Разработка дорожной сети передачи данных контроля технического состояния подвижного состава

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Введение

В последнее время на железнодорожном транспорте интенсивно сформировалось новое, отличное от традиционного, направление автоматики - контроль и диагностика технического состояния подвижного состава при движении поезда [ 4 ] . Обеспечение высокого уровня эксплуатационной надежности подвижного состава и безопасности движения поездов -- важнейшие условия повышения эффективности и качества работы железнодорожного транспорта. В то же время непрерывная интенсификация перевозочного процесса, которая выражается в удлинении участков безостановочного следования поездов, увеличении скорости движения и нагрузки на ось, влечет за собой увеличение числа отказов ходовых частей подвижного состава и, в первую очередь, вагонных букс.

Особенно важное значение приобретает сбор информации о греющихся буксовых подшипниках, которые создают угрозу для перевозочного процесса. Перегрев буксового подшипника может привести к излому шейки оси колесной пары, сходу подвижного состава с рельсов, возгораниям вагонов, грузов и напольных сооружений.

Использование аппаратуры контроля на практике дало ощутимый технический и экономический эффект, что явилось толчком для быстрого развития этой техники.

Работы по созданию отечественных образцов аппаратуры контроля букс и аппаратуры контроля колесных пар выполняются Уральским отделением ЦНИИ МПС [ 5 ]. С 1969 г. начат промышленный выпуск и внедрение на железных дорогах первой отечественной модели аппаратуры контроля букс типа ПОНАБ-2, разработанной под руководством П. С. Шайдурова и В. И. Самодурова. Опыт эксплуатации этой аппаратуры в различных условиях позволил более полно сформулировать требования к аппаратуре контроля букс для отечественных железных дорог и в 1974 г. разработать более совершенную модель аппаратуры типа ПОНАБ-3. Для своего времени прибор разработан и изготовлен на достаточно высоком техническом уровне.

Следующим этапом развития средств контроля стала разработка специалистами Уральского отделения ВНИИЖТа в 1978 г. дистанционной системы контроля подвижного состава на ходу поезда (ДИСК-БКВ-Ц), в которой подсистема ДИСК-Б является базовой и выполняет функции, аналогичные ПОНАБ-3 [ 3].

В 1997 г. прошла испытания и рекомендована к внедрению микропроцессорная система контроля технического состояния подвижного состава КТСМ-01, разработанная специалистами научно-производственного центра “Инфотех”. Аппаратура КТСМ-01 представляет собой комплекс технических средств модернизации системы ПОНАБ-3. Она разработана с учетом того, что на сети дорог эксплуатируется большое количество морально и физически изношенных установк ПОНАБ-3, нуждающихся в срочной модернизации при минимальных затратах средств.

После модернизации от ПОНАБ-3 в эксплуатации сохраняется только напольное оборудование и силовой щит перегонной стойки. Все станционное оборудование заменяется персональным компьютером с соответствующим программным обеспечением.

Аппаратура обнаружения перегретых букс представляет собой стационарный комплекс электронных устройств, размещаемый с интервалом 40--60 км вдоль участка движения поезда и обеспечивает заблаговременную выдачу обслуживающему персоналу станции или локомотивной бригаде информации о наличии и расположении в поезде вагонов с неисправными деталями или узлами.

Внедрение устройств обнаружения греющихся букс подвижного состава преследует следующие цели [ 2 ]:

- рост уровня безопасности;

- повышение качества пассажирских и грузовых перевозок;

- предотвращение нарушений нормального хода перевозочного процесса;

- снижение затрат за счет предупреждения аварий;

- сокращение нагрузки на верхнее строение пути;

- минимизация вероятности нанесения ущерба окружающей среде при перевозке опасных грузов;

- минимизация риска возникновения аварий в тоннелях.

Целью дипломного проекта является разработка дорожной сети передачи данных контроля технического состояния подвижного состава.

В дипломном проекте решаются следующие задачи:

- анализ особенностей построения различных моделей аппаратуры контроля буксовых узлов;

- выбор технических средств передачи аналоговых телеметрических

сигналов;

- выбор элементов контроля технического состояния буксовых узлов;

- изучение состава, структуры, методики проектирования СПД;

- статистическая обработка результатов контроля.

1. Обзор литературы

В комплексе решаемых на железнодорожном транспорте масштабных и сложных задач главным остается обеспечение безопасности движения поездов и создания на этой основе условий для непрерывного перевозочного процесса, гарантированной сохранности жизни и здоровья пассажиров, а также перевозимых грузов и технических устройств железнодорожного транспорта.

В статье [1] и на сайте [2] изложен фактор безопасности движения, его состояние и актуальные задачи.

История развития аппаратуры обнаружения перегретых букс. приведена в статье [3].

Для решения стоящих перед железнодорожным транспортом задач предусматривается широкое использование новейших достижении науки и техники, в том числе средств автоматики, вычислительной техники, телемеханики и связи. Одним из важных направлений на железнодорожном транспорте является автоматизация процесса контроля технического состояния подвижного состава в пути следования и особенно его ходовых частей.

С увеличением скорости движения и веса поездов, расстояний их безостановочного следования, уменьшения интервалов между попутно следующими поездами вопросы обеспечения высокого уровня безопасности движения приобретают первостепенное значение. Решение данной задачи не может быть достигнуто без совершенствования традиционных и разработки новых методов контроля поездов в процессе их движения по участкам безостановочного следования.

В связи с этим проводится разработка и внедрение аппаратуры контроля наиболее ответственных узлов подвижного состава (буксовых узлов, колесных пар, волочащихся деталей и др.)

