Система управления снегоуборочным поездом Российский патент 2024 года по МПК E01H8/02 

Изобретение относится к области специального железнодорожного подвижного состава (СПС), в частности, к средствам автоматизации контроля и управления процессами очистки железнодорожных путей от снега.

Известен способ управления путевой машиной и устройство для его осуществления. Блок управления путевой машины содержит контрольно-измерительную систему, узлы сбора информации, пульт управления, датчики, пульт дистанционного управления, блок связи с ним, приемопередатчики. Пульт дистанционного управления и блок связи с ним соединены с приемопередатчиками с возможностью фиксирования начала работы беспроводного канала связи по поступлению первого сообщения и отслеживания длительности паузы отсутствия беспроводной связи с помощью сторожевого таймера. В способе блок управления машины по определенному алгоритму и соответствующей ему программе опрашивает связанные с агрегатами и органами управления датчики параметров и задатчики команд, обрабатывает полученную информацию, формирует сигналы для соответствующих измерительных и исполнительных органов и проверяет реализацию заключительных действий, причем ввод и вывод информации производят по беспроводному каналу связи, осуществляя связь между приемопередатчиками с микропроцессором блока связи и формирователем интерфейса контрольно-измерительной системы блока управления. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы путевой машины за счет введения дистанционной беспроводной связи. Недостатком известного способа и устройства являются ограниченные возможности контроля и оценки фактической выработки специального подвижного состава и качества выполнения работ по очистке железнодорожного пути от снега (патент на изобретение RU 2358058, Е01В 27/00, 10.06.2009) - аналог.

Известна бортовая система диагностики самоходного специального подвижного состава, содержащая микропроцессор, блок сопряжения микропроцессора с каналом последовательной передачи данных, датчик измерения уровня топлива в баке, датчик измерения наружной температуры, блок определения местоположения, блоки контроля технических параметров агрегатов и узлов, блок звукового сигнала синтезатора, блок долговременного хранения данных и беспроводной передачи их на диспетчерский пункт, многофункциональный дисплей с блоком коммутации и управления микропроцессором, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения качества ремонтов железнодорожного пути, бортовая система диагностики самоходного специального подвижного состава снабжена блоком определения режимов работы и блоком определения технологических параметров, которые через микропроцессор связаны с блоком звукового синтезатора и блоком долговременного хранения данных и беспроводной передачи их на диспетчерский пункт. Известное устройство позволяет контролировать режим работы двигательной установки СПС, регистрировать технологические параметры путевых машин, которые определяют качество ремонта железнодорожного пути. Система не обеспечивает в достаточной степени получение информации, характеризующей техническую эффективность применения СПС (объем выработки, эффективность в типовых режимах применения и др.), отсутствует возможность учитывать работу СПС, производящего манипуляции рабочими органами без перемещения по железнодорожному пути, а также отсутствует привязка мест начала и окончания работ к географическим и железнодорожным координатам ((RU 2402448, G01D 5/251, 27.10.2010) - аналог.

Наиболее близкой к заявляемой по совокупности признаков является автоматизированная система контроля за работой специального подвижного состава, которая содержит блок управления, соединенный с блоком хранения данных, дисплеем, звуковым сигнализатором, блоком радиосвязи, блок контроля технических параметров, блок спутниковой навигационной системы, датчик уровня топлива в баке, датчик частоты вращения двигателя, блок питания от бортовой сети, и отличается тем, что дополнительно содержит блок привязки и обработки параметров, первый вход которого подключен к выходу блока контроля технических параметров, второй вход к выходу блока спутниковой навигационной системы, третий вход к выходу датчика уровня топлива в баке, четвертый вход к выходу датчика частоты вращения двигателя, а выход - к первому входу блока управления, дифференциальный датчик расхода топлива и датчик температуры топлива в баке, выходы которых подключены к пятому и шестому входам блока привязки и обработки параметров, блок автономного питания, соединенный с блоком питания от бортовой сети, блок фотофиксации действий рабочих органов и персонала, вход которого соединен с выходом блока управления, а выход с входом блока распознавания изображений, выход которого соединен с вторым входом блока управления, удаленное автоматизированное рабочее место (АРМ), связанное по радиоканалу с блоком радиосвязи. Система обеспечивает повышение достоверности автоматизированного контроля процессов эксплуатации СПС и передачу конечному пользователю оценки объемов фактически выполненных работ и учета технического ресурса СПС. Недостатками системы является то, что она не позволяет в полной мере автоматизировать процессы контроля работы и управления механизмами снегоуборки, для управления работой транспортеров и выбросных устройств поезда требуется участие помощника машиниста в концевом вагоне, невозможно оценить объем убранного с путей снега, не обеспечивается информирование поездной бригады о приближении поезда к устройствам и сооружениям путевой инфраструктуры, которая может быть повреждена в процессе работы поезда (RU 2673853, G05D 1/00, 04.12.2018) - прототип.

