СПОСОБ ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ И ОЧИСТКИ РЕЛЬСА, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2021 года по МПК B60T8/17 B60T17/22 E01H8/08 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области разработки способов управления коэффициентом сцепления между колесами железнодорожного транспортного средства и рельсом. В частности, настоящее изобретение относится к способам оценки загрязнения и очистки рельса, в частности, для железнодорожного транспортного средства.

Уровень техники

На самые современные версии железнодорожных транспортных средств устанавливаются электронные бортовые системы, к которым, как правило, относятся подсистемы управления буксованием колесных пар, средства которых участвуют в управлении транспортным средством как при разгоне, так и на этапе торможения. Эти подсистемы известны как противобуксовочные системы, или системы препятствующие проскальзыванию, а также как WSP-системы (системы пневмоюзовой защиты колес).

Система управления сцеплением колес в качестве противобуксовочной функции, в соответствии с известным уровнем техники, схематически представлена на фигуре 1 прилагаемых чертежей, на которой рассматривается транспортное средство с числом управляемых осей n: A₁, А₂, …, А_n. Оси A₁, А₂, …, А_n содержащие соответствующие валы S₁, S₂, …, S_n и соответствующие колесные пары W₁, W₂, …, W_n, каждая из которых неотъемлемо участвует во вращении вала.

На чертежах, как правило, показано только одно колесо каждой оси.

Система ПЗК, показанная на фигуре 1, содержит электронный блок управления (ЭБУ), включающий в себя микропроцессорную архитектуру, который получает от тахометров сигналы с информацией об угловой скорости каждой из осей A₁, А₂, … А_n, регистрируемой датчиками SS₁, SS₂, …, SS_n, подключенными к каждой из осей, соответственно. Электронный блок управления (ЭБУ) также соединен с приборами регулирования крутящего момента TC₁, ТС₂, …, ТС_n, каждый из которых подключен к соответствующей оси A₁, А₂, …, A_n.

Электронный блок управления (ЭБУ) выполнен с возможностью изменения крутящего момента, приложенного к каждой оси, в соответствии с заданным алгоритмом, если, в случае применения крутящего момента на стадии разгона или на стадии торможения при ухудшении сцепления колеса одной или нескольких осей оказываются на грани начального условия скольжения. Регулирование крутящего момента осуществляется таким образом, чтобы предотвратить полную блокировку осей и, по возможности, таким образом, чтобы привести каждую ось к ситуации контролируемого буксования с расчетом на восстановление сцепления, но в любом случае в течение всего периода ухудшения сцепления.

На фигуре 2 кривые 1, 2 и 3 показывают качественную тенденцию изменения сцепления в соответствии с условиями окружающей среды: кривая 1 соответствует состоянию сцепления в условиях сухого контакта между колесами и рельсами, кривая 2 соответствует состоянию сцепления при наличии влаги между колесами и рельсами, а кривая 3 представляет собой состояние сцепления при наличии вязкого материала между колесами и рельсами, такого как масло или гнилые листья (типичная ситуация в осенний период), или даже ржавчина, смешанная с влагой (типичная ситуация в железнодорожных депо).

Экспериментальным путем было установлено, что значения δ при пиковых значениях сцепления a₁, а₂, а₃ варьируются с изменением условий сцепления, двигаясь вдоль кривой, как показано с помощью кривой А на фигуре 2.

Схематичное изображение на фигуре 3 иллюстрирует силы, действующие на колесо оси А. Из этой фигуры становится очевидным, что:

где:

при этом:

где F_m - тангенциальное усилие, прилагаемое к колесу средствами системы тяги или торможения, R - радиус колеса, J - момент инерции оси, m - масса, действующая на зону контакта колеса и рельса, - мгновенное значение углового ускорения оси.

Очевидно, что при одном и том же мгновенном значении углового ускорения максимальное прилагаемое усилие F_m достигается в соответствии с максимальным значением сцепления μ, то есть в точках, лежащих на кривой А, которая изображена на фигуре 2.

Если колесо начинает проскальзывать на оси в условиях, соответствующих, например, точке b на фигуре 2, то значение доступной силы F_m уменьшается в результате уменьшения величины сцепления μ, но возникает явление инжекции энергии в точке контакта колесо-рельс пропорционально проскальзыванию (разности) между скоростью транспортного средства Vv и тангенциальной скоростью V_r колеса с мощностью (закачиваемая энергия за единицу времени):

Упомянутое выражение (5) показывает, как при увеличении δ происходит увеличение мощности, приложенной к точке контакта колеса с рельсом. Такая подача энергии вызывает перегрев колеса с последующим эффектом очистки точки контакта, улучшая мгновенное значение сцепления μ для следующего колеса.

Также известно, что в условиях влажности или дождя достигается значительный эффект очистки, тогда как при наличии смазочных материалов или гнилых листьев эффект очистки менее выражен.

Известные системы для восстановления сцепления между колесами и рельсами устанавливают фиксированное значение скольжения δ, обычно от 0,2 до 0,3, конкретное значение калибруется определенным образом окончательно во время приемочных испытаний транспортного средства. Следовательно, выбранное значение δ оказывается оптимальным для типа смазочного материала, используемого для того, чтобы спровоцировать состояние буксования во время испытаний, как предписано, например, стандартом EN 15595:2009+А1 «Железнодорожный транспорт -Торможение - Пневмоюзовая защита колес», параграф 6.4.2.1, и, с другой стороны, оно не является оптимальным для всех типов материалов, которые могут стать причиной появления условия проскальзывания при обычной эксплуатации транспортного средства.

