Устройство для исследования тормозных приборов железнодорожных транспортных средств Советский патент 1986 года по МПК G01M17/00 B60T17/22 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и предназначено для исследования тормозных приборов транспортных средств и систем управления тягой и тормозной силой локомотива.

Цель изобретения - повышение точности путем имитации .сил, сопровождающих движение поезда по переломному профилю.

На чертеже показана структурная схема устройства для исследования тормозных приборов транспортных средств.

Устройство содержит блок 1 управления, модель 2 локомотива, модели 3 вагонов, блок 4 моделирования тормозной системы, формирователи 5 сигнала, пропорционального коэффициенту трения тормозных колодок, формирователи 6 сигнала, пропорционального тормозной силе, формирователь 7 сигнала, пропорционального составляющей силы тяжести, и блоки 8 задержки. Количество моделей 3 вагонов равно числу вагонов в поезде. На модель 2 локомотива и на каждую модель 3 вагона приходится по одному формирователю 5 сигнала, пропорционального коэффициенту трения, и формирователю 6 сигнала, пропорционального тормозной силе. На каждую модель 3 вагона приходится по одному блоку 8 задержки.

Блок 1 управления содержит элемент 9 управления тягой и электрическим торможением, элемент 10 управления пневматическим торможением, а также приборы контроля, средства включения и выключения и устройства энергопитания всех элементов устройства (не показаны).

Модель 2 локомотива содержит формирователь 11 сигнала, пропорционального силе локомотива, и формирователь 12 сигнала, пропорционального скорости с имитатором массы. Каждая модель 3 вагона содержит формирователь 13 сигнала, пропорционального силе в автосцепке с имитатором сигнала, пропорционального зазору, и формирователь 14 сигнала, пропорционального скорости с имитатором массы.

Блок 4 моделирования тормозной системы содержит модель 15 тормозной системы локомотива и модель 16 тормозной системы вагонов. В модели 2 локомотива выход формирователя 11 сигнала, пропорционального силе локомотива, связан с первым входом формирователя 12 сигнала, пропорционального скорости, а выход формирователя 12 скорости связан с вторым входом формирователя 11 сигнала, пропорционального силе локомотива. Первый вход формирователя 11 сигнала, пропорционального силе локомотива, связан с элементом 9 управления тягой и электрическим торможением блока 1 управления. В каждой модели вагона выход формирователя 13 сигнала силы в автосцепке связан с первым входом формирователя 14 сигнала, пропорционального скорости, а выход формирователя 14 связан с первым входом формирователя 13. Все модели как

локомотива, так и вагонов связаны между собой следующим образом: выход формирователя сигнала, пропорционального скорости предыдущей модели, подключен к второму

входу формирователя сигнала, пропорционального силе последующей модели, а выход формирователя сигнала, пропорционального силе последующей модели, соединен с вторым входом формирователя сигнала, пропорционального скорости предыдущей мо- дели. Третьи входы формирователей сигнала, пропорционального скорости в каждой модели, соединены с выходами соответствующих им формирователей 6, а четвертые входы - с выходами формирователя 7 сигнала, пропорционального составляющей силы тяжести (для модели локомотива), и с выходами соответствующих блоков 8 запаздывания (для модели вагонов). Первые входы преобразователей 6 соединены с соответствующими им выходами блока

4 моделирования тормозной системы, а вторые - с соответствующими им выходами формирователей 5 сигнала, пропорционально- го коэффициенту трения. Вход каждого формирователя 5 подключен к выходу формирователя сигнала, пропорционального скорости соответствующей ему модели.

Элемент 10 управления пневматическим торможением блока 1 управления связан с входом блока 4.

К выходу формирователя 7 сигнала,

пропорционального составляющей силы тяжести, подключен блок 8 задержки, далее - выход предыдущего блока задержки подключен к входу последующего.

В основе построения схем и взаимодействия отдельных блоков устройства между

собой лежат, дифференциальные уравнения движения поезда, которые имеют вид (поезд из экипажей - локомотива и п вагонов)

Vi+ mi(Si- 5,i± Fi+ Qi-Bri); q, Vi I- Vb S; Si(qi, qi);

i oTn; So 0; o 0; f , ,

где mi, Vi - масса и скорость движения .i-ro экипажа;

Si, 5,4. - силы, действующие на этот экипаж со стороны соседних экипажей;qi - относительное перемещение г -го

экипажа в поезде;

- сила тяги или электрического

торможения, прикладываемая к локомотиву; Q, - продольная составляющая силы

тяжести i-ro экипажа; Вт;-сила пневматического торможения, действующая на i-й экипаж. При этом знак «плюс перед FO соответствует приложению к локомотиву («нулевому экипажу) силы тяги, знак «минус -

55

силы электрического торможения; знак «плюс перед Q; соответствует движению /-ГО экипажа на спуске, знак «минус - на подъеме.

Конструктивно устройство состоит из следующих блоков и элементов, взаимо связанных друг с другом.

Элемент 9 управления тягой и силой электрического торможения представляет собой контроллер машиниста.