В книге [4] изложены вопросы теории и практики аппаратурного контроля букс при движении поездов; теплотехнические характеристики букс, проанализированы критерии их аварийности, рассмотрены признаки распознавания греющихся букс, оценена их потенциальная информативность, корреляция с температурой подшипника буксового узла, информативность в условиях действия аддитивных и мультипликативных помех, исследованы методы многопризнакового распознавания греющихся букс, приведены результаты экспериментального исследования помех в линиях и каналах связи , предназначенных для передачи контроля букс, рассмотрены методы передачи телеметрических сигналов и данных контроля, принципы построения отечественных и зарубежных систем контроля букс.

Принципы построения аппаратуры обнаружения перегретых букс, взаимодействие ее составляющих частей, работа функциональных устройств перегонного и станционного оборудования, конструктивное исполнение блоков и узлов изложены в [5].

В книге [6] автор описывает принципы построения системы централизованного сбора и обработки информации при комплексном контроле технического состояния подвижного состава в пути следования.

Создание автономных технических средств для контроля отдельных элементов подвижного состава неизбежно приводит к использованию функционально однотипных узлов, например для передачи, обработки и регистрации сигналов. Это усложняет обработку результатов измерений, увеличивает объем аппаратуры из-за неоправданного дублирования отдельных узлов и усложняет обслуживание. Поскольку контроль состояния отдельных элементов подвижного состава обычно выполняют в одном месте, например на подходах к крупным станциям, то более целесообразно использовать комплексный принцип сбора и обработки информации, реализуя однотипные операции обработки данных при помощи общего комплекта аппаратуры. Различными будут лишь устройства предварительного формирования сигналов, поступающих от соответствующих датчиков. Этот принцип положен в основу комплексной дистанционно-информационной системы обнаружения перегретых букс, неровностей поверхностей колес и волочащихся частей с централизованной обработкой информации, получившей название ДИСК-БКВ-Ц и имеющей в своем составе подсистемы ДИСК-Б, ДИСК-К и ДИСК-В для выполнения указанных измерений и предварительной обработки сигналов, а также ДИСК-Ц для централизации полученных результатов.

Подсистема ДИСК-Б, обнаруживающая перегретые буксы, является законченной, т.е. может функционировать самостоятельно.

В техническом описании [7] приведены состав аппаратуры, основные технические данные аппаратуры ДИСК-Б, ее устройство и принцип работы, описаны устройства и работа напольного, постового и станционного оборудования.

Принципы работы адаптеров для стыковки блоков сопряжения с принтерами для аппаратуры ДИСК-Б изложены в статье [8].

Комплекс технических средств КТСМ-01 предназначен для модернизации находящейся в эксплуатации аппаратуры обнаружения перегретых букс типа ДИСК-Б путем замены электронных блоков в стойке перегонной на технические средства КТСМ-01. При модернизации напольное оборудование и силовой отсек перегонной стойки ДИСК-Б сохраняются. Станционное оборудование модернизированной аппаратуры полностью заменяется и состоит из концентратора информации КИ-6М и комплекта автоматизированного рабочего места(АРМ). Указанный комплект станционного оборудования является составной частью автоматизированной системы контроля подвижного состава АСК ПС.

В [9] приведен состав, основные технические характеристики комплекса технических средств КТСМ-01.

В книге [10] изложено описание систем контроля состояния подвижного состава на ходу поезда.

Автоматизированная система контроля подвижного состава (АСК ПС) предназначена для централизованного контроля нагрева роликовых буксовых узлов подвижного состава по показаниям установок КТСМ, ДИСК-Б, комплекса технических средств модернизации аппаратуры ПОНАБ (КТСМ), установленных в пределах Гомельского отделения железной дороги.

Контроль осуществляется оператором центрального поста контроля или оператор АСК ПС, размещенного в здании Гомельского отделения железной дороги на основании информации, поступающей от устройств контроля на средства регистрации и отображения информации автоматизированного рабочего места оператора АСК ПС .

Основные функции АСКПС, ее состав описаны в инструкции [11].

В статье [12] описана элементная база АСКПС.

На базе концентраторов информации КИ-6М построена система передачи данных(СПД).

Она предназначена для применения в составе автоматизированных систем диспетчерского контроля и управления (диспетчерской централизации) на железнодорожном транспорте в качестве распределенной сети сбора информации о функциональном и техническом состоянии объектов контроля, а также передачи команд телеуправления.

Технические и программные средства СПД позволяют создавать распределенные сети передачи данных на базе существующих каналов и линий связи на участках ж.д. большой протяженности.

Концентратор информации КИ-6М может обслуживать до 6 каналов информационной связи. Два канала, как правило, используются для подключения концентратора к сети передачи данных СПД, остальные 4 канала могут использоваться для подключения периферийных контроллеров.

В техническом описании [13] приведены структурные схемы сетей передачи данных(СПД) с ячеистой топологией и топологией “ шина “ , изложены состав и структура СПД, описан порядок проектирования СПД.

На сайте [14] приведена структура Гомельского отделения Белорусской железной дороги , техническая характеристика Гомельского отделения Белорусской железной дороги.

Статистические данные работы системы АСКПС по каждому месяцу в период с 01.09.03 по 30.04.04 и совокупные статистические данные за весь период. приведены в [15].

В хозяйство железнодорожного транспорта, в том числе и устройства автоматики и связи, ежегодно вкладываются большие средства. Правильно определить их направление, выбрать экономически наиболее целесообразный вариант - задача большой важности. В связи с этим при проектировании новых сооружений и устройств автоматики и связи технико-экономическому обоснованию придается большое значение.

При проектировании любого сооружения или устройства обязательным условием является экономическое обоснование принятых технических решений.

Под технико-экономическим обоснованием понимается рассмотрение всех решаемых вопросов не только с технической стороны, но и сточки зрения их экономической эффективности.

Технико-экономическое обоснование означает, во-первых, что проектируемый объект должен отвечать определенным техническим требованиям (нормам, стандартам, специальным указаниям и инструкциям), определяющим нормальную работу объекта в заданных условиях, и, во-вторых, удовлетворять экономическим требованиям по единовременным затратам, эксплуатационным расходам (себестоимости продукции), надежности, потреблению электроэнергии и т. п.