Технической проблемой, решаемой предлагаемым изобретением, является создание системы, позволяющей в автоматизированном режиме управлять процессами очистки железнодорожных путей от снега, повысить достоверность контроля оценок объемов фактически выполненных работ по очистке путей, снизить риски повреждения напольного оборудования железнодорожной инфраструктуры.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей системы и повышении достоверности автоматизированного контроля процессов очистки железнодорожных путей от снега.

Технический результат достигается за счет того система управления снегоуборочным поездом, содержащая блок управления, соединенный с дисплеем, звуковым сигнализатором, блоком радиосвязи и блоком хранения данных, выход которого соединен с вторым входом блока радиосвязи, блок питания от бортовой сети, блок автономного питания, соединенный с блоком питания от бортовой сети, блок спутниковой навигационной системы (СНС), блок контроля технических параметров, блок привязки и обработки параметров, первый вход которого подключен к выходу блока контроля технических параметров, второй вход к выходу блока спутниковой навигационной системы, а выход - к входу блока управления, удаленное автоматизированное рабочее место, связанное по радиоканалу с блоком радиосвязи, дополнительно содержит датчики уровня снега, установленные на конструкции промежуточных полувагонов, и выходы которых подключены к блоку привязки и обработки параметров, устройства включения/выключения транспортеров каждого из промежуточных полувагонов, устройство управления выбросным транспортером, устройство включения/выключения рыхлителя, выходы устройств включения/выключения транспортеров промежуточных полувагонов, устройства управления выбросным транспортером, устройства включения/выключения рыхлителя подключены к выходу блока управления, пульт управления, выход которого подключен к входу блока управления, блок видеоконтроля, к входам которого подключены видеокамеры контроля уровня снега, установленные на конструкции промежуточных полувагонов и направленные в сторону транспортеров, две видеокамеры контроля выбросного транспортера и видеокамера контроля дизельного помещения, мобильное автоматизированное рабочее место руководителя работ, связанное по радиоканалу с блоком радиосвязи.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1 - 3, где на фиг. 1 представлена структурная схема системы управления снегоуборочным поездом, на фиг. 2 - типовая конструкция снегоуборочного поезда, а на фиг. 3 - Общий вид снегоуборочного поезда.

Система управления снегоуборочным поездом включает блок управления 1, дисплей 2, звуковой сигнализатор 3, блок радиосвязи 4, блок хранения данных 5, блок питания от бортовой сети 6, блок автономного питания 7, блок спутниковой навигационной системы (СНС) 8, блок контроля технических параметров 9, блок привязки и обработки параметров 10, удаленное автоматизированное рабочее место (АРМ) 11, датчики уровня снега 12, устройства включения/выключения транспортеров промежуточных полувагонов 13, устройство управления выбросным транспортером 14, устройство включения/выключения рыхлителя 15, пульт управления 16, блок видеоконтроля 17, видеокамеры контроля уровня снега на транспортерах промежуточных полувагонов 18, видеокамеры контроля выбросного транспортера 19, видеокамера контроля дизельного помещения 20, мобильное АРМ руководителя работ 21.

