ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ВАГОННОЙ БУКСЫ
METRE OF CAR AXLE-BOX PARAMETRES

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в железнодорожном транспорте при переоборудовании высокоскоростных вагонов новейшей датчиковой аппаратурой.
Известен "Термодатчик-393" вагонной буксы пассажирских вагонов всех типов, ["Термодатчик-393", ВКГ ОКП 31.8411, ОАО "МТЗ Трансмаш", Тормозное оборудование, ТУ 2405.158-88] - аналог.
Принцип действия термодатчика 393 основан на расплавлении легкоплавкой вставки внутри корпуса при достижении в буксовом узле критической температуры 96±4°С и таким образом разрыва цепи питания постоянного напряжения 50 В. Датчик имеет стандартное гнездо установки в буксе путем ввинчивания пустотелого болта, в который он помещен.
Недостатками аналога являются:
- сигнальный режим работы, исключающий возможность упреждающего диагностирования буксы;
- ограниченное число измеряемых параметров, необходимых для упреждающего диагностирования технического состояния.
Ближайшим аналогом к заявляемому техническому решению является устройство, патент RU №2220866, 2003 г. Устройство включает корпус, выполненный в виде болта из тонкостенного трубчатого элемента, внутри которого располагается термодатчик, внешней боковой поверхностью плотно прилегающий к боковой поверхности внутренней полости упомянутого болта, внутри корпуса термодатчика размещены втулка из электроизоляционного материала, в которой выполнены сквозные каналы для размещения электропроводных элементов от электронной метки, плавкая перемычка, выполненная из электропроводного материала с задаваемой температурой плавления, слой парафина, причем плавкая перемычка размещена между оголенными от изоляции концами электропроводных элементов и непосредственно контактирует с ними и со слоем парафина. Технический результат - повышение безопасности средств железнодорожного транспорта за счет повышения достоверности определения опасного нагрева букс.
К недостаткам ближайшего аналога можно отнести ограниченные функциональные возможности и невозможность диагностирования ранних признаков неисправности буксы, в том числе нарастающих значений виброперегрузок.
Задача, решаемая заявляемым изобретением, состоит в расширении функциональных возможностей для обнаружения ранних признаков неисправности вагонной буксы путем одновременного измерения ее температуры и виброперегрузки при передаче информации по существующей двухпроводной линии электропитания и размещении измерителя в том же стандартном узле буксы, что и аналог.
Поставленная цель достигается тем, что измеритель параметров вагонной буксы, включающий корпус в виде пустотелого болта, ввинчиваемого в стандартный узел крепления в буксе, термодатчик, плотно прилегающий к внутренней стенке болта, фиксирующую крышку болта, двухпроводную линию электропитания дополнительно внутри болта содержит датчик виброперегрузки, жестко фиксируемый на дне болта, печатную плату с размещенной на ней электронной схемой с двумя независимыми входами, датчик виброперегрузки и датчик температуры подключены к независимым входам упомянутой электронной схемы, задающей дискретный режим их измерений и формирующей измерительные посылки, передаваемые по двухпроводной линии электропитания электронной схемы с темпом опроса датчиков, определяемым скоростью переключения полярности питания двухпроводной линии.
Изобретение поясняется чертежами, где:
фиг.1 - поэлементная схема измерителя (фотоснимок);
фиг.2 - функциональная блок-схема измерителя;
фиг.3 - электронная схема измерителя в режиме измерения виброперегрузки;
фиг.4 - вид сигналов, передаваемых по двухпроводной линии:
а) режим измерения температуры;
б) режим измерения виброперегрузки.
Поэлементная схема измерителя иллюстрируется фотоснимком фиг.1. Измеритель (1) содержит пустотелый болт (2), ввинчиваемый посредством резьбы (3) в стандартное гнездо буксы, внутри пустотелого болта смонтированы датчик виброперегрузки (4) и датчик температуры (5), подключенные к независимым входам электронной схемы (6), выполненной на печатной плате (7), печатная плата (7) закреплена внутри пустотелого болта опорными кольцами (8), закрываемыми верхней крышкой (9), через отверстие верхней крышки (9) проходят провода питания (10) электронной схемы.
Функциональная блок-схема измерителя (фиг.2) содержит коммутатор питания (11) тракты (12, 13) измерения параметров буксы: тракт измерения температуры (12) в составе формирователя выходного сигнала (14) микроконтроллера (15) и датчика температуры (5) и тракт измерения виброперегрузки (13), в составе формирователя выходного сигнала (16), усилителя заряда (17), микроконтроллера (15), датчика виброперегрузки (4).
Электронная схема измерителя в режиме измерения виброперегрузки иллюстрируется фиг.3. Она содержит датчик виброперегрузки (4), усилитель заряда (17), собранный на операционном усилителе, формирователь выходного сигнала (16).
Динамика взаимодействия элементов измерителя состоит в следующем. Способ измерений при постоянном питающем напряжении основан на изменении величины тока нагрузки в цепи питания электронной схемы, формирующей информационный сигнал. Темп измерений задают скоростью переключения полярности питания двухпроводной линии (10). В зависимости от полярности питания коммутатор (11) осуществляет запитку либо тракта измерения температуры (12), либо тракта измерения виброперегрузки (13). Основу измерительной цепи температуры буксы составляет двухпроводная токовая петля, работающая в стандартной шкале параметра 4-20 ma, при этом на питание самой электронной схемы датчика используется диапазон 0-4 ma. В режиме измерения температуры микроконтроллер (15) считывает показания датчика температуры (5) типа DS18B20 и формирует информационный кадр, содержащий данные электронного паспорта датчика и текущее значение температуры. Информационный кадр имеет байтную структуру, при этом значению "0" соответствует уровень 4 ma, а значению "1" - уровень 20 ma. Вид цифрового сигнала в тракте измерений температуры и шкала параметра иллюстрируются фиг.4а. В режиме измерения вибрации в начале цикла измерения микроконтроллер (15) подает на вход усилителя заряда (17) тестовый сигнал (меандр) (фиг.3), что позволяет провести калибровку датчика (4) и судить о работоспособности тракта измерения. После тестирования на задаваемом интервале времени микроконтроллер (15) работает в режиме ожидания. На вход усилителя заряда (17) поступает сигнал от датчика (4). Схема формирования выходного сигнала (16) обеспечивает ток в двухпроводной линии питания, равный середине измерительной шкалы, т.е. 12 ma, который модулируется текущими аналоговыми значениями вибрации в диапазоне ±8 ma. При этом диапазон измерения виброперегрузки соответствует шкале от 0 до ±100 g.
Все элементы измерителя выполнены на существующей измерительной базе. Датчик температуры (5) DS18B20 фирмы Dallas Semiconductor, датчик виброперегрузки (4) типа АНС-117, коммутатор (11) выполнен на полупроводниковых диодах ВАТ54, печатная плата (7) из материала 45N (Arlon), микроконтроллер (15) типа ADuC814, формирователи выходного сигнала (14, 16) XTR117.
Эффективность измерителя определяется возможностью упреждающего диагностирования неисправных вагонных букс на основе текущих непрерывных измерений при замене существующего парка подвижного состава высокоскоростными вагонами.