СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПРОСКАЛЬЗЫВАНИЯ КОЛЕСНЫХ ПАР ПРИ ТОРМОЖЕНИИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА
METHOD FOR PREVENTING WHEEL PAIRS FROM SLIPPING WHEN BRAKING RAILWAY CAR

Изобретение относится к области рельсовых транспортных средств, в частности к противоюзным системам [B61C 15/08, B60T 8/00, B60T 13/00, B60T 15/00, B60T 17/00].
Из уровня техники известна ПРОТИВОЮЗНАЯ СИСТЕМА ПОЕЗДА И СПОСОБ БЕЗЪЮЗОВОГО ТОРМОЖЕНИЯ ПОЕЗДА [2695252 опубл. 22.07.2019 г.]. Способ безъюзового торможения поезда, применяемый к противоюзной системе поезда, при котором: определяют, находится ли электрическое противоюзное устройство в абнормальном рабочем состоянии, включая: прием текущих данных поезда с помощью датчика на поезде, определение того, содержат ли текущие данные информацию о абнормальном состоянии электрического противоюзного устройства, и определение того, что электрическое противоюзное устройство находится в абнормальном рабочем состоянии, если текущие данные содержат информацию о абнормальном состоянии электрического противоюзного устройства; регулируют клапан переключения контура противоюзной системы поезда, если электрическое противоюзное устройство находится в абнормальном рабочем состоянии, для соединения выходного конца клапана переключения контура с пневматическим противоюзным устройством и отсоединения выходного конца клапана переключения контура от электрического противоюзного устройства; и понижают с помощью пневматического противоюзного устройства вводимое тормозное давление газа до заданного давления газа для торможения поезда с помощью сжатого газа, имеющего заданное давление газа.
Недостатками аналога являются:
- сложность конструкции, из-за наличия нескольких рабочих состояний противоюзной системы;
- низкая надежность, из-за того, что в случае ошибки определения состояния противоюзной системы, существенно понижается корректность ее работы.
Также из уровня техники известно УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ РЕЛЬСОВЫМ ТРАНСПОРТНЫМ СРЕДСТВОМ [2392140 опубл. 20.06.2010 г.]. Устройство управления рельсовым транспортным средством (2) с устройством управления торможением, содержащим электронный блок управления торможением для подачи управляющих команд тормозным актуаторам, и/или с противоюзным устройством, выполненным с возможностью регулирования скольжения колес, по меньшей мере, одной оси в зависимости от, по меньшей мере, одного сигнала скорости вращения, подаваемого противоюзным датчиком электронному противоюзному блоку управления, и/или с устройством контроля качения, содержащим электронный блок управления для контроля качения и, по меньшей мере, один датчик контроля качения для регистрации скорости вращения, по меньшей мере, некоторых колес в виде сигнала скорости вращения, а также с устройством контроля и/или диагностики шасси в отношении критических состояний и повреждений, таких, например, как сход с рельсов, перегретые подшипники, нестабильный ход и подобные состояния, содержащим электронный блок управления для контроля шасси, отличающееся тем, что электронный блок управления для контроля шасси объединен с электронным противоюзным блоком управления, и/или с электронным блоком управления тормозами, и/или с электронным блоком управления для контроля качения в один конструктивный блок, причем блок управления для контроля шасси выполнен с возможностью обработки сигнала скорости вращения от датчика контроля качения и/или противоюзного датчика и устройство контроля шасси, и/или противоюзное устройство, и/или устройство управления тормозами, и/или устройство контроля качения содержат, по меньшей мере, одно общее устройство питания и общее устройство сопряжения для связи с машинистом и общее устройство сопряжения для связи с системой управления транспортным средством.
Недостатками аналога являются:
- низкая надежность, из-за того, что электронный блок управления для контроля шасси объединен с электронным противоюзным блоком управления, из-за чего при механическом повреждении электронного блока, вместе с ним выйдет из строя противоюзный блок.
