Размещено на http://www.allbest.ru/

125

Содержание

Введение

1. Эксплуатационная часть

1.1 Аналитический обзор отечественных и зарубежных систем контроля технического состояния подвижного состава

1.1.1 Система автоматического контроля технического состояния подвижного состава компании Hawker siddeley dynamiсs engineering

1.1.2 Система автоматического контроля технического состояния подвижного состава МН 2 национального предприятия TESLA

1.1.3 Система автоматического контроля технического состояния подвижного состава типа ПОНАБ - З, комплекс технических средств КТСМ-01

1.1.4 Системы комплексного контроля технического состояния подвижного состава на ходу поезда

1.1.4.1 Система ДИСК - БКВ - Ц

1.1.4.2 Система ДИСК 2

1.2 Исследование физических основ контроля подвижного состава методами инфракрасной техники

1.2.1 Основные законы инфракрасного излучения

1.2.2 Характеристики инфракрасного излучения букс

1.2.3 Влияние различных факторов на мощность инфракрасного излучения букс

1.2.4 Методы измерения

1.2.5 Приемники инфракрасного излучения букс

1.2.6 Выбор контролируемых элементов буксового узла и углов ориентации оптических систем приемников

1.3 Тенденции централизации показаний аппаратуры контроля буксовых узлов

1.4 Разработка мероприятий по обеспечению непрерывного контроля технического состояния подвижного состава при его движении на участке Гомель - Калинковичи

1.4.1 Характеристика участка

1.4.2 Характеристика автоматизированной системы контроля подвижного состава и состояния аппаратуры ДИСК

1.4.3 Построение системы АСК ПС на участке Гомель-Калинковичи

1.4.3.1 Топология системы

1.4.3.2 Оборудование системы

2. Техническая часть

2.1 Исследование формы сигналов в контрольных точках измерительного тракта подсистемы ДИСК - В

2.1.1 Назначение и основные технические данные подсистемы ДИСК - В

2.1.2 Состав подсистемы ДИСК - В

2.1.3 Устройство и принцип работы подсистемы ДИСК - В

2.1.4 Субблок обнаружения волочащихся деталей (ВД) устройство и работа

2.2 Техническое описание АРМ “Стенд”

2.2.1 Назначение и состав оборудования

2.2.2 Структурная схема АРМ “Стенд”

2.2.2.1 Плата адаптера

2.2.2.2 Плата управления и контроля (УК)

2.2.2.3 Плата ввода - вывода (ВВД)

2.2.3 Назначение программного обеспечения и работа с ним

2.2.4 Режимы работы программного обеспечения

2.3 Разработка алгоритма и программы проверки работоспособности субблока ВД подсистемы ДИСК - В на базе АРМ "Стенд"

2.3.1 Разработка алгоритма

2.3.2 Разработка программы

2.4 Расчет потребляемой энергии и степени нагрузки вторичных источников питания блока управления перегонной стойки ДИСК-Б

2.4.1 Разработка алгоритма расчета потребляемой энергии

2.4.2 Разработка программы расчета потребляемой энергии

3. Вопросы техники безопасности и чрезвычайных ситуаций

3.1 Основные понятия и составные части охраны труда

3.2 Сведения о производственном оборудовании, технологическом процессе и связанных с ними опасных и вредных факторах

3.3 Требования безопасности при выполнении работ по обслуживанию устройств ДИСК

3.4 Требования безопасности в аварийных ситуациях

3.5 Определение расчетного времени эвакуации людей из здания поста ЭЦ при пожаре

Заключение

Список принятых сокращений

Литература

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Введение

Для решения стоящих перед железнодорожным транспортом задач предусматривается широкое использование новейших достижений науки и техники, в том числе средств автоматики, телемеханики и связи. Одним из важнейших направлений на железнодорожном транспорте является автоматизация процесса контроля технического состояния подвижного состава в пути следования и особенно его ходовых частей. Обеспечение высокой эксплуатационной надежности подвижного состава, а также повышения безопасности движения поездов - это самые главные условия повышения качества и эффективности работы железнодорожного транспорта. Удлинение участков безостановочного следования поездов, как и увеличение скоростей движения влечет за собой увеличение вероятности возникновения отказа ходовых частей подвижного состава, в том числе и вагонных букс. Поэтому все актуальней становится вопрос обеспечения высокого уровня безопасности движения. Решение данной задачи не может быть достигнуто без совершенствования традиционных и разработки новых методов контроля поездов в процессе их движения по участкам безостановочного следования.

Автоматизированные системы контроля технического состояния подвижного состава позволяют своевременно выявить и устранить появляющиеся в процессе эксплуатации неисправности ходовых частей подвижного состава и тем самым предупредить возникновение необратимых отказов, способных привести к авариям и крушениям, увеличить скорости движения поездов, сократить затраты времени на техническое обслуживание состава, увеличить расстояние безостановочного пробега поездов без технического обслуживания вагонов, облегчить условия труда линейных работников вагонного хозяйства.

Необходимо отметить, что одной из основных задач проекта является разработка мероприятий по обеспечению непрерывного контроля технического состояния подвижного состава при его движении на участке Гомель - Калинковичи

1. Эксплуатационная часть

1.1 Аналитический обзор отечественных и зарубежных систем контроля технического состояния подвижного состава

1.1.1 Система автоматического контроля технического состояния подвижного состава компании Hawker siddeley dynamiсs engineering

Аппаратура компании HSDE построена на принципах аппаратуры телесигнализации. Вся первичная телеметрическая информация обрабатывается постовым оборудованием, а на регистрирующее оборудование поступает лишь информация о целеуказании [1].

В аппаратуре реализован метод относительного определения температуры корпуса буксы.

В состав напольного оборудования в соответствии с рисунком 1.1 входят считывающие устройства (напольные камеры 1, 2) и датчики прохода колес 3, 4.

