Автоматизированное устройство измерения износа контактных пластин токоприемника Российский патент 2025 года по МПК B60L5/20 G01M17/08 B60L3/12 

Изобретение относится к транспортной технике, а именно к устройствам диагностики токоприемников электроподвижного состава (ЭПС).

Известно устройство измерения износа контактных пластин токоприемника (см. описание к авторскому свидетельству №1594006, опубл. 23.09.1990, Бюл. №35, которое является усовершенствованием изобретения к авторскому свидетельству №1172762), содержащее измерительный щуп, взаимодействующий с контактной пластиной токоприемника и связанный с регистрирующим прибором и виброприводом, установленными на подвижной каретке, закрепленной на полосе токоприемника, снабжено упругим элементом, сочленением с виброприводом и оснащенным узлом регулирования жесткости.

Известно устройство измерения износа контактных пластин токоприемника (см. описание к авторскому свидетельству №1799751, опубл. 07.03.1993, Бюл. №9), содержащее связанный с регистрирующим прибором измерительный щуп, сочлененный с подвижной кареткой, размещенный на направляющей рейке, укрепленной на полозе токоприемника, датчик силы сопротивления движению щупа по контактной пластине и узел регулировки нажатия щупа.

Известно автоматизированное устройство измерения износа контактных пластин токоприемника (см. Жарков В.Т., Михеев В.П. Регистрация износа контактных пластин токоприемников в линейных условиях // Энергоснабжение электрических железных дорог: Труды ОмИИТа. - М.: Транспорт, 1967, вып. №74. - с. 135-141). Устройство содержит измерительный щуп, связанный с контактной пластиной токоприемника и с регистрирующим прибором, установленным на подвижной каретке, смонтированной на направляющей рейке, укрепляемой на полозе токоприемника вдоль указанной контактной пластины посредством элементов фиксации.

Указанные выше устройства обладают рядом недостатков, как невозможностью прямого автоматизированного включения данных в электронный паспорт ЭПС (токоприемника), сложность и трудоемкость обработки полученных данных.

Наиболее близким техническим решением является автоматизированное устройство измерения износа контактных пластин токоприемника (см. описание к патенту РФ №2243909, опубл. 10.08.2004, Бюл. 22), содержащее измерительный щуп, связанный с контактной пластиной токоприемника и с регистрирующим прибором, установленным на подвижной каретке, смонтированной на направляющей рейке, укрепляемой на полозе токоприемника вдоль указанной контактной пластины посредством элементов фиксации, электропривод с ходовым винтом, на котором закреплена вышеупомянутая подвижная каретка, а перемещения измерительного щупа и регистрирующего прибора фиксируются соответственно аналоговыми датчиками износа и перемещения, соединенные через амплитудно-цифровой преобразователь с ПЭВМ (персональная электронно-вычислительная машина).

Указанные выше устройства измерения износа контактных пластин токоприемника обладают существенным недостатком, а именно невозможностью заблаговременно обнаружить дефект токосъемной пластины токоприемника подвижного состава во время движения без человеческого вмешательства в конструкцию токоприемника, находящегося под высоким напряжением.

Цель заявленного изобретения заключается в автоматизации определения параметров токосъемной пластины токоприемника в реальном времени с дальнейшей записью полученных данных при работе в сети постоянного или переменного тока, заблаговременное обнаружение дефектов токосъемной пластины токоприемника подвижного состава во время движения без человеческого вмешательства в конструкцию токоприемника, находящегося под высоким напряжением, а также систематизация и обработка данных по износу контактных пластин, определение времени и возможности принятия своевременных превентивных ремонтных мероприятий по замене токосъемной пластины токоприемника, снижение трудоемкости, повышение точности и прогнозирования сроков замены изношенных контактных пластин токоприемника с использованием для измерения электронно-вычислительной техники с программным обеспечением.