График на фигуре 4А показывает качественную зависимость изменения глобального пика сцепления транспортного средства с четырьмя осями от изменения δ: если все оси приведены в состояние проскальзывания при значении сцепления δ₁, то, как видно из фигуры 4А, фактор очистки практически не имеет места быть, и, следовательно, четыре кривые значений сцепления, соответствующие четырем колесам, по существу совпадают друг с другом, и каждая ось получает максимальное пиковое значение сцепления μ(δ₁).

С другой стороны, если оси приведены в состояние проскальзывания при значении сцепления δ₂, то как это видно из фигуры 4В, фактор очистки будет достаточно велик: при этом кривая μ₁, соответствующая первой оси транспортного средства (по ходу движения), останется прежней и будет эквивалентна приведенной на фигуре 4А, а кривые, соответствующие сцеплению последующих осей, будут соответствовать более высоким значениям сцепления в силу эффекта очистки, достигаемого за счет предыдущей оси. Значение μ(δ₂) для каждой оси действительно ниже соответствующего значения μ(δ₁).

На фигуре 4С представлена качественная картина существования пикового значения среднего глобального сцепления в диапазоне δ₁≤δ≤δ₂.

Упомянутое выше распространяется на транспортное средство или железнодорожный состав с n осями.

Поскольку кривые, иллюстрирующие сцепление μ в соответствии с функцией проскальзывания δ, не могут быть сформулированы математически в виде аналитических выражений и непрерывно изменяются в зависимости от условий, вызывающих буксование, геометрии точки контакта и внешних условий окружающей среды, невозможно априори аналитически вычислить значение δ оптимального проскальзывания.

Однако, любая идеальная система управления сцеплением и, при возможности, его восстановлением, должна иметь функцию мгновенного анализа состояния сцепления в условиях реального времени и определять тенденцию изменения значения δ и определять значение δ так, чтобы максимизировать . Это такое значение, которое обеспечивает максимальное восстановление сцепления при буксовании, то есть значение, которое минимизирует тормозной путь в случае торможения в условиях ухудшающегося сцепления.

Для устранения упомянутых выше проблем в документе WO 2006/113954 А раскрыт способ управления проскальзыванием для железнодорожных транспортных средств, осуществляемый непрерывно в течение времени, что требует идентификации, при оптимальных условиях сцепления, параметров, необходимых далее для получения последующих желаемых характеристик в условиях реального буксования. Этот способ о требует дополнительного определения общего замедления системы.

Дополнительно процесс регулировки оптимальных значений проскальзывания требует значительных временных затрат. Поскольку этот процесс регулировки осуществляется в начале фазы буксования, т.е. когда транспортное средство движется на высокой скорости, пространство, покрываемое последним, значительно увеличивается.

Также процессы и системы, реализованные в соответствии с известным уровнем техники, основаны на предположении, что кривые сцепления колес всегда являются кривыми, имеющими пиковое значение сцепления μ_p при малых значениях проскальзывания, например, порядка 1-2%.

В действительности, кривые сцепления колес не всегда являются кривыми, имеющими пиковое значение сцепления μ_p при малых значениях проскальзывания; это могут быть кривые, имеющие пиковое значение сцепления μ_р при высоких значениях проскальзывания, например, значения порядка 20-25%.

Во втором случае при ошибочном определении кривой в качестве кривой, имеющей пиковое значение сцепления μ_р при малых значениях проскальзывания, то есть при создании малого значения проскальзывания между колесами и рельсами для получения пикового значения сцепления, желаемое преимущество не будет достигнуто. Фактически, при малых значениях проскальзывания данная кривая, имеющая пиковое значение сцепления μ_р при высоких значениях проскальзывания, например порядка 20-25%, демонстрирует низкие уровни сцепления и низкий эффект очистки рельс (с учетом низкого значения проскальзывания).

Таким образом, во втором случае среднее значение сцепления, учитывая каждое отдельное значение сцепления колес, не будет оптимальным.

Сущность изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ оценки загрязнения рельса, который позволит определить положение пика сцепления на кривой сцепления колес, принадлежащих множеству управляемых осей транспортного средства и, следовательно, получить улучшенное управление и восстановление сцепления колес управляемой оси транспортного средства, а также чтобы предложить способ оценки очистки рельс, который позволит предложить лучший способ оценки эффекта очистки для разных последовательных осей железнодорожного транспортного средства.

Упомянутая задача и другие преимущества достигнуты, по аспекту изобретения, путем применения способа оценки загрязнения рельса, имеющего особенности, определенные в п. 1, и способа оценки очистки рельса, имеющего особенности, определенные в п. 8. Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения, содержание которых считается неотъемлемой и составной частью данного описания.

Краткое описание чертежей

Дополнительные признаки и преимущества изобретения станут очевидными из последующего подробного описания, предоставляемого исключительно в качестве неограничивающего примера со ссылкой на следующие прилагаемые чертежи:

- на фигуре 1 представлена блок-схема противобуксовочной системы управления колес железнодорожного транспортного средства;

- на фигуре 2 представлен график, качественно отображающий тенденцию изменения коэффициента сцепления μ колес оси, показанной на оси ординат, в функции проскальзывания δ, показанной на оси абсцисс;

- на фигуре 3 представлена диаграмма, иллюстрирующая силы, действующие на колесо оси;

- на фигурах 4А, 4 В представлены графики, качественно отображающие тенденцию изменения коэффициента сцепления μ колес четырех осей транспортного средства для двух различных эксплуатационных условий;

- фигура 4С иллюстрирует смещение кривой среднего сцепления в области пикового значения;

- на фигуре 5 представлен график, иллюстрирующий кривую сцепления, имеющую пиковое значение сцепления при значении проскальзывания ниже первого установленного порогового значения;

- на фигуре 6 представлен график, иллюстрирующий кривую сцепления, имеющую пиковое значение сцепления при значении проскальзывания выше второго установленного порогового значения;

