СПОСОБ ОГРАНИЧЕНИЯ НАНЕСЕНИЯ ПЕСКА НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЕ РЕЛЬСЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2010 года по МПК B61C15/10 

Область техники

Изобретение относится, в общем, к системам увеличения трения на железной дороге и, в частности, к способам и системам для автоматического ограничения количества песка, наносимого на железнодорожные рельсы, для увеличения сцепления между колесами локомотива и рельсами.

Уровень техники

Локомотивы и железнодорожные вагоны, а также другие большие тяговые транспортные средства обычно приводятся в движение тяговыми электродвигателями, соединенными с помощью привода с одной или более осями транспортного средства. Локомотивы и железнодорожные вагоны обычно имеют, по меньшей мере, четыре колесно-осевые пары на транспортное средство, и каждая колесно-осевая пара соединена через соответствующую передачу с валом отдельного электродвигателя, обычно называемого тяговым двигателем. В двигательном режиме работы тяговые двигатели снабжаются электрическим током от управляемого источника электроэнергии (например, тягового генератора с механическим приводом) и прикладывают вращающий момент к колесам транспортного средства, которые прикладывают тангенциальную силу или тяговое усилие к поверхности, по которой передвигается транспортное средство (например, к параллельным стальным рельсам железнодорожного пути), тем самым толкая транспортное средство в желаемом направлении вдоль полотна дороги.

Максимальное тяговое или тормозное усилие получают, если каждое приводимое в движение колесо транспортного средства вращается с такой угловой скоростью, что его фактическая периферийная скорость немного выше (в двигательном режиме), чем истинная скорость транспортного средства (то есть линейная скорость, с которой движется транспортное средство, обычно называемая "скоростью хода" или "скоростью передвижения"). Разность между скоростью ведущего колеса и скоростью хода называется "скоростью проскальзывания". Существует переменное значение скорости проскальзывания, при котором осуществляется пиковое тяговое усилие. Это значение, обычно известное как оптимальная точка проскальзывания, является переменной, которая зависит от скорости хода и состояния рельсов. Пока не превышена допустимая скорость проскальзывания, эта управляемая пробуксовка колес является нормальной, и транспортное средство будет работать в устойчивом режиме микроскольжения или проскальзывания. Если сцепление колеса с рельсом имеет тенденцию уменьшаться или теряться, некоторые или все тяговые колеса могут чрезмерно буксовать, то есть фактическая скорость проскальзывания может быть больше максимальной скорости проскальзывания. Такое состояние явной пробуксовки колес, которое характеризуется в двигательном режиме одной или более буксующими колесно-осевыми парами, может вызвать ускоренное изнашивание колес, повреждение рельсов, высокие механические напряжения в компонентах привода толкающей системы и нежелательное уменьшение тягового усилия.

Пиковое тяговое усилие ограничивает способность тяги/торможения локомотива. Это пиковое тяговое усилие является функцией различных параметров, таких как нагрузка локомотива на ось, материал и геометрия колеса и рельса и такие загрязнения как снег, вода, жир, насекомые и ржавчина. Загрязнения при взаимодействии колеса/рельса уменьшают максимальное доступное сцепление даже оптимальной точке проскальзывания.

Локомотивы, используемые для тяжелых перевозок, обычно должны производить большие тяговые усилия. Хорошее сцепление между каждым колесом и поверхностью железнодорожного рельса вносит свой вклад в эффективную работу локомотива. Способность производить большие тяговые усилия зависит от доступного или потенциального сцепления между колесом и рельсом. Многие состояния рельсов, такие как влажность или покрытие снегом или льдом, требуют применения модификатора для усиления трения, такого как песок, для улучшения или увеличения сцепления колеса с рельсом. Поэтому локомотивы обычно имеют ящики с песком на каждом конце локомотивов и сопла для распыления песка на рельсы с обеих сторон тележки локомотива.

Локомотивы могут увеличивать сцепление между колесами и железнодорожным рельсом, активизируя поток песка из ящиков с песком на поверхность рельса. Поток песка может быть активирован в ответ на одно или более выполняемых условий, таких как пробуксовка одной или более колесно-осевых пар. Когда такое условие выполнено, обычные системы нанесения песка активируют поток песка через два приспособления для нанесения песка, расположенные перед каждой из двух тележек локомотива, когда локомотив движется вперед. Таким образом, песок распыляется с постоянной скоростью через четыре приспособления для нанесения песка каждый раз, когда имеется запрос на нанесение песка от регулятора машиниста локомотива. Песок обычно распыляется в течение установленного периода времени, что часто приводит к большему количеству распыляемого песка, чем необходимо для максимизации сцепления между колесами локомотива и железнодорожным рельсом.

Распыление большего количества песка, чем это необходимо, является неэкономным и может вызвать попадание песка в нежелательные области. Например, обычные системы, которые автоматически или вручную распыляют песок в ответ на выполнение условия, могут вызвать попадание песка в стрелки, рельсовые цепи или дренаж, что может повредить оборудование или привести к сбоям.

Краткое описание изобретения

Следовательно, имеется потребность в улучшенной системе и способе автоматического управления нанесением песка на рельсы железнодорожными локомотивами. Такая система и способ отслеживают и оценивают различные факторы и параметры для ограничения количества песка, распыляемого для увеличения сцепления между колесами локомотива и поверхностью железнодорожных рельсов. Количество песка, наносимого на рельсы, может быть ограничено посредством отслеживания эксплуатационных параметров локомотива и прерывания или уменьшения потока песка на основе этих эксплуатационных параметров.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схематическая иллюстрация локомотива, имеющего систему нанесения песка для распыления песка.

Фиг.2 - схема системы нанесения песка с фиг.1.

Фиг.3 - иллюстративные кривые зависимости сцепления от проскальзывания для различных состояний рельса и модификаторов трения.

Фиг.4 - иллюстративные кривые зависимости трения/сцепления с нанесенным песком и без песка перед осью, когда рельсы находятся во влажном состоянии.

Фиг.5 - иллюстративный график, показывающий тяговое усилие в фунтах относительно скорости поезда для восьми положений рукоятки регулятора.

Фиг.6 - схематическая диаграмма системы, ограничивающей подачу песка, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.7 - первая иллюстрация конфигурации, иллюстрирующей место нанесения модификаторов трения в первой конфигурации поезда.

Фиг.8 - вторая иллюстрация конфигурации, иллюстрирующей место нанесения модификаторов трения во второй конфигурации поезда.

Фиг.9 - третья иллюстрация конфигурации, иллюстрирующей место нанесения модификаторов трения в третьей конфигурации поезда.

Фиг.10 - четвертая иллюстрация конфигурации, иллюстрирующей место нанесения модификаторов трения в четвертой конфигурации поезда.

Фиг.11 - иллюстративная блок-схема регулирования и управления нанесением модификатора для увеличения трения на рельсы согласно одному варианту воплощения изобретения.

Фиг.12 - иллюстративная блок-схема регулирования и управления нанесением модификатора для уменьшения трения на рельсы в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 показан локомотив 122, оборудованный иллюстративной системой нанесения песка для ограничения нанесения песка на железнодорожные рельсы. Песок может храниться в переднем ящике 118 с песком или заднем ящике 120 с песком. Проиллюстрированный вариант воплощения включает в себя восемь устройств для нанесения песка или сопел 102-116. Локомотив 122 может иметь две тележки 124, 126. Передняя тележка 124 может включать в себя одно сопло спереди слева 102, одно сопло спереди справа 104, одно сопло сзади слева 106 и одно сопло сзади справа 108. Задняя тележка 126 может включать в себя одно сопло для песка спереди слева 110, одно сопло спереди справа 112, одно сопло сзади слева 114 и одно сопло сзади справа 116. Дополнительные варианты воплощения могут включать в себя больше или меньше восьми проиллюстрированных сопел 102 - 116, в том числе сопла, расположенные на других локомотивах в составе поезда.

На фиг.2 показана схематическая диаграмма иллюстративной системы 200 нанесения песка, показанной на фиг.1. Иллюстративная система 200 может включать в себя передний ящик 204 с песком и задний ящик 206 с песком для подачи песка соответственно на сопла 102-116. Резервуар 202 со сжатым воздухом может подавать сжатый воздух на воздушные клапаны 208, 210. Пара электрически управляемых песочных клапанов 212, 214 может быть обеспечена для передней тележки 124, и аналогичные клапаны 216, 218 могут быть обеспечены для задней тележки 126. Клапаны 212, 214 могут управлять потоком песка через соответствующие сопла 102-108, и клапаны 216, 218 могут управлять потоком песка через соответствующие сопла 110-116. Система 220 управления локомотива может быть выполнена с возможностью управления воздушным резервуаром 202, воздушными клапанами 208, 210 и песочными клапанами 212-218 для ограничения нанесения песка на железнодорожные рельсы.