Напольная камера состоит из приемной капсулы с оптической системой, приемником ИК - излучения и предварительным усилителем тепловых сигналов, устройства обогрева и механизма заслонки. Все оборудование напольной камеры размещено в литом металлическом корпусе с герметично закрывающейся крышкой. Напольные камеры монтируются на специальных фундаментах, установленных в призму железнодорожного полотна.

Датчики прохода колес, действующие на электромагнитном принципе, размещаются попарно на специальной металлической плите-платформе, которая устанавливается у рельса с внутренней стороны пути. Такое размещение датчиков способствует более точной фиксации времени контроля одной буксы. Задняя стенка корпуса буксы сканируется под углом 4° к горизонту.

В постовое оборудование входят импульсные усилители 5, 6 и блок обработки телеметрической информации 7.

Усилителями выполняется операция стробирования, исключающая попадание в обработку паразитных сигналов от других нагретых деталей поезда.

Блоком обработки телеметрической информации запоминаются амплитуды сигналов двух букс одной колесной пары, по которым после прохода колесом второго (по ходу движения поезда) датчика прохода колес принимается решение о техническом состоянии буксы.

При принятии решения, помимо признака “амплитуда сигнала”, формируется признак “сумма амплитуд сигналов” букс одной колесной пары. Последний признак способствует уменьшению ложных показаний при контроле букс с подшипниками качения. Результат обработки телеметрической информации кодируется четырьмя уровнями амплитуды импульсного сигнала и передается к станционному оборудованию по двухпроводной линии связи. На каждую проконтролированную буксу передается импульс, четыре уровня которого означают: первый - колесо без нагретой буксы; второй- перегретая букса слева; третий - перегретая букса справа; четвертый - обе буксы колесной пары перегреты.

Непосредственная передача импульсных сигналов ограничивает дальность передачи, которая не должна превышать 5 км.

В станционное оборудование входит регистратор 8 и телефонный аппарат 10. От импульсов прохода колес начинают работать 4 механических счетчика осей регистратора. По сигналу первой перегретой буксы останавливается первый счетчик, по сигналу второй перегретой буксы - второй счетчик, по сигналу третьей перегретой буксы - третий счетчик. При этом соответствующей лампочкой указывается сторона поезда, на которой обнаружена перегретая букса.



Рисунок 1.1 - Структурная схема системы автоматического контроля технического состояния подвижного состава компании HSDE

Документальная запись результатов контроля при такой форме регистрации отсутствует, что создаст эксплуатационные неудобства.

Служебная связь организуется по отдельной физической цепи с применением аппаратов 9, 10.

1.1.2 Система автоматического контроля технического состояния подвижного состава МН 2 национального предприятия TESLA

Отличительной особенностью этой аппаратуры по сравнению с зарубежными моделями является выдача информации о техническом состоянии букс контролируемого поезда на цифропечатающее устройство [1]. Аппаратура построена по принципам аппаратуры телесигнализации. Температура задней стенки корпуса буксы измеряется по отношению к температуре рамы вагона (температуре окружающего воздуха).

В состав напольного оборудования в соответствии с рисунком 1.2 входят два напольных считывающих устройства 1 и два датчика прохода колесных пар 2, 3. В качестве приемника ИК - излучения используется фотосопротивление с оптическим фильтром до 2,5 мкм.

Постовое оборудование аппаратуры МН 2 содержит блок управления 4, усилители тепловых сигналов 6, 7, классификатор греющихся букс 8 и центральные часы 5. Сюда не входит передающий комплект аппаратуры передачи данных 9.

Рисунок 1.2 Структурная схема системы автоконтроля состояния подвижного состава МН 2

Блок управления по сигналам датчиков прохода колес формирует команды, обеспечивающие последовательность взаимодействия всех блоков и узлов аппаратуры.

Классификатор греющихся букс подсчитывает оси контролируемого поезда и по амплитудному значению сигнала принимает решение о техническом состоянии букс (классифицирует буксы на перегретые и нормально греющиеся). Решение, принимаемое классификатором, вместе с сигналами отметки времени от центральных часов подаются на вход передатчика АПД 9 и далее по двухпроводной кабельной линии связи к станционному оборудованию.

В комплект станционного оборудования, помимо приемника АПД 10, входит цифропечатающее устройство ЦПУ 11 и блок сигнализации 12 с акустической 13 и оптической 14 сигнализацией.

В процессе контроля поезда на бумажную ленту автоматически, печатается время прохода поезда (например, 16.41), число осей в поезде (например, 128), номер оси с перегретой буксой с обозначением L (левая) или Р (правая) сторона поезда. Например, запись Р078 означает, что на 78-й оси с правой стороны греется букса.

1.1.3 Система автоматического контроля технического состояния подвижного состава типа ПОНАБ - З, комплекс технических средств КТСМ-01

Аппаратура автоматического обнаружения перегретых букс в поездах типа ПОНАБ - З является второй промышленной моделью, нашедшей широкое распространение на отечественных железных дорогах. Как и первая промышленная модель типа ПОНАБ - 2, аппаратура ПОНАБ - З построена по принципу систем телесигнализации и реализует наиболее распространенный в мировой практике способ контроля исправности буксовых узлов железнодорожного подвижного состава по уровню инфракрасной энергии, излучаемой корпусом буксового узла в окружающее пространство [1]. Имея много общего в структурном построении, в конструктивном и схемном исполнении отдельных функциональных устройств с зарубежными моделями, аппаратура ПОНАБ - З обладает и рядом отличительных признаков.

В первую очередь отличительные особенности построения ПОНАБ - З касаются аппаратуры передачи и регистрации данных контроля (аппаратуры АПД). Если во всех других моделях аппаратуры в процессе контроля передается непрерывный ряд сообщений о состоянии контролируемого объекта (передача с перегона на станцию сигналов от букс, сигналов счета осей и др.), то в аппаратуре ПОНАБ - З сообщение о наличии и расположении перегретой буксы в поезде передается только в момент ее обнаружения.

Применение такого способа передачи сообщений позволило в значительной степени повысить помехозащищенность аппаратуры за счет резкого снижения объемов передаваемой информации на один проконтролированный поезд.