Цель технико-экономических обоснований - доказать целесообразность проектируемого строительства, устройств, аппаратуры, приборов и т. п.

В книге [16] описана методика технико-экономических обоснований при проектировании средств и сооружений связи, рекомендуемые при этом показатели, оценки и методы их расчета.

Под технико-экономическими показателями понимается система показателей, характеризующих объект в целом (комплексно) как с технической, так и с экономической стороны. Наиболее важные из них: экономия капитальных вложений и эксплуатационных расходов (снижение себестоимости продукции), надежность действия, улучшение условий труда и повышение его производительности, улучшение использования оборудования и производственных площадей и т. п. Эффективность проектируемого объекта выявляется путем сравнения его технико-экономических показателей, которые могут быть установлены только по окончании проектирования, с показателями лучших аналогичных объектов и заменяемой техники.

Стоимостная оценка затрат на материалы и запасные части. приведена в книге [17].

В статье [18] приведены установленные штатные нормативы при обслуживании устройств КТСМ и ДИСК.

Методика технико-экономического обоснования дипломных проектов, методы оценки экономического эффекта и условия их применения, порядок и последовательность расчета экономического эффекта изложена в пособии [19].

Охрана труда занимается обеспечением безопасности жизнедеятельности человека на производственных предприятиях. Это свод законодательных актов и правил, соответствующих им гигиенических, организационных, технических, и социально-экономических мероприятий, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособность человека в процессе труда .

При решении задач необходимо четко представлять сущность процессов и отыскать способы (наиболее подходящие к каждому конкретному случаю) устраняющие влияние на организм вредных и опасных факторов и исключающие по возможности травматизм и профессиональные заболевания.

В правилах [20] приведены основные положения правил охраны труда на железнодорожных станциях, требования безопасности к территориям, рабочим местам, производственному оборудованию, технологическим процессам, изложены режимы труда и отдыха, требования к санитарно-бытовому обеспечению.

Меры по пожарной безопасности. приведены в инструкции [21].

Безопасность жизнедеятельности - это состояние деятельности, при которой с определенной вероятностью исключаются потенциальные опасности, влияющие на здоровье человека.

Безопасность следует принимать как комплексную систему мер по защите человека и среды его обитания от опасностей формируемых конкретной деятельностью. Чем сложнее вид деятельности, тем более компактна система защиты.

Для обеспечения безопасности конкретной деятельностью должны быть решены две задачи:

1. Произвести полный детальный анализ опасностей формируемых в изучаемой деятельности.

2. Разработать эффективные меры защиты человека и среды обитания от выявленных опасностей. Под эффективными подразумевается такие меры по защите, которые при минимуме материальных затрат эффект максимальный.

Общие требования безопасности для лиц, обслуживающих устройства обнаружения перегретых букс в проходящих поездах, требования безопасности при работе с электрооборудованием изложены в инструкции [22].

В методических указаниях [23] приведены требования к выбору системы освещения, источникам света.

Перечень профессий и должностей работников, обеспечивающих движение поездов, подлежащих обязательным предварительным, при поступлении на работу, и периодическим медицинским осмотрам описан на сайте [24].

Гражданская оборона - это государственная система органов управления и совокупность общегосударственных мероприятий, проводимых в мирное и военное время в целях защиты населения, объектов хозяйствования и территории страны от воздействия поражающих (разрушающих) факторов современных средств поражения, чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

В книге [25] приведены мероприятия Гражданской обороны по защите населения, территорий и объектов хозяйствования от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

Данные по химической опасности объектов города Гомеля. приведены в [26].

В пособии [27] изложены требования к содержанию и оформлению дипломных проектов.

Приведенный обзор литературных источников дает возможность осуществить разработку дорожной сети передачи данных контроля технического состояния подвижного состава, а также методику выбора оборудования той или иной системы на основе технико-экономических расчетов, позволяет разработать мероприятия по охране труда и гражданской обороне.

2. Особенности построения различных моделей аппаратуры контроля буксовых узлов

2.1 Принципы построения аппаратуры ДИСК-Б

подвижной буксовый телеметрический сигнал

Аппаратура ДИСК-Б предназначается для автоматического обнаружения перегретых (неисправных) буксовых узлов вагонов и локомотивов при проходе поездами пункта размещения её перегонных устройств и выдачи обслуживающему персоналу станции информации о наличии, расположении и количестве перегретых букс в поезде [ 7 ].

На рисунке 1 приведена структурная схема аппаратуры ДИСК-Б.

Рисунок 1 - Структурная схема аппаратуры ДИСК-Б

В процессе движения поезда температура буксовых узлов вагонов и локомотива повышается за счёт работы сил трения, и корпуса букс излучают в окружающее пространство тепловую (инфракрасную) энергию в диапазоне длин волн от 3 до 20 мкм. Нормальная работа буксового узла характеризуется установившимся режимом теплообмена между его элементами, колёсной парой и окружающим воздухом, когда температура его корпуса повышается незначительно по сравнению с температурой окружающего воздуха (на 7-12C). Перегрев буксового узла при его неисправности характеризуется неустановившимся режимом теплообмена и существенным повышением температуры корпуса (на 20 и более C).

Работа подсистемы ДИСК-Б основана на улавливании теплового излучения корпусов букс при движении поезда с последующим преобразованием его в электрические сигналы, усилением, нормированием по длительности, передачей тепловых сигналов совместно с сигналами отметки прохода осей и вагонов на станцию, выделении по определённым критериям сигналов от перегретых букс и регистрацией информации о месте расположения таких букс в поезде.