Наиболее близким по технической сущности является СПОСОБ АКТИВНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ЮЗА КОЛЕСНЫХ ПАР ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА [2200102 опубл. 10.03.2003 г.] Способ защиты от юза колесных пар транспортного средства, снабженного электропневматической или пневматической системой торможения колесных пар с микропроцессорным органом управления противоюзной защитой, включающий измерение угловой скорости колесных пар, определение уменьшения угловой скорости колесных пар сверх установленного порога, вызванного ухудшением сцепления колесных пар с рельсами, и сброс сжатого воздуха в атмосферу из рабочих тормозных цилиндров замедленных колесных пар, отличающийся тем, что в процессе сброса сжатого воздуха в атмосферу посредством микропроцессорного блока управления повышением давления определяют утраченную тормозную силу и по прохождению транспортным средством участка пути с ухудшенным сцеплением колесных пар с рельсами от источника повышенного давления через электропневморедуктор, управляемый микропроцессорным блоком управления повышением давления, дополнительно в рабочие тормозные цилиндры подают сжатый воздух под повышенным давлением, значение которого в обычных режимах торможения устанавливают выше давления торможения на величину, достаточную для компенсации утраченной тормозной силы и сокращения длины тормозного пути в условиях ухудшенного сцепления колесных пар с рельсами до длины тормозного пути при обычных режимах торможения на сухих рельсах, а при экстренном или аварийном торможении значение давления устанавливают максимально возможным, исходя из величины давления в источнике повышенного давления и состояния электропневматической или пневматической системы торможения колесных пар транспортного средства, при этом в случае аварийного отключения микропроцессорного блока управления повышением давления или напряжения питания электрических цепей управления автоматически возвращают систему к торможению давлением при обычном торможении или при экстренном или аварийном торможении.
Основной технической проблемой прототипа является увеличенный юз колесных пар при торможении, вследствие низкой точности сброса воздуха, из-за того, что точность измерения угловой скорости колесных пар зависит от типа использованных датчиков. Неточность измерения угловой скорости колесных пар, влечет за собой некорректное функционирование микропроцессорного блока управления и как следствие несвоевременный сброс воздуха в атмосферу из тормозных цилиндров, что снижает вероятность компенсации юза, и как следствие снижает безопасность движения железнодорожного состава.
Основной задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.
Технический результат изобретения уменьшение юза колесных пар при торможении железнодорожного вагона.
Технический результата изобретения, достигается за счет того, что способ предотвращения проскальзывания колесных пар при торможении железнодорожного вагона характеризующийся тем, что оптоэлектронные датчики фиксируют изменение интенсивности светового потока относительно эталонного значения при вращательном движении колесной пары, далее преобразуют световой поток в импульсные сигналы с частотой следования, прямо пропорциональной угловой скорости движения колесной пары и передают импульсные сигналы на вход модуля управления электронного блока, расположенного в блоке тормозного оборудования, где рассчитывают отклонения частоты следования импульсных сигналов от эталонного значения, на основе рассчитанного отклонения рассчитывают время сброса воздуха из тормозного цилиндра и продолжительность времени однократного воздействия на трехпозиционный сбрасывающий клапан, далее посредством подачи управляющей команды с электронного блока открывают трехпозиционный сбрасывающий клапан сбрасывая, тем самым, воздух из тормозного цилиндра в атмосферу, за счет чего, предотвращают проскальзывание колесных пар, далее подают сжатый воздух из блока тормозного оборудования в тормозные цилиндры до нормального уровня.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1. показана общая схема устройства для предотвращения проскальзывания колесных пар при торможении железнодорожного вагона, с учетом электрических и пневматических связей.
На фиг. 2. Показана общая электрическая схема модуля управления устройства для предотвращения проскальзывания колесных пар при торможении железнодорожного вагона.
