода-вывода 5 с обратной связью и специализированным ПО предназначен для ввода и вывода данных, их обработки, а также согласования совместной работы отдельных модуле. Комплект электропневматических клапанов и исполнительных механизмов 7 предназначен для управления процессами симулируемыми стендом. Системный блок 8 (Raspberry PI) предназначен для обработки в программной среде данных, полученных от микропроцесорных блоков ввода-вывода 6, и управления тренажерным комплексом. Система вывода видеоизображения (промышленный дисплей) 9 предназначен для вывода информации о процессах, происходящих в тренажерном комплексе в графической форме.
Комплект оборудования модуля грузового вагона 2 включает: панель с приборами управления и индикации 3 (манометры, индикаторы, кнопки), предназначенными для считывания показаний и передачи в микропроцессорный блок ввода-вывода 6 для обработки полученных данных; реальные тормозные приборы, пневматическое оборудование и арматура соответствующее одному грузовому вагону 4; комплект датчиков 5, предназначенных для контроля давления, контроля положения подвижных частей и передачи данных в микропроцессорный блок ввода-вывода 6.
Микропроцессорный блок ввода-вывода 6 с обратной связью и специализированным ПО предназначен для ввода и вывода данных, их обработки, а также согласования совместной работы отдельных модулей 2. Комплект электропневматических клапанов и исполнительных механизмов 7 предназначен для управления процессами, симулируемыми стендом. Модули грузового локомотива и вагонов 2 для совместной работы связаны между собой пневматическими рукавами и электрическими соединителями.
Модуль тренажерного комплекса включает реальные тормозные приборы соответствующей серии локомотива или головного вагона моторвагонного подвижного состава грузового, пассажирского вагона и/или вагона моторвагонного подвижного состава, комплект пневматического оборудования и арматуры, панели с приборами управления и индикации, комплект электрических и электропневматических датчиков, комплект электропневматических клапанов и исполнительных механизмов, микропроцессорный блок ввода-вывода, основной конструктив - раму, облицовочные щиты, необходимое для согласованной работы всего комплекса, независимо от количества и типа выбранных модулей.
Комплект оборудования модуля локомотива или головного вагона моторвагонного подвижного состава состоит из:
- комплекта реальных тормозных приборов, комплекта пневматического оборудования и арматуры соответствующей серии локомотива или секции моторвагонного подвижного состава;
- панели с приборами управления и индикации;
- комплекта датчиков;
- комплекта электропневматических клапанов;
- микропроцессорного блока ввода-вывода;
- системного блока;
- системы вывода видеоизображения;
- основного конструктива.
Комплект оборудования модуля вагона состоит из:
- комплекта реальных тормозных приборов соответствующей серии грузового, пассажирского вагона или вагона моторвагонного подвижного состава;
- комплекта пневматического оборудования и арматуры;
- панели с приборами управления и индикации;
- комплекта датчиков;
- комплекта электропневматических клапанов;
- микропроцессорного блока ввода-вывода;
Конструктивное исполнение тренажерного комплекса в виде отдельных независимых модулей упрощает размещение комплекса в помещении по сравнению с известным многотиповым тренажерным комплексом (патент РФ №2395405), выполненным в виде единого блока. Использование двух и более модулей с тормозным оборудованием позволяет использовать комплекс для симуляции работы тормозного оборудования в режиме двойной тяги, по системе многих единиц, сравнивать работу разных модулей, (в зависимости от возможностей тормозного оборудования локомотивов соответствующего типа).
Использование двух модулей с тормозным оборудованием головных вагонов, и одной или двух модулей с тормозным оборудованием прицепных вагонов моторвагонного подвижного состава (в зависимости от тормозного оборудования вагонов моторвагонного подвижного состава соответствующего типа) в едином тренажерном комплексе, позволяет наиболее реалистично изучать конструкцию и работу тормозного оборудования моторвагонного подвижного состава, а также его управлением.
Использование двух модулей с тормозным оборудованием пассажирских или грузовых вагонов в едином тренажерном комплексе, позволяет наглядно сравнивать различие в работе тормозного оборудования, в зависимости от выбранных режимов работы, количества вагонов, удаления от головы поезда или других параметров.