Поставленная цель достигается тем, что в автоматизированное устройство измерения износа контактных пластин токоприемника, содержащее датчик напряжения, ПЭВМ, дополнительно введены два датчика тока, интегратор, два преобразователя сигнала, масштабирующий усилитель, блок хранения данных, блок тактирования реального времени, блок приемопередатчика цифрового протокола, блок подключения цифрового протокола, четыре преобразователя напряжения, при этом ПЭВМ выполнен с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и поддержкой цифрового протокола обмена данными, причем датчики тока гальванически развязаны и закреплены на высоковольтной шине токоприемника, выход первого датчика тока подключен через первый преобразователь сигнала к первому входу ПЭВМ, выход второго датчика тока подключен к первому входу интегратора, а его выход подключен через второй преобразователь сигнала к второму входу ПЭВМ, выход датчика напряжения подключен через масштабирующий усилитель к третьему входу ПЭВМ, блок тактирования реального времени выходом подключен к четвертому входу ПЭВМ, блок приемопередатчика цифрового протокола первым выходом подключен к блоку подключения цифрового протокола, а выход последнего подключен к первому входу блока приемопередатчика цифрового протокола, второй выход блока приемопередатчика цифрового протокола подключен к шестому входу ПЭВМ, а второй выход ПЭВМ подключен к второму входу блока приемопередатчика цифрового протокола, первый выход ПЭВМ подключен к первому входу блока хранения данных, выход которого подключен к седьмому входу ПЭВМ, при этом первый преобразователя напряжения соединен с источником питания постоянного тока, выходы первого преобразователя напряжения подключены к входам первого и второго датчиков тока, третьему входу датчика напряжения и входу второго преобразователя напряжения, выходы второго преобразователя напряжения подключены к входам третьего и четвертого преобразователей напряжения, выходы третьего преобразователя напряжения подключены, соответственно, к вторым входам интегратора, первого преобразователя сигнала, второго преобразователя сигнала, масштабирующего усилителя, блока хранения данных и третьему входу блока приемопередатчика цифрового протокола, два выхода четвертого преобразователя напряжения подключены к входу блока тактирования реального времени и пятому входу ПЭВМ, причем первый, второй и третий входы ПЭВМ выполняют функцию аналого-цифрового преобразователя (АЦП), а четвертый, шестой, седьмой входы, первый и второй выходы ПЭВМ выполняют функцию цифрового протокола обмена данными.

Автоматизированное устройство измерения износа контактных пластин токоприемника может быть снабжено блоком индикации для визуального отображения данных о состоянии контактной пластины токоприемника в процессе эксплуатации, выход которого подключен к второму входу блока подключения цифрового протокола, второй выход которого подключен к второму входу блока индикации, третий выход второго преобразователя подключен к первому входу блока индикации.

Отличительными признаками предлагаемого технического решения является автоматизация определения параметров токосъемной пластины токоприемника в реальном времени с дальнейшей записью полученных данных при работе в сети постоянного или переменного тока, систематизация и обработка данных по износу контактных пластин, прогнозирования сроков замены изношенных контактных пластин токоприемника, и возможность принятия своевременных ремонтных мероприятий по замене токосъемной пластины токоприемника, что в целом обеспечивает безопасность эксплуатации электроподвижного состава.

Предлагаемое автоматизированное устройство измерения износа контактных пластин токоприемника иллюстрируется чертежами: на фиг. 1 - блок-схема устройства, фиг. 2 - блок - схема устройства с блоком индикации.

Автоматизированное устройство измерения износа контактных пластин токоприемника (фиг. 1) содержит датчик напряжения, ПЭВМ, два датчика тока 1 и 2, интегратор, два преобразователя сигнала 1 и 2, масштабирующий усилитель, блок хранения данных, блок тактирования реального времени, блок приемопередатчика цифрового протокола, блок подключения цифрового протокола, четыре преобразователя напряжения 1, 2, 3, 4, при этом ПЭВМ выполнен с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и поддержкой цифрового протокола обмена данными, а первый, второй и третий входы ПЭВМ выполняют функцию аналого-цифрового преобразователя (АЦП), а четвертый, шестой, седьмой входы, первый и второй выходы ПЭВМ выполняют функцию цифрового протокола обмена данными.

Датчики тока 1 и 2 гальванически развязаны и закреплены на высоковольтной шине токоприемника, выход первого датчика тока подключен через первый преобразователь сигнала к первому входу ПЭВМ. Выход второго датчика тока подключен к первому входу интегратора, а выход которого подключен через второй преобразователь сигнала к второму входу ПЭВМ.

Выход датчика напряжения подключен через масштабирующий усилитель к третьему входу ПЭВМ.