Применение в ПОНАБ-З нового способа передачи сообщений потребовало разработки и включения в состав аппаратуры устройств автоматического контроля ее исправности, так как при отсутствии в контролируемом поезде перегретых букс обслуживающий персонал должен иметь уверенность в том, что в момент контроля устройства аппаратуры находились в исправном состоянии. Устройства автоконтроля ПОНАБ - З обеспечивают выдачу на регистрирующее устройство информации о результатах проверки аппаратуры после прохода каждого поезда через участок контроля.

В аппаратуре ПОНАБ - З применяется удобная форма представления результатов контроля, обеспечивающая документальность регистрируемых данных. Результаты контроля выводятся па печатающее устройство, а места расположения перегретых букс в поезде указываются не в осях или условных вагонах, как это имеет место в других моделях аппаратуры, а в физических подвижных единицах.

С этой целью в состав аппаратуры введено устройство для автоматического распознавания физических подвижных единиц независимо от их осности.

Аппаратура ПОНАБ - З обеспечивает регистрацию больших объемов данных на один проконтролированный поезд. Помимо регистрации данных о расположении перегретых букс в поезде, аппаратурой регистрируются также данные об общем числе вагонов в поезде и числе перегретых букс.

Аппаратура ПОНАБ - З имеет в своем составе рельсовую цепь наложения для надежного управления ее работой в момент контроля поезда, дополнительные средства защиты напольных камер от заносов снегом, средства контроля уровня сигнала в канале связи и др. В состав аппаратуры включен ряд специальных вспомогательных устройств для ее настройки и контроля при эксплуатации.

На данный момент аппаратура ПОНАБ является устаревшей и не отвечающей современным требованиям к устройствам автоматического контроля за состоянием подвижного состава. В то же время полная замена системы ПОНАБ-3 системами ДИСК и ДИСК-2 не представляется возможной. Для этого был разработан комплекс технических средств для модернизации аппаратуры ПОНАБ (КТСМ-01), который позволил привести устройства ПОНАБ в соответствие современным требованиям.

В качестве станционного оборудования КТСМ-01используются средства автоматизированной системы контроля подвижного состава АСК ПС, в состав которых входят концентратор информации КИ-6М и автоматизированное рабочее месте оператора линейного поста контроля АРМ ЛПК (персональная ЭВМ типа IBM PC), при этом один КИ-6М обеспечивает прием информации от четырех КТСМ-01. АРМ ЛПК поддерживает функции речевого оповещения и включения сигнализации. При централизованном варианте информационное взаимодействие КТСМ-01 с АРМом центрального поста контроля осуществляется через сеть передачи данных на базе концентраторов информации КИ-6М.

Рисунок 1.3 Структура централизованного информационного взаимодействия КТСМ-01 с АРМ ЦПК.

В состав комплекса входят:

1) блок сопряжения БСУ-П, предназначенный для обеспечения электрического согласования цепей напольного и силового оборудования аппаратуры ПОНАБ-З и периферийного контроллера ПК-02;

2) контроллер периферийный ПК-02, представляющий собой устройство с микропроцессорным управлением и являющийся основным устройством комплекса. выполняющим все «интеллектуальные» функции по обработке сигналов напольного оборудования и передаче данных;

3) технологический пульт ПТ-ОЗ, предназначенный для диалогового тестирования (настройки комплекса и напольного оборудования обслуживающим персоналом). В процессе технического обслуживания, использование технологического пульта позволяет практически отказаться от применения контрольно-измерительньк приборов и значительно упростить проведение регламентных работ по обслуживанию перегонного оборудования;

4) датчик температуры наружного воздуха;

5) комплект монтажных принадлежностей (соединительных кабелей);

6) комплект эксплуатационных документов.

КТСМ-01 обеспечивает:

- выявление перегретых букс с температурой шеек осей выше 70"С, не менее - 96%;

выявление перегретых букс с температурой шеек осей выше 140 С, не менее - 99%. Диапазон скоростей движения поездов по участку контроля от 5 км/час до 200 км/час.

Общее количество вагонов в контролируемом поезде - до 200. Количество осей в вагоне -до 32. Количество уровней квантования теплового сигнала - 70. Передача (прием) информации осуществляется методом частотной манипуляции со скоростью 1200 бит/с по двухпроводной физической линии связи длиной до 30 км или выделенному каналу тональной частоты с 4-х или 2-х проводным окончанием.

Выявление неисправной буксы производится как по величине теплового уровня относительно температуры боковины тележки, так и по отношению теплового уровня корпусе буксы к среднему значению остальных тепловых уровней от букс этой стороны вагона.

Дополнительно КТСМ-01 осуществляет:

- определение нагрева шкивов в пасажирских вагонах;

- определение среднего теплового уровня на каждую сторону поезда с целью контроля работы тепловых трактов;

- восстановление счетчика вагонов в случае сбоя по одному из датчиков счета осей;

- определение типа подвижной единицы (локомотив, пассажирский вагон, грузовой вагон);

- определение минимальной скорости прохода контролируемого поезда;

- подсчет общего количества осей в поезде;

- автоматическую и дистанционную диагностику работы всех составных частей комплекса и напольного оборудования;

- контроль температуры наружного воздуха;

- накопление и хранение информации о проконтролированных поездах при отказе канала связи с дальнейшей передачей накопленной информации после восстановления.

1.1.4 Системы комплексного контроля технического состояния подвижного состава на ходу поезда

1.1.4.1 Система ДИСК - БКВ - Ц

Эта аппаратура выполнена на микросхемах малой и средней интеграции, имеет модульную структуру, блочную конструкцию и состоит из подсистем: базовой контроля букс (ДИСК-Б), контроля поверхности катания колес (ДИСК-К), обнаружения волочащихся деталей (ДИСК-В), обнаружения заторможенных колесных пар (ДИСК-Т) с возможностью централизации (ДИСК-Ц) и обработки (ДИСК-0) информации в центральном пункте контроля. Базовая подсистема ДИСК-Б обладает функциональной и конструктивной завершенностью, позволяющей самостоятельно работать в условиях эксплуатации, а все остальные системы могут только дополнять ее на тех или иных пунктах контроля.