Типовая конструкция снегоуборочного поезда (например, «Путевые машины»: Учебник для вузов под редакцией С.А. Соломонова, М.: Желдориздат, 2000, «Поезд самоходный снегоуборочный ПСС-1К. Устройство, эксплуатация, техническое обслуживание»/ В.В. Багажов, Д.В. Воронков, П.О. Шунатов. - М.: ФГБУ ДПО «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2021) состоит (Фиг. 2) из головного полувагона 22, в котором находится кабина 23 с органами управления движением поезда и управления рабочими снегоуборочными органами 24, одного-трех промежуточных полувагонов 25 с транспортером (конвейером) 26, и концевого полувагона 27 с выбросным (разгрузочным) транспортером. Транспортеры передают снег, убираемый с пути питателем головного полувагона, в промежуточные и концевой полувагоны снегоуборочного поезда. Над разгрузочным транспортером концевого вагона установлен рыхлитель, предназначенный для рыхления крупных глыб снега, поступающих из промежуточных вагонов, при разгрузке поезда. Разгрузочное устройство может выгружать снег в любую сторону от оси пути. Двигательная установка с электрогенератором 28 находится в головном полувагоне. Для управления работой снегоуборочного поезда используется поездная бригада в количестве 3-4 человек, один из членов бригады находится в кабине концевого полувагона 27 для контроля и управления работой транспортеров промежуточных полувагонов и выбросного транспортера концевого полувагона. Транспортеры включают по мере накопления снега. Разгружается снегоуборочный поезд разгрузочным устройством концевого полувагона при движении или на стоянке, в правую или левую сторону от оси пути. Еще один член бригады должен находиться в кабине 29 для контроля за работой дизельного двигателя и электрооборудования и проверки пожарного состояния дизельного помещения. Поезд обеспечивает очистку железнодорожных путей с одновременным выбросом снеговой массы под откос, очистку крестовин, обдув рамных рельсов стрелочных переводов вентиляторной установкой, скалывание льда активным льдоскалывателем, уборку сколотого льда боковыми щетками и щеточным питателем. Общий вид поезда показан на Фиг. 3.

Система управления снегоуборочным поездом устроена и работает следующим образом.

На кузов каждого промежуточного полувагона 24 устанавливаются не менее двух датчиков уровня снега 12. Датчики жестко закрепляются на конструкции кузова с помощью кронштейнов или металлических штанг, располагаемых поперек кузова полувагона. Таким же способом на кузов каждого промежуточного полувагона 25 устанавливается по меньшей мере одна видеокамера 18, направленная на транспортер 26 промежуточного полувагона. В концевом полувагоне 27 устанавливаются две видеокамеры 19, направленные в правую и левую сторону, соответствующие зонам работы разгрузочного транспортера.

Входы блока контроля технических параметров 9 подключаются к выходам датчиков двигательной установки, электрогенератора и иных агрегатов и узлов снегоуборочного поезда, датчикам уровня и температуры топлива, датчикам расхода топлива. В процессе работы информация из блока контроля технических параметров 9 поступает в блок привязки и обработки параметров 10, в который также поступает информация от блока спутниковой навигационной системы 8 (точное время, географические координаты и скорость движения поезда). В блоке привязки и обработки параметров 4 производится:

контроль значений основных параметров двигательной установки и электрогенератора (температура и давление масла, температура и уровень охлаждающей жидкости, частота оборотов, напряжение и ток нагрузки генератора);

определение режима работы двигателя (рабочий, транспортный, холостой ход) на основании данных о скорости передвижения поезда, мгновенном расходе топлива и частоте вращения двигателя;

фильтрация и усреднение полученной информации, привязка к текущему времени и текущим географическим координатам и координатам железнодорожной системы отсчета километров.

На входы блока привязки и обработки параметров 10 поступают также сигналы от датчиков уровня снега 12. В качестве датчиков уровня снега 12 могут быть использованы ультразвуковые, радиолокационные, лазерные датчики, способные измерять расстояние до поверхности движущегося по транспортеру 26 снега. В блоке привязки и обработки параметров 10 производится сглаживание и усреднение данных, на основе полученных измерений, а также известных расстояний от датчиков до ленты транспортера, ширины транспортера и скорости его движения, производится вычисление объема снега, перемещаемого по ленте транспортера в единицу времени. Возможен вариант использования сканирующих поверхность снега датчиков, например, лидаров, для повышения точности определения объема снега, находящегося на движущемся транспортере. Из блока привязки и обработки параметров 10 информация поступает в блок управления 1, который обеспечивает отображение на дисплее 2 технических параметров, необходимых персоналу поезда при выполнении технологических операций по очистке пути от снега, а также выдачу предупредительных сигналов в звуковой сигнализатор 3 при достижении параметрами критических значений, возникновении нештатных и аварийных ситуаций. Дисплей 2, звуковой сигнализатор 3 и пульт управления 16 размещаются в кабине 23 головного вагона 22 поезда. Изображения, формируемые всеми видеокамерами 18-20, могут выводиться на дисплей 2.

