УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЗАПУСКОМ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ПУТЕВОЙ МАШИНЫ Российский патент 2000 года по МПК E01B35/00 E01B27/00 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано, в частности, в аппаратуре, применяемой при строительстве, ремонте и текущем содержании железнодорожного пути в системах управления рабочими органами путевых машин.

Известно устройство для автоматического останова шпалоподбивочной машины в заданных точках пути по а. с. СССР N 246563, E 01 B 27/16 [1], содержащее автогенераторный датчик металла для определения шпальной накладки, детектор, усилитель, выносную рамку, установленную с возможностью ее регулировки.

Однако применение этого устройства в автоматизированных машинах для подбивки пути затруднительно, поскольку оно, определяя точки останова, не обладает управляющими функциями.

Известно устройство, предназначенное для останова путевой машины, по а. с. СССР N 787539, E 01 B 35/00 [2], в заданных точках пути и включения рабочих органов, содержащее датчики обнаружения шпал, пройденного пути, блоки определения центра шпал, величины тормозного пути, ввода информации, блок эпюры шпал и т.д.

Однако устройство очень сложно по исполнению, обладает большим количеством измеряемых и вычисляемых параметров, что снижает его надежность и точность работы.

Известны другие устройства для той или иной путевой машины, например по а. с. СССР N 1116108, E 01 B 35/00 [3], содержащие измерительную тележку, датчики шпалы и пути, счетчик, блок управления, привод датчика положения и др. , обеспечивающие работу путевой машины в заданном положении для выправки пути.

Однако наиболее близким по назначению и техническому исполнению (прототипом) может быть признано устройство по а.с. СССР N 503974, E 01 B 35/00 [4] , предназначенное для автоматического определения места остановки шпалоподбивочной машины и содержащее датчики обнаружения крепления шпалы (датчики шпалы), пройденного пути (датчики пути), коммутатор, счетчик пройденного пути, счетчик тормозного пути, блок задания программы, блоки сравнения, ввода поправок и определенные связи, обеспечивающие точность останова.

При этом из общего числа признаков известного устройства существенными (общими) с точки зрения предложения являются датчик пути 1, датчик шпалы 2, блок 8 ввода поправок и формирователь 4 рабочего цикла исполнительных органов 3.

Однако устройство управления машиной в целом предполагает остановку машины у каждого шпального ящика, что резко снижает производительность машины и ускоряет ее износ. Для увеличения точности работы машины применяются непрерывно корректирующиеся поправки, что усложняет устройство в целом, снижает надежность его работы и исключает использование его в более прогрессивных машинах, обеспечивающих непрерывно-циклическую работу по подбивке балласта, а именно - непрерывное движение самой машины и циклическую работу ее исполнительных органов.

Данное изобретение направлено на устранение отмеченных недостатков известного устройства и позволяет увеличить надежность устройства, повысить производительность и ресурс машины при одновременном упрощении устройства.

Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство управления запуском рабочего цикла исполнительного органа путевой машины, содержащее датчик пути 1, датчик шпалы 2, блок 8 ввода поправок, формирователь 4 рабочего цикла исполнительных органов 3, дополнительно снабжено счетчиком-распределителем импульсов 6, импульсной схемой ИЛИ 7, счетчиками-делителями частоты 5, причем выход каждого счетчика-делителя частоты 5 соединен со своим входом запрета СЕ и с одним из входов импульсной схемы ИЛИ 7, одноименные входы D данных и входы R сброса счетчиков-делителей частоты соединены между собой и подключены к выходам блока 8 ввода поправок, выход датчика 1 пути подключен к счетным входам счетчиков-делителей частоты 5, выходы счетчика-распределителя импульсов 6 соединены со входами управления счетчиков-делителей частоты 5, выход импульсной схемы ИЛИ 7 соединен со входом устройства 4 формирования рабочего цикла исполнительного органа 3.

На фиг. 1 приведена блок-схема предложенного устройства, на фиг. 2 - условное взаимное расположение измерительных (датчика шпалы и датчика пути) и исполнительного (рабочего) органов, на фиг. 3 - эпюра импульсов с датчика пути на расстоянии между двумя шпалами.

