СИСТЕМА НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ ОСЬЮ И ПЕРИФЕРИЙНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ Российский патент 2023 года по МПК B61L15/00 

[001] Настоящее изобретение относится к системе для наблюдения за железнодорожной осью, которая предоставляет возможность более частого, точного и надежного наблюдения за рабочими условиями железнодорожной оси и ее периферийных устройств на пути железнодорожной линии.

Описание уровня техники

[002] Наблюдение за условиями эксплуатации железнодорожного транспортного средства является критичным в предотвращении аварий и планировании технического обслуживания, улучшая надежность и снижая затраты.

[003] В настоящее время, эти измерения выполняются посредством датчиков, расположенных рядом или на самой железнодорожной линии вдоль железнодорожного пути, однако, пропорция датчиков относительно размера пути все еще является очень низкой вследствие высокой стоимости и трудности их технического обслуживания вдоль протяженных железнодорожных путей. Кроме того, один и тот же состав может двигаться по линиям, которыми владеют различные компании с большими различиями в инфраструктуре и системах наблюдения за работой, таким образом, является желательной независимая от железнодорожной линии система.

[004] Недостаточное число устройств на линии ставит под угрозу отслеживание транспортного средства и безопасность, поскольку является вероятным то, что вагон может представлять повреждение на участке между датчиками, ведущее к аварии, прежде чем оно может быть обнаружено. С другой стороны, увеличение в числе датчиков вдоль железнодорожных путей приведет в результате к значительному увеличению затрат. И даже увеличение в числе датчиков может не предотвращать проблемы на железнодорожных транспортных средствах, поскольку интервал между возникновением проблемы (например, перегрев подшипника железнодорожной оси) и происшествием железнодорожной аварии может быть весьма коротким. Например, когда перегрев подшипника оси, называемый "перегретой осью", происходит, этот подшипник может заклинивать, вызывая оплавление оси и поломку, даже вызывая сход с рельсов железнодорожного транспортного средства. Этот фактор является причиной серьезных аварий и прерываний функционирования железнодорожных линий, останавливающих движение транспортных средств.

[005] Кроме того, текущие альтернативные датчики, встроенные в вагоны, являются временными решениями, поскольку они остаются незащищенными и подвергаются износу, действиям вандализма или потенциальным авариям, создавая дополнительные расходы с их техническим обслуживанием. Другой технической трудностью является подача питания для этих датчиков в вагонах, главным образом, в течение длительных периодов между остановками на техническое обслуживание, которые могут быть дольше нескольких лет в некоторых случаях.

[006] Предшествующий уровень техники для железнодорожной оси уже содержит идею использования полой, проколотой или трубчатой оси в пассажирских вагонах, высокоскоростных поездах, локомотивах и грузовых вагонах вместо сплошной оси, которая имеет большее количество материала. Текущая технология предоставляет возможность производства трубчатой железнодорожной оси, построенной из бесшовных труб, но приспособленной для достижения той же прочности и других механических свойств, что и сплошная ось, с меньшим расходом сырьевых материалов. Однако, до сих пор, использование сплошной оси все еще является обычным в железнодорожной отрасли.

Задачи изобретения

[007] Первой задачей изобретения является предоставление способа наблюдения за состоянием железнодорожной оси с большей точностью, частотой и надежностью по сравнению с текущими системами.

[008] Другой задачей изобретения является увеличение доступности пути и уменьшение затрат на техническое обслуживание железнодорожных линий и железнодорожных составов посредством наблюдения технических параметров и предотвращения дефектов в железнодорожных транспортных средствах, их периферийных устройствах и на железнодорожной линии, правильно не обнаруживаемых посредством систем текущего уровня техники, и аварий, вызванных этими дефектами.

Краткое описание изобретения

[009] Задачи изобретения достигаются посредством системы наблюдения за железнодорожной осью, которая содержит:

[0010] стальную ось и по меньшей мере устройство наблюдения, присоединенное к оси,

[0011] при этом по меньшей мере одно устройство наблюдения выполняет измерения данных, указывающих наблюдаемые условия оси и ее периферийных устройств, и передает показания измерений по меньшей мере в одну удаленную точку.

[0012] По меньшей мере, одно устройство наблюдения может содержать по меньшей мере один датчик, один микроконтроллер, один передатчик данных, один источник питания и один блок хранения. Устройство содержит по меньшей мере один из датчика температуры, акселерометра и гироскопа. Наблюдаемые условия предпочтительно содержат по меньшей мере одно из температуры подшипника, вибрации вследствие толчков, механических напряжений, числа циклов, скорости, позиции и нарушений целостности, таких как трещины. Измеренные данные передаются по меньшей мере посредством одной из мобильной сети, беспроводной сети, Bluetooth и радиочастотной связи.