На фигурах обозначено: 1 - электронный блок; 2 - блок коммутации; 3 - осевой датчик; 4 - колесная пара; 5 - оптоэлектронные датчики; 6 - блок питания; 7 - модуль управления; 8 - модуль индикации; 9 - узел приема сигналов от осевых датчиков; 10 - узел формирования сигналов управления; 11 - узел приема сигналов давления в тормозных цилиндрах; 12 - узел счета времени сброса воздуха из тормозного цилиндра; 13 - узел первичной обработки сигналов от осевых датчиков; 14 - узел расчета ускорения; 15 - узел силовых ключей; 16 - клапан сбрасывающий трехпозиционный; 17 - центральный процессор; 18 - узел анализа цепей осевых датчиков; 19 - тормозной цилиндр.
Осуществление изобретения.
Устройство для предотвращения проскальзывания колесных пар при торможении железнодорожного вагона располагается в блоке тормозного оборудования железнодорожного вагона и состоит из электронного блока 1, который представляет собой прибор прямоугольной формы закрытого не герметичного исполнения. Подключение электронного блока 1 к вагонной проводке осуществляется через блок коммутации 2. Электронный блок 1 соединен электрическим проводом с осевыми датчиками 3, которые не имеют отдельного корпуса и монтированы внутри буксового узла колесной пары 4, непосредственно в валу. Двухканальный модуль осевого датчика 3 установлен на посадочные места крышки передней буксового узла и закреплен болтами. На плате модуля осевого датчика 3 установлены оптоэлектронные датчики 5 (по одному на каждый канал), электрорадиоэлементы схемы считывания и преобразования и четырехштырьковый разъем с фиксатором для подключения присоединительного кабеля.
Модуль осевого датчика 3 соединен с вагонной проводкой посредством присоединительного кабеля, конец которого ввинчен в кабельную коробку, установленную на наружной поверхности рамы тележки. Разъем кабеля подключен к соответствующему разъему платы коммутации блока коммутации 2 электронного блока 1.
Электронный блок 1 соединен электрическим проводом с клапаном сбрасывающим трехпозиционным 16, который, в свою очередь, соединен пневматическими каналами с тормозными цилиндрами 19 и с блоком тормозного оборудования, который соединен с тормозной магистралью (показано на фиг.1, при этом сплошной линией обозначены электрические связи; пунктирной линией - пневматические связи).
В состав электронного блока 1 входит блок питания 6 и модуль управления 7. Электронный блок соединен с модулем индикации 8. Электрические связи между блоком питания 6 и модулями управления 7 и индикации 8 выполнены с помощью плоских кабелей.
В варианте реализации, на плате модуля управления 7 может быть установлен разъем USB для подключения технологического компьютера, на котором установлена сервисная программа.
Модуль индикации 8 выполнен в виде моноблока и прикреплен к электронному блоку 1 (в варианте реализации при помощи шпилек). Модуль индикации 8 электрически соединен с модулем управления 7 электронного блока 1 шлейфовым кабелем.
Модуль индикации 8 является связующим элементом между системой и обслуживающим персоналом. На лицевой панели модуля индикации 8 расположены светодиодные индикаторы, кнопки управления и пояснительные надписи. Модуль индикации 8 выполнен с возможностью индикации о наличии давления в тормозных цилиндрах 19 каждой колесной пары 4, а также индикации контроля времени сброса воздуха.
Модуль управления 7 представляет из себя печатную плату с установленными радиоэлектронными компонентами.
В состав модуля управления 7 входят следующие узлы:
- узел приема сигналов от осевых датчиков 9;
- узел формирования сигналов управления 10;
- узел приема сигналов давления в тормозных цилиндрах 11:
- узел счета времени сброса воздуха из тормозного цилиндра 12;
- узел первичной обработки сигналов от осевых датчиков 13;
- узел расчета ускорения 14;
- узел силовых ключей 15.