- на фигуре 7 проиллюстрированы четыре кривые сцепления колес, принадлежащих, соответственно, четырем последовательным осям, в случае, присутствия эффекта очистки рельса;

- на фигуре 8 проиллюстрированы четыре кривые сцепления колес, принадлежащих, соответственно, четырем последовательным осям, в случае, применения значения проскальзывания для соответствия пиковому значению сцепления между колесами осей и рельсом и, следовательно, отсутствия эффекта очистки рельса;

- на фигуре 9 проиллюстрированы четыре кривые сцепления колес, принадлежащих, соответственно, четырем последовательным осям, в случае, когда кривая сцепления колес, принадлежащих множеству управляемых осей железнодорожного транспортного средства, демонстрирует пиковое значение сцепления при значении проскальзывания ниже первого установленного порогового значения, а значение проскальзывания, создаваемое между колесами осей и рельсами, выше значения проскальзывания второго установленного порогового значения; и

- на фигуре 10 проиллюстрированы четыре кривые сцепления колес, принадлежащих, соответственно, четырем последовательным осям, в случае, когда кривые сцепления колес, принадлежащих множеству управляемых осей железнодорожного транспортного средства, демонстрируют пиковое значение сцепления при значении проскальзывания выше второго установленного порогового значения, а значение проскальзывания, создаваемое между колесами осей и рельсами, выше значения проскальзывания второго установленного порогового значения.

Осуществление изобретения

Перед детальным описанием ряда вариантов осуществления изобретения следует разъяснить, что изобретение не ограничивается в своем применении деталями конструкции или конфигурацией компонентов, представленных в следующем описании или проиллюстрированных на чертежах. Изобретение может предполагать другие варианты осуществления и достигаться существенно разными способами. Также следует понимать, что фразеология и терминология используются с описательной целью и их не следует толковать в качестве ограничивающих. Использование терминов «включать в себя» и «содержать» и их вариаций необходимо понимать как охватывание элементов, указанных далее по тексту, и их эквивалентов, а также дополнительных элементов и их эквивалентов.

Из нижеследующего станет ясно, что способ в соответствии с настоящим изобретением позволяет определить положение пика сцепления на кривых сцепления колес, принадлежащих множеству управляемых осей транспортного средства и, следовательно, получить улучшенное управление и восстановление сцепления колес управляемой оси транспортного средства.

Изначально, ссылаясь на кривые сцепления, показанные на фигуре 5, пиковое значение сцепления μ_р получают для малых значений проскальзывания порядка 1-2%.

Определяя δ_p как значение проскальзывания, для которого получают пиковое значение сцепления μ_р, очевидно, что:

- если ось перемещается до значения проскальзывания, близкое δ_р (малое проскальзывание), будет иметь место незначительный эффект очистки, способствующий локальному сцеплению, которое принимает пиковое значение μ_р.

- и наоборот, если ось перемещается до значения проскальзывания выше δ_p, будет потеря локального сцепления, что способствует возможному эффекту очистки для следующих осей. Такой эффект будет более или менее эффективным в зависимости от типа и объема имеющегося загрязнения. Эффективность очистки априори является неизвестной величиной.

Таким образом, чтобы максимально увеличить среднее сцепление осей, при выборе точек проскальзывания, в которых оси начинают перемещаться следует учитывать два фактора:

1. преимущество очистки на следующих осях (увеличивается при увеличении локального проскальзывания); и

2. значение локального сцепления (снижается при увеличении локального проскальзывания).

И наоборот, в случае, когда кривая сцепления имеет вид, указанный на фигуре 6, из публикаций и результатов экспериментальных исследований, проведенных на подвижном составе, вытекает, что тенденция кривых сцепления зависит от многих факторов, среди которых: тип загрязнения, объем загрязнения и вес транспортного средства. Не все кривые сцепления обязательно показывают пик сцепления μ_р для малых значений проскальзывания, ка показано на фигуре 5. Существуют случаи, в которых пиковое значение сцепления μ_p получают для больших значений проскальзывания (δ_p ≈ 20%), как показано на фигуре 6.

В таком случае:

- если ось перемещается при малых значениях проскальзывания (например, δ=1-2%), эффект очистки будет практически равен нулю, а локальное сцепление снизится относительно пикового значения.

- и наоборот, если ось перемещается при больших значениях проскальзывания δ (например, δ ≈ 20%), будет иметь место потеря локального сцепления, что способствует возможному эффекту очистки для следующих осей.

В случае, когда кривые сцепления имеют вид, указанный на фигуре 6, а следовательно, независимо от эффективности очистки, наиболее целесообразным выбором является приведение всех осей в положение с большими значениями проскальзывания (δ ≈ 20% ≈ δ_p), что максимально увеличивает как локальное сцепление, так и возможный эффект очистки.

На основе упомянутых концепций способ оценки загрязнения рельса, в частности, для железнодорожного транспорта, содержит следующие этапы на которых:

- применяют первое значение проскальзывания δ₁, которое будет ниже первого установленного порогового значения t₁ между колесами W₁ первой управляемой оси A₁ железнодорожного транспорта и рельса, при этом первая управляемая ось A₁ является основной осью железнодорожного транспорта в соответствии с направлением движения железнодорожного транспорта;

- применяют второе значение проскальзывания δ₂, которое больше второго установленного порогового значения t₂ между колесами второй управляемой оси А₂ и рельса, при этом вторая управляемая ось А₂ является осью, следующей за упомянутой первой осью A₁ в соответствии с направлением движения состава, а второе установленное пороговое значение t₂ больше упомянутого первого установленного порогового значения t₁;

- определяют смещение кривой сцепления между колесами W, принадлежащими множеству управляемых осей А_n железнодорожного транспорта и рельсом на основе первого значения сцепления μ₁ между колесами упомянутой первой оси A₁ и рельсом, а второе значение сцепления μ₂ между колесами упомянутой второй оси А₂ и рельсом.