[0013] Измерения могут быть выполнены с предварительно заданными временными интервалами измерения или в реальном времени.

[0014] Источник питания устройства наблюдения может быть одним из аккумулятора или автономного альтернативного источника.

[0015] Устройство наблюдения может связываться с и/или идентифицировать RFID-устройство, расположенное по меньшей мере на одной из оси, тележки и вагона железнодорожного транспортного средства.

[0016] Ось может быть бесшовной полой трубчатой стальной осью, и по меньшей мере одно устройство наблюдения расположено внутри оси, или внутри посадочного места подшипника оси. Ось может быть сплошной осью, и по меньшей мере одно устройство наблюдения присоединяется к одному концу оси. Система может быть встроена в любое периферийное устройство оси, такое как крышка, винт или адаптер, например. Ось, выполненная из сплошного стержня, может иметь сквозное отверстие.

Краткое описание чертежей

[0017] Для лучшего понимания признаки и преимущества настоящего изобретения будут раскрыты и описаны вместе с их соответствующими чертежами, которые иллюстрируют некоторые предпочтительные варианты осуществления изобретения.

[0018] Фиг. 1 показывает вид спереди в поперечном сечении трубчатой железнодорожной оси с устройством наблюдения в варианте осуществления системы согласно настоящему изобретению.

[0019] Фиг. 2 показывает вид спереди в поперечном сечении железнодорожной оси (выполненной из сплошного стержня) с внутренним сквозным отверстием машинной обработки (или иначе) с устройством наблюдения в варианте осуществления системы согласно настоящему изобретению.

[0020] Фиг. 3 является видом в перспективе железнодорожной оси типа, используемого в варианте осуществления изобретения, иллюстрированном на фиг. 1, с колесами и подшипниками на ее двух концах, составляющими колесную пару.

[0021] Фиг. 4 показывает блок-схему компонентов устройства наблюдения согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

[0022] Система для наблюдения за железнодорожной осью согласно изобретению содержит стальную ось 10, используемую в железнодорожных транспортных средствах, на концах которой может быть присоединено колесо и подшипник, как показано на фиг. 3. В системе согласно изобретению по меньшей мере одно устройство 20 наблюдения присоединяется к железнодорожной оси 10, чтобы наблюдать за условиями работы оси в любое время в течение ее эксплуатации, и в любой позиции пути железнодорожной линии. Соответственно, устройство 20 наблюдения выполняет измерения данных, указывающих наблюдаемые условия для оси 10 и ее компонентов или периферийных устройств (вагонов и постоянной линии). Некоторые возможные условия, наблюдаемые посредством устройств наблюдения, являются температурой подшипников оси и/или транспортного средства, вибрацией вследствие толчков и других динамических нагрузок на ось или на колесо, механическим напряжением на оси, числом циклов, скоростью, позицией и нарушениями целостности, такими как трещины.

[0023] Чтобы измерять эти условия, устройство наблюдения согласно изобретению может содержать датчики, такие как, например, датчики температуры, акселерометры, гироскопы и другие. Другие типы датчиков или измерителей могут также быть использованы в устройстве наблюдения, в зависимости от типа условия, для которого наблюдение является желательным. Эти устройства, также известные как измерительные преобразователи, могут содержаться в одном корпусе системы или быть распределены вдоль оси и соединяться с беспроводной или проводной системой.

[0024] Показательные данные для этих условий захватываются устройствами наблюдения и передаются по меньшей мере в одну удаленную точку, например, другому устройству датчика, создавая локальную сеть между датчиками, управляющему центру транспортного средства, локомотиву или железнодорожной линии, или антенне, расположенной вдоль железнодорожной линии, которая ретранслирует эти данные в управляющий центр, и прочим. Из отправленных данных управляющий центр или даже оператор железнодорожной линии с доступом к этой удаленной точке, может интерпретировать и узнавать наблюдаемые условия и отправлять управляющие сигналы обратно железнодорожному транспортному средству, или локомотиву, для того, чтобы организовывать эксплуатацию транспортного средства согласно упомянутым условиям. Например, если одно из этих условий может подвергать опасности работу транспортного средства, сигнал тогда отправляется транспортному средству с инструкцией остановиться.