Аппаратура подсистемы ДИСК - Б предназначается для бесконтактного обнаружения на ходу поезда перегретых букс подвижного состава и выдачи обслуживающему персоналу на станции информации о наличии и расположении в поезде вагонов с такого вида неисправностями.

Принцип действия аппаратуры подсистемы ДИСК - Б основан на восприятии чувствительными элементами импульсов ИК - излучения от задних (по ходу движения) стенок корпусов букс и от ступицы колеса с последующим преобразованием этих импульсов в электрические сигналы, выделении сигналов от перегретых букс, регистрации и передаче полученной информации.

Принцип действия подсистемы ДИСК - К основан на измерении с помощью пьезоэлектрических датчиков ускорений рельса при ударе колеса с дефектом по кругу катания (ползун, навар, выщербины и т.д.) и выделении по определенным критериям сигнала информации в случаях, когда динамическое воздействие колеса на рельс превышает заданное пороговое значение.

Подсистема ДИСК - В вырабатывает сигнал наличия волочащейся детали при механическом соударении узлов и деталей вагона, выходящих за пределы нижнего габарита подвижного состава, с элементами напольного электромеханического датчика подсистемы.

Подсистема ДИСК - Б включает в себя перегонное и станционное оборудование, связанное между собой кабельной линией связи. Перегонное оборудование в свою очередь подразделяется на напольное и постовое, а станционное - на регистрирующее и сигнализирующее.

После обработки сигналов устройствами постового оборудования информации о состоянии букс вагонов передается к станционному оборудованию и регистрируется цифропечатающими устройствами. При этом указываются порядковые номера вагонов (начиная с головы поезда) с перегретыми буксами, порядковый номер оси с перегретой буксой в вагоне, степень перегрева буксы, время контроля поезда, тип буксового узла, сторона поезда, общее количество вагонов в поезде, общее число вагонов с перегретыми буксами, исправность аппаратуры ДИСК.

1.1.4.2 Система ДИСК 2

Уральским отделением ВНИИЖТа с участием ряда организаций - соисполнителей в 1990 - 1995 гг. разработана перспективная модель системы комплексного контроля технического состояния подвижного состава на ходу поезда ДИСК 2 [13]. Система включает в свой состав подсистемы обнаружения перегретых букс (ДИСК 2-Б), заторможенных колес (ДИСК2-Т), волочащихся деталей (ДИСК 2-В), дефектов колес по кругу катания (ДИСК 2-К), отклонений верхнего габарита подвижного состава (ДИСК 2-Г), перегруза или неравномерной загрузки вагонов (ДИСК 2-З), централизации и обработки информации (ДИСК 2-ЦО). Базовой подсистемой, обладающей конструктивной и функциональной завершенностью, служит подсистема ДИСК 2-Б, а все остальные подсистемы дополняют ее на тех или иных пунктах контроля, в зависимости от технологических задач. Подсистема ДИСК 2-Г должна дополнять базовую подсистему ДИСК 2-Б в первую очередь на станциях, примыкающих к крупным искусственным сооружениям (мостам, тоннелям и др.). Подсистема ДИСК 2-К может дополнять ДИСК 2-БТ на станциях с ПТО, а подсистема ДИСК 2-З - на ПТО, примыкающим к регионам массовой погрузки грузов.

В 1995 г. были проведены эксплуатационные и приемочные испытания опытных образцов системы ДИСК 2 на Южно - Уральской дороге, которые позволили рекомендовать ее для промышленного выпуска и внедрения на железных дорогах.

Структурно система ДИСК2 построена по традиционной схеме. Все оборудование системы подразделено на оборудование линейных пунктов контроля (ЛПК) и оборудование центрального пункта контроля (ЦПК), который размещается на крупных станциях, имеющих пункты технического обслуживания вагонов (ПТО). К одному центральному пункту может быть подключено до 16 ЛИК. При этом связь между ЛПК и ЦПК осуществляется по выделенным телефонным каналам, которые могут быть как индивидуальными, так и групповыми, когда канал равнодоступен нескольким ЛПК. Технологическая телефонная связь оператора центрального пункта контроля с ДСП или операторами линейных пунктов контроля организуется по отдельному каналу по принципу постанционной или диспетчерской связи. Информация с ЛПК передается по запросу с ЦПК. В системе ДИСК2 предусмотрены два режима работы: централизованный и автономный. При распечатке данных контроля на каждый вид неисправности указывается категория неисправности (Тревога 1, Тревога 2), характеристики вагона (пассажирский, грузовой), его номер, а также номер оси в вагоне. Кроме данных, характеризующих техническое состояние поезда, в- .системе предусмотрена выдача общих данных на поезд (направление движения, дата, время контроля, номер поезда, количество вагонов, средняя скорость проследования участка контроля).

Оборудование ЛПК подразделяется на перегонное и станционное. Перегонное оборудование в свою очередь подразделяется на постовое и напольное.

Напольное оборудование (НО) представляет собой набор первичных датчиков, устанавливаемых на железнодорожном полотне, либо в непосредственной близости от него, которые вырабатывают телеметрические сигналы и сигналы управления. В состав напольного оборудования входят индуктивные датчики счета осей (их в зависимости от комплектации системы контроля может быть до 9 шт.), электронная педаль, датчик волочащихся деталей, четыре напольные камеры (две основные и две вспомогательные), подсистемы контроля букс, три напольные камеры подсистемы ДИСК2-Г, десять вибродатчиков подсистемы ДИСК2-К, четыре тензодатчика давления подсистемы ДИСК2-3. 8

Основные датчики дублируются, т. е. устанавливаются на обоих рельсах. Постовое оборудование (ПОС) состоит из силовой и приборной стоек. Перегонная силовая стойка обеспечивает бесперебойное электропитание напольного оборудования, а перегонная приборная стойка выполняет функции предварительной обработки телеметрических сигналов и сигналов управления, их преобразование в код и подготовки к виду, удобному для передачи на станцию. Информация передается по двухпроводной физической цепи с помощью типовых модемов (М) со . скоростью 1206 Бод.