Этап определения смещения кривой сцепления между колесами W, принадлежащими множеству управляемых осей А_n железнодорожного транспорта, и рельсом, может, кроме этого, содержать этапы измерения первого значения сцепления μ₁ между колесами упомянутой первой оси A₁ и рельсом и второго значения сцепления μ₂ между колесами упомянутой второй оси А₂ и рельсом;

- если второе значение сцепления μ₂ больше первого значения сцепления μ₁, то определяют, что кривая сцепления между колесами W, принадлежащими множеству управляемых осей А_n железнодорожного транспорта, и рельсом, является кривой сцепления с тенденцией, имеющей пиковое значение сцепления μ_р при значении проскальзывания δ_p выше второго установленного порогового значения t₂; и

- если второе значение сцепления μ₂ меньше первого значения сцепления μ₁, то определяют, что кривая сцепления между колесами W, принадлежащими множеству управляемых осей А_n железнодорожного транспорта, и рельсом, является кривой сцепления с тенденцией, имеющей пиковое значение сцепления μ_p при значении проскальзывания δ_p ниже упомянутого первого установленного порогового значения t₁.

Для примера: первое установленное пороговое значение t₁ может совпадать со значением проскальзывания приблизительно на 5%, а первое значение проскальзывания δ₁, меньше, чем первое установленное пороговое значение между колесами первой управляемой оси A₁ и рельсом, может быть около 1-2%. Второе установленное пороговое значение t₂ может совпадать со значением проскальзывания приблизительно на 15-25%, а второе значение проскальзывания δ₂, больше, чем второе установленное пороговое значение между колесами, по меньшей мере, одной второй управляемой оси А₂ и рельсом, может быть около 20-25%.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения второе значение проскальзывания δ₂ не превышает предельное значение проскальзывания δ_limit, равное около 25%.

Способ оценки загрязнения рельса, если было определено, что кривая сцепления между колесами W, принадлежащими множеству управляемых осей An железнодорожного транспорта, и рельсом, является кривой сцепления, имеющей тенденцию к пиковому значению сцепления μ_р при значении проскальзывания, большем, чем второе установленное пороговое значение t₂, может содержать этап:

- применяют значение проскальзывания δ большее, чем второе установленное пороговое значение t₂ между колесами всех управляемых осей и рельсом.

С другой стороны, способ оценки загрязнения рельса, если было определено, что кривая сцепления между колесами W, принадлежащими множеству управляемых осей A_n железнодорожного транспорта, и рельсом, является кривой сцепления, имеющей тенденцию к пиковому значению сцепления μ_р при значении проскальзывания δ_p, меньшем, чем первое установленное пороговое значение t₁, может содержать этапы на которых:

- рассчитывают значение разности сцепления Δμ_проск. через разность между первым значением сцепления μ₁ и вторым значением сцепления μ₂;

- применяют второе значение проскальзывания δ₂, которое будет больше второго установленного порогового значения t₂ между колесами, по меньшей мере, одной третьей управляемой оси А₃ и рельса, при этом третья управляемая ось А₃ является осью, следующей за упомянутой второй осью А₂ в соответствии с направлением движения состава;

- рассчитывают значение разности сцепления Δμ_чист., полученное от эффекта очистки колес второй оси А₂ с выгодой для колес третьей оси А₃, при этом упомянутое значение разности сцепления Δμ_очист, полученное от эффекта очистки колес из разницы между значением сцепления μ₃ между колесами третьей оси А₃ и рельсом и значением сцепления μ₂ между колесами второй оси А₂ и рельсом;

- если значение разности сцепления Δμ_очист., полученного от эффекта очистки колес, является преимущественным относительно значения разности сцепления Δμ_проск., умноженного на условный коэффициент F_ad, значение которого обратно пропорционально числу осей, то применяют значение проскальзывания δ, которое будет больше второго установленного порогового значения t₂ между колесами W всех управляемых осей A₁, …, А_n и рельсом;

- если значение разности сцепления Δμ_очист., полученного от эффекта очистки колес, не является преимущественным относительно значения разности сцепления Δμ_проск., умноженного на условный коэффициент F_усл., значение которого обратно пропорционально числу осей, то применяют значение проскальзывания δ, которое будет меньше первого установленного порогового значения t₁ между колесами W всех управляемых осей A₁, …, А_n и рельсом.

Способ оценки загрязнения рельса, при котором определено, что кривая сцепления колес W, принадлежащих множеству управляемых осей А_n железнодорожного транспорта, является кривой сцепления, имеющей тенденцию к пиковому значению сцепления μ_р при значении проскальзывания δ_p, меньшем, чем первое установленное пороговое значение t₁, может содержать этап:

- после применения значения проскальзывания δ₂, которое будет больше второго установленного порогового значения t₂ между колесами всех управляемых осей A₁, …, А₀ и рельсом, учитывая не преимущественное значение разности сцепления Δμ_очист., полученного от эффекта очистки колес относительно значения разности сцепления Δμ_проск., умноженного на условный коэффициент F_усл., значение которого обратно пропорционально числу осей, если значение сцепления μ_n колес предыдущей оси А_n совпадает со значением сцепления μ_n+1 колес следующей оси A_n+1, применяют первое значение проскальзывания δ₁, которое будет ниже первого установленного порогового значения t₁ между колесами, по меньшей мере, одной следующей оси A_n+1, А_n+2, и рельсом.