Блок тактирования реального времени выходом подключен к четвертому входу ПЭВМ. Первый выход блока приемопередатчика цифрового протокола подключен к первому входу блока подключения цифрового протокола, а его первый выход подключен к первому входу блока приемопередатчика цифрового протокола. Второй выход блока приемопередатчика цифрового протокола подключен к шестому входу ПЭВМ, а второй выход ПЭВМ подключен к второму входу блока приемопередатчика цифрового протокола.

Первый вход блока хранения данных подключен к первому выходу ПЭВМ, а выход блока хранения данных подключен к седьмому входу ПЭВМ.

Первый преобразователя напряжения соединен с источником питания постоянного тока, выходы первого преобразователя напряжения подключены к входам первого и второго датчиков тока, третьему входу датчика напряжения и входу второго преобразователя напряжения.

Выходы второго преобразователя напряжения подключены к входам третьего и четвертого преобразователей напряжения.

Выходы третьего преобразователя напряжения подключены, соответственно, к вторым входам интегратора, первого преобразователя сигнала, второго преобразователя сигнала, масштабирующего усилителя, блока хранения данных и третьему входу блока приемопередатчика цифрового протокола.

Первый выход четвертого преобразователя напряжения подключен к входу блока тактирования реального времени, а второй выход подключен к пятому входу ПЭВМ,

В автоматизированное устройство измерения износа контактных пластин токоприемника (фиг. 2) может быть введен блок индикации, выход которого подключен к второму входу блока подключения цифрового протокола, второй выход которого подключен к второму входу блока индикации, к первому входу блока индикации подключен третий выход второго преобразователя.

Автоматизированное устройство измерения износа контактных пластин токоприемника может проводить измерения на переменном и постоянном токе и работает следующем образом:

Датчики тока 1 и 2 жестко закрепляют на высоковольтной шине токоприемника. При возникновении тока, протекающего по высоковольтной шине токоприемника, первый датчик тока фиксирует действующее значение тока, которое поступает через первый преобразователь сигнала на первый вход ПЭВМ в виде значения напряжения. Первый преобразователь сигнала выполняет функцию согласования уровней напряжения поступающего на вход сигнала с первого датчика тока и шкалой АЦП первого входа ПЭВМ.

Значение сигнала на первом входе ПЭВМ записывается в блоке хранения данных и синхронизируется с блоком тактирования реального времени.

При возникновении импульса тока второй датчик тока фиксирует мгновенное значение тока, которое через интегратор передается на второй преобразователь сигнала.

Второй преобразователь сигнала выполняет функцию согласования уровней напряжения поступающего на вход сигнала с второго датчика тока и шкалой АЦП второго входа ПЭВМ.

Значение сигнала на втором входе ПЭВМ и соответствующее ему значение времени с блока тактирования реального времени записываются в блок хранения данных.

Датчик напряжения измеряет амплитуду напряжения высоковольтной шины токоприемника, которое поступает на масштабирующий усилитель, затем последний производит сопоставление значения напряжения на первом входе и на третий вход ПЭВМ передает скорректированное значение напряжения для шкалы АЦП.

Значение напряжения с первого входа ПЭВМ и соответствующее ему значение времени с блока тактирования реального времени записываются в блок хранения данных.

Данные с первого, второго и третьего входов ПЭВМ, синхронизированные по времени с четвертого входа ПЭВМ, передаются на шину данных через блок приемопередатчика цифрового протокола.

С третьего выхода ПЭВМ на первый вход индикатора поступает сигнал при возникновении импульса тока.

Активация устройства происходит при подключении источника питания постоянного тока к преобразователю напряжения 1, который питает датчик тока 1, датчик тока 2, датчик напряжения и преобразователь напряжения 2, который питает преобразователь напряжения 3. При этом преобразователь 3 питает интегратор, преобразователь сигнала 1, преобразователь сигнала 2, масштабирующий усилитель, блок хранения данных, блок приемопередатчика цифрового протокола и преобразователь напряжения 4, который, в свою очередь, питает блок тактирования реального времени и ПЭВМ.