Цифрами на чертежах обозначены:
1 - датчик пути (ДП), вырабатывающий импульсы по мере перемещения датчика вдоль пути, при этом dl - масштаб датчика, т.е. длина пути, соответствующая расстоянию между двумя соседними импульсами датчика пути 1 (периоду импульсов, см. фиг. 3),
2 - датчик шпалы (фактически - датчик шпальной накладки, ДШН), вырабатывающий сигнал (импульс или перепад напряжения), когда его середина находится над серединой шпалы (допускается формирование такого сигнала в любом положении над шпалой, лишь бы это положение было стабильным от шпалы к шпале),
3 - исполнительный (рабочий) орган (ИО) машины, обеспечивающий необходимую обработку пути, например уплотнение балласта; расстояние между датчиком шпалы 2 и рабочим органом 3 машины равно L (фиг. 2),
4 - блок управления (формирование рабочего цикла исполнительного органа; в простейшем случае - команды на опускание рабочего органа; БУ),
5 - блок счетчиков-делителей, например, вычитающих (количества счетчиков должны быть не менее того числа шпал, которые размещаются на пути под машиной на расстоянии L от датчика шпалы 2 до рабочего органа),
6 - счетчик-распределитель (СР) импульсов (количество выходов счетчика-распределителя импульсов 6 и количество входов импульсной схемы ИЛИ 7 равно количеству счетчиков-делителей 5; импульс выходного сигнала присутствует только на одном выходе счетчика-распределителя),
7 - условное название блока - импульсная схема ИЛИ (любой ее входной импульсный сигнал дифференцируется и через соответствующий диод поступает на выход; может иметь иное исполнение или выполнено программно на процессоре),
8 - условное название блока - блок ввода поправок, функциональное назначение раскрыто в описании работы устройства,
9 - рельс (условное обозначение),
10 - шпалы (схематичное расположение; l - расстояние между двумя соседними шпалами).

Выполнено устройство следующим образом.

Выход датчика пути 1 подключен к счетным входам C всех счетчиков блока счетчиков 5, выход датчика шпалы 2 подключен к счетному входу C счетчика-распределителя импульсов 6. выходы которого соединены со входами V управления счетчиков блока счетчиков 5, выход D данных блока 8 ввода поправок соединен с входами D данных всех счетчиков блока счетчиков 5, а выход сброса R блока 8 ввода поправок соединен со входами R сброса всех счетчиков блока счетчиков 5, выход Q каждого счетчика соединен с запрещающим входом СЕ этого же счетчика и со входом импульсной схемы ИЛИ 7, выход которой подключен к блоку 4 управления исполнительными (рабочими) органами 3 путевой машины.

Следует остановиться на особенностях работы каждого из блоков данного устройства с тем, чтобы был понятнее принцип работы устройства в целом.

Датчик пути 1 (фиг. 1) может быть выполнен в виде мерного колеса 1 (фиг. 2), вращающегося без скольжения при движении машины вдоль рельса, с осью вращения которого связан механически преобразователь вращения в импульсы 11 (фиг. 3) электрического напряжения. В зависимости от диаметра мерного колеса и количества импульсов на его один оборот период следования импульсов при перемещении датчика вдоль рельса будет однозначно соответствовать определенному приращению расстояния dl (фиг. 3).

Датчик шпалы 2 может быть выполнен по любой известной схеме, формирующей выходной импульс при прохождении датчиком, например, середины шпалы (шпальной накладки и элементов крепления). При этом основное требование к такому датчику - формирование импульса, стабильное относительно положения его над шпалой: будь то над серединой шпалы или над ее краем, не принципиально. Это будет ясно из описания работы устройства.

Счетчик-распределитель 6 импульсов должен срабатывать от каждого входного импульса (выходного импульса датчика шпалы 2), т. е. считать каждый входной импульс (каждую шпалу) и перемещать свой выходной импульс с одного выхода Q на другой. Подобными свойствами обладают микросхемы типа 564ИЕ9. Заданный алгоритм может быть реализован также с помощью простейшего контроллера.

Блок 8 ввода поправок должен обеспечивать на выходе D данных код (обозначим его числом D), соответствующий количеству импульсов датчика пути 2, выдаваемых им за время прохождения машиной участка пути между положением датчика шпалы 2 в момент старта машины до момента, когда на место датчика шпалы подойдет исполнительный орган 3 машины:
D=L:dl, (1)
и соответствующий расстоянию между датчиком шпалы и рабочим органом. При этом, если срабатывание датчика шпалы вместо центра будет приходиться на переднюю (по направления движения машины) или на дальнюю кромку шпалы, число D должно быть уменьшено или увеличено на некоторое значение (например, на несколько импульсов при масштабе импульса датчика пути порядка сантиметра). Уточнение числа D может быть произведено при первом включении устройства, установленного на путевую машину.