На участке контроля по обеим сторонам колеи размещаются напольные считывающие камеры. Основные напольные камеры (НКПО, НКЛО) устанавливаются под углом 13 к оси пути, а вспомогательные (НКПВ, НКЛВ) - перпендикулярно оси пути. Каждая напольная камера содержит приёмник ИК-излучения (болометр БП2), снабжённый узконаправленной оптической системой, предварительный усилитель сигналов, узел заслонки входного окна и элементы электрического обогрева камеры. Оптическая система основных напольных камер ориентирована на задние по ходу движения поезда стенки корпусов букс, а вспомогательных - на подступичную часть колеса с наружной стороны. К каждой напольной камере от постового оборудования подходят два кабеля, через которые передаются тепловые сигналы букс, сигналы управления работой камеры и электропитание.

Высокочастотная рельсовая цепь наложения (электронная педаль ЭП-1), включённая в состав напольного оборудования, присоединяется с помощью перемычек к рельсам и обеспечивает выдачу команд управления к постовому оборудованию при наличии поезда в зоне контроля длиной около 50 м.

Датчики прохода колёсных пар П1, П4, П5 предназначены для выработки сигналов отметки прохода колёсных пар в определённой точке пути. По сигналам с датчиков осуществляется счёт осей и физических вагонов в поезде, а также управление работой устройств приёмно-усилительных трактов. В качестве датчиков могут использоваться отечественные типа ПБМ-56 или французского производства типа Д50, которые крепятся к одному из рельсов с помощью кронштейнов.

Блок усилителей, блок управления и блок передачи сообщений входят в состав стойки перегонной. Конструкция стойки перегонной как и стойки станционной, позволяет устанавливать в ней до 6-ти типовых блоков. Каждый блок может содержать до 24-х субблоков I типа или до 12-ти субблоков II типа или до 6-ти субблоков III типа или их комбинацию. Присоединение блоков к стойке осуществляется через разъёмы в соединительном отсеке стойки, который расположен с правой стороны. Блок усилителей содержит 4 одинаковых субблока оконечных усилителей (ОУ) тепловых сигналов, поступающих от напольных камер. Оконечные усилители содержат также устройства нормирования сигналов по длительности и устройства температурной коррекции тепловых сигналов, которые управляются от блока термодатчиков, входящего в состав постового помещения. Блок управления включает в себя устройство отметки прохода физических вагонов, устройство формирования импульсов от датчиков прохода колёс, программно-задающее устройство и приёмник обратного канала. Блок передачи сообщений содержит 7 прямых каналов передачи сигналов с перегона на станцию и один обратный канал приёма сигналов со станций, организованных частотным разделением полосы частот от 1,7 до 3,4 кГц (ширина канала 180 Гц), а также групповые устройства сопряжения с кабельной линией связи.

Стойка станционная включает в себя блоки приёма сообщений, преобразования, накопления и автономной работы. Блок приёма сообщений содержит 7 каналов приёма сигналов, один канал передачи сигналов на перегон и групповые устройства сопряжения с линией связи. Блоки преобразования и накопления включают в себя устройства преобразования аналоговых тепловых сигналов в цифровой код, счётчики количества физических вагонов в поезде и осей в вагоне, устройства запоминания информации на один проконтролированный вагон, устройства выработки кодового значения текущего времени и порядкового (за смену) номера поезда, устройства «Тревоги», а также передатчик обратного канала. В состав блока автономной работы входят устройства накопления информации о вагонах, в которых обнаружены перегретые буксы (неисправные колёсные пары или волочащиеся детали), устройство распознавания типа буксового узла (на подшипниках скольжения или качения) и устройства сопряжения. В состав станционного оборудования входят также пульт оператора станционный, блок сопряжения и печатающее устройство УП-1.

Стойки перегонная и станционная имеют силовой отсек, в котором размещаются клеммные соединительные колодки для кабелей, выпрямительные и стабилизирующие устройства, трансформаторы и устройства защиты. Подключение к стойкам блока термодатчиков, пульта оператора и печатающего устройства осуществляется с помощью кабелей.

С заходом поезда на участок контроля (за 10-15 м до напольного оборудования) шунтируются рельсовая цепь наложения ЭП-1, и сигнал наличия поезда на участке контроля поступает в блок управления. По этому сигналу формируются команды на открытие заслонок напольных камер и включение в работу перегонных и станционных устройств. Команда на включение в работу станционных устройств передаётся по пятому каналу аппаратуры передачи сообщений постоянным уровнем сигнала в канале. По команде включения в работу аппаратуры снимается запрет с логических схем. При этом с пульта оператора выдаётся световая сигнализация наличия поезда на участке контроля. Все указанные операции заканчиваются до захода первого колеса локомотива в зону действия датчика П1.

При заходе первого колеса в зону действия датчика П4 по сигналу с блока управления открываются входы ячеек памяти оконечных усилителей, подключённых к основным напольным камерам и сигналы от корпусов букс, полученные при проходе колеса от датчика П4 до датчика П5 за счёт восприятия болометрами ИК - излучения букс, усиливаются и запоминаются в ячейках памяти (запоминается амплитудное значение сигнала пропорциональное температуре корпуса буксы. При проходе этого же колеса в зоне действия датчика П5 по переднему фронту сигнала от датчика с блока управления открываются входы ячеек памяти оконечных усилителей, подключённых к вспомогательным напольным камерам, а по заднему фронту сигнала от датчика они закрываются и тепловые сигналы от подступичных частей колеса также усиливаются и запоминаются в своих ячейках памяти. По заднему фронту сигнала с датчика П5 блок управления вырабатывает импульс считывания тепловых сигналов с ячеек памяти (длительность импульса 17 мс). При этом, считанные с ячеек памяти тепловые сигналы от основной и вспомогательной напольных камер отдельно для правой и левой стороны поезда, смешиваются по схеме «ИЛИ» (выделяется больший по амплитуде сигнал длительностью 17 мс) и поступают на 4 и 3 каналы блока передачи сообщений соответственно. Одновременно на шестой канал этого блока подаётся сигнал отметки прохода колеса над датчиком П5 (по заднему фронту сигнала от датчика) длительностью 17 мс. Тепловые сигналы и сигнал отметки прохода колеса передаются в линию связи к станционному оборудованию. При изменении температуры окружающего воздуха по команде с блока термодатчиков в оконечных усилителях осуществляется коррекция амплитудного значения тепловых сигналов от основных напольных камер с тем, чтобы амплитуда сигнала была одинаковой при одном и том же значении температуры шейки оси во всём диапазоне температур наружного воздуха. Использование вспомогательных камер позволяет устранить случаи пропуска перегретых букс, когда температура их корпуса ниже уровня настройки (отсутствует крышка, корпус загрязнён).