Элемент 10 управления пневматическим торможением содержит прямодействующий тормоз и кран машиниста.

Блок 4 моделирования тормозной системы, имеющий п+1 секций, представляет собой групповую испытательную станцию - реальную тормозную магистраль, каждая секция которой содержит воздухораспределитель, запасной резервуар и тормозной цилиндр. Длина каждой секции соответствует длине тормозной магистрали одного вагона. Секции соединяются между собой соединительными рукавами. В конце тормозной системы поезда имеется концевой кран. Тормозные цилиндры оборудованы датчиками давлений, преобразующими изменение давления в тормозных цилиндрах в электрические напряжения - аналоги сил нажатия тормозных колодок.

Остальные элементы устройства построены на базе электронных узлов аналоговых вычислительных машин.

Работа устройства в соответствии с режимами движения реального поезда может быть разбита на следующие этапы: тро- гание с места; движение по участку заданного продольного профиля пути с определенной скоростью; отпуск тормозов и движение на выбеге; торможение с целью остановки.

Этап первый - трогание с места. При подаче сигнала посредством элемента 9 управления тягой и силой электрического торможения блока 1 управления включается в работу формирователь 11. Выработанное этим формирователем электрическое напряжение - аналог силы тяги поступает на первый вход формирователя 12 сигнала, пропорционального скорости с имитатором массы, модели 2 локомотива, на выходе которого формируется электрическое напряжение - аналог скорости движения локомотива. Это напряжение подается на второй вход формирователя 13 сигнала, пропорционального силе в автосцепке с имитатором зазора, модели 3 первого вагона, на выходе которого формируется электрическое напряжение - аналог продольной силы. Это напряжение поступает на второй вход формирователя 12 модели 2 и на первый вход формирователя 14 с имитатором массы модели 3. Теперь формирователем 12 модели 2 формируется электрическое напряжение - аналог скорости движения локомотива с учетом взаимодействия локомотива и пер5

вого вагона, как и в реальном составе. На выходе формирователя 14 модели 3 появляется электрическое напряжение - аналог скорости движения первого вагона. Это напряжение одновременно поступает на формирователь 13 модели 3, которым формируется теперь электрическое напряжение - аналог силы в автосцепках между локомотивом и первым вагоном с учетом скоростей движения локомотива и первого вагона. Далее 0 напряжение с выхода формирователя 14 поступает на второй вход формирователя 13 сигнала, пропорционального силе в автосцепке с имитатором зазора, модели 3 второго вагона.

При трогании с места, в отсутствии давления в тормозных цилиндрах, на выходах преобразователей 6 напряжение отсутствует, поэтому третьи входы формирователей 12 и 14 не используются. Также не используются четвертые входы перечисленных 0 формирователей, так как на выходах формирователя 7 и блоков 8 запаздывания напряжения также отсутствуют.

Когда на выходах формирователей 12 и 14 установится одинаковое напряжение (с учетом масштабов моделирования), процесс трогания можно считать законченным.

Этап второй - движение по участку заданного продольного профиля пути с определенной скоростью.

Все электрические напряжения - анало- ги на выход формирователей 11 -13 предполагаются действующими с первого этапа. Включается формирователь 7, который вырабатывает электрическое напряжение - аналог продольной составляющей силы тяжести экипажа поезда при движении по участку ломанного продольного профиля пути. Это напряжение поступает на четвертый вход формирователя 12. В этом случае формирователем 12 формируется электрическое напряжение - аналог скорости

0 движения локомотива с учетом алебраи- ческой суммы электрических напряжений- аналогов составляющих сил тяжести, сил в автосцепке и силы тяги локомотива, приходящих с формирователей 7, 13 и 11 на соответствующие входы формирователя 12.

Электрическое напряжение - аналог скорости движения локомотива изменяется. Одновременно сигнал с формирователя 7 поступает на вход блока 8 задержки. Через промежуток времени, соответствующий

„ проезду локомотивом с заданной скоростью участка продольного профиля пути, имитируется въезд первого вагона на этот участок. При этом с блока 8 задержки на четвертый вход формирователя 14 поступает электрическое напряжение - аналог составля5 ющей силы тяжести первого вагона. На выходе формирователя 14 по аналогии с формирователем 12 происходит изменение электрического напряжения - аналога скорости движения первого вагона поезда. В дальнейшем с выходов блоков 8 задержки последовательно поступают электрические напряжения - аналоги составляющих сил тяжести последующих вагонов поезда. По аналогии с тем, как изменилось электрическое напряжение - аналог скорости движения локомотива и первого вагона поезда, изменяются электрические напряжения - аналоги скоростей движения всех остальных вагонов.

Если продольный профиль пути таков, что поезд идет на подъем и надо поддержать постоянную скорость, то как и в случае этапа трогания с места посредством элемента 9 управления подается сигнал на дополнительный набор силы тяги. При этом в модели 2 локомотива и в модели 3 вагонов происходят процессы, аналогичные процессам при трогании.