Каждый из счетчиков блока 5 счетчиков производит счет (суммирование или вычитание) поступающих на вход C импульсов датчика пути 2 при отсутствии логической запрещающей единицы на его входе СЕ и перестает считать импульсы, как только на этом входе появляется логическая единица. При появлении импульса на управляющем входе V в счетчик записывается код, выставленный на его входе D. При наличии логической единицы на входе R сброса счетчик устанавливается в исходное состояние, при котором на его выходе может присутствовать логическая единица, препятствующая началу счета импульсов после снятия сигнала сброса R, хотя это условие и не обязательно. В качестве счетчиков могут использоваться микросхемы типа 564ИЕ11 или ячейки оперативной памяти, если устройство выполнено в виде специализированного контроллера.

Импульсная схема ИЛИ 7 (название блока условное) содержит дифференцирующие цепочки и диоды, соединенные катодами по схеме "монтажное ИЛИ". При этом, когда на любом из входов импульсной схемы ИЛИ появляется положительный перепад напряжения, т. е. когда очередной счетчик из блока 5 счетчиков импульсов сформирует на своем выходе логическую единицу и перестанет считать импульсы, на выходе соответствующей дифференцирующей RC-цепочки и на выходе импульсной схемы ИЛИ 7 формируется положительный импульс, запускающий блок управления 4 рабочим органом 3. Подобное устройство может быть легко логически реализовано программным путем в специализированном контроллере.

Устройство работает следующим образом.

До начала работы с блока 8 ввода поправок на входы R сброса счетчиков блока 5 счетчиков импульсов поступает сигнал сброса, а на информационные входы D - необходимый код, определенный предварительно, например, по приведенной выше формуле (1). На одном из выходов Q счетчика-распределителя 6 импульсов имеется логическая единица, например на последнем, на остальных - нули. Перед началом обрабатываемого участка пути вручную (или по программе, если устройство выполнено в виде специализированного контроллера) снимается сигнал сброса R счетчиков. В момент, когда датчик пути 2 сформирует импульс над шпалой и счетчик-распределитель 6 перебросит логическую единицу c одного своего выхода на другой, например с последнего на первый, в первый счетчик блока 5 будет записан код D. С этого момента первый счетчик блока счетчиков 5 начнет счет импульсов датчика пути. На фиг. 1 счетчики показаны вычитающими. При этом первый счетчик независимо от состояния остальных начнет списывать занесенное в него число D до тех пор, пока его состояние не перейдет через ноль, т. е. до "переполнения" счетчика, которое произойдет после того, как машина пройдет путь
L = D•dl, (2)
равный расстоянию от датчика пути до рабочего органа. В этот момент на его выходе появится логическая единица, которая остановит счетчики через импульсную схему ИЛИ 7 и блок управления 4 запустит рабочий орган 3.

По мере движения машины от первой шпалы ко второй (и последующим еще до первого включения рабочего органа) в первом счетчике идет уменьшение введенного в него числа, во второй счетчик с помощью второго импульса от датчика шпалы через счетчик-распределитель 6 записывается то же число D, затем - в третий и т.д. Во всех этих счетчиках по аналогии с первым происходит вычитание импульсов и последующее формирование через логическую импульсную схему ИЛИ 7 управляющих сигналов на запуск рабочего органа непосредственно над очередной шпалой. Следует отметить, что непременным условием правильной работы всего устройства является достаточное количество счетчиков блока 5, которое должно быть не менее минимального количества включений рабочего органа на длине пути, равной расстоянию между датчиком пути 2 и рабочим органом 3. Еще лучше, если их количество будет больше максимального количества шпал, размещающихся на таком расстоянии под машиной. В этом случае всегда будут в режиме ожидания (запрета) один-два счетчика, в то время как остальные будут вести отсчет (списывание) импульсов датчика пути, каждый от своей шпалы, определенной датчиком шпалы, до момента включения рабочего органа над этой шпалой. При этом пропущенные по какой-либо причине шпалы (например, шпалы, не определенные датчиком шпалы на стрелках, или шпалы, "заблокированные" машинистом- оператором вручную) не будут фиксироваться в блоке счетчиков, будут пропущены также и рабочим органом.