Видеокамеры контроля уровня снега 18, установленные на конструкции промежуточных полувагонов, обеспечивают контроль за работой транспортеров промежуточных полувагонов. На основании информации о количестве снега, накопленного в полувагонах, поступающей из блока привязки и обработки параметров 10 и полученной путем обработки выходных данных датчиков уровня снега 12, а также выходной информации блока видеоконтроля 17, содержащей результаты контроля объема снега по видеоизображению видеокамер 18, в устройстве управления 1 формируются сигналы включения/выключения транспортеров промежуточных полувагонов. Данные сигналы передаются на соответствующие устройства включения/выключения транспортера полувагона 13, либо отображаются на экране дисплея 2 в виде рекомендаций машинисту поезда. В последнем случае сигналы включения/выключения транспортеров промежуточных полувагонов передаются в ручном режиме с помощью пульта управления 16. С помощью пульта управления 16 также включается и выключается рыхлитель концевого вагона, если на изображениях видеокамер 18 обнаружены глыбы спрессованного снега, а также осуществляется управление работой выбросного транспортера (выброс в правую или левую сторону, включение и выключение). Сигналы управления выбросным транспортером из пульта управления 16 через блок управления 1 передаются в устройство управления выбросным транспортером 14. Видеокамеры контроля выбросного транспортера 19 обеспечивают контроль машинистом процессов выгрузки снега из поезда. Видеокамера контроля дизельного помещения 20 служит для наблюдения за дизельным двигателем и электрооборудованием, и, совместно с информацией о работе и параметрах двигателя, формируемой в блоке привязки и обработки параметров 4, обеспечивает машинисту удаленный контроль обстановки в дизельном помещении головного вагона, включая пожарную.

Перед началом работ по очистке железнодорожных путей от снега в блок хранения данных 5 записывается информация о расположении на участке пути напольных устройств железнодорожной автоматики, светофоров, средств диагностики и иного оборудования, которое может быть повреждено рабочими органами снегоуборочного поезда. Информация может быть записана как с помощью внешних носителей (ноутбук, USB-флеш-накопитель), так и путем передачи по радиоканалу из удаленного АРМ 11. Информация содержит схему участка с указанием негабаритных мест, точные координаты и иные идентификационные признаки, позволяющие заблаговременно предупреждать машиниста о приближении к препятствию. Данная информация через блок радиосвязи 4 передается на мобильное АРМ 21 руководителя работ, который находится непосредственно в зоне проведения работ рядом со снегоуборочным поездом, визуально контролирует процесс снегоуборки и дает команды машинисту поезда на применение того или иного рабочего органа. Предупреждающие сигналы о наличии препятствий также отображаются на дисплее 2, в случае критического (близкого к недопустимому) сокращения дистанции до препятствия выдается звуковой сигнал с помощью звукового сигнализатора 3.

Информация, предназначенная для оценки объемов фактически выполненных работ по уборке снега, расхода и запаса топлива, удельной топливной эффективности технологических операций, аварийных ситуациях через блок радиосвязи 4 передается на удаленное АРМ 11. Весь поток информации из блока управления 1 поступает также в энергонезависимый блок хранения данных 5. В случае временного нарушения связи между блоком радиосвязи 4 и удаленным АРМ И информация сохраняется в блоке хранения данных 5 и в дальнейшем передается на удаленное АРМ после восстановления радиосвязи. Информация из блока хранения данных 5 может также считываться на съемные носители при техническом обслуживании поезда.

Удаленное автоматизированное рабочее место 11 обеспечивает отображение результатов выполненных работ, в том числе в графическом виде с использованием технологии геоинформационных систем, с привязкой информации как к географическим координатам, так и к координатам железнодорожной системы отсчета километров, показателей технической эффективности снегоуборки, данных о расходе и остатках топлива.

Блок автономного питания 7 содержит аккумуляторную батарею и зарядное устройство, которое подключено к блоку питания от бортовой сети 6. При наличии напряжения бортовой сети электропитания (работающей двигательной установке поезда) питание системы осуществляется от блока питания от бортовой сети 6, а аккумуляторная батарея подзаряжается через зарядное устройство. При пропадании напряжения бортовой сети (выключении двигателя либо по иной причине) система автоматически переключается на электропитание от блока автономного питания 7 (аккумуляторной батареи).