При проходе колёсных пар вагона (локомотива) над датчиками П1, П4 и П5 по сигналам с датчиков, отметчик вагонов вырабатывает импульс отметки прохода физической подвижной единицы независимо от числа осей в ней (до 14 осей), когда последнее колесо проходит датчик П5. Сигнал отметки прохода вагона длительностью 17 мс передаётся к станционному оборудованию по седьмому каналу блока передачи сообщений.

Тепловые сигналы левой и правой сторон поезда с выходов каналов приёма сообщений 3 и 4 поступают на преобразователи «аналог-код», где амплитуда сигнала преобразуется в двоично-десятичный код (максимальное значение 39). Сигналы отметки прохода вагонов и осей с каналов приёма 7 и 6 поступают соответственно на счётчики количества выгонов и осей в вагоне. При поступлении каждого сигнала отметки оси в вагоне может выдаваться в буферный накопитель, а при поступлении сигнала отметки прохода вагона - в блок сопряжения. Решение о выдаче информации принимается пороговым устройством с регулируемым значением порога срабатывания. Устанавливая определённое значение порога, можно обеспечить выдачу информации на печать с любого уровня амплитуды теплового сигнала (максимально можно выразить информацию о нагреве букс четырёх осей в пределах каждого вагона).

Буферный накопитель (запоминающее устройство) служит для согласования скоростей поступления информации и её распечатки.

Уровень настройки подсистемы ДИСК-Б на обнаружение перегретых букс с определённым значением температуры шейки оси устанавливается пороговым элементом, входящим в состав устройства тревоги. При превышении амплитуды теплового сигнала правой и левой стороны поезда установленного значения порога (перегретая букса) вырабатывается сигнал тревоги, по которому включается звуковая и световая сигнализация на пульте оператора. При этом, параллельно с выдачей в блок сопряжения, информация о вагоне с перегретой буксой поступает в блок автономной работы и запоминается (порядковый номер вагона и сторона поезда, с которой расположена перегретая букса). Всего блок автономной работы может запоминать информацию о 16-ти вагонах. Информация с блока автономной работы может выдаваться по запросу на цифровое табло пульта оператора.

При настройке подсистемы в условиях эксплуатации уровень выдачи информации на печать устанавливается ниже уровня обнаружения перегретых букс. Например, при настройке ДИСК-Б на обнаружение перегретых букс с температурой шейки оси свыше 140C информация на печать выдаётся о буксах с нагревом шейки оси свыше 100C. В этом случае, при остановке поезда по показаниям аппаратуры, представляется возможность не только произвести ремонт неисправного буксового узла, но и осмотреть буксовые узлы с существенным отклонением их температур от нормальной, что повышает выявляемость неисправных букс аппаратурой.

При обнаружении подсистемой перегретой буксы по команде с блока автономной работы в момент контрольной программы срабатывает реле «Тревога 1», и через его контакты организуются цепи управления работой сигнального указателя «Перегретая букса» и включаются ячейки сигнализации на аппаратуре дежурного по станции. Реле «Тревога 2» срабатывает в момент обнаружения высокоаварийных букс.

В состав станционного оборудования включён различитель типа букс, принцип работы которого основан на распознавании типа буксового узла по амплитудному признаку всех букс одного вагона (температура нормально работающих букс с подшипником скольжения значительно выше температуры нормально работающих роликовых букс). Признак типа буксового узла («+» - букса скольжения, «-» - букса роликовая) отпечатывается после информации о порядковом номере вагона, а соответствующий сигнал подаётся в устройство тревоги для задания различных уровней порогового значения при том или ином типе буксового узла (при роликовой буксе порог срабатывания выше, чем при буксе скольжения, т.к. для роликовой буксы выше допустимая температура её корпуса).

При удалении поезда с участка контроля перегонных устройств по сигналу с рельсовой цепи наложения, блок управления вырабатывает команду «конец поезда», по которой закрываются заслонки напольных камер, запускается программно-задающее устройство и аппаратура переключается в режим автоконтроля. Команда на переключение режима станционных устройств передаётся понижением постоянного уровня сигнала в канале 5 блока передачи сообщений. В режиме автоконтроля имитируется проход шестиосного вагона с высоким уровнем нагрева букс (3 оси при открытой заслонке и 3 оси при закрытой заслонке) и информация о контрольном вагоне фиксируется блоком сопряжения. По результатам расшифровки этой информации можно судить о настройке основных устройств подсистемы. После выдачи информации о контрольном вагоне на печать выдаётся информация о порядковом номере поезда за смену (с регистра номера поезда) и о времени окончания его контроля (часы, минуты, секунды). На этом цикл контроля поезда заканчивается и на логические цепи накладывается запрет работы, а печатающий механизм выключается.

2.2 Аппаратура обнаружения перегретых букс компании Servo Corporation Of Amerika (США)

Модель 7788 аппаратуры этой компании была разработана в середине 50-х годов и за последующие 2 десятилетия претерпела незначительные изменения, касающиеся в основном элементной базы и конструктивного оформления. Аппаратура обнаруживает перегретые буксы по температуре задней стенки корпуса буксы, причем для каждой буксы определяется превышение температуры корпуса буксы над температурой кружающего воздуха [ 4 ]. Оборудование аппаратуры условно делится на напольное, постовое и станционное.