Учитывая последний упомянутый этапы, можно отметить, что эффект очистки, который был продемонстрирован на первых осях по направлению движения, больше не предусматривает увеличение сцепления для следующих осей (например, потому что на данный момент рельсы полностью очищены) и, следовательно, имеет смысл приложить наследующие оси значение проскальзывания, соответствующее пиковому значению сцепления, а не значение проскальзывания, подходящее для очистки рельса.

Например, рассмотрим ситуацию, при которой вторая ось выступает в качестве предыдущей оси А_n и третья ось - в качестве следующей оси A_n+1: после применения значения проскальзывания δ₂, большего, чем второе установленное пороговое значение t₂ между колесами всех управляемых осей и рельсом, учитывая непреимущественное значение разности сцепления Δμ_очист., полученного от эффекта очистки колес относительно значения разности сцепления Δμ_проск., умноженного на условный коэффициент F_усл., первое значение проскальзывания δ₁ может быть меньше первого установленного порогового значения t₁ между колесами осей, следующих за третьей осью, и рельсом, если значение сцепления μ₂ колес второй оси А₂ (предыдущая ось А_n) совпадает со значением сцепления μ₃ колес третьей оси (следующая ось A_n+1).

Например: способ оценки загрязнения рельса можно использовать повторно после истечения установленного интервала времени (например, каждые 30 секунд) или после прохождения железнодорожным транспортом установленного расстояния.

Изобретение содержит, кроме прочего, способ оценки загрязнения рельса для железнодорожного транспорта, включающий следующие этапы на которых:

- применяют первое значение проскальзывания δ₁, которое будет ниже первого установленного порогового значения t₁ между колесами W₁ первой управляемой оси A₁ железнодорожного транспорта и рельса, при этом первая управляемая ось A₁ является основной осью железнодорожного транспорта в соответствии с направлением движения железнодорожного транспорта;

- применяют второе значение проскальзывания δ₂, которое будет больше второго установленного порогового значения t₂ между колесами второй управляемой оси А₂ и рельса, при этом вторая управляемая ось А₂ является осью, следующей за упомянутой первой осью A₁ в соответствии с направлением движения состава, а второе установленное пороговое значение t₂ больше упомянутого первого установленного порогового значения t₁;

- применяют третье значение проскальзывания δ₃, равное упомянутому второму значению проскальзывания δ₂ между колесами управляемой третьей оси А₃ и рельса, при этом третья управляемая ось А₃ является осью, следующей за упомянутой второй осью А₂ в соответствии с направлением движения состава;

- определяют эффективность очистки рельса в результате проскальзывания второй оси А₂ с выгодой для третьей оси А₃ на основании первого значения μ₂ между колесами упомянутой второй оси А₂ и рельсом и второго значения сцепления μ₃ между колесами упомянутой третьей оси А₃ и рельсом.

Упомянутый этап определения эффективности очистки рельса может содержать этапы на которых:

- измеряют первое значение сцепления μ₂ и второе значение сцепления μ₃; и

- определяют эффективность очистки путем операции вычитания между вторым значением сцепления μ₃ и первым значением сцепления μ₂.

Далее в качестве примера приводится наглядный случай, в котором общее число осей железнодорожного транспорта составляет четыре.

Ссылаясь на фигуру 7, можно оценить сцепление четырех осей, формирующих железнодорожный транспорт.

Сцепление μ₁, доступное для первой оси A₁, не подвергается влиянию очистки, такая ось является первой осью, взаимодействующей с рельсом. Сцепление μ₁ зависит исключительно от состояния рельса, т.е. состояния окружающей среды/загрязнения, которые далее обозначаются индексом «окр.».

Сцепление μ₁ первой оси будет функцией локального проскальзывания δ₁ первой оси по рельсу:

И наоборот, сцепление μ₂, доступное для второй оси, зависит от влияния очистки предыдущей первой оси (Δμ₁₂).

Очистка, обеспечиваемая первой осью для второй оси Δμ₁₂ является функцией проскальзывания первой оси δ₁ по рельсам, а также характеристикой очистки, типичной для загрязняющего вещества (загрязняющее вещество более или менее легко удаляется тем же проскальзыванием), что далее обозначается термином «очистка».

Сцепление μ₂ второй оси будет функцией локального проскальзывания δ₂ второй оси по рельсу.

Аналогично, сцепление μ₃ третьей оси зависит от локального проскальзывания δ₃ и от очистки, обеспечиваемой предыдущими осями, так, δ₁, δ₂ и самой очисткой.

Аналогично, сцепление μ₄ четвертой оси зависит от локального проскальзывания δ₄ и от очистки, обеспечиваемой предыдущими осями, так, by δ₁, δ₂, δ₃ и самой очисткой.

В соответствии с этими соображениями:

В случае кривой сцепления, как проиллюстрировано на фигуре 5, и в случае, в котором проскальзывание, соответствующее пиковому значению сцепления μ_р, применяется ко всем осям, получают предположительное (см. Фигуру 8) управление всеми осями при пиковом значении сцепления μ_р, т.е. при меньших значениях проскальзывания по δ_p очистка рельса не выполняется.

Таким образом,

Все оси имеют такое же сцепление, что и основная ось (первая ось по направлению вращения), так как ни одна ось не обеспечивает очистку рельса.

Итак:

В случае если кривая сцепления, имеет вид такой, как представлено на фигуре 5, в которой на всех осях применяется значение проскальзывания δ >> δр, можно получить эффект очистки (определенно этот эффект не получают априори, он, скорее, зависит от эффективности очистки соответствующего загрязнения: параметра, предварительно определенного как очистка).

Ссылаясь на фигуру 9:

Таким образом:

Одновременно каждая ось, проскальзывающая при δ от пикового значения δ_p, не использует все локально доступное сцепление μ.