Фиг.3 показывает иллюстративную кривую 300 зависимости сцепления от проскальзывания для локомотива, движущегося по рельсам. Как показано, кривая 302 изображает зависимость уровней удельного сцепления для сухого песка от уровней удельного проскальзывания. Сухой песок обеспечивает самые высокие уровни сцепления для каждого уровня удельного проскальзывания на уровнях удельного проскальзывания меньше, чем 0,3. Для уровней удельного проскальзывания меньше, чем приблизительно 0,05, влажный песок, показанный кривой 304, обеспечивает более высокое сцепление, чем сухой рельс, показанный кривой 306. Однако на уровнях удельного проскальзывания больше, чем приблизительно 0,05, кривая 304 для влажного песка имеет меньшее сцепление, чем кривая 306 для сухого рельса. Для ситуаций, в которых желательно меньшее сцепление, которые имеют место для соединенных железнодорожных вагонов или локомотива, вписывающегося в кривую рельсового пути, масло обеспечивает наименьшую величину сцепления для уровней удельного проскальзывания меньше, чем 0,1, как показано кривой 308. Кривая 310 иллюстрирует характеристики сцепления для воды, которая также обеспечивает улучшенное уменьшенное трение по сравнению с сухим рельсом (кривая 306) для удельного сцепления. На основе диаграммы 300 может быть желательно управлять трением между колесом локомотива или железнодорожного вагона и железнодорожными рельсами таким образом, чтобы увеличивать тяговое усилие локомотива, в то же время уменьшая трение железнодорожных вагонов, соединенных с локомотивом.

Диаграмма 400 на фиг.4 иллюстрирует два изменения в рабочем режиме колеса на влажном рельсе, когда на влажный рельс нанесен песок (кривая 402), и когда песок удален с рельса (кривая 404). Например, если песок нанесен на влажный рельс в точке 406 на кривой 310 для воды, кривая 402 иллюстрирует, что проскальзывание уменьшается до точки 408, точки на кривой 304 для влажного песка. Аналогично при работе в точке 408 на кривой 304 для влажного песка удаление песка перемещает проскальзывание из точки 408 в точку 406 на кривой 310, таким образом показывая существенное увеличение проскальзывания. Фиг.4 также иллюстрирует работу системы оптимальным управлением сцепления - проскальзыванием управляют так, что достигается максимальное тяговое усилие (предполагая, что машинист запрашивает большее тяговое усилие, чем может быть обеспечено состоянием рельсов). Поэтому такое изменение может быть соблюдено системой управления сцеплением только тогда, когда колесо использует доступное сцепление в колесе, и это обычно случается при эксплуатационных режимах с большим тяговом усилием на низкой скорости. В других эксплуатационных режимах характеристики зависимости тягового усилия от проскальзывания изменяются, но не так существенно.

На этой иллюстрации локомотив прикладывает тяговое усилие в 17000 фунтов. Однако в точке 406 рельс влажный, и колеса локомотива испытывают удельное проскальзывание больше, чем 0,14. Перед движущимся колесом локомотива немедленно наносят песок. В результате в точке 408 тяговое усилие увеличивается до 20000 фунтов, и удельное проскальзывание уменьшается до менее чем 0,03. Если нанесение песка позже удаляется, рабочий режим возвращается из точки 408 в предшествующий рабочий режим 406.

Фиг.5 иллюстрирует тяговое усилие (ТЕ) в фунтах как функцию от скорости поезда для восьми тяговых усилий или положений рукоятки регулятора, обозначенных TE1-TE8. Как показано, для низкой скорости имеется существенное изменение тяговых усилий для каждого из положений рукоятки регулятора. Однако при увеличении скорости тяговые усилия уменьшаются и приближаются к относительно близким уровням, когда скорость превышает 50 миль в час. Следует также отметить, что для каждого положения рукоятки регулятора тяговое усилие остается постоянным, пока не достигнута скорость торможения, как обозначено на фиг.5. Выше этой скорости торможения мощность поддерживается постоянной.

На фиг.6 показано, что иллюстративный аспект изобретения может включать в себя датчик 602 для отслеживания одного или более параметров 610, относящихся к работе одного или более локомотивов, такого как локомотив 122. Параметры 610 могут являться различными эксплуатационными параметрами, которые могут относиться к взаимодействию между колесами локомотива 122 и железнодорожными рельсами, по которым передвигается локомотив 122.

Иллюстративные параметры 610 могут включать в себя эксплуатационные параметры, относящиеся к локомотиву 122, такие как скорость, тяговое усилие (ТЕ), положение рукоятки регулятора, скорость колес, степень ускорения или замедления, состояние торможения, сила, пробуксовка колес, потребление топлива, проскальзывание колес, мощность двигателя, вращающий момент тягового двигателя и эффективность нанесения песка. Они могут быть в расчете на одну ось, на одну тележку или на один локомотив. В одном аспекте изобретения эффективность нанесения песка может быть выражена в терминах тягового усилия, как описано ниже.

Вспомогательная информация или данные 604, так же как и эксплуатационные параметры 610, могут использоваться в аспектах изобретения в качестве входных данных для управления или ограничения количества песка, наносимого на железнодорожные рельсы поездом, таким как локомотив 122. Иллюстративные данные 604 могут включать в себя длину состава/поезда, вес поезда, карту рельсового пути, географическое местоположение поезда, топографию рельсового пути, уклон рельсового пути, кривизну рельсового пути, температуру рельсов, физические характеристики рельса, такие как сухость, влажность, загрязнение жиром или маслом, погодные условия, такие как дождь, снег или лед, присутствие на рельсах модификаторов состояния рельсов, текущую погоду и прогноз погоды, расписания поездов или внешние команды от машинистов или диспетчерских центров.

Как показано на фиг.6, эксплуатационные параметры 610 и/или вспомогательные данные 604 могут быть введены в контроллер 606, который может быть оборудован устройством 608 памяти или хранения данных. Контроллер 606 может управлять аспектами изобретения для ограничения количества песка, наносимого на железнодорожные рельсы, и может быть расположен на локомотиве 122. Один аспект позволяет управлять потоком песка из ящиков 204, 206 с песком на основе ответных действий контроллера 606 на один или более эксплуатационных параметров 610 и/или вспомогательные данные 604. Контроллер 606 может управлять потоком песка 613 с помощью приспособления 612 для нанесения песка или модификатора для увеличения трения, которое может схематично представлять собой сопла 102-108 и/или сопла 110-116, расположенные соответственно на тележках 124, 126 локомотива 122, как показано на фиг.2.

Иллюстративные варианты воплощения позволяют оснастить локомотив или железнодорожный вагон приспособлением 612 для нанесения, управляемым контроллером 606. Приспособление 612 для нанесения наносит модификатор трения, такой как песок 613, на рельсы в области контакта между одним или более железнодорожными колесами и рельсами, по которым они передвигаются. Модификаторами 613 трения могут являться материалы с увеличенным сцеплением, такие как песок, или удаление снега или воды с рельса. Модификаторами для уменьшения трения могут являться вода, пар, воздух, масло, смазка или может являться удаление песка, воды, снега или модификатора для увеличения трения, которые находятся в это время на рельсе. В любом случае очистка рельсов щеткой или водой, или воздухом может увеличивать трение или уменьшать трение в зависимости от текущего состояния рельсов.

Контроллер 606 может быть выполнен с возможностью анализа этих и других эксплуатационных параметров 602 и вспомогательных данных 604, чтобы определить соответствующее время и количество модификатора 613 трения для нанесения. Например, количество модификатора 613 трения, наносимого приспособлением 612 для нанесения, может быть оптимизировано на основе длины поезда и погодных условий таким образом, чтобы модификатор 613 был израсходован или рассеян к тому времени, когда последний вагон в составе поезда проходит точку нанесения модификатора 613.

В варианте воплощения изобретения конфигурация поезда может иметь множество приспособлений 612 для нанесения, расположенных в положениях перед колесами локомотива 122 независимо от направления движения. Поскольку локомотив может работать в прямом или обратном направлениях, локомотив 122 может быть оборудован приспособлениями 612 для нанесения модификатора трения на обоих концах транспортного средства. Дополнительно, приспособления для нанесения 612 могут быть приложены к переднему концу или заднему концу локомотива 122 или железнодорожного вагона для нанесения модификатора трения 613. Например, фиг.1 иллюстрирует, что эти приспособления 612 для нанесения, которые могут являться соплами 102-116, могут быть помещены рядом с передними и задними колесами тележек 124, 126 для нанесения модификатора трения перед этими колесами относительно направления движения локомотива 122.

Приспособления 612 для нанесения могут быть размещены на локомотиве 122 таким образом, чтобы модификатор трения 613 наносился на определенные точки нанесения. Также может иметься множество приспособлений 612 для нанесения на одном или более железнодорожных транспортных средств в составе поезда. Приспособления 612 для нанесения могут быть выполнены с возможностью нанесения модификатора трения 613 на реборду колеса, обод колеса, верхнюю часть рельса и/или внутреннюю сторону рельса. Контроллер 606 определяет тип, время и количество модификатора трения 613 для нанесения. Контроллер 606 может выбрать одно или более приспособлений 612 для нанесения из множества приспособлений 612 для нанесения, расположенных на локомотиве 122 и/или железнодорожном вагоне, чтобы нанести модификатор 613, и точки нанесения на рельсе, на которые он будет нанесен.