Тренажерный комплекс позволяет добавить и согласовать работу в едином комплексе дополнительные модули с тормозным оборудованием локомотивов, вагонов, моторвагонного или специального подвижного состава после ввода в эксплуатацию комплекса без внесения конструктивных изменений в ранее установленное оборудование.
Реальные тормозные приборы каждого модуля тренажерного комплекса закреплены на лицевой панели, расположение и цвет оборудования приближен или соответствует расположению и цвету тормозного оборудования на пневматической схеме, приведенной в учебной литературе по данному типу локомотива или вагона, что упрощает восприятие и изучение реальных взаимосвязей пневматических приборов между собой, а также упрощает построение логических цепочек при изучении соответствующих пневматических схем. Для согласованной работы модулей, используются микропроцессорные блоки ввода-вывода с обратной связью и специализированным программным обеспечением, работающие по высокоскоростному помехоустойчивому промышленному стандарту RS-485.
Предлагаемое изобретение внедрено в тренажерном комплексе для изучения устройства, работы тормозного оборудования и управления тормозами, разработанном обществом с ограниченной ответственностью «РТ-Смарт».
Тренажерный комплекс «SMART-PHYSICAL» предназначен:
- для изучения устройства и принципов работы тормозного оборудования грузовых и пассажирских локомотивов, моторвагонного и специального подвижного состава, грузовых и пассажирских вагонов;
- отработки и закрепления навыков управления тормозами грузовых и пассажирских локомотивов, моторвагонного и специального подвижного состава, грузовых и пассажирских вагонов, в различных режимах работы тормозного оборудования;
- проведения регламентных работ по изменению режимов работы, проверке и настройке тормозного оборудования грузовых и пассажирских локомотивов, моторвагонного и специального подвижного состава, грузовых и пассажирских вагонов, выполняемых в эксплуатации;
- анализа работы тормозного оборудования грузовых и пассажирских локомотивов, моторвагонного и специального подвижного состава, грузовых и пассажирских вагонов при работе в различных режимах, а также при изменении условий работы и управляющих действий оператора;
- проведения практических и лабораторных работ с сохранением результатов для последующего анализа, и проверки правильности выполнения.
Использование оригинального тормозного оборудования и актуальных схем подключения позволяют демонстрировать реальные схемы локомотива и вагонов, работу всех узлов и агрегатов в зависимости от управляющих действий обучаемого.
Возможно изучение газодинамических процессов тормозной магистрали в поезде с длиной от 2 до 100 вагонов, поскольку возможно оперативное переключение номера вагона без перезагрузки программного обеспечения (ПО).
Возможно проведение проверок тормозов, таких как плотность тормозной магистрали (ТМ), плотность уравнительного резервуара (УР), чувствительность воздухораспределителя (ей) (ВР) к торможению, чувствительность воздухораспределителя (ей) к отпуску, темп ликвидации сверхзарядного давления, проверка крана вспомогательного тормоза на максимальное давление в тормозном цилиндре (ТЦ), проверка отсутствия недопустимого снижения давления в тормозном цилиндре, регулировка зарядного давления в тормозной магистрали (ТМ).
Возможно обучение эффективному и безопасному управлению автотормозами при исправной схеме работы.
Возможно обучение безопасному управлению автотормозами при движении состава по произвольному профилю, изучение динамических реакций и сил на автосцепках.
В результате обучающего, тестового и итогового занятия закрепляется устойчивый навык работы и возможность применения полученных знаний в работе на подвижном составе.
Параметры процессов в тормозной системе регистрируются с помощью датчиков и манометров. В зависимости от управляющих действий обучаемого и/или преподавателя отображается диаграмма тормозных процессов, происходящих в данный момент.
Пневматическое и сопутствующее оборудование расположены по схемам: локомотив плюс 2 вагона, локомотив плюс 1 пассажирский вагон. Схема подключения пневматического оборудования, а также датчиков и клапанов зависит от типа подвижного состава. К примеру, на Фиг.3 тормозные приборы и приборы управления, расположенные на тренажерном комплексе, установлены в соответствии с пневматической схемой тепловоза 2ТЭ116, являются оригинальными и работают в соответствии с установленной схемой.
