УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГРУЗОВОГО ВАГОНА

1.1 Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и предназначена для преобразования динамических возмущений элементов железнодорожного подвижного состава в электрическую энергию, с последующим ее накоплением, например, в аккумуляторной батарее, и использованием полученной энергии для диагностирования технического состояния грузового вагона.
1.2. Уровень техники
Известна полезная модель «Бортовая система диагностики буксовых узлов железнодорожных грузовых вагонов» (патент РФ 121215, опубликован 20.10.2012 г., авторы Епифанов С.В., Епифанова Л.М.), содержащая блок обработки, записи и хранения информации, датчики частоты вращения, бесконтактную электрическую машину. Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является контроль параметров технического состояния буксового узла в реальном времени и предотвращение возникновения его аварийного состояния. Источник питания данной системы представляет собой либо электрическую машину, ротор которой закреплен на валу колесной пары, а статор установлен в крышку буксового узла, либо электрическую машину, закрепленную на отрезке вала колесной пары, находящемся между колесами, либо электрическую машину, закрепленную на тележке, ось которой соединена с валом колесной пары.
Однако, данная система осуществляет контроль технического состояния только буксового узла, что затрудняет использование получаемой электрической энергии для диагностирования технического состояния остальных узлов грузового вагона.
Известна полезная модель «Зарядное устройство блока хвостового грузового вагона», выбранная в качестве прототипа (патент РФ 140805, опубликован 20.05.2014 г., авторы: Кучеренко В.К., Сергеев Б.Б., Сергеев П.Б., Шлома Д.Н., Черников Е.А.), содержащая солнечную батарею. Содержащийся в устройстве источник электропитания позволяет превратить солнечную энергию в электрическую для зарядки аккумуляторной батареи блока хвостового вагона.
Однако, данный способ имеет низкую эффективность в районах страны, расположенных выше 60° северной широты, то есть с малой продолжительностью светового дня, а также при загрязнении светопоглощающей поверхности снегом и пылью.
Известна полезная модель «Устройство электропитания для диагностирования технического состояния грузового вагона» (патент РФ 173915, опубликован 19.09.2017 г., авторы: Матяш Ю.И., Родченко А.Д., Гаджиев И.А., Кондратенко Е.В., Ададуров А.С, Григоришин К.Е.), преобразующее механическую энергию в электрическую за счет механического воздействия массы движущегося инерционного элемента на пьезоэлектрические пластины, которое вызвано динамическими возмущениями, обусловленными колебаниями кузова грузового вагона при его движении.
Однако, данная полезная модель имеет низкую выходную электрическую мощность, что вызвано высоким внутренним сопротивлением пьезоэлементов. Помимо этого, выходная мощность сильно зависит от интенсивности колебаний вагона, так как воздействие на пластины опосредовано, т.е. происходит за счет воздействия сил инерции на массу движущегося элемента.
1.3. Раскрытие полезной модели
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является преобразование динамических возмущений элементов подвижного состава в электрическую энергию, с использованием ее для обеспечения работы средств диагностирования грузового вагона.
Поставленная цель достигается тем, что предлагается устройство электропитания для преобразования динамических возмущений, возникающих при колебаниях кузова грузового вагона, в электрическую энергию путем вращения ротора электрической машины.
1.4. Краткое описание чертежей
Сущность предлагаемого технического решения поясняется описанием со ссылками на чертежи, где
фиг. 1 - принципиальная схема предлагаемого устройства электропитания для диагностирования технического состояния грузового вагона;
фиг. 2 - схема взаимодействия предлагаемого устройства с грузовым вагоном;
фиг. 3 - конструкция генераторной части предлагаемого устройства.
Устройство электропитания для диагностирования технического состояния грузового вагона состоит из зарядного устройства с батареей 1, пружины 2, штока с зубчатой рейкой 3, редуктора 4, храпового механизма 5, генераторной части 6 и работает следующим образом (фиг. 1).
При движении грузового вагона происходят колебания его кузова и, как следствие, колебания самого устройства, жестко закрепленного на раме вагона. В результате этого подпружиненный шток 3 начинает совершать возвратно-поступательные движения, которые через редуктор 4 приводят во вращение вал генераторной части 6, что в свою очередь обуславливает наведение ЭДС в катушках. Использование в конструкции храпового механизма 5 обеспечивает одностороннее вращение вала. Для накопления получаемой электрической энергии предусмотрена аккумуляторная батарея 1.
Взаимодействие устройства электропитания с грузовым вагоном показано на фиг. 2, где изображены рессорное подвешивание 1, авторежим 2, хребтовая балка 3, устройство электропитания 4 и бал очка авторежима 5.
Устройство электропитания 4 жестко закрепляется на кронштейне, приваренном к хребтовой балке рамы вагона 3 (аналогично авторежиму 2), благодаря чему обеспечивается совместное перемещение устройства и кузова при изменении прогиба рессорного подвешивания 1. При этом шток устройства электропитания в качестве своей опоры использует баночку авторежима 5.
Конструкция генераторной части состоит из статора с обмоткой 1, ротора 2 с магнитами 4, храпового механизма 3 и поясняется фиг. 3. Для повышения выходной мощности устройства предлагается использовать статор с трехфазной обмоткой и числом полюсов равным 24, а в конструкции ротора применить неодимовые магниты, которые в отличие от ферритовых магнитов обладают значительно большей мощностью.
Полученная электрическая энергия может быть использована для диагностирования технического состояния наиболее важных узлов грузового вагона (например, угол набегания колеса на рельс, работа поглощающего аппарата и др.), нарушение работоспособности которых может вызывать аварийный сход вагонов с рельсов.