Множество приспособлений 612 для нанесения может быть размещено на одном или более локомотивов и/или железнодорожных вагонов для оптимизации управления трением состава поезда. Состав поезда обычно состоит из ведущего локомотива, одного или более дополнительных вспомогательных локомотивов, дополнительного буксирного локомотива, размещенного в точке, отдаленной от ведущего и вспомогательных локомотивов, и одного или более железнодорожных вагонов. Приспособление 612 для нанесения, и поэтому нанесение модификатора трения 613, может быть размещено как переднее приспособление для нанесения ведущего локомотива, заднее приспособление для нанесения ведущего локомотива, переднее приспособление для нанесения вспомогательного локомотива, заднее приспособление для нанесения вспомогательного локомотива, переднее приспособление для нанесения буксирного локомотива, заднее приспособление для нанесения буксирного локомотива, переднее приспособление для нанесения железнодорожного вагона или заднее приспособление для нанесения железнодорожного вагона. Специалистами в области техники будут очевидны и другие комбинации.

Контроллер 606 может взаимодействовать посредством одной или более систем связи (не показаны) между контроллером 606, локомотивами и железнодорожными вагонами для управления нанесением модификатора трения, например, такого как песок.

На Фиг.7 показан вариант воплощения конфигурации поезда, которая может быть оборудована иллюстративным вариантом воплощения изобретения. В первой конфигурации два локомотива, ведущий локомотив 702 и вспомогательный локомотив 704 соединены с четырьмя железнодорожными вагонами 706 и передвигаются по железнодорожному пути или рельсам 710 в прямом направлении справа налево, как обозначено стрелкой 708. В этом случае приспособление 712 для нанесения является приспособлением для нанесения, которое наносит модификатор 613 трения на рельсы 710 перед передними колесами ведущего локомотива 702. Приспособление 712 для нанесения может наносить модификатор для увеличения трения, такой как песок, или может удалять модификатор с рельса 710 или нейтрализовывать его. Например, если рельс 710 является влажным или покрыт снегом или льдом, и контроллер 606 определяет, что требуется увеличение трения, приспособление 712 для нанесения может применить сжатый воздух для осушения верхней части рельса 710 или может применить пар для таяния снега или льда. Дополнительно, если ведущий локомотив 702 входит на изогнутый участок рельсового пути, приспособление 712 для нанесения может нанести смазку, такую как вода или масло, на внутреннюю сторону рельса для уменьшения трения колеса с рельсом 710.

Вспомогательный локомотив 704 оборудован приспособлением 714 для нанесения на переднем конце локомотива 704. Контроллер 606 управляет нанесением модификаторов 613 трения приспособлением 714 для нанесения на основе определенной потребности. В некоторых ситуациях контроллер 606 может определить, что модификатор 613, нанесенный приспособлением 712 для нанесения на ведущем локомотиве 702, достаточен как для ведущего локомотива 702, так и для вспомогательного локомотива 704. Это может иметь место, когда на рельсовом пути находится вода, снег или лед, и приспособлением 712 для нанесения 712 управляют для удаления воды, снега или льда. Однако там, где встречается крутой склон, контроллер 606 может управлять приспособлениями 712 и 714 для нанесения модификатора 613 для увеличения трения, такого как песок, на верхнюю часть рельса.

Так же, как показано на фиг.7, приспособление 716 для нанесения оборудовано на заднем конце вспомогательного локомотива 704. Приспособление 716 для нанесения может быть выполнено с возможностью удаления или нейтрализации любых модификаторов 613 для увеличения трения, нанесенных приспособлениями 712 и/или 714 для нанесения. Кроме того, приспособление 716 для нанесения может применить модификатор для уменьшения трения, такой как воздух, вода, масло или смазку, к верхней части рельса 710 или к внутренней стороне рельса для уменьшения трения между рельсом 710 и колесами задних железнодорожных вагонов 706.

На фиг.8 вторая конфигурация поезда иллюстрирует добавление приспособления 802 для нанесения в другом иллюстративном варианте воплощения изобретения. Приспособление 802 для нанесения расположено в конце конфигурации поезда, которая может представлять собой железнодорожный вагон 706, как проиллюстрировано, или локомотив. Приспособление 802 для нанесения может находиться спереди или сзади вагона 706 и выполнено с возможностью удаления или нейтрализации любых модификаторов 613 трения, нанесенных ранее приспособлениями 712, 714 или 716 для нанесения. Может быть желательно очистить рельс 710 перед следующей конфигурацией поезда, использующей тот же самый участок рельсов 710. Однако контроллер 606 может определить, например, что применение очистителя рельсов может не требоваться вследствие текущей погоды или прогноза погоды, или отсутствия другого поезда, использующего рельсы 710 в пределах заданного промежутка времени.

Например, если приспособлением 716 для нанесения нанесена смазка, контроллер 606 может решить, что приспособление 802 для нанесения не должно наносить нейтрализатор, если идет дождь и не запланировано, что другой поезд проедет по тем же самым рельсам 710 в течение часа или более. Дополнительно, если контроллер 606 может определить оптимальные количества модификатора 613 трения для нанесения на рельсы 710 приспособлением 716 для нанесения на основе параметров 610 и/или вспомогательных данных 604, таких как длина поезда и погодные условия, то модификатор 613 может быть израсходован или рассеян к тому времени, когда проходит последний вагон в конфигурации поезда. В таких случаях не будет необходимости очищать рельсовый путь приспособлением 802 для нанесения.

Теперь на фиг.9 показано, что железнодорожные вагоны 706 могут быть оборудованы одним или более приспособлениями 612 для нанесения для нанесения модификаторов 613 трения. Такие приспособления для нанесения обозначены ссылочной позицией 902, причем любое количество вагонов 706 может быть в конфигурации поезда, и любое их количество может быть оборудовано приспособлениями 902 для нанесения модификаторов трения. Хотя приспособления 902 для нанесения, оборудованные на железнодорожных вагонах 706, часто являются уменьшителями трения, они могут быть любого типа. Такими приспособлениями 902 для нанесения можно управлять посредством контроллера 606, обычно такой же системы, которая управляет приспособлениями 712, 714, 716, и 802 для нанесения. Контроллер 606 может управлять нанесением модификаторов 613 трения на рельсы 710, что может включать в себя нанесение модификаторов для уменьшения трения либо на верхнюю часть рельса 710, либо на внутреннюю сторону рельса, если поезд движется по участку рельса 710 с искривлением. В таком случае контроллер 606 может управлять нанесением модификатора для уменьшения трения, такого как смазка, на внутреннюю часть рельсов. При некоторых условиях контроллер 606 может наносить смазку, используя приспособления 610 для нанесения, на внутренний рельс кривой и ничего не наносить на внешний рельс кривой.

На фиг.10 показано, что конфигурация поезда может иметь локомотив 1002, помещенный отдаленно от ведущего локомотива 702 или вспомогательного локомотива 704. Буксирный локомотив 1002 может быть помещен в конце конфигурации поезда (не показано) или в середине конфигурации поезда (показано) таким образом, что железнодорожные вагоны 706 помещены спереди и сзади буксирного локомотива 1002. В этом варианте воплощения изобретения буксирный локомотив 1002 может быть оборудован приспособлением 1004 для нанесения. Приспособление 1004 для нанесения может нанести либо модификатор для усиления трения, либо модификатор для уменьшения трения в соответствии с инструкцией контроллера 606. Когда контроллер 606 определяет, что потребуется модификатор для увеличения трения для увеличения тягового усилия буксирного локомотива 1002, приспособлению 1004 для нанесения может быть дана инструкция удалить или нейтрализовать модификатор для уменьшения трения, нанесенный ранее приспособлениями 716 или 902 для нанесения, и нанести модификатор 613 для увеличения трения, такой как песок.

В других ситуациях приспособлению 1004 для нанесения может быть дана инструкция нанести нейтрализатор, чтобы высушить рельс для увеличения коэффициента трения, или может быть дана инструкция нанести песок в случае необходимости для конкретного участка рельсов 710 или уклона рельсового пути. Буксирный локомотив 1002 может быть оборудован приспособлением 716 для нанесения, как описано ранее. Дополнительно железнодорожные вагоны 706 сзади от буксирного локомотива 1002 могут быть оборудованы приспособлением 802 для нанесения, чтобы очищать рельс 710 после того, как поезд прошел.