Таким образом, предлагается система управления снегоуборочным поездом, которая позволяет расширить функциональные возможности, обеспечить автоматизацию управления и контроля процессов загрузки поезда и выгрузки снега, повысить достоверность контроля процессов очистки железнодорожных путей от снега, обеспечить передачу конечному пользователю (владельцу СПС, железнодорожной инфраструктуры) оценок объемов фактически выполненных работ по очистке путей с привязкой ко времени и месту производства работы, остаточных топливных ресурсах СПС, показателях топливной эффективности технологических операций, исключая участие в процессах формирования и передачи информации вмешательство членов поездной бригады.

Изобретение относится к области специального железнодорожного подвижного состава, в частности к средствам автоматизации контроля и управления процессами очистки железнодорожных путей от снега. Система управления снегоуборочным поездом содержит блок управления, соединенный с дисплеем, звуковым сигнализатором, блоком радиосвязи и блоком хранения данных, выход которого соединен со вторым входом блока радиосвязи, блок питания от бортовой сети, блок автономного питания, соединенный с блоком питания от бортовой сети. Система включает блок спутниковой навигационной системы, блок контроля технических параметров, блок привязки и обработки параметров, первый вход которого подключен к выходу блока контроля технических параметров, второй вход - к выходу блока спутниковой навигационной системы, а выход - к входу блока управления, а также удаленное автоматизированное рабочее место, связанное по радиоканалу с блоком радиосвязи. Дополнительно система содержит датчики уровня снега, установленные на конструкции промежуточных полувагонов и выходы которых подключены к блоку привязки и обработки параметров, устройства включения/выключения транспортеров каждого из промежуточных полувагонов, устройство управления выбросным устройством, устройство включения/выключения рыхлителя, выходы устройств включения/выключения транспортеров промежуточных полувагонов, устройства управления выбросным транспортером, устройства включения/выключения рыхлителя подключены к выходу блока управления. Система включает пульт управления, выход которого подключен к входу блока управления, блок видеоконтроля, к входам которого подключены видеокамеры контроля уровня снега, установленные на конструкции промежуточных полувагонов и направленные в сторону транспортеров, две видеокамеры контроля выбросного транспортера и видеокамера контроля дизельного помещения, мобильное автоматизированное рабочее место руководителя работ, связанное по радиоканалу с блоком радиосвязи. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей системы и повышении достоверности автоматизированного контроля процессов очистки железнодорожных путей от снега. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система управления снегоуборочным поездом, содержащая блок управления, соединенный с дисплеем, звуковым сигнализатором, блоком радиосвязи и блоком хранения данных, выход которого соединен со вторым входом блока радиосвязи, блок питания от бортовой сети, блок автономного питания, соединенный с блоком питания от бортовой сети, блок спутниковой навигационной системы, блок контроля технических параметров, блок привязки и обработки параметров, первый вход которого подключен к выходу блока контроля технических параметров, второй вход - к выходу блока спутниковой навигационной системы, а выход - к входу блока управления, удаленное автоматизированное рабочее место, связанное по радиоканалу с блоком радиосвязи, отличающаяся тем, что дополнительно содержит датчики уровня снега, установленные на конструкции промежуточных полувагонов и выходы которых подключены к блоку привязки и обработки параметров, устройства включения/выключения транспортеров каждого из промежуточных полувагонов, устройство управления выбросным устройством, устройство включения/выключения рыхлителя, выходы устройств включения/выключения транспортеров промежуточных полувагонов, устройства управления выбросным транспортером, устройства включения/выключения рыхлителя подключены к выходу блока управления, пульт управления, выход которого подключен к входу блока управления, блок видеоконтроля, к входам которого подключены видеокамеры контроля уровня снега, установленные на конструкции промежуточных полувагонов и направленные в сторону транспортеров, две видеокамеры контроля выбросного транспортера и видеокамера контроля дизельного помещения, мобильное автоматизированное рабочее место руководителя работ, связанное по радиоканалу с блоком радиосвязи.

2. Система управления снегоуборочным поездом по п. 1, отличающаяся тем, что датчики уровня снега, устройства включения/выключения транспортеров промежуточных полувагонов, устройство управления выбросным транспортером, устройство включения/выключения рыхлителя подключены к блоку управления с помощью устройств беспроводной передачи данных.

3. Система управления снегоуборочным поездом по п. 1, отличающаяся тем, что видеокамеры контроля уровня снега, установленные на конструкции промежуточных полувагонов и направленные в сторону транспортеров, две видеокамеры контроля выбросного транспортера и видеокамера контроля дизельного помещения подключены к блоку видеоконтроля с помощью устройств беспроводной передачи данных.