Станционное оборудование базового комплекта аппаратуры ДИСК2 состоит из блока модемов, устройства сопряжения (УС) с ПЭВМ, ПВК, в состав которого входят персональная ЭВМ. (аналог персонального компьютера IBM-PC/XT) с дисплеем (Д), клавиатурой (К) и дисководом, а также блока реле тревоги, вырабатывающих сигналы на указатель перегрева букс (С) и пульт оператора. По отдельному заказу станционное оборудование может быть укомплектовано принтером (П). При отсутствии принтера данные контроля в течение суток фиксируются на гибком диске и могут быть выведены на дисплей по требованию. Блок модемов, объединяет четыре стандартных модема 1200. В комплект поставки базовой подсистемы ДИСК2-Б, помимо перегонного оборудования, входят два модема 1200 и один ПВК. Таким образом, при контроле поездов четного и нечетного направлений станционное оборудование имеет 100%-ный резерв. Предусмотрена возможность контроля поездов и с третьего направления. В этих (достаточно редких) случаях поставляется еще один комплект перегонного оборудования и россыпью еще два субблока модема 1200, которые устанавливаются в блоки модемов. Данные контроля с третьего направления обрабатывает любой из двух ПВК.

При централизации информации от нескольких линейных пунктов в блоках модемов станционного оборудования размещаются модемы 1200, предназначенные для работы по каналу связи с ЦПК. Эти модемы входят в состав оборудования подсистемы ДИСК2-Ц. Туда же входят полный комплект ПВК (с цветным дисплеем, принтером, клавиатурой и жестким диском) и устройство сопряжения, позволяющее подключить к ЦПК от одного (в случае группового канала связи) до 16 модемов (в случае всех индивидуальных каналов).

Часть ЛПК может быть объединена групповым каналом, а часть подключена через индивидуальные (выделенные) каналы связи. Все станционное оборудование и оборудование центрального пункта контроля размещаются в пределах одного стола.

Как видно из структурного построения системы ДИСК2, она представляет собой 'совокупность отдельно поставляемых подсистем, которые можно на месте эксплуатации комплектовать по-разному в зависимости от потребности станция, При этом подсистема ДИСК2-БТ (обнаружения перегретых букс и заторможенных колес) является базовой подсистемой, а остальные могут дополнять ее, но самостоятельно функционировать не могут.

В состав перегонного оборудования предварительной обработки телеметрических сигналов входит ряд интеллектуальных программируемых элементов (контроллер синхронизации, предназначенный для определения пространственно-временных параметров контролируемого поезда, высокопроизводительный универсальный процессор управления внешними объектами, интерфейсы ввода). Эти элементы делают оборудование универсальным и легко адаптируемым к любым условиям эксплуатации,. При наращивании, либо изменении функций системы ДИСК2 перегонное оборудование требует лишь частичного изменения программного продукта без каких-либо конструктивных переработок. Аналогично построено и станционное оборудование, где функции интеллектуальных элементов выполняет персональная ЭВМ.

В системе ДИСК2 предусмотрена обширная программа автоконтроля как отдельных подсистем перегонного, станционного оборудования, так и системы в целом, которая может работать в одном из следующих четырех режимов: дежурном, контроля реального поезда, полном или усеченном режимах контрольного (сформированного) поезда. В дежурном режиме система находится в ожидании захода поезда на участок контроля. В этом режиме производится автоматический контроль и настройка параметров перегонного оборудования (балансировка датчиков, контроль температуры напольных камер). После контроля реального поезда система ДИСК2 переходит в режим проверки контрольного поезда, при котором имитируются определенные (заданные) неисправности к проверяется правильность функционирования всего оборудования системы с локализацией неисправных узлов. В усеченном режиме проверки контрольного поезда осуществляется та же программа, но без задействования исполнительных механизмов напольного оборудования, например заслонок, ресурс которых ограничен.

Перегретые буксы, как и в предыдущих моделях аппаратуры (ПОНАБ, ДИСК), выявляются по их ИК-излучению с помощью болометров. Специально для системы ДИСК2 разрабатывается болометр, обладающий повышенной чувствительностью при пониженном уровне шумов, просветленной оптикой и солнцезащитным фильтром. Цифровая часть аппаратуры построена на микропроцессорном комплекте К1810. Число адресных линий в микропроцессоре этого комплекта увеличено с 16 до 20, что позволяет ему обращаться к памяти емкостью до 1 Мбайт. Из 20 адресных линий 16 используются для пересылки данных, что существенно сокращает число контактов корпуса БИС процессора, позволяя пересылать одновременно два байта данных. Это компенсирует некоторую потерю быстродействия процессора за счет использования одних и тех же линии для пересылки данных и адреса. Мультиплексированием адресов и данных осуществляется их разделение во времени.

Подсистема ДИСК2-К контролирует состояние колес по кругу катания на том же принципе, что и подсистема ДИСК-К. Усовершенствован алгоритм принятия решения о техническом состоянии колесной пары и, соответственно, о необходимости остановки поезда, переработана конструкция напольных датчиков.

Принцип действия подсистемы ДИСК2-Г основан на прерывании узконаправленного луча на пути до отражателя и обратно выступающим за габарит элементом подвижного состава.

Подсистема ДИСК2-Г дополняет базовую подсистему ДИСК2-БТ на станциях с ПТО, ПКТО, а также на контрольных постах, примыкающих к крупным искусственным сооружениям (мосты, тоннели и др.). Аналогичную функцию выполняет и подсистема ДИСК2-В с той лишь разницей, что она позволяет обнаруживать детали и узлы подвижного состава, выходящие за нижнее очертание его габарита. Принцип действия этой подсистемы такой же, как в подсистеме ДИСК-В. Переработке подвергнута лишь конструкция напольных датчиков.