Контроллер 606 может принимать эксплуатационные параметры 610 от одного или более датчиков 602 на поезде или относящихся к поезду. Дополнительно контроллер 606 может принимать вспомогательные данные 604 из других источников, которые затрагивают регулирование и оптимизацию трения между железнодорожными колесами и рельсами. Фиг.11 является вариантом воплощения карты 1100 принятия решений в соответствии с иллюстративным вариантом воплощения изобретения. На фиг.11 этап 1002 иллюстрирует, что конфигурация поезда работает на низкой скорости, и низкое тяговое усилие не было запрошено. В таком случае определяются желательное тяговое усилие, фактическое тяговое усилие, состояние рельсов и состояние пробуксовки/проскальзывания. Если желательное тяговое усилие на этапе 1104 не достигнуто или недостижимо в текущей или запланированной ситуации или состоянии, имеются удовлетворительные состояния рельса для желательного тягового усилия (этап 1106), обнаружение эффективности не было отключено (этап 1108) и состояние пробуксовки/проскальзывания не присутствует (этап 1110), то контроллер 606 получает данные 1114 состава или поезда, относящиеся к весу состава, длине конфигурации поезда, оценку 1116 инерции поезда, состояние 1118 рельсов. Затем контроллер 606 определяет, должны ли модификаторы 613 трения быть нанесены на рельсы, где нанести модификаторы, какие приспособления 612 для нанесения активизировать для нанесения модификаторов 613, какие модификаторы 613 должны быть нанесены и количество или скорость распыления (этап 1112) модификаторов 613 для нанесения.

В иллюстративном варианте воплощения на этапе 1114 контроллер 606 дает команду одному или более приспособлений 612 для нанесения нанести желаемые модификаторы 613. В этом случае фиг.11 иллюстрирует, что модификаторы 613 для увеличения трения должны быть распылены вследствие потребности увеличить фактическое тяговое усилие для соответствия желаемому тяговому усилию. Как только желаемое тяговое усилие получено на этапе 1104, процесс заканчивается. Дополнительно, если не удовлетворяется любое из других условий, таких как запрос низкого тягового усилия (этап 1102), неудовлетворительное состояние рельсов (этап 1106), система обнаружения эффективности отключена (этап 1108) или обнаружено состояние пробуксовки/проскальзывания (этап 1110), то процесс также заканчивается.

Как отмечено на фиг.11, контроллер 606 может определить, что условия таковы, что модификаторы 613 для увеличения трения не должны быть нанесены. Например, контроллер 606 может обнаружить, что поезд снабжен песком в качестве модификатора для увеличения трения. Однако контроллер 606 может получить состояния рельса, которые указывают, что рельсы 710 являются влажными вследствие дождя или снега. Контроллер 606 решает, что нанесение песка на влажные рельсы может фактически уменьшить тяговое усилие, а не увеличить его, как показано на фиг.4. Поэтому песок не будет нанесен. Однако контроллер 606 может решить, что хотя песок не обеспечит достаточную увеличенную тягу, поскольку локомотив оборудован приспособлением для применения сжатого воздуха к рельсовому пути, этот воздух должен быть применен к рельсам, чтобы высушить рельсы 710, тем самым обеспечивая увеличенное трение.

Фиг.12 иллюстрирует другую карту 1200 принятия решений для контроллера 606 в другом иллюстративном варианте воплощения изобретения. В этом варианте воплощения на этапе 1202 тяговое усилие является большим, и в настоящее время нет большого уклона на рельсовом пути, по которому будет передвигаться поезд. Контроллер 606 принимает дополнительный параметр, который указывает, что трение слишком высоко (этап 1204) и что торможения нет (этап 1206). Если поезд работает на скорости, которая не является слишком низкой, торможение отсутствует (этап 1206) и обнаружение эффективности не отключено (этап 1208), контроллер 606 принимает дополнительные вспомогательные данные 604 относительно веса поезда, длины и конфигурации (1114), оценку инерции поезда (1116) и состояние рельсов 710 (1118).

Из этих данных контроллер 606 определяет тип, количество, скорость распыления и местоположение (этап 1112) для нанесения материала 1212 для уменьшения трения. Как в предыдущем примере, контроллер 606 посредством приема входных данных относительно одного или более параметров 610 и/или вспомогательных данных 604 может определить, что модификатор для уменьшения трения не должен наноситься. Например, если тяговое усилие является большим или имеется большой уклон (этап 1202), если трение уже является низким (этап 1204), если происходит торможение (этап 1206), если происходит работа на низкой скорости 1208 или если обнаружение эффективности было отключено, то контроллер 606 может закончить процесс.

В другом иллюстративном варианте воплощения данные, относящиеся к длине/весу/мощности состава поезда, могут использоваться для определения времени и количества модификатора 613 трения для нанесения на рельсы. Карта рельсового пути, основанная на системе автоматизированного проектирования и местоположении по глобальной системе позиционирования (GPS), может использоваться контроллером 606 для определения, когда, сколько и какой модификатор 613 должен быть нанесен. Кроме того, компьютерные диспетчерские системы, которые собирают и анализируют информацию о параметрах поезда, включающих в себя длину поезда, вес поезда, скорость поезда и приложенную мощность, могут использоваться для ввода вспомогательных данных 604 для определения, когда и сколько модификатора 613 трения следует применить. Система планирования расписания/движения поездов и/или железнодорожный диспетчер для определения характеристик поезда также предусматриваются для ввода данных в процесс принятия решения контроллера 606.

Другим параметром 610, который может использоваться контроллером 606, является оценка инерции, которая может быть основана на тяговом усилии, уклоне рельсового пути, скорости и/или положении локомотива. Инерция поезда может быть определена как изменение ускорения на изменение тягового усилия в предположении, что уклон рельсового пути не изменился. Если известен уклон рельсового пути, на него может быть введена поправка. Ускорение может быть получено от датчика 602, находящегося на локомотиве. Тяговое усилие является оценкой силы, которая может быть получена обычно из измерений тока и напряжения на тяговых двигателях (не показаны), или оно может быть получено от других прямых датчиков, таких как датчик 602. Уклон рельсового пути может быть получен от измерителя уклона или может предполагаться тем же самым, если измерения сделаны на коротком промежутке времени. Другая методика может использовать положение поезда, возможно определенное посредством бортового приемника глобальной системы позиционирования (GPS), для получения скорости и/или уклона рельсового пути. Другая методика может использовать информацию о карте рельсового пути на основе глобальной системы позиционирования (GPS), ввода данных машинистом или сторонних приемопередатчиков.

Другими параметрами 610, которые могут использоваться контроллером 606, являются скорость, положения рукоятки регулятора и/или тяговое усилие. Распыление как материала для высокого сцепления, так и материала для низкого сцепления может быть оптимизировано на основе режима работы локомотива. Например, когда машинист состава или поезда запрашивает большое тяговое усилие (верхнее положение рукоятки регулятора/низкая скорость), тогда вариант воплощения позволяет активизировать только приспособления 712, 714 и 1004 для нанесения. Если произведенное тяговое усилие является таким, как запросил машинист, то нет необходимости добавлять увеличивающие трение материалы. Большинство преимуществ эффективности использования топлива проявляется на высоких скоростях (когда тяговое усилие мало). При этих условиях могут быть включены приспособления 716 и 902 для нанесения и по желанию приспособление 802 для нанесения.

Состояние рельсов 710 представляет собой другой параметр 610 или элемент вспомогательных данных 604, который может использоваться для определения оптимального управления трением. Чтобы оптимизировать стоимость, распылением модификаторов трения 612 можно управлять на основе состояния рельсов. Например, если рельсы 710 сухие и чистые, то может не быть необходимости распылять материал для высокого сцепления. Аналогично, когда идет дождь/снег, возможно, нет необходимости распылять материал для понижения трения, так как понижение трения может не быть ощутимым. Другой пример - если идет дождь или дождь ожидается перед следующим поездом, то, возможно, нет необходимости удалять материал для понижения трения с рельсов. Эти состояния рельсов могут быть получены на основе датчиков 602 уже на локомотиве на основе кривых сцепления/проскальзывания или могут быть основаны на дополнительных датчиках 602 или входных данных от диспетчерского центра, машинистов, внешних приемопередатчиков, метеорологических спутников и т.д.

Для железнодорожных вагонов 706 и/или колес без привода проскальзывание может использоваться для оценки коэффициента трения. Отдельный датчик 602 может использоваться для определения коэффициента трения. Эти датчики 602 могут быть помещены в каждой точке, где наносится материал для понижения трения или в конце состава локомотива. Аналогично датчики 602 трения или проскальзывания последнего колеса (колес) могут использоваться для распыления нейтрализующего модификатора трения из приспособления 802 для нанесения в иллюстративном варианте воплощения на фиг.8.

Во время режима работы с распределенной мощностью распыление материала для понижения сцепления в ведущем составе может зависеть от количества/веса нагруженных вагонов между ведущим составом и буксирным составом (информации о вагонах между приспособлениями 716 и 1004 для нанесения на фиг.10). Эта информация может быть получена с использованием информации о расстоянии между локомотивами 704 и 1002. Она может быть получена из информации о положении по глобальной системе позиционирования или даже с использованием такой методики, как информация о времени для распространения тормозного давления. Распыление в приспособлении 716 для нанесения может быть отрегулировано также на основе трения, наблюдаемого буксирным локомотивом 1002. Например, если буксирный локомотив 1002 испытывает очень малое трение, то посредством сопла 716, возможно, распыляется слишком много материала.