[0025] Фиг. 4 показывает устройство 20 наблюдения согласно варианту осуществления изобретения, в котором некоторые температурные датчики T, акселерометры A и гироскопы G используются для измерения состояния оси. Эти датчики соединяются с микроконтроллером 22, отвечающим за обработку измеренных данных и их преобразование в формат для хранения или передачи. Этот микроконтроллер может также управлять рабочими интервалами датчиков, для измерения данных, соответствующих наблюдаемому условию. Микроконтроллер также соединяется с передатчиком 24, отвечающим за передачу измеренных датчиками данных по меньшей мере в одну удаленную точку. Передатчик 24 связывается с удаленной точкой с помощью технологии мобильных сетей, беспроводных сетей, Bluetooth или любой другой формы беспроводной передачи данных. Интервалы и частоты измерения данных и передачи в удаленную точку могут управляться и конфигурироваться, либо оператором железной дороги, либо управляющим центром. Эти измерения могут выполняться с регулярными временными интервалами или в реальном времени, могут быть сохранены в блоке хранения в устройстве 20 наблюдения и отправляться время от времени или могут даже отправляться в реальном времени в удаленную точку.

[0026] Устройство 20 наблюдения дополнительно содержит источник 23 питания для энергоснабжения его компонентов (не иллюстрированы). Этот источник питания может быть, например, аккумулятором или автономным альтернативным источником, который использует свою собственную кинетическую энергию колесной пары в движении, либо посредством магнитной индукции, либо по другому физическому принципу. Устройство 20 наблюдения может также быть приспособлено таким образом, чтобы связываться и/или идентифицировать идентификационное устройство по радиочастотной (RFID - радиочастотная идентификация) связи с любым компонентом железнодорожного транспортного средства в местоположении рядом, например, на самой оси, на тележке, или в вагоне, в целях отслеживания и управления.

[0027] В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1, железнодорожная ось 10 является бесшовной полой трубчатой стальной осью. В этом варианте осуществления устройство 20 наблюдения предпочтительно расположено внутри оси, где существует свободное пространство для его установки, без помехи для конструкции или работы транспортного средства. Различные устройства наблюдения могут быть установлены в различных позициях внутри оси в зависимости от условий, которые должны наблюдаться.

[0028] В этом варианте осуществления, показанном на фиг. 1, устройство 20 наблюдения позиционируется внутри посадочного места для подшипника 11 трубчатой оси 10, чтобы выполнять измерение температуры подшипника трубчатой оси 10 для того, чтобы избегать перегрева подшипника, который может вести к плавлению трубчатой оси и, следовательно, к экстренной остановке или к какой-либо аварии. В этом случае, используется по меньшей мере один температурный датчик внутри устройства 20 наблюдения. Температурный датчик измеряет температуру самой оси в области рядом с подшипником, причем эта температура будет очень близка к температуре наблюдаемого подшипника, которая гарантирует точность и надежность системы согласно изобретению по сравнению с системами текущего уровня техники, установленными вдоль железнодорожных линий, которые используются для выполнения измерений условий железнодорожного транспортного средства на более значительных расстояниям и с препятствиями.

[0029] В возможном способе работы этого варианта осуществления изобретения является возможным задавать верхний предел для приемлемой температуры, например, 90°C. Датчик наблюдает за температурой оси, и когда она достигает или превышает этот верхний предел, устройство наблюдения согласно изобретению выводит сигнал, указывающий перегрев в управляющий центр или точку управления. В ответ на этот сигнал железнодорожное транспортное средство принимает команду остановки.

[0030] Согласно другому варианту осуществления, не иллюстрированному для изобретения, железнодорожная ось 10 является сплошной осью, предпочтительно цилиндрической по форме, с внутренним отверстием, подвергнутым машинной обработке, на каждом конце. Отверстие может быть сквозным отверстием или иным. В этом случае, устройство 20 наблюдения присоединяется к концу оси, ограничиваясь между крышкой подшипника и концом оси, где обычно формируется небольшой зазор, или даже присоединяется к или встраивается в крышку. Система может также содержать два устройства наблюдения, каждое присоединяется к одному из концов оси.

[0031] В любом из вариантов осуществления, описанных в данном документе, преимуществом этого изобретения является то, что, поскольку устройство 20 наблюдения позиционируется внутри трубчатой оси 10, или в корпусе сплошной оси, оно защищается крышкой подшипника, отсутствует риск вандализма или воздействия погоды, который нарушает хорошую работу системы. Это значительно увеличивает долговечность системы согласно изобретению.