В состав напольного оборудования входят: два считывающих устройства с приемными капсулами , содержащими болометры, оптические системы и предварительные усилители, узлом заслонки и устройствами обогрева ; датчики прохода колесных пар , крайние из которых служат для определения направления движения поезда, включения аппаратуры и открытия заслонок, а средние - для образования зоны стробирования; кабельная соединительная коробка

В качестве приемника ИК-излучения в аппаратуре применен тер-морезисторный болометр с постоянной времени около 2 мс. Узконаправленная оптическая система позволяет получить угол зрения приемника 3°, м оптические фильтры -- полосу прозрачности от 2 до 16 мкм. В приемной капсуле, помимо оптической системы и болометра, размещена плата предварительного усилителя.

Ось оптической системы ориентирована на заднюю стенку корпуса буксы под углом 35° в вертикальной плоскости по отношению к плоскости пути и под углом 5° в горизонтальной плоскости относительно оси пути.

Весь объем приемной капсулы заполнен сухим газом (азотом) и герметизирован. Это способствует стабилизации характеристик измерительного тракта аппаратуры при изменении климатических условий. Узел заслонки выполнен на основе электромагнитного поворотного устройства, затрудняющего открытие заслонки снаружи.

Нагревательные элементы укрепляются на корпусе напольной камеры и поддерживают постоянной (+38°С) температуру внутри напольной камеры, а также растапливают снег, скапливающийся на крышке камеры.

В качестве датчиков прохода колес в аппаратуре применены магнитные педали. Датчик крепится к рельсу с внутренней стороны колеи. Так как сигнал на выходе обмотки датчика пропорционален скорости изменения магнитного потока, то датчик подобного типа устойчиво работает при скорости движения поезда, превышающей 8 км/ч.

В состав постового оборудования входят: импульсные усилители тепловых сигналов, блок контроля направления , испытательное устройство и блоки электропитания болометра и постового оборудования (блоки питания на структурной схеме не показаны). Назначение импульсных усилителей - усиление и формирование сигналов с амплитудой, пропорциональной температуре корпуса буксы. Усилители транзисторные, причем выходные каскады выполнены на высоковольтных транзисторах. Вход усилителя в исходном состоянии шунтирован ключом и открывается только на время прохода колеса между датчиками, образующими зону опробирования. Этим исключаются сигналы от посторонних нагретых частей поезда.

В усилителях предусмотрена возможность ввода в телеметрический сигнал опорного напряжения, которое позволяет подсчитывать оси вагонов контролируемого поезда. Формирование импульсных сигналов по длительности делает их независимыми от скорости движения поезда. Устройство контроля направления выполняет 2 основные функции: определяет направление движения поезда и вырабатывает команды управления, обеспечивающие последовательность взаимодействия блоков и узлов аппаратуры.

При контроле поезда устройством контроля направления вырабатываются стробирующие импульсы, а после окончания контроля - команды на закрытие заслонок, включение обогревателей и остановки двигателя самописца.

Испытательный блок предназначен для проверки усилительного тракта аппаратуры, ее регистрирующего оборудования. В режиме проверки испытательный блок подключается ко входу импульсных усилителей и имитирует тепловые сигналы и сигналы датчиков прохода колес.

Cтанционное оборудование аппаратуры модели 7788 комплектуется трехканальным самописцем , блоком обработки данных, цифровым индикатором (электронным указателем) и устройствами сигнализации. Три канала самописца предназначены для записи тепловых сигналов букс левой и правой сторон поезда, а также для отметки перегретых букс в поезде. Достоинством самописца является возможность реверса направления движения ленты. Это облегчает работу обслуживающего персонала, экономит расход бумажной ленты, позволяет повторно возвращать для просмотра записанную информацию. Бумажная лента перематывается механически. При правильной настройке аппаратуры нормально греющаяся букса скольжения вызывает отклонение пера самописца на 1,5--2,5 мм, а аварийно греющиеся буксы -- на 9--25 мм.

Блок обработки данных формирует сигнал «тревоги» в случае превышения выбранного порогового значения амплитудой сигнала буксы левой или правой стороны вагона или при превышении порогового значения разностью амплитуд сигналов букс одной колесной пары. Для этой цели в блоке обработки данных имеются 2 компаратора. Сигналы «тревоги» с выходов компараторов «собираются» по схеме ИЛИ и поступают в цифровой регистратор, в котором одновременно тремя счетчиками подсчитываются оси контролируемого поезда. По сигналу отметки перегретой буксы счетчики поочередно прекращают счет и, таким образом, запоминают номер оси с перегретой буксой. Подключая переключателем цифровой индикатор к каждому из счетчиков, оператор имеет информацию о номерах трех осей с перегретыми буксами. Сторона поезда, на которой обнаружена перегретая букса, отмечается загоранием соответствующего оптического индикатора. При появлении на входе цифрового регистратора сигнала “тревоги” включается генератор, который вырабатывает акустический сигнал.

Если число перегретых букс в поезде больше трех, то сведений об их расположении в поезде не выдается.

Служебная связь между постом и станцией организуется по отдельной физической двухпроводной линии связи с применением телефонных аппаратов

Низкая помехозащищенность передачи телеметрической информации по физическим линиям связи, необходимость для этой цели большого количества проводов, стремление более эффективно применять аппаратуру обнаружения перегретых букс с учетом многообразия эксплуатационных условий послужили поводом к разработке специализированной аппаратуры передачи данных Servosig FM carrier, предназначенной для передачи и приема данных контроля буксовых узлов.

Конструктивно аппаратура выполнена в виде двух самостоятельных устройств (передающего и приемного), каждое из которых имеет отдельный блок электропитания. В аппаратуре активно использована часть спектра телефонного канала, имеющая относительно низкий уровень шумов (1200-3050 Гц). В этом диапазоне частот размещается до 11 каналов с несущими частотами 1275, 14445, 1615 и т. д. До 2975 Гц через каждые 170 Гц. Сообщения каждого канала передаются в линию по методу частотной модуляции ЧМ одной из перечисленных несущих частот. Девиация частоты в канале составляет 40 Гц. При передаче аналоговых сигналов (тепловых сигналов букс) последние предварительно в широтно-импульсные сигналы ШИМ, а затем с помощью ЧМ передаются в линию.