Обращаясь к фиг.1 и 6, варианты воплощения изобретения могут быть выполнены с возможностью ограничения количества материала для увеличения трения, такого как песок, наносимого на железнодорожные рельсы в ответ на отслеживаемые эксплуатационные параметры 610 и/или вспомогательную информацию 604. Подходящие датчики, такие как датчики 602, могут отслеживать эксплуатационные параметры 610 и/или вспомогательную информацию 604. Данные, показывающие соответствующее значение параметров 610 и информации 604, могут быть переданы на контроллер 606, который может являться частью системы 220 управления локомотива. Следует понимать, что варианты воплощения изобретения могут являться способами, управляемыми с помощью компьютера, и системы с контроллером 606 и система 220 управления представляют собой примеры управляемых компьютером устройств, которые могут являться вариантами воплощения изобретения или использоваться для их реализации.

Соответствующие аспекты изобретения могут быть обеспечены на машиночитаемых носителях, известных в области техники, которые могут быть исполнены контроллером 606 и/или системой 220 управления. Иллюстративные варианты воплощения изобретения могут использовать контроллер 606 и систему 220 управления отдельно или в комбинации в зависимости от конфигурации состава поезда и других проектных условий. Например, система 220 управления локомотива может находиться на ведущем локомотиве 122, и множество контроллеров 606 размещено на соответствующих локомотивах, распределенных по составу. Данные могут передаваться между системой 220 управления и контроллерами 606 с использованием известных телекоммуникационных способов и аппаратных средств. Однако специалистам в данной области техники будут очевидны и другие конфигурации.

На фиг.1 и 2 показано, что иллюстративный вариант воплощения обеспечивает множество наборов приспособлений для нанесения песка, причем каждый набор приспособлений для нанесения включает в себя пару приспособлений для нанесения. Пара приспособлений для нанесения может включать в себя первое приспособление для нанесения песка и второе приспособление для нанесения песка, причем одно из приспособлений для нанесения наносит песок на один железнодорожный рельс, а другое приспособление для нанесения наносит песок на другой железнодорожный рельс. Например, приспособления для нанесения песка или сопла 102, 104 могут представлять собой первую пару приспособлений для нанесения песка, которые наносят песок перед первой тележкой 124 относительно направления движения локомотива 122, то есть, когда локомотив 122 движется в прямом направлении, сопла 102, 104 могут наносить песок перед передними колесами первой тележки 124. Аналогично приспособления для нанесения песка или сопла 106, 108 могут представлять собой вторую пару приспособлений для нанесения песка, которые наносят песок перед задними колесами первой тележки 124, когда локомотив 122 движется в обратном направлении. Следует понимать, что пара сопел 110, 112 и пара сопел 114, 116 могут аналогичным образом наносить песок относительно второй тележки 126.

Аспект изобретения позволяет автоматически управлять потоком песка, наносимого на один или оба рельса посредством системы 200 нанесения песка, показанной на фиг.2. Потоком песка можно автоматически управлять для ограничения нанесения песка в тех ситуациях, в которых нанесение песка было бы эффективным для увеличения сцепления колес локомотива 122 с железнодорожными рельсами. Система 220 управления локомотива может быть запрограммирована для определения того, когда нанесение песка будет эффективным для увеличения сцепления колес с рельсами, на основе анализа эксплуатационных параметров 610 и/или вспомогательной информации 604. Если решено, что нанесение песка будет эффективным для увеличения сцепления, то потоком песка можно управлять независимо для одного или более из множества приспособлений для нанесения песка в любой комбинации.

В этом отношении система 220 управления может быть запрограммирована для независимого управления воздушным резервуаром 202, воздушными клапанами 208, 210 и песочными клапанами 212-214 таким образом, чтобы поток песка проходил через соответствующие сопла 102-116 (каждое сопло может упоминаться как точка нанесения песка) либо одновременно, либо индивидуально, либо в любой их комбинации. Например, если локомотив 122 движется вперед, может быть желательно распылять поток песка через пару сопел 102, 104 и пару сопел 110, 112 одновременно для достижения желаемого увеличения эффективности нанесения песка. В других ситуациях может быть желательно чередовать поток песка между этими парами сопел или направить поток песка только через одну пару. Следует понимать, что конкретная комбинация отдельных сопел или пар сопел, распыляющих песок на один или оба железнодорожных рельса, может являться функцией достижения желаемого увеличения эффективности нанесения песка. Независимое управление потоком песка через сопла 102-116 помогает ограничивать количество песка, наносимого на рельсы. Это может сократить риск ущерба для окружающей среды и неисправностей оборудования железной дороги, такого как стрелки сортировочных участков или на пересечениях путей. Известно, что нанесение слишком большого количества песка на такое оборудование железной дороги может нанести ущерб этому оборудованию.

Эксплуатационные параметры 610, такие как положение рукоятки регулятора, тяговое усилие (ТЕ), скорость локомотива и ускорение и замедление локомотива, могут отслеживаться и использоваться как условия для нанесения песка на рельсы. В этом аспекте отслеживаемые эксплуатационные параметры 610, а также вспомогательная информация 604 могут использоваться для прогнозирования потенциального увеличения сцепления для нанесения песка на рельсы, или они могут использоваться как условия для начала нанесения песка, увеличения или уменьшения потока песка или прекращения нанесения песка на рельсы.

В одном аспекте, если система 220 управления или машинист локомотива 122 запрашивает полную мощность (положение рукоятки регулятора 8 или тяговое усилие TE8) и выполнены другие условия, то поток песка может быть автоматически нанесен на рельсы. Например, если запрашивается полная мощность, локомотив 122 не производит полную мощность, и одно или более колес тележек 124, 126 пробуксовывают, то песок может быть автоматически нанесен спереди одной или более тележек 124, 126, когда локомотив 122 движется в прямом направлении. Песок может быть нанесен с использованием любой комбинации приспособлений 102, 104 для нанесения песка и приспособлений 110, 112 для нанесения песка. Если выполнены другие условия, запрос полной мощности может являться прогнозирующим фактором для того, что может быть получено увеличение сцепления при нанесении песка на рельсы. Когда локомотив 122 достигает заданной скорости, тогда поток песка может быть остановлен независимо от значений других эксплуатационных параметров 610 значений, или значения этих параметров могут указывать на то, что нанесение песка должно продолжиться с постоянной или скорректированной скоростью потока с использованием тех же самых или других приспособлений для нанесения песка.

Тяговое усилие обычно измеряется в фунтах, как указано на фиг.5. Система 220 управления может быть запрограммирована для автоматического управления потоком песка, если тяговое усилие локомотива 122 ниже порогового значения независимо от значения других эксплуатационных параметров 610 и/или состояния вспомогательной информации 604. В качестве примера, если локомотив 122 не достигает тягового усилия 120 тысяч фунтов, то система 220 управления может автоматически управлять потоком песка через одно или более приспособлений для нанесения песка, таких как пары сопел 102, 104 и 110, 112, когда локомотив 122 движется в прямом направлении. Пороговое значение тягового усилия может быть заранее выбранным значением, введенным машинистом в программный модуль системы 220 управления, или оно может являться переменным значением, запрашиваемым из памяти 608. Переменное пороговое значение может быть запрошено из таблицы поиска и являться функцией различных эксплуатационных параметров 610 и/или вспомогательной информации 604.

Другой иллюстративный вариант воплощения позволяет автоматически управлять потоком песка через одно или более сопел 102-116 в ответ на движение локомотива 122 со скоростью ниже пороговой скорости, или когда локомотив 122 замедляет движение независимо от значения других эксплуатационных параметров 610 и/или состояния вспомогательной информации 604. Как и тяговое усилие, пороговое значение скорости может быть заранее выбранным значением, введенным машинистом в программный модуль системы 220 управления, или оно может быть переменным значением, вызываемым из памяти 608. Переменное пороговое значение может быть запрошено из таблицы поиска и являться функцией различных эксплуатационных параметров 610 и/или вспомогательной информации 604.

Другой иллюстративный вариант воплощения позволяет автоматически управлять потоком песка через одно или более сопел 102-116 в зависимости от измеренной эффективности нанесения песка, после того как некоторое количество песка было нанесено на железнодорожные рельсы. В этом аспекте эффективность нанесения песка может быть выражена в терминах увеличения тягового усилия после нанесения песка. Например, если локомотив 122 перемещается по группе железнодорожных рельсов, производя тяговое усилие (TE1) в 120 тысяч фунтов, то можно обеспечить автоматическое нанесение песка для распыления потока песка на рельсы через пары сопел 102, 104 и 110, 112. После того, как прошел интервал времени с начала нанесения песка, системой 220 управления может быть измерено тяговое усилие с использованием известных методик. Если измеренное тяговое усилие (TE2) составляет 180 тысяч фунтов, то эффективность нанесения песка в терминах тягового усилия (TE_SE) равна 60 тысяч фунтов. Система 220 управления может быть запрограммирована поддерживать поток песка на постоянной скорости, если эффективность нанесения песка превышает пороговое значение, например 60 тысяч фунтов. Если измеренная эффективность нанесения песка падает ниже 60 тысяч фунтов, то система 220 управления 220 может уменьшить или остановить поток песка или распылять песок через другие приспособления для нанесения песка. Направление песка через меньшее количество сопел 102-116 или точек нанесения песка может уменьшить поток песка.