Ссылаясь на фигуру 9:

Расчет среднего сцепления транспортного средства:

Сравнение среднего сцепления, полученного когда кривая сцепления имеет вид, представленный на фигуре 5, в случае, когда на всех осях применяется значение проскальзывания, соответствующее пиковому значению сцепления, и в случае, когда на всех осях применяется значение проскальзывания δ >> δ_p, следует отметить, что:

- Если целесообразно осуществлять управление осями при большом значении проскальзывания δ >> δ_p, т.е. при значении проскальзывания, которое будет больше второго установленного порогового значения t₁.

- Если целесообразно осуществлять управление осями при меньшем значении проскальзывания δ=δ_p, т.е. при значении проскальзывания, которое будет меньше первого установленного порогового значения t₁.

В упомянутых примерах условный коэффициент равен 2/3. Например, в случае с пятью осями условный коэффициент равен 1/2.

В случае, когда кривые сцепления, имеют вид, такой как показано на фигуре 6, независимо от эффективности очистки, наиболее целесообразным выбором является приведение всех осей в положение с большими значениями проскальзывания, т.е. значение проскальзывания больше второго установленного порогового значения t₂ (δ ≈ 20% ≈ δ_p), что, следовательно, максимально увеличивает как локальное сцепление, так и возможный эффект очистки.

В соответствии с таким управлением точкам проскальзывания имеет (см. фигуру 10):

Итак, среднее сцепление транспортного средства следующее:

Из анализа предыдущих случаев (в случае когда кривая сцепления имеет вид такой, как показано на фигуре 5, в котором на все оси применяется значение проскальзывания, соответствующее пиковому значению сцепления; в случае когда кривая сцепления имеет вид такой, как показано на фигуре 5, в котором на все оси применяется значение проскальзывания δ >> δ_p; и в случае когда кривые сцепления имеют вид такой, как показано на фигуре 6) можно отметить, что выбор оптимальной точки проскальзывания (в которой максимально увеличивается среднее сцепление транспортного средства) должен осуществляться путем оценки трех основных факторов:

ФАКТОР 1: Тип кривой сцепления: т.е. если пиковое значение сцепления получают для малых значений проскальзывания (фигура 5), т.е. для значения проскальзывания, меньше первого установленного порогового значения t₁, или для больших значений проскальзывания (фигура 6), т.е. для значения проскальзывания, больше второго установленного порогового значения t₂, близкого δ_пред.;

ФАКТОР 2: Δμ_проск. (параметр, определяемый только для кривой, показанной на фигуре 5), т.е. разница сцеплений между пиком кривой и сцеплением со значением проскальзывания близким к предельному (см. фигуру 9).

ФАКТОР 3: Δμ_очист, т.е. эффективность очистки каждой оси (n+1) повышается, когда ось n проскальзывает на большее значение, чем второе установленное пороговое значение t₂, близкое к δ_пред.

При движении железнодорожного транспорта по рельсам оценка этих факторов и последующий выбор точки проскальзывания по упомянутым критериям должна производиться в режиме реального времени при торможении транспортного средства, чтобы максимально увеличить среднее сцепление транспортного средства, при это максимально увеличивая замедление транспортного средства и сокращая тормозной путь транспортного средства.

Чтобы оценить эффективность очистки (ФАКТОР 3), необходимо применить существенное значение проскальзывания, т.е. значение проскальзывания, которое будет больше второго установленного порогового значения t₂ (δ ≈ δ_пред.), на ось n и проверить потенциальное увеличение сцепления на оси (n+1).

При этом при проскальзывании оси на расстояние, больше второго установленного порогового значения t₂, близкого к значению δ_пред., состояние рельсов изменяется для следующих осей и становится невозможно оценить значение сцепления относительно малых значений проскальзывания, т.е. проскальзывания, меньше первого установленного порогового значения t₁ (δ<5%). Таким образом, невозможно оценить факторы 1 и 2.

Задача изобретения состоит в управлении проскальзыванием осей транспортного средства следующим образом:

ПЕРВАЯ ОСЬ: δ1 ≈ 1-2%

ВТОРАЯ ОСЬ: δ2 ≈ 20%

ТРЕТЬЯ ОСЬ: δ3=δ2 ≈ 20%

ЧЕТВЕРТАЯ ОСЬ: дополнительно

Первая ось, главная, управляется при малых значениях проскальзывания. При этом, путем измерения сцепления первой оси получают значение сцепления относительно малых значений проскальзывания

μ₁=μ(1-2%)

без очистки, т.е. не изменяя характеристики рельса для следующих осей.

Вторая ось, с другой стороны, управляется при существенном значении проскальзывания, т.е. значением, большим, чем второе установленное пороговое значение t₂. При этом, путем измерения сцепления второй оси получают значение сцепления относительно больших значений проскальзывания,

μ₂=μ(20%)

осуществляя возможную очистку для следующей оси, такая очистка будет зависеть от характеристик загрязнения (фактор очистки 3).

Третья ось управляется при том же значении проскальзывания, применяемом для второй оси.

При этом, путем измерения сцепления третьей оси можно оценить эффективность очистки, рассчитав фактор очистки:

Δμ_очист=μ₃ - μ₂

Более того, путем сравнения измеренного сцепления для первой и второй оси можно определить тип кривой сцепления (ФАКТОР 1), а также можно рассчитать значение Δμ_проск. (ФАКТОР 2).

Если (μ₂>μ₁), то имеет место случай типа кривой сцепления, показанной на фигуре 6.