Узел приема сигналов от осевых датчиков 9 соединен с осевыми датчиками 3 и выполнен с возможностью осуществляет прием сигналов от осевых датчиков 3, расположенных на торцах осей колесных пар 4. Также осевые датчики 3 соединены с узлом первичной обработки сигналов от осевых датчиков 13, узлом расчета ускорения 14 и узлом анализа цепей осевых датчиков 18 через узел приема сигналов от осевых датчиков 9. Узел первичной обработки сигналов от осевых датчиков 13 представляет собой 6-ти канальное устройство, реализованное в виде цифрового автомата.
Узел расчета ускорения 14 также представляет из себя цифровой автомат и выполнен с возможностью выработки управляющих воздействий на клапан сбрасывающий трехпозиционный 16 каждой колесной пары 4.
Узел первичной обработки сигналов от осевых датчиков 13 и узел расчета ускорения 14 также соединены с центральным процессором 17.
Осевые датчики 3 также соединены с узлом приема сигналов давления в тормозных цилиндрах 11, который соединен с узлом формирования сигналов управления 10. Узел счета времени сброса воздуха из тормозного цилиндра 12 соединен с узлом приема сигналов давления в тормозных цилиндрах 11 и узлом формирования сигналов управления 10. Входы узла формирования сигналов управления 10 соединены с узлом приема сигналов давления в тормозных цилиндрах 11, узлом анализа цепей осевых датчиков 18 и центральным процессором 17, а выходы соединен с узлом силовых ключей 15 и центральным процессором 17. Узел силовых ключей 15 соединен с узлом формирования сигналов управления 10 и выполнен с возможностью осуществлять управление катушками клапана сбрасывающего трехпозиционного 16. Узел силовых ключей 15 реализован на полевых транзисторах и имеет гальваническую развязку между низковольтными цепями выработки управляющих воздействий и исполнительными высоковольтными ключами.
Способ предотвращения проскальзывания колесных пар при торможении железнодорожного вагона характеризующийся тем, что при возникновении проскальзывания колесной пары 4 происходит изменение интенсивности светового потока относительно эталонного значения, которое фиксируют оптоэлектронные датчики 5, и преобразуют световой поток в импульсные сигналы с частотой следования, прямо пропорциональной угловой скорости движения колесной пары 4. Далее осевой датчик 3 формирует логический сигнал и передает его на вход электронного блока 1 по одному из двух каналов.
Сигналы от осевых датчиков 3 в виде прямоугольных импульсов положительной полярности и заданной длительностью поступают на вход модуля управления 7. Сформированные сигналы поступают через узел приема сигналов от осевых датчиков 9 на входы узлов первичной обработки сигналов от осевых датчиков 13 которые обеспечивают подавление помех, возникающих в линиях связи. Эти же сигналы поступают на вход узла расчета ускорения 14, где вырабатывают управляющие воздействия на клапан сбрасывающий трехпозиционный 16 каждой колесной пары 4 в зависимости от отклонения частоты следования импульсных сигналов от эталонного значения.
Сформированные входные сигналы от осевых датчиков 3 через узел приема сигналов от осевых датчиков 9 поступают на вход узла анализа цепей осевых датчиков 18 и далее на вход узла формирования сигналов управления 10. Сигналы от осевых датчиков 3 попадают в узел приема сигналов давления в тормозных цилиндрах 11 и далее информацию о давлении передают в узел счета времени сброса воздуха из тормозного цилиндра 12 и узел формирования сигналов управления 10. На входы узла счета времени сброса воздуха из тормозного цилиндра 12 от узла приема сигналов давления в тормозных цилиндрах 11 и узла формирования сигналов управления 10 поступает информация о наличии давления в тормозных цилиндрах 19 и наличии сигнала управления сбрасывающим клапаном и сигналом разрешения счета. Результатом работы узла счета времени сброса воздуха из тормозного цилиндра 12 является промежуток времени от подачи сигнала управления на катушку клапана, сбрасывающего трехпозиционного 16 до момента опустошения тормозного цилиндра 19. При этом, узел счета времени сброса воздуха из тормозного цилиндра 12 в ходе своей работы передает результаты работы на узел формирования сигналов управления 10.