Выходной уровень сигнала по каждому из каналов 0 дБ на нагрузке 600 Ом.

Настройка и проверка комплекса аппаратуры, ее калибровка могут быть выполнены с помощью функционального генератора, имитирующего нагретое тело, и приспособления для его установки.

Функциональный генератор содержит нагревательный элемент, перед которым вращается диск с отверстием. Температура нагревательного элемента может регулироваться.Приспособление для установки функционального генератора представляет собой цилиндрический стержень, укрепленный на опорной стойке.

Модель аппаратуры 8000 является одной из модификаций модели 7788 и представляет собой полностью автоматическую аппаратуру с выводом результатов контроля на путевое табло, устанавливаемое в непосредственной близости от постового оборудования аппаратуры. Оно состоит (рисунок 3) из двустороннего экрана 7, на котором флюоресцентными источниками света могут высвечиваться три (также двустороннего действия) электрических фонаря 8.

Рисунок 3 - Внешний вид и функциональная схема включения путевого табло аппаратуры модели 8000

Путевое табло специальными зажимами укрепляют на мачте 9. Оно извещает поездную бригаду о месте размещения в поезде первой (по ходу движения поезда) перегретой буксы.

Адрес перегретой буксы указывается в осях от хвоста поезда. Загорающийся одновременно с экраном фонарь указывает на сторону поезда с перегретой буксой (левый - букса слева; правый - справа). Если в поезде оказывается больше одной перегретой буксы, то загорается средний фонарь, а мигающий свет одного из крайних фонарей указывает сторону поезда с этой буксой.

Устройство автоматической обработки данных обнаруживает перегретые буксы и указывает их местонахождение. Это устройство содержит решающий блок 6 и блок основной аппаратуры 5, к которому подключаются напольные камеры 1, 2 и датчики прохода осей 3, 4. По сигналу с напольных камер 1, 2 о появлении перегретой буксы включается блок счета осей, который запоминает число осей от перегретой буксы до хвоста поезда. Спустя несколько секунд после прохода поездом участка контроля «загорается» экран и соответствующий фонарь путевого табло. Если перегретые буксы в поезде не обнаружены, то на экране табло «загорается» информация «000». Спустя 90 с после высвечивания информации на табло последнее отключается. Описываемая модель аппаратуры облегчает работу поездной бригады и делает применение аппаратуры обнаружения перегретых букс более эффективным.

2.3 Аппаратура обнаружения перегретых букс компании General Electric (США)

Аппаратура обнаружения перегретых букс компании General Electric (GE) разработана в конце 50-х годов [ 4 ].

В настоящее время на железных дорогах США и Канады эксплуатируется около 800 комплектов этой аппаратуры. В указанной аппаратуре также использован принцип улавливания и преобразования в электрические сигналы энергии ИК-излучения, испускаемой задней стенкой корпуса буксы. При этом температура задней стенки корпуса буксы измеряется на фоне температуры окружающей среды, т. е. измерительный тракт аппаратуры реагирует на превышение температурой корпуса буксы температуры окружающей среды (воздуха). Однако, несмотря на общность принципов, аппаратура компании GE имеет ряд оригинальных отличительных признаков, к которым следует отнести применение высокоскоростного затвора, открывающего приемник ИК-излучения только на время контроля каждой буксы; формирователей тепловых сигналов, делающих аппаратуру инвариантной к скорости

движения поезда; температурной компенсации, уменьшающей влияние температуры окружающей среды на параметры измерительных сигналов.

В состав напольного оборудования входят два считывающих устройства (напольные камеры) 1 и датчик прохода колесных пар 2.

Особый интерес представляет напольное считывающее устройство этой аппаратуры. Оно объединяет в одном литом корпусе четыре независимых устройства: приемную капсулу с болометром 2, оптической системой и предварительным усилителем, высокочастотный затвор 3, защитную заслонку 4 и обогревательные элементы 5.

Структурная схема аппаратуры обнаружения перегретых букс компании GE приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Структурная схема аппаратуры обнаружения перегретых букс компании GE

Верхняя крышка напольной камеры защищена тепловым экраном, уменьшающим действие солнечной радиации на температуру внутри напольной камеры.

Аэродинамическая конструкция носового конуса камеры предохраняет от снежных заносов входное окно камеры, уменьшает влияние пыли на работу измерительного тракта аппаратуры. Нагревательные элементы, расположенные в носовой части камеры, предохраняют входное окно камеры от обледенения.

Оптическая система состоит из трех германиевых линз, покрытых тонким слоем сернистого цинка с целью улучшения условий пропускания ИК- лучей.

Высокочастотный механический затвор установлен между первой и второй линзами на фокусном расстоянии. Механизм управления затвором обеспечивает его открытие только на мгновение, когда в поле обзора болометра находится букса. Возможность ошибочных показаний, вызванных рассеянным солнечным светом, тормозными колодками н другими греющимися предметами, почти исключается.

Применение высокочастотного затвора имеет еще одно важное достоинство. «Носителем» температуры окружающего воздуха в промежутках между активным сканированием букс является обратная сторона затвора. Это обеспечивает сравнение температуры буксы с более постоянным эталоном и позволяет избежать ошибок в распознавании, когда «носителем» температуры окружающего воздуха является рама вагона.

В качестве датчиков прохода колесных пар в аппаратуре использована магнитная педаль, прикрепляемая к шейке внутренней стороны рельса.

Постовое оборудование аппаратуры включает датчики временных интервалов 7, усилители-формирователи 8, 9 и передающий комплект аппаратуры передачи данных 10.