Наиболее рациональным выбором при этом является приведение всех осей к большим значениям проскальзывания, то есть, проскальзывание будет больше второго установленного порогового значения t₂ (δ ≈ 20% ≈ δ_пред.);

Если (μ₂>μ₁), то имеет место случай типа кривой сцепления, показанной на фигуре 5, и можно рассчитать следующее:

В этой точке, учитывая все факторы, можно выбрать оптимальную точку проскальзывания:

наиболее рациональным выбором при этом является приведение всех осей к большим значениям проскальзывания, то есть, проскальзывание будет больше второго установленного порогового значения t₂ (δ ≈ 20% ≈ δ_пред.);

если

наиболее рациональным выбором является управление осями в пиковой точке сцепления, т.е. при значении проскальзывания, меньшем первого установленного порогового значения t₁ (δ<5%).

Разумеется, не изменяя принцип настоящего изобретения, варианты осуществления изобретения и детали реализации могут значительно отличаться от таковых, описанных и проиллюстрированных исключительно в виде неограничивающего примера, не выходя при этом за пределы объема изобретения, определяемого в прилагаемой формуле изобретения. Более того, подразумевается, что каждый вариант осуществления изобретения может быть объединен с любым другим вариантом осуществления изобретения.

Изобретение относится к области разработки способов управления коэффициентом сцепления между колесами железнодорожного транспортного средства и рельсом, в частности к способам оценки загрязнения и очистки рельса. Способ оценки загрязнения рельса для железнодорожного транспортного средства содержит этапы, на которых применяют первое значение проскальзывания (δ₁), которое будет ниже первого установленного порогового значения (t₁) между колесами (W₁) первой управляемой оси (A₁) железнодорожного транспортного средства и рельса, при этом первая управляемая ось (A₁) является основной осью железнодорожного транспортного средства в соответствии с направлением движения железнодорожного транспортного средства. Применяют второе значение проскальзывания (δ₂), которое будет больше второго установленного порогового значения (t₂) между колесами второй управляемой оси (А₂) и рельса, при этом вторая управляемая ось (А₂) является осью, следующей за упомянутой первой осью (A₁) в соответствии с направлением движения состава, а второе установленное пороговое значение (t₂) больше упомянутого первого установленного порогового значения (t₁). Определяют смещение кривой сцепления между колесами (W), принадлежащими множеству управляемых осей (А_n) железнодорожного транспортного средства, и рельсом на основе первого значения сцепления (μ₁) между колесами упомянутой первой оси (A₁) и рельсом, а второе значение сцепления (μ₂) между колесами упомянутой второй оси (А₂) и рельсом. В результате появляется возможность лучше оценить эффект очистки загрязнений рельса. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Способ оценки загрязнения рельса, в частности, для железнодорожного транспортного средства, содержащий этапы, на которых:

- применяют первое значение проскальзывания (δ₁), которое будет ниже первого установленного порогового значения (t₁) между колесами (W₁) первой управляемой оси (A₁) железнодорожного транспортного средства и рельса, при этом первая управляемая ось (A₁) является основной осью железнодорожного транспортного средства в соответствии с направлением движения железнодорожного транспортного средства;

- применяют второе значение проскальзывания (δ₂), которое будет больше второго установленного порогового значения (t₂) между колесами второй управляемой оси (А₂) и рельса, при этом вторая управляемая ось (А₂) является осью, следующей за упомянутой первой осью (A₁) в соответствии с направлением движения железнодорожного транспортного средства, а второе установленное пороговое значение (t₂) больше упомянутого первого установленного порогового значения (t₁);

- определяют смещение кривой сцепления между колесами (W), принадлежащими множеству управляемых осей (А_n) железнодорожного транспортного средства и рельсом на основе первого значения сцепления (μ₁) между колесами упомянутой первой оси (A₁) и рельсом, а второе значение сцепления (μ₂) между колесами упомянутой второй оси (А₂) и рельсом.

2. Способ оценки загрязнения рельса по п. 1, в котором этап определения смещения кривой сцепления между колесами (W), принадлежащими множеству управляемых осей (A_n) железнодорожного транспортного средства и рельсом, содержит этапы, на которых:

- измеряют первое значение сцепления (μ₁) между колесами упомянутой первой оси (A₁) и рельсом и второе значение сцепления (μ₂) между колесами упомянутой второй оси (А₂) и рельсом;

- если второе значение сцепления (μ₂) больше первого значения сцепления (μ₁), определяют, что кривая сцепления между колесами (W), принадлежащими множеству управляемых осей (А_n) железнодорожного транспортного средства, и рельсом является кривой сцепления с тенденцией, имеющей пиковое значение сцепления (μ_р) при значении проскальзывания (δ_p) выше второго установленного порогового значения (t₂); и

- если второе значение сцепления (μ₂) меньше первого значения сцепления (μ₁), определяют, что кривая сцепления между колесами (W), принадлежащими множеству управляемых осей (А_n) железнодорожного транспортного средства, и рельсом является кривой сцепления с тенденцией, имеющей пиковое значение сцепления (μ_р) при значении проскальзывания (δ_p) ниже упомянутого первого установленного порогового значения (t₁).