Первый датчик тока производит измерение действующего значения тока на высоковольтной шине токоприемника, затем формирует пропорциональный токовый сигнал в диапазоне от 4 до 20 мА, который передается на преобразователь сигнала 1, в это же время датчик тока 2 считывает с высоковольтной шины токоприемника интегральную составляющую тока, формирует пропорциональный токовый сигнал в диапазоне от 4 до 20 мА, который поступает на преобразователь сигнала 2 через интегратор. В это же время гальванически развязанный датчик напряжения измеряет напряжение высоковольтной шины и передает пропорциональный сигнал тока в диапазоне от 4 до 20 мА на масштабирующий усилитель, который преобразует полученный сигнал в диапазон напряжения АЦП ПЭВМ.

Затем все вышеописанные сигналы поступают на 1, 2 и 3 входы АЦП ПЭВМ, где синхронизированные оцифрованные по времени данные в двоичном коде записываются в блок хранения данных. Синхронизация данных по времени происходит с помощью блока тактирования реального времени.

Параллельно ПЭВМ отправляет данные в двоичном коде в блок подключения цифрового протокола через блок приемопередатчика цифрового протокола.

Измерение износа контактных пластин в процессе движения электроподвижного состава (ЭПС) осуществляют в моменты подъема и опускания пантографа, начало движения и остановки, движения состава, возникновения и затухания электрической дуги.

Все указанные процессы измерения на каждой токовой пластине токоприемника возникают в процессе эксплуатации. Для своевременного определения критической степени износа токовой пластины токоприемника определяется следующим образом.

После установки новой токовой пластины на токоприемник ЭПС, измеряемые датчиком тока 1, действующие значения тока будут варьироваться около значений I_{ДЕЙСТВ1} так как контакт с токоведущим проводом будет максимально качественным. В эти моменты измерений интегральная составляющая тока I_ИНТ1 измеряемые датчиком тока 2, будут варьироваться в пределах одного фиксированного значения, потому что контакт между токовой пластиной токоприемника и токоведущим проводом будет оптимальным, а вероятность возникновения искровых промежутков минимальный. При возникновении разрушающего фактора, а именно электрического пробоя (возникновения достаточной разности потенциалов для возникновения электрической дуги) - между значениями с датчика тока 1 будет возникать временная пауза Δt₁, а в это время датчик тока 2 будет фиксировать быстрое возрастание тока за короткий промежуток времени (в течение нескольких наносекунд). В этот момент величина считываемого высоковольтного напряжения необходима для определения разрушающего фактора: был ли это дефект высоковольтной шины токоприемника или износ токовой пластины токоприемника.

Дефект провода сопровождается возникновением переходного процесса в месте соединения токовой пластины токоприемника с высоковольтной шиной и объясняется тем, что величина напряжения на этом участке меньше U_d (действующее значение напряжения).

Возникновение износа контактной пластины будет сопровождаться частыми кратковременными импульсами тока на датчике тока 2 в то время, когда значения с датчика тока 1 будут заметно изменяться.

На основе трех потоков данных, поступающих на 1, 2 и 3 входы ПЭВМ, синхронизированных по времени, определяют неисправность токовой пластины токоприемника. После чего выдают информацию машинисту ЭПС о необходимости прохождения одного из видов технического осмотра (или обслуживания) в ДЭПО.

Для удобства оповещения машиниста ЭПС к устройству может быть подключен блок индикации (см. фиг. 2). Блок индикации активируется после подключения к устройству источника питания постоянного тока и с третьего выхода преобразователя напряжения 2 на первый вход блока индикации поступает напряжение питания; блок индикации своим выходом подключен к второму входу блока подключения цифрового протокола, а последний своим вторым выходом подключен ко второму входу блока индикации. Блок индикации располагается непосредственно в кабине машиниста ЭПС и на нем присутствуют элементы для вывода числовой и/или графической информации, которая поступает от ПЭВМ в процессе движения. Блок индикации предоставляет машинисту графическую и/или численную информацию о параметрах токоприемника, которые обрабатывает ПЭВМ.

Устройство может быть интегрировано с комплексным локомотивным устройством безопасности, что позволит автоматизировать процесс определения электрических параметров токосъемной пластины токоприемника в реальном времени, заблаговременно обнаружить дефект токосъемной пластины токоприемника без человеческого вмешательства в конструкцию токоприемника, находящегося под высоким напряжением.