Подсистема ДИСК2-3 предназначена для вычисления массы брутто, определения перегруза и неравномерной загрузки подвижной единицы (по тележкам и сторонам). Подсистема имеет устройства контроля загрузки вагонов с целью обнаружения вагонов, угрожающих безопасности движения поездов, основан на измерении вертикальных сил давления колес на рельсы. В качестве датчиков используются тензо-датчики, которые измеряют статические нагрузки колес на рельсы по напряжению сжатия шеек рельсов при проходе над датчиком каждой подвижной единицы. Подсистема ДИСК2-3 выпускается в двух модификациях, одна из которых позволяет ее самостоятельное использование (без базовой подсистемы ДИСК2-БТ) и может найти применение в пунктах массовой погрузки вагонов.

Анализ технических характеристик системы ДИСК 2 и их сопоставление с характеристиками зарубежных и отечественных аналогов данной техники показал, что система ДИСК 2 разработана на современном техническом уровне и обеспечивает следующие преимущества:

наиболее полный охват контролем неисправностей подвижного состава в рамках обособлено функционирующей системы;

гибкость в комплектации ее подсистем в рамках одной конструкции для выполнения различных технологических задач;

исполнение на современной элементной базе с использованием микропроцессорной техники и ПЭВМ;

возможность работы в автономном режиме (перегон - станция) или в режиме централизации информации с обработкой ее на ПЭВМ центрального поста;

обнаружение неисправностей по самым информативным алгоритмам их распознавания за счет обработки первичной информации от датчиков на ПЭВМ;

возможность адаптации к различным условиям эксплуатации путем модификации программного обеспечения используемых технических средств;

автоматическую коррекцию параметров настройки отдельных подсистем при изменении температуры наружного воздуха;

распознавание типов подвижных единиц (локомотив, грузовой вагон, пассажирский вагон) и возможность классификации обнаруженных дефектов в зависимости от типа подвижной единицы;

дублирование ряда ответственных устройств перегонного и станционного оборудования;

возможность изменения параметров настройки отдельных подсистем программным способом;

выдачу по результатам контроля поездов наиболее информативных данных (указание порядкового номера вагона и номера оси в поезде, номера оси в вагоне, уровня отклонения дефекта от нормы, скорости движения поезда, времени контроля и др.) на монитор ПЭВМ;

полный автоконтроль исправности оборудования в процессе прохода поезда и задания контрольной программы по окончании его;

возможность проверки работы оборудования в контрольном режиме на линейном пункте и центральном посту;

возможность централизации информации по индивидуальным, групповым или смешанным каналам связи при межмашинном обмене данными на скорости 1200 Бод;

хорошую защищенность от воздействия климатических и механических факторов в процессе эксплуатации.

Отмеченные выше преимущества системы ДИСК2 позволяют обеспечить выдачу более достоверной информации о неисправностях роликовых букс, снизить необоснованные задержки поездов по показаниям локомотивов, нагретых шкивов пассажирских вагонов, а также из - за влияния солнечного излучения, устранить сбои в работе аппаратуры при коммутации питающего напряжения на станции и перегоне, повысить надежность работы и снизить затраты на техническое обслуживание и ремонт аппаратуры.

1.2 Исследование физических основ контроля подвижного состава методами инфракрасной техники

1.2.1 Основные законы инфракрасного излучения

Контроль буксовых узлов методами инфракрасной техники основан на том, что любое тело, температура которого отлична от абсолютного нуля, испускает во внешнюю среду тепловое излучение. Характер излучения зависит от агрегатного состояния вещества. У твердых тел вследствие сильного взаимодействия между молекулами спектры излучения сплошные. Инфракрасное излучение является частью оптического излучения и занимает в спектре электромагнитных колебаний диапазон волн от 0,76 до 1000 мкм. Инфракрасную область спектра принято делить на четыре части: ближнюю ( = 0,76 - 3 мкм), среднюю ( = 3 - 6 мкм), дальнюю ( = 15 - 1000 мкм). Ширина спектра ИК - излучения зависит от температуры тела, измеряемой в Кельвинах (К).

Распределение интенсивности излучения по спектру для абсолютно черного тела определяется законом Планка:

(1.1)

где r(, T) - спектральная плотность излучения, Вт/см³;

Т - абсолютная температура тела, К;

- длина волны, см;

С₁=3,74^.10^-12 Вт^.см²;

С₂=1,438 см.

Абсолютно черное тело - физическая абстракция. Поскольку абсолютно черных тел в природе не существует, то все реальные тела называют нечерными или серыми. Излучательная способность серых тел, к которым относятся и буксы, характеризуется степенью черноты, или коэффициентом излучения , показывающим во сколько раз плотность излучения серого тела меньше плотности излучения абсолютно черного тела. Для всех серых тел . Коэффициент излучения является безмерной величиной и зависит от материала, температуры, состояния излучающей поверхности.

1.2.2 Характеристики инфракрасного излучения букс

Мощность ИК - излучения является важным параметром излучения буксы, так как характеризует уровень ее нагрева. Однако не вся энергия, которая излучается буксой, воспринимается приемником ИК - излучения. Приемник ИК - излучения может быть ориентирован относительно объекта излучения произвольным образом, а его чувствительность, как правило, ограничена некоторым спектральным диапазоном.

Параметром, характеризующим энергию ИК - излучения, является лучистый поток F. Лучистый поток, испускаемый в заданном направлении, характеризуется углом от нормали к поверхности излучения. Условная схема сканирования буксового узла при его проходе зоны контроля показана на рисунке 1.4.

Элементарный лучистый поток dF₂, испускаемый площадкой dS в направлении телесным углом d:

(1.2)

где dF - элементарный лучистый поток, испускаемый площадкой dS во всех направлениях.