Скорость движения машины и скорость обработки шпального ящика должны соотноситься друг с другом так, чтобы время перемещения машины от одного шпального ящика к другому было больше времени на уплотнение балласта плюс на подъем рабочего органа и возврат его в исходное состояние. Учитывая, что начало непосредственно работы исполнительного органа машины запаздывает относительно момента формирования команды блоком управления 4, число D, вводимое в счетчики блока 5, может быть определенным образом скорректировано в сторону уменьшения. Такая коррекция может быть проведена при первом включении устройства на машине. При этом, если известны все технические параметры машины (скорость, время запаздывания, масштаб импульсов датчика пути), то корректировка числа D может быть произведена расчетным путем до включения устройства на машине.

Таким образом, предложенное устройство, имея существенно более простое исполнение по сравнению с прототипом, обладает повышенной надежностью, обеспечивает высокую точность управления даже при низкой точности датчика шпалы и датчика пути, поскольку обеспечивает компенсацию погрешностей всех комплектующих устройства и запаздывания исполнительного органа корректировкой одного единственного параметра устройства, а именно - числа D, записываемого во все счетчики блока 5. Обеспечивая управление циклическим исполнительным органом во время непрерывного и равномерного движения машины предложенное устройство максимально сохраняет ресурс машины, поддерживая максимальную производительность ее рабочих органов. Из описания понятно, что точность работы устройства не зависит от скорости перемещения машины. Следует только подчеркнуть, что при увеличении скорости перемещения машины при больших задержках рабочих органов потребуется корректировка числа D в сторону уменьшения.

В настоящее время в НПП "Космотехника" изготовлено с использованием контроллера экспериментальное устройство управления запуском исполнительного органа путевой машины для отработки узлов, входящих в него, и алгоритма определения параметров датчиков пути, датчика шпалы, запаздывания рабочих органов и автоматизированного ввода поправок по результатам первого пробного включения на машине.

ЛИТЕРАТУРА
1. Описание изобретения к а. с. СССР N 246563, E 01B 27/16.

2. Описание изобретения к а. с. СССР N 787539, E 01 B 35/00.

3. Описание изобретения к а. с. СССР N 1116108, E 01 B 35/00.

4. Описание изобретения к а. с. СССР N 503974, E 01 B 35/00 (прототип).

Изобретение относится к оборудованию рельсовых путей и предназначено для использования в аппаратуре, применяемой при строительстве, ремонте и текущем содержании рельсового пути. Устройство включает в себя датчик пути, датчик шпалы, блок ввода поправок, формирователь рабочего цикла исполнительных органов. Дополнительно в него введены счетчик-распределитель импульсов, импульсная схема ИЛИ, счетчики-делители частоты. В принятой конструкции достигается компенсация погрешностей всех комплектующих узлов и запаздывания исполнительного органа корректировкой одного единственного параметра, а именно числа, записываемого во все счетчики-делители частоты. Обеспечивая управление циклическим исполнительным органом во время непрерывного и равномерного движения путевой машины, устройство максимально сохраняет ресурс машины и поддерживает максимальную производительность ее рабочих органов. Предложенное устройство характеризуется повышенной эксплуатационной надежностью и высокой точностью управления. 3 ил.

Устройство управления запуском исполнительного органа путевой машины, содержащее датчик пути, датчик шпалы, блок ввода поправок, формирователь рабочего цикла исполнительных органов, отличающееся тем, что оно снабжено счетчиком-распределителем импульсов, импульсной схемой ИЛИ, счетчиками делителями частоты, при этом выход каждого счетчика-делителя частоты соединен со своим входом запрета СЕ и одним из входов импульсной схемы ИЛИ, одноименные входы D данных и входы R сброса счетчиков-делителей частоты соединены между собой и подключены к выходам блока ввода поправок, выход датчика пути подключен к счетным входам счетчиков-делителей частоты, выходы счетчика-распределителя импульсов соединены со входами управления V счетчиков-делителей частоты, выход импульсной схемы ИЛИ соединен со входом устройства формирования рабочего цикла исполнительного органа.