Аппаратный шкаф содержит электронные устройства, предназначенные для работы тренажера. Комплект индикаторов давления предназначен для считывания показаний и передачи в аппаратный шкаф для обработки полученных данных.
На рабочем месте преподавателя установлен комплект оргтехники: системный блок, монитор, клавиатура, манипулятор "мышь", блок бесперебойного питания (UPS), цветной принтер, компьютерный стол и вращающееся офисное кресло. Устанавливается специализированное программное обеспечение.
Высокая степень усвоения и наглядности происходящих газодинамических процессов обеспечивается наличием оригинального тормозного оборудования и видеосистемой с персональным компьютером и специализированным программным обеспечением. Программное обеспечение позволяет работать в режиме исправной схемы и в режиме поездки локомотива по произвольному профилю пути.
Программное обеспечение состоит из 3-х частей:
1. Программа для работы тренажерного комплекса;
2. Программа для создания, корректировки и проверки тестовых, практических и лабораторных работ;
3. Программа выполнения лабораторной или практической работы.
Программа для работы тренажерного комплекса представляет изменения контролируемых давлений в реальном времени в зависимости от действий, осуществляемых преподавателем или обучаемым с устройствами управления тренажера, позволяет сохранять и распечатать полученные графики, лабораторные и практические работы.
Программа для создания, корректировки и проверки тестовых, практических и лабораторных работ позволяет открывать сохраненные файлы, отображать сохраненные графики, осуществлять анализ полученных графиков, распечатать полученные графики, создавать тестовые и практические задания в соответствии с полученными графиками, сохранять тестовые задачи в файлах, открывать файлы с выполненными лабораторными работами, осуществлять автоматический контроль и контроль преподавателей насчет правильности выполнения тестовых заданий, создавать и распечатать протокол выполнения практической или лабораторной работы.
Программа выполнения лабораторной или практической работы позволяет открывать сохраненные файлы, открывать файлы с тестовыми заданиями, осуществлять анализ полученных графиков без работы тренажера, распечатывать полученные графики.
Работа на тренажерном комплексе осуществляется в следующем порядке:
1. Включение тренажерного комплекса:
- Включить систему система вывода видеоизображения (дисплей) 9,
- Включить системный блок 8,
- Проверить порядок установки ручек разобщительных кранов 16 (Фиг.2),
- Включить систему снабжения сжатым воздухом 1 и зарядить систему сжатым воздухом до установленного давления в главном резервуаре 22 в пределах до 7 кгс/смI (в зависимости от применяемого типа компрессора).
2. Запуск программного обеспечения тренажерного комплекса (по необходимости).
3. Регулировка параметров тормозной системы:
- Провести визуальную проверку на наличие утечек воздуха по соединениям и приборам.
- Провести работы с тренажерным комплексом: изучение, настройка, регулировка, и. т.д.
- Подведение итогов работы.
4. Выключение тренажерного комплекса.
По завершении занятий тренажерный комплекс должен быть выключен, тормозная система комплекса должна быть разряжена.
Допускается размещение на внешней стороне тренажерного комплекса дополнительного оборудования, не входящего в пневматическую схему локомотива или вагона, для более наглядного представления работы и отображения неисправностей и принципов работы тормозного оборудования.
Тренажёрный комплекс предназначен для эксплуатации в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями, например, в закрытых отапливаемых или охлаждаемых и вентилируемых производственных и других, в том числе хорошо вентилируемых подземных помещениях; в отсутствии воздействия прямого солнечного излучения, атмосферных осадков, ветра, песка и пыли наружного воздуха.
Тренажерный комплекс содержит оборудование с питанием от электрической сети:
- для компрессора – 220 В, 50 Гц (либо 380 В промышленной частоты, в зависимости от комплектации),
- для системного блока – 220 В, 50 Гц,
- для системы видеоизображения – 220 В, 50 Гц,
- для контроллеров и датчиков стенда –  24 В, 50 Гц,
мощность, 1 кВт.