Посредством дополнительного примера на фиг.1 и 2 система 220 управления может быть запрограммирована для автоматического управления потоком песка через первую пару сопел или приспособлений 102, 104 для нанесения песка и вторую пару сопел или приспособлений 110, 112 для нанесения песка таким образом, чтобы песок наносился на рельсы перед передними колесами соответствующих тележек 124, 126, когда локомотив 122 движется в прямом направлении и производит тяговое усилие в 120 тысяч фунтов, но запрашивается более высокое тяговое усилие. Таким образом, имеется четыре точки нанесения песка, то есть песок поступает на рельсы из четырех сопел 102, 104 и 110, 112. Система 220 управления может быть запрограммирована измерять тяговое усилие непрерывно или в предопределенных интервалах, например после того, как поток песка был начат, и затем вычислять эффективность нанесения песка (TE2-TE1=TE_SE). Вычисленное значение TE_SE может использоваться как условие для того, чтобы продолжать наносить песок с использованием четырех точек нанесения песка или уменьшить поток песка, например, от четырех точек до двух точек. Например, если вычисленное значение TE_SE составляет 10 тысяч фунтов и пороговое значение TE_SE составляет 30 тысяч фунтов для продолжения нанесения песка с той же самой скоростью, то система 220 управления может быть запрограммирована уменьшить количество точек нанесения песка с четырех точек до двух точек, то есть прекратить распыление песка через сопла 110, 112, но продолжать нанесение песка через сопла 102, 104.

Следует понимать, что иллюстративные эксплуатационные параметры 610 положения рукоятки регулятора, тягового усилия, скорости локомотива, замедления локомотива и эффективности нанесения песка могут использоваться отдельно, все вместе или в любой комбинации в качестве условий, например, для определения, следует ли применять сжатый воздух к железнодорожным рельсам, когда нанести песок на рельсы, определения количества точек нанесения песка, расхода песка и продолжительности нанесения песка. Следует также понимать, что пороговые значения для каждого эксплуатационного параметра 610 могут быть установлены на основе множества факторов, таких как количество локомотивов в составе, общее количество вагонов в составе, погодные условия, а также другие описанные здесь факторы, которые будут признаны специалистами в области техники.

Иллюстративные варианты воплощения изобретения могут использовать одну или более частей вспомогательной информации 604, такой как географическое местоположение локомотива 122, в качестве условия для ограничения количество песка, наносимого на железнодорожные рельсы. Например, можно выгодно наносить песок или не наносить песок на рельсы, когда локомотив 122 находится в некоторых географических местоположениях независимо от значения эксплуатационных параметров 610 и/или состояния вспомогательной информации 604. Такие географические местоположения могут включать в себя въезд локомотива 122 в ремонтное депо или нахождение в нем, прохождение механических или электрических рельсовых стрелок на пересечениях путей, проезд мимо придорожных смазочных приспособлений, пересечение горных перевалов или передвижение через экологически уязвимые местоположения.

Система 220 управления может быть запрограммирована или активизирована, чтобы разрешать или не разрешать нанесение песка на рельсы в зависимости от географического местоположения локомотива 122. Например, система 220 управления может разрешать автоматическое нанесение песка в некоторых географических областях, таких как въезд на холм, где вдоль путей не расположено никакого железнодорожного оборудования. Когда локомотив 122 находится в такой области, то автоматическое нанесение песка разрешено и может начаться, если выполнены другие условия. Иллюстративные условия среди других могут представлять собой запрос полной мощности, когда локомотив 122 не производит полной мощности, и одно или более колес тележек 124, 126 пробуксовывают, или локомотив 122 не достиг заданной скорости.

Аналогично, система 220 управления может быть запрограммирована или активизирована, чтобы не разрешать нанесение песка в некоторых географических областях, например, когда локомотив 122 проходит оборудование железной дороги, расположенное вдоль участка рельсового пути, или находится в ремонтном депо. В этом аспекте нанесение песка не будет разрешено независимо от условий эксплуатационных параметров 610 и/или другой вспомогательной информации 604. Система 220 управления может быть запрограммирована данными, указывающими те географические области, где нанесение песка может быть разрешено или не разрешено, или машинист может управлять системой 220 в зависимости от местоположения локомотива 122. Данные, указывающие на такие географические области, могут быть переданы системе 220 управления через глобальную систему позиционирования (GPS), передатчики, размещенные вдоль участков рельсового пути железной дороги, по которым передвигается локомотив 122, или другие средства, известные специалистам в области техники.

Иллюстративный вариант воплощения изобретения позволяет определять или измерять пробуксовку колес локомотива 122 и использовать пробуксовку колес как условие для управления нанесением песка на железнодорожные рельсы для увеличения или улучшения сцепления локомотива 122 с рельсами. В одном аспекте может быть определена первая величина пробуксовки колес локомотива 122, когда локомотив 122 передвигается по группе железнодорожных рельсов. Первая величина пробуксовки колес может представлять собой любую обнаруживаемую величину или она может быть пороговым значением величины. Пробуксовка колеса пропорционально связана с тяговым усилием. Чем больше тяговое усилие, тем труднее может быть обнаружена пробуксовка колес.

Если первая величина пробуксовки колеса обнаружена или превышает пороговое значение, то система 220 управления может быть запрограммирована на применение потока сжатого воздуха к железнодорожным рельсам, чтобы очистить их соответствующие поверхности для увеличения сцепления между колесами и рельсами. Поток сжатого воздуха может быть применен для очистки рельсов перед передними или ведущими колесами одной или обеих тележек 124, 126 локомотива 122. Воздушный резервуар 202 (см. фиг.2) может осуществлять подачу сжатого воздуха, который можно направить на рельсы с использованием традиционного оборудования, известного в данной области техники. Такое оборудование может быть выполнено с возможностью направления сжатого воздуха на рельсы из местоположений на тележках 124, 126, которые расположены вблизи сопел 102-116. Могут использоваться другие местоположения на локомотиве 122, если сжатый воздух очищает рельсы перед колесами на соответствующих тележках 124, 126 относительно направления движения локомотива 122.

При некоторых эксплуатационных условиях применение потока сжатого воздуха к рельсам может устранить пробуксовку колес, когда локомотив 122 движется по рельсам. Другой аспект позволяет определять вторую величину пробуксовки колес локомотива 122. Вторая величина пробуксовки колес может быть определена по прошествии некоторого интервала времени после включения потока сжатого воздуха. Поток сжатого воздуха может быть непрерывным или прерывистым. Если вторая величина пробуксовки колес обнаружена или превышает второе пороговое значение, система 220 управления может быть запрограммирована автоматически управлять потоком песка, наносимого на один или оба железнодорожных рельса.

Поток песка может быть нанесен через одно или более сопел 102-116, выбранных системой 220 управления. Система 220 управления, например, может быть запрограммирована выбирать комбинацию сопел 102-116 на основе одного или более эксплуатационных параметров 610 и/или вспомогательной информации 604. В иллюстративном варианте воплощения, когда вторая величина пробуксовки колес превышает второе пороговое значение, система 220 управления может применить две точки нанесения песка перед передними колесами тележки 124 с использованием первого набора приспособлений 102, 104 для нанесения песка, когда локомотив 122 движется в прямом направлении.

Другой аспект позволяет определять третью величину пробуксовки колес локомотива 122. Третья величина пробуксовки колес может быть определена по прошествии некоторого интервала времени после включения потока песка. Если третья величина пробуксовки колес обнаружена или превышает третье пороговое значение, то система 220 управления может быть запрограммирована автоматически управлять потоком песка, наносимого на один или оба железнодорожных рельса.

Поток песка может быть нанесен через одно или более сопел 102-116, выбранных системой 220 управления. Система 220 управления, например, может быть запрограммирована выбирать комбинацию сопел 102-116 на основе одного или более эксплуатационных параметров 610 и/или вспомогательной информации 604. В иллюстративном варианте воплощения, когда третья величина пробуксовки колес превышает третье пороговое значение, система 220 управления может увеличить поток песка с двух точек нанесения песка до четырех точек нанесения песка таким образом, чтобы песок наносился перед каждым из передних колес каждой из соответствующих тележек 124, 126. Таким образом, первый набор приспособлений 102, 104 для нанесения песка и второй набор приспособлений 110, 112 для нанесения песка будут наносить песок на рельсы перед передними колесами тележек 124, 126 при движении локомотива 122 в прямом направлении.