[0032] Другим преимуществом является то, что возможно строить базу данных с большим количеством параметров (температурой, ускорением и другими), более точно (внутри оси), в большем количестве точек (все подшипники), с большей частотой (интервалы в секундах, а не в часах), по сравнению с тем, что было возможно с текущими технологиями, для последующего анализа в режиме офлайн, возможности формирования значения для пользователей железной дороги являются почти бесконечными.

Техническое решение относится к средствам контроля состояния осей и периферийных устройств колесных пар железнодорожных транспортных средств. Система содержит стальную ось (10) и по меньшей мере одно устройство (20) наблюдения, соединенное с осью (10) и содержащее по меньшей мере один датчик (21), один микроконтроллер (22), один передатчик (24) данных, один источник (23) питания и один блок хранения. При этом по меньшей мере одно устройство (20) наблюдения выполняет измерения данных, указывающих наблюдаемые условия оси (10) и ее периферийных устройств, и передает показания измерений по меньшей мере в одну удаленную точку, причем наблюдаемые условия содержат по меньшей мере одно из температуры подшипника, вибрации, связанной с толчками, механических напряжений, числа циклов, скорости, позиции и нарушений целостности. Ось (10) является бесшовной полой трубчатой стальной осью, а устройство (20) наблюдения расположено внутри посадочного места подшипника (11) оси (10) или встроено периферийное устройство оси. Достигается повышение точности и надежности контроля оси колесной пары. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система наблюдения за железнодорожной осью, отличающаяся тем, что содержит:

стальную ось (10) и по меньшей мере одно устройство (20) наблюдения, соединенное с осью (10) и содержащее по меньшей мере один датчик (21), один микроконтроллер (22), один передатчик (24) данных, один источник (23) питания и один блок хранения,

при этом по меньшей мере одно устройство (20) наблюдения выполняет измерения данных, указывающих наблюдаемые условия оси (10) и ее периферийных устройств, и передает показания измерений по меньшей мере в одну удаленную точку, причем наблюдаемые условия содержат по меньшей мере одно из температуры подшипника, вибрации, связанной с толчками, механических напряжений, числа циклов, скорости, позиции и нарушений целостности,

при этом ось (10) является бесшовной полой трубчатой стальной осью, а устройство (20) наблюдения расположено внутри посадочного места подшипника (11) оси (10) или встроено в любое периферийное устройство оси.

2. Система наблюдения за железнодорожной осью, отличающаяся тем, что содержит:

стальную ось (10) и по меньшей мере одно устройство (20) наблюдения, соединенное с осью (10) и содержащее по меньшей мере один датчик (21), один микроконтроллер (22), один передатчик (24) данных, один источник (23) питания и один блок хранения,

при этом по меньшей мере одно устройство (20) наблюдения выполняет измерения данных, указывающих наблюдаемые условия оси (10) и ее периферийных устройств, и передает показания измерений по меньшей мере в одну удаленную точку, причем наблюдаемые условия содержат по меньшей мере одно из температуры подшипника, вибрации, связанной с толчками, механических напряжений, числа циклов, скорости, позиции и нарушений целостности,

при этом ось (10) является сплошной осью.

3. Система наблюдения по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что измеренные данные передаются посредством по меньшей мере одной из мобильной сети, беспроводной сети, Bluetooth и радиочастотной связи.

4. Система наблюдения по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что измерения выполняются с предварительно заданными временными интервалами измерения.

5. Система наблюдения по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что измерения выполняются в реальном времени.

6. Система наблюдения по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что источник питания устройства (20) наблюдения является одним из аккумулятора или автономного альтернативного источника.

7. Система наблюдения по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что устройство содержит по меньшей мере одно из датчика температуры, акселерометра и гироскопа.

8. Система наблюдения по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что устройство (20) наблюдения связывается с и/или идентифицирует RFID-устройство, расположенное по меньшей мере на одном из оси, тележки и вагона железнодорожного транспортного средства.

9. Система наблюдения по п. 2, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно устройство (20) наблюдения соединено с одним концом оси (10).

10. Система наблюдения по п. 2, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью встраивания в любое периферийное устройство оси.

11. Система наблюдения по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что ось (10) является осью, выполненной из сплошного стержня, с внутренним отверстием, подвергнутым машинной обработке по меньшей мере на одном конце.

12. Система наблюдения по п. 11, отличающаяся тем, что ось, выполненная из сплошного стержня, имеет сквозное отверстие.