3. Способ оценки загрязнения рельса по п. 2, в котором:

а) если было определено, что кривая сцепления между колесами (W), принадлежащими множеству управляемых осей (А_n) железнодорожного транспортного средства, и рельсом является кривой сцепления, имеющей тенденцию к пиковому значению сцепления (μ_р) при значении проскальзывания, большем, чем второе установленное пороговое значение (t₂), то упомянутый способ содержит этап, на котором:

- применяют значение проскальзывания (δ), большее, чем второе установленное пороговое значение (t₂) между колесами всех управляемых осей и рельсом;

б) если было определено, что кривая сцепления между колесами (W), принадлежащими множеству управляемых осей (А_n) железнодорожного транспортного средства, и рельсом является кривой сцепления, имеющей тенденцию к пиковому значению сцепления (μ_р) при значении проскальзывания (δ_p), меньшем, чем первое установленное пороговое значение (t₁), то упомянутый способ дополнительно содержит этапы, на которых:

- рассчитывают значение разности сцепления (Δμ_проск.) через разность между первым значением сцепления (μ₁) и вторым значением сцепления (μ₂);

- применяют второе значение проскальзывания (δ₂), которое будет больше второго установленного порогового значения (t₂) между колесами, по меньшей мере одной третьей управляемой оси (А₃) и рельса, при этом третья управляемая ось (А₃) является осью, следующей за упомянутой второй осью (А₂) в соответствии с направлением движения железнодорожного транспортного средства;

- рассчитывают значение разности сцепления (Δμ_очист.), полученное от эффекта очистки колес второй оси (А₂) с выгодой для колес третьей оси (А₃), при этом упомянутое значение разности сцепления (Δμ_очист.), полученное от эффекта очистки колес из разницы между значением сцепления (μ₃) между колесами третьей оси (А₃) и рельсом и значением сцепления (μ₂) между колесами второй оси (А₂) и рельсом;

- если значение разности сцепления (Δμ_очист.), полученное от эффекта очистки колес, является преимущественным относительно значения разности сцепления (Δμ_проск.), умноженного на условный коэффициент (F_усл.), значение которого обратно пропорционально числу осей, то применяют значение проскальзывания (δ), которое будет больше второго установленного порогового значения (t₂) между колесами (W) всех управляемых осей (A₁, …, А_n) и рельсом;

- если значение разности сцепления (Δμ_очист.), полученное от эффекта очистки колес, не является преимущественным относительно значения разности сцепления (Δμ_проск.), умноженного на условный коэффициент (F_усл.), значение которого обратно пропорционально числу осей, то применяют значение проскальзывания (δ), которое будет меньше первого установленного порогового значения (t₁) между колесами (W) всех управляемых осей (A₁, …, А_n) и рельсом.

4. Способ оценки загрязнения рельса по п. 3, в котором было определено, что кривая сцепления колес (W), принадлежащих множеству управляемых осей (А_n) железнодорожного транспортного средства, является кривой сцепления, имеющей тенденцию к пиковому значению сцепления (δ_р) при значении проскальзывания (δ_p), меньшем, чем первое установленное пороговое значение (t₁), при этом упомянутый способ дополнительно содержит этап, на котором:

- после применения значения проскальзывания (δ₂), которое будет больше второго установленного порогового значения (t₂) между колесами всех управляемых осей (A₁, …, А_n) и рельсом, учитывая не преимущественное значение разности сцепления (Δμ_очист.), полученное от эффекта очистки колес относительно значения разности сцепления (Δμ_проск.), умноженного на условный коэффициент (F_усл.), значение которого обратно пропорционально числу осей, если значение сцепления (μ_n) колес предыдущей оси (А_n) совпадает со значением сцепления колес следующей оси, то применяют первое значение проскальзывания (δ₁), которое будет ниже первого установленного порогового значения (t₁) между колесами, по меньшей мере, одной следующей оси и рельсом.

5. Способ оценки загрязнения рельса по любому из предшествующих пунктов, в котором способ оценки загрязнения рельса применяется повторно после истечения установленного интервала времени.

6. Способ оценки загрязнения рельса по любому из пп. 1-4, в котором способ оценки загрязнения рельса применяется повторно после прохождения железнодорожным транспортным средством установленного расстояния.

7. Способ оценки загрязнения рельса по любому из предшествующих пунктов, в котором первое установленное пороговое значение (t₁) является значением проскальзывания, меньшим на 5%, а второе установленное пороговое значение (t₂) является значением проскальзывания в диапазоне от 15% до 25%.

8. Способ оценки загрязнения рельса для железнодорожного транспортного средства, содержащий этапы, на которых:

- применяют первое значение проскальзывания (δ₁), которое будет ниже первого установленного порогового значения (t₁) между колесами (W₁) первой управляемой оси (A₁) железнодорожного транспортного средства и рельса, при этом первая управляемая ось (A₁) является основной осью железнодорожного транспортного средства в соответствии с направлением движения железнодорожного транспортного средства;

- применяют второе значение проскальзывания (δ₂), которое будет больше второго установленного порогового значения (t₂) между колесами второй управляемой оси (А₂) и рельса, при этом вторая управляемая ось (А₂) является осью, следующей за упомянутой первой осью (А1) в соответствии с направлением движения железнодорожного транспортного средства, а второе установленное пороговое значение (t₂) больше упомянутого первого установленного порогового значения (t₁);

- применяют третье значение проскальзывания (δ₃), равное упомянутому второму значению проскальзывания (δ₂) между колесами управляемой третьей оси (А₃) и рельса, при этом третья управляемая ось (А₃) является осью, следующей за упомянутой второй осью (А₂) в соответствии с направлением движения железнодорожного транспортного средства;

- определяют эффективность очистки рельса в результате проскальзывания второй оси (А₂) с выгодой для третьей оси (А₃) на основании первого значения (μ₂) между колесами упомянутой второй оси (А₂) и рельсом и второго значения сцепления (μ₃) между колесами упомянутой третьей оси (А₃) и рельсом.

9. Способ оценки загрязнения рельса железнодорожного транспорта по п. 8, в котором этап определения эффективности очистки рельса содержит этапы, на которых:

- измеряют первое значение сцепления (μ₂) и второе значение сцепления (μ₃); и

- определяют эффективность очистки путем операции вычитания между вторым значением сцепления (μ₃) и первым значением сцепления (μ₂).