В узле формирования сигналов управления 10 на основе полученной информации от:
- узла анализа цепей осевых датчиков 18;
- узла приема сигналов давления в тормозных цилиндрах 11;
- узла счета времени сброса воздуха из тормозного цилиндра 12;
- центрального процессора 17, получившего информацию с узла первичной обработки сигналов от осевых датчиков 13 и узла расчета ускорения 14,
принимается решение о выдаче реальных сигналов управления на клапан сбрасывающий трехпозиционный 16. В данном узле реализуют алгоритм счета продолжительности времени однократного воздействия на клапан сбрасывающий трехпозиционный 16 по сбросу воздуха, с соответствующей индикацией на модули индикации 8. Сформированную команду передают на узел силовых ключей 15, которым осуществляют непосредственное управление катушками клапана сбрасывающего трехпозиционного 16. Таким образом, реализуют открытие клапана сбрасывающего трехпозиционного 16, разряжая тормозные цилиндры 19 и воздействуя, тем самым на колесные пары 4. Если воздействия достаточно для восстановления угловой скорости колесной пары 4, узел формирования сигналов управления 10 переходит в исходное состояние и готов к выполнению очередной команды управления. Если воздействия недостаточно, то процедура повторяется. При этом, после каждого сброса давления в тормозных цилиндрах 19 в них осуществляют автоматическую подачу сжатого воздуха из тормозной магистрали блока тормозного оборудования.
Таким образом реализуются функции автоматического обнаружения повышенного проскальзывания любой колесной пары, выдачи сигналов рабочих команд в исполнительные органы тормозной системы электровоза и диагностики целостности цепей осевых датчиков, впускных и сбрасывающих клапанов, а также световой индикации на лицевой панели электронного блока соответствующего состояния контролируемых и исполнительных органов, а также определения пороговых значений текущей скорости движения электровоза.
Заявленный технический результат изобретения - уменьшение юза колесных пар при торможении железнодорожного вагона достигается за счет того, что оптоэлектронные датчики 5 фиксируют изменение интенсивности светового потока относительно эталонного значения при вращательном движении колесной пары 4, далее преобразуют световой поток в импульсные сигналы с частотой следования, прямо пропорциональной угловой скорости движения колесной пары 4 и передают импульсные сигналы на вход модуля управления 7 электронного блока 1. Использование оптоэлектронных датчиков 5 для измерения интенсивности светового потока, позволяет получить более точные измерительные данные. Повышая точность измерения угловой скорости движения колесной пары 4, увеличивается точность расчета отклонения частоты следования импульсных сигналов от эталонного значения, и как следствие, в электронном блоке 1, точнее рассчитывается время сброса воздуха из тормозного цилиндра 19 и продолжительность времени однократного воздействия на клапан сбрасывающий трехпозиционный 16. Все вышеописанное позволяет уменьшить юз колесных пар при торможении со скоростей до 160 км/ч, обеспечить тормозные пути, повысить безопасность движения и сохранность колесных пар.
Пример достижения технического результата.
В ходе длительной эксплуатации железнодорожного состава с гружеными вагонами, оснащенными блоками тормозного оборудования с электропневматическими тормозами и блоками антиюза, которые функционируют на основе заявленного способа, было выявлено, что длинна тормозного пути полностью соответствует ГОСТ 34434-2018 «Тормозные системы грузовых железнодорожных вагонов. Технические требования и правила расчета», а именно, п. 4.2. Так, в частности, при использовании заявленного технического решения, тормозной путь при скорости движения железнодорожного состава порядка 120-140 км/ч не превышает 1130 м., а при скорости движения порядка 140-160 км/ч не превышает 1470 м. Все вышесказанное, позволяют сделать вывод о том, благодаря уменьшению юза колесных пар железнодорожных вагонов при торможении, обеспечивается требуемый уровень безопасности движения железнодорожного состава.