Другой аспект позволяет измерять эффективности нанесения песка после того, как поток песка был нанесен на рельсы в ответ на обнаружение пробуксовки колеса. Система 220 управления может быть запрограммирована измерять тяговое усилие непрерывно или с предопределенными интервалами, например, после того, как поток песка был включен, и затем вычислять эффективность нанесения песка (TE2-TE1=TE_SE). Если желаемая эффективность нанесения песка не достигнута, то система 220 управления может автоматически изменять расход песка, уменьшая количество точек нанесения песка, то есть, переключаясь с четырех точек нанесения песка (сопла 102, 104 и 110, 112) на две точки нанесения песка (сопла 102, 104), или с двух точек нанесения песка (сопла 102, 104) на прекращение нанесения песка.

Аналогично, если обнаружена пробуксовка колес, когда сжатый воздух применяется к железнодорожным рельсам, то система 220 управления может автоматически начать нанесение песка через две точки нанесения песка (сопла 102, 104). Если желаемая эффективность нанесения песка не достигнута, то система 220 управления может прекратить нанесение песка, но продолжать применять сжатый воздух к рельсам.

Другой аспект изобретения позволяет использовать отслеженные эксплуатационные параметры 610 и/или вспомогательную информацию 604 в качестве условия для нанесения песка на рельсы или прекращения нанесения песка в дополнение к обнаружению пробуксовки колес. Если величина пробуксовки колес обнаружена, то система 220 управления может определить, превышают или один или более эксплуатационных параметров 610 пороговое значение или находятся ниже него. Если превышают, то система 220 управления может автоматически управлять потоком песка через выбранные точки нанесения песка в ответ на обнаруженную пробуксовку колес и отслеженный эксплуатационный параметр 610.

Аналогично, если обнаружена пробуксовка колес и вспомогательная информация 604 удовлетворяет заданным критериям, то система 220 управления может автоматически управлять потоком песка. Например, если обнаружена пробуксовка колес, и локомотив 122 идет вверх по уклону, то система 220 управления может автоматически начать подачу песка с использованием четырех точек нанесения песка (сопла 102, 104 и 110, 112). Затем может быть измерена эффективность нанесения песка, и система 220 управления может скорректировать расход песка или количество точек нанесения песка, например, в зависимости от измеренной эффективности нанесения песка. Другая иллюстративная вспомогательная информация 604 может включать в себя физические характеристики железнодорожных рельсов, такие как сухость, влажность или загрязнение маслом.

Другой иллюстративный способ может включать в себя ситуацию, при которой, если локомотив 122 работает на низкой скорости, такой как менее 10 миль в час, машинистом или системой 220 управления запрашивается полное тяговое усилие и, по меньшей мере, одно колесо на одном или обеих тележках 124, 126 пробуксовывает, то сжатый воздух может быть применен к рельсу перед, по меньшей мере, одним пробуксовывающим колесом. Если, по меньшей мере, одно колесо все еще пробуксовывает после применения сжатого воздуха, то система 220 управления может измерить тяговое усилие, производимое локомотивом 122, чтобы определить, находится ли оно ниже порогового значения, например 120 тысяч фунтов. Если тяговое усилие находится ниже порогового значения и локомотив 122 замедляет движение, то система 220 управления может независимо управлять приспособлениями 102-116 для нанесения песка, чтобы нанести песок на, по меньшей мере, один рельс перед, по меньшей мере, одним пробуксовывающим колесом. Например, две точки нанесения песка могут быть применены перед колесами на тележке 124 с использованием приспособлений 102, 104 для нанесения песка.

Дополнительно, пока песок наносится на, по меньшей мере, один рельс, система 220 управления может определить, достигается ли пороговое значение эффективности нанесения песка (ТЕ2-TE1=TE_SE). Если желаемая эффективность нанесения песка достигается, то система 220 управления может продолжить нанесение песка в двух точках (приспособления 102, 104 для нанесения песка), а если оно не достигается, то система 220 управления может прекратить нанесение песка. Если желаемая эффективность нанесения песка достигается, то система 220 управления может измерить тяговое усилие, производимое локомотивом 122, чтобы определить, находится ли оно ниже порогового значения, например 140 тысяч фунтов. Если тяговое усилие находится ниже порогового значения и локомотив 122 все еще замедляет движение, то система 220 управления может независимо управлять приспособлениями 102-116 для нанесения песка, чтобы нанести песок в дополнительных точках на, по меньшей мере, одном рельсе. Например, система 220 управления может теперь наносить песок с использованием четырех точек нанесения песка перед колесами на тележке 124, 126 с использованием приспособлений 102, 104 и 110, 112 для нанесения песка.

Иллюстративные варианты воплощения изобретения предусматривают, что система 220 управления может быть запрограммирована управлять расходом песка, текущего через одно или более сопел 102-116. В одном аспекте система 220 управления может управлять дозировочными клапанами 205, 207, которые взаимодействуют с соответствующими ящиками 204, 206 с песком, показанными на фиг.2. Дозировочные клапаны 205, 207 могут быть традиционного типа и могут включать в себя, например, управляемые с помощью электроники клапаны, которые изменяют размер отверстия в ящиках 204, 206 с песком для регулирования потока песка из этих ящиков к песочным клапанам 212-218. Система 220 управления может быть запрограммирована управлять клапанами 205, 207 таким образом, чтобы песок тек из ящиков 204, 206 непрерывно или через заданные интервалы времени. Другой аспект позволяет системе 220 управления управлять расходом песка посредством регулирования количества сжатого воздуха, текущего из воздушного резервуара 202. Непрерывный или пульсирующий поток сжатого воздуха может использоваться для управления потоком песка через соответствующие сопла 102-116.

Аспекты изобретения позволяют модернизировать или реконструировать существующие локомотивы для улучшения характеристик тягового усилия локомотива и оснащения оборудованием и программным обеспечением для осуществления аспектов изобретения. Улучшение характеристик тягового усилия эксплуатируемых локомотивов является полезным, поскольку с улучшенным тяговым усилием система нанесения песка локомотива может ограничить количество песка, наносимого на рельсы, если критерии принятия решения этой системы для нанесения песка основаны, по меньшей мере, частично на тяговом усилии.

Характеристики тягового усилия локомотива могут быть увеличены или улучшены посредством замены тягового двигателя локомотива или установки программного модуля для управления эксплуатационными параметрами локомотива, влияющими на характеристики тягового усилия локомотива. Таким образом, могут быть увеличены характеристики тягового усилия у существующего локомотива, и он может быть оснащен оборудованием и программным обеспечением, позволяющими этому локомотиву осуществить варианты воплощения изобретения.

Технический эффект вариантов воплощения изобретения заключается в управлении системой нанесения песка локомотива с тем, чтобы количество наносимого на железнодорожные рельсы песка ограничивалось теми ситуациями, в которых нанесение песка будет эффективным для увеличения сцепления между колесами локомотива и железнодорожными рельсами на заданную возрастающую величину.

При упоминании элементов настоящего изобретения или варианта (вариантов) его воплощения подразумевается, что существует один или более таких элементов. Подразумевается, что термины "содержит", "включает в себя" и "имеет" являются включающими и означают, что могут быть дополнительные элементы кроме перечисленных элементов.

Поскольку в упомянутых выше конструкциях могут быть сделаны различные изменения без отступления от объема изобретения, подразумевается, что все материалы, содержащиеся в приведенном выше описании или показанные в сопроводительных чертежах, являются иллюстративными, а не ограничивающими.

Способ включает в себя этапы, на которых автоматически управляют потоком песка для ограничения нанесения песка ситуациями, в которых нанесение песка на рельсы будет эффективным для увеличения сцепления колес железнодорожного локомотива с рельсом. Работой каждого из множества приспособлений для нанесения песка можно независимо управлять для выборочного приведения в действие этих приспособлений для нанесения песка. Обеспечивается заданное возрастание сцепления колес локомотива с рельсом, без приведения в действие других приспособлений для нанесения песка, чем ограничивается количество песка, наносимого на рельсовый путь. 3 н. и 27 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Способ ограничения использования песка в системе нанесения песка железнодорожного локомотива, наносящей песок на железнодорожные рельсы, для увеличения сцепления колес железнодорожного локомотива на рельсовом пути, имеющем пару железнодорожных рельсов, причем система нанесения песка содержит множество приспособлений для нанесения песка для каждого рельса для направления потока песка на рельс, и локомотив имеет две тележки, несущие колеса, для поддержки и продвижения локомотива вдоль рельсового пути, при котором
автоматически управляют потоком песка, наносимого на рельс системой нанесения песка локомотива, для ограничения нанесения песка ситуациями, при которых нанесение песка на рельсы будет эффективным для увеличения сцепления, по меньшей мере, одного из колес локомотива железной дороги с рельсом на заданную возрастающую величину; и
независимо управляют работой каждого из множества приспособлений для нанесения песка для выборочного приведения в действие этих приспособлений для нанесения песка, работа которых приведет к, по меньшей мере, заданному возрастающему увеличению сцепления колес локомотива на рельсе, без приведения в действие других приспособлений для нанесения песка, чтобы ограничить количество песка, наносимого на рельсовый путь.