Тогда лучистый поток, воспринимаемый приемником ИК - излучения, со спектральной чувствительностью, заключенной в диапазоне волн ₁ - ₂, найдем из следующего выражения

(1.3)

где S_об - рабочая площадь объектива приемника ИК - излучения, мм²;

K_a() - коэффициент пропускания атмосферы;

K₀() - коэффициент пропускания оптической системы;

l - расстояние от центра объектива до площадки излучения, мм;

S() -спектральная чувствительность приемника

ИК - излучения, В/Вт;

- угол между направлением оптической оси и оси пути.

Рисунок 1.4 - Схема сканирования буксового узла при контроле

1.2.3 Влияние различных факторов на мощность инфракрасного излучения букс

Основными факторами, влияющими на мощность ИК - излучения букс, являются солнечная радиация, климатические факторы (температура, осадки, состояние атмосферы и др.), а также состояние поверхности корпусов букс.

В реальных условиях эксплуатации элементы корпусов букс и колесных пар, на которые ориентированы оптические системы приемников ИК - излучения, могут быть окрашенными и ржавыми, покрыты смесью осевого масла и пыли, льдом и снегом, пылью перевозимых подвижным составом материалов. Естественно, что коэффициент излучения таких букс может колебаться [1].

Влияние солнечной радиации может проявляться в виде отраженного и попадающего на вход приемника ИК - излучения, в виде энергии, поглощенной корпусом буксы (из-за чего может повыситься его температура), а также при прямом попадании солнечной радиации на вход приемника ИК - излучения.

Влияние поглощенной буксой солнечной радиации на ее температуру следующее. В худшем случае за счет поглощенной энергии температура корпуса буксы может повыситься на 5 - 10 С. Уменьшить вредное влияние солнечной радиации на показания аппаратуры автоматического контроля букс можно только путем формирования таких признаков распознавания, которые были бы нечувствительны к аддитивным помехам.

Уменьшить влияние прямой солнечной радиации можно улучшением характеристик фильтров (повышение их подавляющей способности в области ИК-излучения солнца), выбором направления ориентации напольных считывающих устройств, исключающих попадание солнечных лучей на приемник ИК-излучения в любое время суток, и с помощью защитных щитов, расположенных на направлении солнечных лучей за габаритом приближения строений.

Среда, по которой распространяется инфракрасная энергия, также влияет на мощность ИК - излучения букс. Расстояние между приемником ИК - излучения и контролируемой буксой обычно не превышает 1 - 2 м. Однако прозрачность этой среды при движении поезда в различных климатических условиях может заметно меняться. В зимнее время при движении поезда с большой скоростью эта среда в результате поземки наполняется частицами снега и пыли, прозрачность среды может быть уменьшена сильным снегопадом. В весенне-летний период эта среда может быть насыщена капельками тумана, дождя, частицами пыли и т. п.

Ослабление лучистого потока средой обычно происходит как за счет рассеивания потока, так и за счет его поглощения. Рассеивание средой в большей степени сказывается в области видимого спектра излучения. В области ИК-излучения в большей степени сказывается поглощение энергии излучения частицами среды.

1.2.4 Методы измерения

Необходимо отметить, что важное значение при контроле букс методом инфракрасной техники имеет способ измерения температуры контролируемого элемента буксового узла или колесной пары. Все применяющиеся в аппаратуре контроля приемники ИК - излучения реагируют на превышение мощности излучения нагретого тела (например, корпуса буксы) над мощностью излучения некоторого тела, принятого за эталон, и на которое до начала измерения был ориентирован приемник ИК - излучения [1]. Иными словами, электрический сигнал на выходе приемника ИК - излучения всегда пропорционален мощности излучения, определяемой по формуле:

R(T) = K(T_б-T_э)Z(₂/_max)-Z(₁/_max), (1.4)

где Т_б и Т_э соответственно абсолютная температура буксы и эталона.

По методу поддержания температуры эталона все известные способы измерения температуры корпусов букс можно разделить на два: при постоянной (не зависящей от температуры наружного воздуха) температуре эталона и в условиях, когда температура эталона пропорциональна (в частном случае равна) температуре окружающей среды. В качестве эталона с постоянной температурой используются лампы накаливания, поверхность модулирующего диска и др.

В аппаратуре отечественного производства в качестве эталона выбрано днище вагона, температура которого при движении поезда приблизительно соответствует температуре окружающего воздуха.

Выбирая тот или иной способ измерения температуры корпуса буксы при контроле, необходимо стремиться к тому, чтобы при одном и том же критерии аварийности (температуре подшипника или шейки оси колесной пары) сигнал на выходе оставался по возможности неизменным.

Сигнал на выходе приемника ИК - излучения при постоянной температуре шейки оси колесной пары (критерии аварийности буксы) в диапазоне температуры наружного воздуха 50 С может изменяться в 2,2 раза при использовании приемника с широкой спектральной характеристикой (от ₁ = 1.7 мкм до ₂ = =20мкм) и более чем в 3,5 раза при использовании избирательного приемника. При измерении мощности излучения буксы относительно температуры наружного воздуха сигналы на выходе тех же приемников ИК - излучения будут изменяться соответственно.

Анализ показывает, что с точки зрения постоянства сигнала на выходе приемника ИК - излучения предпочтение следует отдать способу измерения температуры букс с учетом температуры окружающего воздуха и с помощью широковолнового приемника. Именно такой способ измерения температуры контролируемых букс применен в отечественной аппаратуре обнаружения перегретых букс ПОНАБ - 3.

Этот способ прост с точки зрения технической реализации, так как не требует специальных затрат на поддержание постоянства температуры эталонного источника излучения. Однако данный способ контроля букс не лишен недостатков.

Так, наружные поверхности подвагонного оборудования тормозов, систем кондиционирования воздуха пассажирских вагонов, а также пола вагонов могут иметь рабочую температуру, отличную от температуры наружного воздуха, что будет вносить погрешность в измерение температуры букс.

1.2.5 Приемники инфракрасного излучения букс

Приемники инфракрасного излучения являются важнейшим элементом аппаратуры контроля букс и предназначаются для преобразования энергии ИК-излучения в электрическую энергию [1]. По принципу действия все приемники можно разделить на два больших класса:

тепловые приемники;

фотонные приемники.