Предлагаемое устройство измерения износа контактных пластин токоприемника позволит обеспечить систематизацию и обработку данных по износу контактных пластин, повысить точность и прогнозирования сроков замены изношенных контактных пластин токоприемника, и возможность принятия своевременных ремонтных мероприятий по замене токосъемной пластины токоприемника, что в целом обеспечивает безопасность эксплуатации ЭПС.

Изобретение относится к диагностике токоприемников транспортных средств. Автоматизированное устройство измерения износа контактных пластин токоприемника содержит датчик напряжения, ПЭВМ, два датчика тока, интегратор, два преобразователя сигнала, масштабирующий усилитель, блок хранения данных, блок тактирования реального времени, блок приемопередатчика цифрового протокола, блок подключения цифрового протокола, четыре преобразователя напряжения. При этом ПЭВМ выполнен с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и поддержкой цифрового протокола обмена данными. Причем первый, второй и третий входы ПЭВМ выполняют функцию аналого-цифрового преобразователя (АЦП), а четвертый, шестой, седьмой входы, первый и второй выходы ПЭВМ выполняют функцию цифрового протокола обмена данными. Также устройство может содержать блок индикации для визуального отображения данных о состоянии контактной пластины токоприемника в процессе эксплуатации. Технический результат заключается в обеспечении систематизации и обработки данных по износу контактных пластин, повышении точности и прогнозирования сроков замены изношенных контактных пластин токоприемника. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Автоматизированное устройство измерения износа контактных пластин токоприемника, содержащее датчик напряжения, ПЭВМ, отличающееся тем, что в него дополнительно введены два датчика тока, интегратор, два преобразователя сигнала, масштабирующий усилитель, блок хранения данных, блок тактирования реального времени, блок приемопередатчика цифрового протокола, блок подключения цифрового протокола, четыре преобразователя напряжения, при этом ПЭВМ выполнен с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и поддержкой цифрового протокола обмена данными, причем датчики тока гальванически развязаны и закреплены на высоковольтной шине токоприемника, выход первого датчика тока подключен через первый преобразователь сигнала к первому входу ПЭВМ, выход второго датчика тока подключен к первому входу интегратора, а его выход подключен через второй преобразователь сигнала ко второму входу ПЭВМ, выход датчика напряжения подключен через масштабирующий усилитель к третьему входу ПЭВМ, блок тактирования реального времени выходом подключен к четвертому входу ПЭВМ, блок приемопередатчика цифрового протокола первым выходом подключен к блоку подключения цифрового протокола, а выход последнего подключен к первому входу блока приемопередатчика цифрового протокола, второй выход блока приемопередатчика цифрового протокола подключен к шестому входу ПЭВМ, а второй выход ПЭВМ подключен ко второму входу блока приемопередатчика цифрового протокола, первый выход ПЭВМ подключен к первому входу блока хранения данных, выход которого подключен к седьмому входу ПЭВМ, при этом первый преобразователь напряжения соединен с источником питания постоянного тока, выходы первого преобразователя напряжения подключены к входам первого и второго датчиков тока, третьему входу датчика напряжения и входу второго преобразователя напряжения, выходы второго преобразователя напряжения подключены к входам третьего и четвертого преобразователей напряжения, выходы третьего преобразователя напряжения подключены, соответственно, ко вторым входам интегратора, первого преобразователя сигнала, второго преобразователя сигнала, масштабирующего усилителя, блока хранения данных и третьему входу блока приемопередатчика цифрового протокола, два выхода четвертого преобразователя напряжения подключены к входу блока тактирования реального времени и пятому входу ПЭВМ, причем первый, второй и третий входы ПЭВМ выполняют функцию аналого-цифрового преобразователя (АЦП), а четвертый, шестой, седьмой входы, первый и второй выходы ПЭВМ выполняют функцию цифрового протокола обмена данными.

2. Автоматизированное устройство измерения износа контактных пластин токоприемника, выполненное по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено блоком индикации для визуального отображения состояния контактной пластины токоприемника в процессе эксплуатации, выход которого подключен ко второму входу блока подключения цифрового протокола, второй выход которого подключен ко второму входу блока индикации, третий выход второго преобразователя подключен к первому входу блока индикации.