2. Способ по п.1, при котором дополнительно отслеживают эксплуатационный параметр, относящийся к локомотиву и используемый в качестве условия для управления работой приспособлений для нанесения песка.

3. Способ по п.2, при котором дополнительно
измеряют эффективность нанесения песка после того, как было нанесено некоторое количество песка; и
автоматически управляют потоком песка на основе измеренной эффективности нанесения песка.

4. Способ по п.2, при котором дополнительно выбирают приспособления для нанесения песка, которые следует приводить в действие, на основе измеренного эксплуатационного параметра.

5. Способ по п.2, при котором измеряемый эксплуатационный параметр выбирают из группы эксплуатационных параметров, содержащей положение рукоятки регулятора, тяговое усилие, скорость и замедление.

6. Способ по п.1, при котором при автоматическом управлении потоком песка дополнительно применяют сжатый воздух к, по меньшей мере, одному рельсу для очистки каждого рельса перед, по меньшей мере, одним колесом локомотива.

7. Способ по п.1, при котором при автоматическом управлении потоком песка дополнительно измеряют эффективность нанесения песка на каждый рельс через интервал времени после того, как песок был нанесен на каждый рельс;
отслеживают эксплуатационный параметр, относящийся к локомотиву; и автоматически управляют потоком песка на основе, по меньшей мере, одного элемента из группы, состоящей из измеренной эффективности нанесения песка и отслеженного эксплуатационного параметра.

8. Способ ограничения использования песка в системе нанесения песка железнодорожного локомотива, наносящей песок на железнодорожные рельсы, для увеличения сцепления колес железнодорожного локомотива с рельсами, причем система нанесения песка содержит множество приспособлений для нанесения песка для направления потока песка на рельсы, при котором
определяют первую величину пробуксовки колес локомотива;
применяют поток сжатого воздуха к рельсам, если первая величина пробуксовки колеса превышает первое пороговое значение, причем поток сжатого воздуха применяют для очистки рельсов перед ведущими колесами локомотива относительно направления движения локомотива;
определяют вторую величину пробуксовки колес локомотива; и автоматически управляют потоком песка, наносимого на, по меньшей мере, один из рельсов системой нанесения песка локомотива, если вторая величина пробуксовки колес превышает второе пороговое значение.

9. Способ по п.8, при котором дополнительно независимо управляют множеством приспособлений для нанесения песка таким образом, что поток песка наносится на, по меньшей мере, один из рельсов перед, по меньшей мере, одним колесом первой пары ведущих колес, находящихся на первой тележке локомотива относительно направления движения локомотива.

10. Способ по п.8, при котором дополнительно
определяют третью величину пробуксовки колес локомотива; и
если третья величина пробуксовки колес превышает третье пороговое значение, независимо управляют множеством приспособлений для нанесения песка таким образом, что поток песка наносится на, по меньшей мере, один из рельсов перед, по меньшей мере, одним колесом первой пары ведущих колес, находящихся на первой тележке локомотива, и, по меньшей мере, одним колесом второй пары ведущих колес, находящихся на второй тележке локомотива относительно направления движения локомотива.

11. Способ по п.10, при котором дополнительно
измеряют эффективность нанесения песка через заданные интервалы времени после нанесения песка на рельсы; и
автоматически управляют потоком песка через, по меньшей мере, одно из множества приспособлений для нанесения песка на основе измеренной эффективности нанесения песка.

12. Способ по п.9, при котором дополнительно
отслеживают эксплуатационный параметр, относящийся к локомотиву; и
автоматически управляют потоком песка, наносимого на, по меньшей мере, один из рельсов, если вторая величина пробуксовки колеса превышает второе пороговое значение, и значение отслеживаемого эксплуатационного параметра находится в пределах заданного диапазона значений.

13. Способ по п.12, при котором отслеживаемый эксплуатационный параметр выбирают из группы эксплуатационных параметров, содержащей положение рукоятки регулятора, тяговое усилие, скорость, замедление и эффективность нанесения песка.

14. Способ по п.12, при котором дополнительно
измеряют эффективность нанесения песка через заданные интервалы времени после нанесения песка на рельсы; и
автоматически управляют потоком песка через, по меньшей мере, одно из множества приспособлений для нанесения песка на основе измеренной эффективности нанесения песка.

15. Способ по п.10, при котором дополнительно отслеживают эксплуатационный параметр, относящийся к локомотиву; и автоматически управляют потоком песка, наносимого на, по меньшей мере, один из рельсов, если третья величина пробуксовки колес превышает третье пороговое значение и значение отслеживаемого эксплуатационного параметра находится в пределах заданного диапазона значений.

16. Способ по п.15, при котором отслеживаемый эксплуатационный параметр выбран из группы эксплуатационных параметров, содержащей положение рукоятки регулятора, тяговое усилие, скорость, замедление и эффективность нанесения песка.

17. Способ по п.8, при котором дополнительно отслеживают эксплуатационный параметр, относящийся к локомотиву; и автоматически управляют потоком песка, наносимого на, по меньшей мере, один из рельсов, если вторая величина пробуксовки колес превышает второе пороговое значение и значение отслеживаемого эксплуатационного параметра находится в пределах заданного диапазона значений.

18. Способ по п.17, при котором отслеживаемый эксплуатационный параметр выбирают из группы эксплуатационных параметров, содержащей положение рукоятки регулятора, тяговое усилие, скорость, замедление и эффективность нанесения песка.

19. Способ по п.17, при котором дополнительно
измеряют эффективность нанесения песка через заданные интервалы времени после нанесения песка на рельсы; и
уменьшают поток песка через, по меньшей мере, одно из множества приспособлений для нанесения песка, если измеренная эффективность нанесения песка находится вне желаемого диапазона эффективности нанесения песка.

20. Способ по п.8, при котором при автоматическом управлении потоком песка дополнительно управляют потоком песка в зависимости от географического местоположения локомотива.

21. Способ по п.8, при котором при автоматическом управлении потоком песка дополнительно управляют потоком песка в зависимости от физических характеристик рельса.

22. Способ по п.8, при котором при автоматическом управлении потоком песка дополнительно предотвращают поток песка в зависимости от географического местоположения локомотива.

23. Способ ограничения использования песка в системе нанесения песка железнодорожного локомотива, наносящей песок на железнодорожные рельсы для увеличения сцепления колес железнодорожного локомотива с рельсами, причем система нанесения песка содержит множество приспособлений для нанесения песка на рельсы, при котором автоматически управляют потоком песка, наносимого на рельсы системой нанесения песка локомотива, для ограничения работы приспособлений для нанесения песка теми приспособлениями для нанесения, для которых нанесение песка приведет к, по меньшей мере, заданному возрастающему увеличению сцепления колес локомотива с рельсами;
измеряют эффективность нанесения песка после нанесения песка на рельсы посредством приспособления для нанесения песка; и управляют потоком песка, наносимого на рельсы, на основе измеренной эффективности нанесения песка.

24. Способ по п.23, при котором автоматическое управление потоком песка, наносимого на рельсы, основано на измеренной эффективности нанесения песка и дополнительно содержит один из этапов, на которых продолжают нанесение потока песка с постоянной скоростью, увеличивают поток песка и уменьшают поток песка.

25. Способ по п.23, при котором при автоматическом управлении потоком песка, наносимого на рельсы, дополнительно применяют сжатый воздух к рельсам для очистки рельсов перед колесами локомотива относительно направления движения локомотива.

26. Способ по п.23, при котором при автоматическом управлении потоком песка, наносимого на рельсы, дополнительно независимо управляют множеством приспособлений для нанесения песка на основе измеренной эффективности нанесения песка.

27. Способ по п.26, при котором эффективность нанесения песка измеряют как тяговое усилие локомотива.

28. Способ по п.23, при котором дополнительно отслеживают эксплуатационный параметр, относящийся к локомотиву; и автоматически управляют потоком песка, наносимого на рельсы, на основе, по меньшей мере, одного элемента группы, состоящей из отслеженного эксплуатационного параметра и измеренной эффективности нанесения песка.

29. Способ по п.28, при котором дополнительно независимо управляют множеством приспособлений для нанесения песка на основе, по меньшей мере, одного элемента из группы, состоящей из отслеживаемого эксплуатационного параметра и измеренной эффективности нанесения песка.

30. Способ по п.23, при котором управление потоком песка, наносимого на рельсы, основанное на измеренной эффективности нанесения песка, дополнительно содержит, по меньшей мере, один из этапов, на которых управляют дозировочным устройством, которое обеспечивает протекание песка из ящика с песком к множеству приспособлений для нанесения песка, и управляют подачей сжатого воздуха, который несет песок к множеству приспособлений для нанесения песка.