Датчики временных интервалов по сигналам путевой педали формируют команды на открытие затвора на время контроля каждой буксы, открытие входной заслонки и отключение электропитания на время контроля поезда, включение двигателя самописца станционного оборудования.

Время сканирования каждой буксы определяется временем открытия высокочастотного затвора и будет тем больше, чем медленнее скорость движения поезда.

Для того чтобы тепловые сигналы не зависели от скорости поезда, в усилителях-формирователях происходит их формирование по длительности. Таким образом, тепловые сигналы, поступающие на вход АПД, представляют собой последовательность прямоугольных импульсов постоянной длительности (13мс) с амплитудой, пропорциональной степени нагрева задней стенки корпуса буксы. Для удобства подсчета тепловых сигналов (определения номера оси с перегретой буксой) сигналы с малыми амплитудами заменяются опорным напряжением.

Аппаратура передачи данных представляет собой стандартное многоканальное устройство, передающее сообщения с помощью частотной модуляции в диапазоне звуковых частот (от 935 до 12500 Гц). Ширина одного канала и расстояние между несущими частотами определяются девиацией частоты, которая может принимать 3 значения:

±85 Гц (расстояние между несущими частотами 340 Гц),

±125 Гц (расстояние между несущими частотами 510 Гц)

±240 Гц (расстояние между несущими частотами 1000 Гц)

Для передачи аналоговых сигналов в передатчике и приемнике АПД предусмотрены преобразователи амплитуды тепловых сигналов в ШИМ-сигнал (на передаче) и обратно (на приеме).

В состав станционного оборудования входят двухканальный самописец 13, блок тревоги 12, приемный комплект АПД 11 и устройства сигнализации 16, П.

Каналы самописца 14, 15 регистрируют сигналы от букс левой и правой сторон поезда.

Блок тревоги по одному из признаков распознавания греющихся букс (амплитуда сигнала буксы или разность двух сигналов букс одной колесной пары) сигнализирует (акустическая и оптическая сигнализация) о наличии в поезде перегретой буксы.

Вспомогательное оборудование аппаратуры включает ориентирный угольник, пиковый вольтметр, калибратор.

Ориентирный угольник предназначен для установки и периодических проверок правильности ориентирования оптической оси приемной капсулы.

Пиковый вольтметр предназначен для проверки линейности измерительного тракта, его калибровки, проверки диаграммы напряжений во всех точках аппаратуры.

Калибратор представляет собой переносное устройство, предназначенное для установления однозначности между превышением температуры нагретого тела над температурой окружающего воздуха и амплитудой теплового сигнала на выходе измерительного тракта аппаратуры. Калибратор содержит источник тепла, который может принимать 4 дискретных значения температуры. Это позволяет проверять линейность амплитудной характеристики измерительного тракта аппаратуры в широком динамическом диапазоне.

В последние годы компанией General Electric созданы новые устройства, совершенствующие аппаратурный контроль букс и расширяющие функциональные возможности аппаратуры. К числу таких устройств относится вычислительное устройство и устройство преобразования данных.

Вычислительное устройство (ВУ) предназначено для автоматического распознавания греющихся букс по телеметрической информации, поступающей на него с выхода измерительного тракта аппаратуры обнаружения перегретых букс. Цель автоматизации процесса распознавания греющихся букс (уход от необходимости расшифровки лент самописца) -- исключение из цепи операций по аппаратурному контролю букс, подверженному фактору усталости человека (оператора), создание предпосылок для выдачи результатов контроля на печать и их передачи на центральный пункт контроля. К особенностям ВУ следует отнести: высокую скорость работы; возможность автоматической оценки состояния букс с точностью, не уступающей высококвалифицированному оператору; небольшую стоимость; возможность распечатки данных как на месте контроля, так и на любом расстоянии; возможность сопряжения ВУ с аппаратурой обнаружения перегретых букс, выпускаемой компанией GE, а также с любой другой аппаратурой подобного назначения. Алгоритм обработки данных вычислительным устройством составлен по результатам решений оператора при анализе многочисленных лент самописца.

ВУ определяет состояние буксы по трем признакам:

- абсолютному значению амплитуды сигнала буксы,

- отношению амплитуд сигналов букс одной колесной пары

по отношению амплитуды сигнала каждой буксы к среднему значению сигналов букс каждой стороны вагона.

При использовании относительных признаков установлены 2 пороговых значения, соответствующих двум разным степеням нагрева букс. Превышение двух порогов по каждому из признаков означает, что букса «горячая», превышение только одного порога -- букса «теплая». Превышение сформированным признаком любого из пороговых значений сопровождается акустической и оптической сигнализацией. Применение относительных признаков вместо ранее применявшихся разностных (разность амплитуд сигналов букс колесной пары) улучшает условия распознавания букс при наличии в поезде букс разного типа (роликовых и скольжения), повышает достоверность обнаружения перегретых букс. Применение признака отношения амплитуды сигнала каждой буксы к среднему значению амплитуд сигналов букс одного вагона исключает погрешности при обнаружении перегретых букс, возникающие за счет неодинакового действия на буксы разных сторон поезда таких факторов, как ветер, дождь, солнечная радиация.

Необходимость вычисления среднего значения амплитуд сигналов букс одного вагона требует умения различать сигналы одного вагона от другого. С этой целью в ВУ введено устройство, различающее и размечающее физические подвижные единицы в поезде. Принцип работы устройства отметки вагонов основан на том, что расстояние между тележками разных вагонов меньше расстояния между тележками одного вагона. Логические устройства в отметчике вагонов выполняют операции подсчета, запоминания и сравнения числа осей при проходе одного вагона и выдают отметку (импульс) при проходе каждой физической подвижной единицы. В вычислительном устройстве предусмотрена возможность самоконтроля. Оно может выдавать тревожную сигнализацию в случае потери телеметрической информации в любом из каналов, а также в случае перекрытия каким-либо предметом входного окна напольной камеры.