В основе тепловых приемников лежит свойство некоторых материалов изменять свои параметры под действием лучистого потока. Фотонные приемники основаны на эффекте прямого воздействия падающих фотонов на электроны материала чувствительного элемента.

К тепловым приемникам относятся: болометры, у которых с изменением температуры (под воздействием энергии ИК - излучения) изменяется электрическое сопротивление чувствительного элемента; термоэлементы, использующие термоэлектрический эффект; пироэлектрические приемники, принцип действия которых основан на свойстве сегнетоэлектрика изменять свои параметры под действием лучистого потока.

Из фотонных приемников известны: фотоэлементы, основанные на свойстве элементов эмиттировать электроны с поверхности чувствительного слоя под действием падающего лучистого потока (внешний фотоэффект); фоторезисторы, основанные на способности чувствительных элементов под действием лучистого потока изменять свою электропроводность (внутренний фотоэффект); фотодиоды и фототранзисторы, у которых под действием энергии ИК - излучения изменяют характеристики р-n и n-p переходов. К фотонным приемникам относятся также приемники ИК - излучения, в которых применяется фотогальваномагнитный (фотомагнитный) эффект. Суть эффекта состоит в появлении ЭДС в облучаемой полупроводниковой пластинке, помещенной в магнитное поле, параллельное ее поверхности.

Основными параметрами приемников ИК - излучения являются: интегральная чувствительность, которую иногда называют вольтовой чувствительностью приемника, напряжение шумов, порог чувствительности, постоянная времени и сопротивление чувствительного слоя [1].

Основные требования, которым должны удовлетворять приемники, следующие: спектральный диапазон чувствительности приемника должен быть соизмерим со спектром ИК - излучения букс; уровень собственных шумов приемника должен быть существенно ниже сигналов нормально греющихся букс; порог чувствительности приемника должен быть выше сигналов нормально греющихся букс; постоянная времени приемника должна обеспечивать постоянство амплитуды сигнала на его выходе при любой скорости движения поезда; параметры приемника по возможности должны быть инвариантны по отношению к колебаниям окружающей температуры.

Из тепловых приемников ИК - излучения наиболее подходящими для контроля букс являются болометры и пироприемники, параметры которых в той или иной степени удовлетворяют всем перечисленным требованиям. Термоэлементы в силу своей большой инерционности (постоянная времени термоэлементов находится в интервале 20 - 250 мс) могут использоваться при контроле букс только как индивидуальное средство контроля (в качестве датчика температуры нагрева подшипника).

В АОПБ применяются полупроводниковые болометры отечественного производства типов БКМ - 4, БП 1 - 2, БП - 1 и БП - 2.

В аппаратуре контроля букс ПОНАБ - З используются иммерсионные терморезисторные болометры типов БП 1 - 2 и БП - 1. Болометр БП1- 2, а также болометр БП - 1 совмещают в своей конструкции приемник инфракрасного излучения и оптическую систему.

1.2.6 Выбор контролируемых элементов буксового узла и углов ориентации оптических систем приемников

Задача обнаружения перегретых букс методом улавливания и последующего преобразования их инфракрасного излучения осложнена тем, что основная зона тепловыделения буксового узла (пара подшипник - шейка оси колесной пары) недоступна для прямого контроля, и контролировать параметр (температура нагрева подшипника или шейки оси) можно лишь косвенным методом путем измерения температуры элементов корпуса буксы или колесной пары.

При выборе элементов корпуса буксы и колесной пары, по нагреву которых с достаточной достоверностью можно было бы судить о температуре подшипника, необходимо стремиться к тому, чтобы эти элементы имели по возможности большую температуру нагрева и позволяли относительно простыми средствами реализовывать напольные считывающие устройства.

В аппаратуре контроля букс с помощью инфракрасной техники можно указать на несколько зон корпуса буксового узла и колесной пары, по нагреву которых можно с той или иной точностью судить о нагреве шейки оси. Наиболее нагретым элементом корпуса буксы является верхняя горизонтальная поверхность корпуса буксы. Известны и зарубежные напольные считывающие устройства, ориентированные на эту часть буксового узла. Однако конструктивные особенности отечественного подвижного состава (главным образом четырехосных платформ) и необходимость соблюдения габарита приближения строений при размещении считывающих устройств делают эту часть буксы недоступной для взгляда приемника ИК - излучения. Контроль температуры поверхности крышки буксового узла не может дать хороших результатов, так как она обдувается потоком воздуха при движении поезда и слабо отражает состояние шейки оси [1].

Наиболее распространенной является ориентация оптической системы сканирующих устройств аппаратуры контроля на верх задней (относительно направления движения поезда) стенки корпуса буксы. Эта достаточно сильно нагретая часть буксы имеет тесную связь с температурой шейки оси и к тому же не обдувается встречным потоком воздуха при движении поезда.

В основе следующей разновидности ориентации приемников лежит известное положение о том, что отдельные участки корпуса буксы, находясь в неодинаковых условиях теплообмена, имеют разную температуру нагрева. Аппаратура контроля букс, построенная по такому принципу, требует исключительно точной ориентации оптических систем, усложняется приемо - усилительный тракт аппаратуры. Из - за отмеченных недостатков этот принцип не нашел распространения в аппаратуре контроля букс.

Таким образом, в качестве основной ориентации оптических систем аппаратуры контроля букс применяется ориентация на верх задней стенки корпуса буксы. Такая ориентация позволяет контролировать буксы вслед уходящего поезда, что предохраняет входные окна напольных считывающих устройств от загрязнения.

1.3 Тенденции централизации показаний аппаратуры контроля буксовых узлов

Общее снижение производства является основной причиной падения объемов перевозок на железных дорогах. В этих условиях важнейшей задачей является наиболее рациональное использование нынешнего транспортного потенциала и минимизация эксплуатационных расходов. Поэтому особое значение приобретает разработка систем железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ), предназначенных для комплексного управления перевозочным процессом, обеспечивающих улучшение эксплуатационных показателей.