В случае, когда на участке продольного профиля пути есть спуск, скорость поезда может увеличиться. Ее снижение производится торможением.

Предполагается, что к началу торможения сила тяги снимается, т.е. исчезает электрическое напряжение - аналог силы тяги на выходе формирователя 11 по сигналу элемента 9. Все остальные электрические напряжения - аналоги сохраняют свои мгновенные (текущие) значения.

Рассматриваются три основных вида торможения: пневматическое с торможением всего состава (торможение краном машиниста) ; пневматическое с торможением только локомотива (торможение прямодейст- вующим тормозом); электрическое торможение локомотива (рекуперативное или реостатное).

Рассмотрим последовательность работы элементов установки при первом виде торможения. По сигналу элемента 10 управления пневматическим торможением снижается давление во всей модели 4 тормозной системы поезда. Изменение давления в тормозных цилиндрах тормозной системы поезда фиксируется датчиками давления, которыми оборудованы тормозные цилиндры (тормозные цилиндры и датчики давления отдельно не показаны). Электрические напряжения - аналоги давлений в тормозных цилиндрах поступают на первые входы формирователей 6 сигнала, пропорционального тормозной силе. На вход формирователя 5 подается сигнал с выхода формирователя 12, на входы формирователей 5 подаются сигналы с выходов формирователей 14. На вторые входы формирователей 6 с выходов формирователей 5 поступают электрические напряжения - аналоги коэффициентов трения тормозных колодок. В формирователях 6 происходит перемножение этих напряжений по схеме двухквадрантного множитель- но-делительного устройства и на выходах формирователей 6 появляются электрические

0

5

напряжения - аналоги тормозных сил, действующих на соответствующие экипажи. В блоке 4 тормозная система поезда является реальной и при ее работе сигналы с датчиков давлений каждого тормозного ци- линдра появляются последовательно, начиная с первого, по мере распространения тормозной волны. В соответствии с этим электрические напряжения - аналоги тормозных сил экипажей также последовательно

формируются на выходах формирователей б и поступают на третьи входы формирователей 12 и 14. При этом формирователями 12 и 14 формируются электрические напряжения - аналоги скоростей движения экипажей поезда с учетом алгебраических сумм электрических напряжений - аналогов составляющих сил тяжести, сил в автосцепке и тормозных сил. На выходах формирователей 12 и 14 электрические напряжения- аналоги скоростей движения экипажей поезда снижаются до определенного уровня. При втором виде - торможении прямо- действующим тормозом - по сигналу элемента 10 управления пневматическим торможением происходит увеличение давления в тормозных цилиндрах только модели 15 тормозной системы локомотива. Аналогично описанному происходит формирование электрического напряжения - аналога тормозной силы локомотива на выходе формирователя 6. На выходе формирователя 12 уменьшается электрическое напряжение - аналог скоро0 сти движения локомотива с учетом алгебраической суммы электрических напряжений - аналогов продольных составляющих сил тяжести, тормозных сил локомотива и значения продольной силы в автосцепке между локомотивом и первы.м вагоном. Таким образом, изменяется электрическое напряжение-аналог продольной силы на выходе формирователя 13 и уменьшается электрическое напряжение - аналог скорости первого вагона на выходе формирователя 14.

0 В дальнейшем происходит срабатывание формирователей 13 и 14 до последней модели вагона. В результате на выходах формирователей 12 и 14 напряжения - аналоги скоростей движения локомотива и вагонов снижаются до определенного уровня.

5

В случае применения электрического торможения по команде элемента 9 управления происходит формирование электрического напряжения-аналога силы электрического торможения локомотива на выходе формирователя 11 противоположного знака по отношению к электрическому напряжению-аналогу силы тяги локомотива на этапе трогания с места. Это электрическое напряжение-аналог тормозной силы локомотива, 5 сформированное без участия тормозных цилиндров модели 4 тормозной системь поезда, как в предыдущем случае, поступает на вход формирователя 12 модели 2. Проис5

0

ходит уменьшение электрического напряжения-аналога скорости локомотива на выходе формирователей 12 модели 2, уменьша- ется электрическое напряжение-аналог скорости первого вагона на выходе формирователя 14 модели 3 и так далее «по волне, как и в случае примененная прямодействую- щего пневматического тормоза. В результате на выходах формирователей 12 и 14 напряжение-аналог скоростей движения локомотива и вагонов также снижаются до определенного уровня.

Этап третий - отпуск тормозов и движение на выбеге. В случае отпуска тормозов в поезде по команде элемента 10 управления давление в тормозных цилиндрах поезда уменьшается. Такое изменение давления, как и в случае торможения, преобразуется датчиками давления в электрические напряжения-аналоги давлений и подаются в формирователи 6 последовательно, начиная с первого. При этом электрические напряжения-аналоги тормозных сил уменьшаются по своему абсолютному значению. На выходах формирователя 12 модели 2 и формирователей 14 моделей 3 электрич кие напряжения-аналоги скоростей Vo -Vtj прек- раш.а}от уменьшаться, чем имитируется движение на «выбеге.

В случае снятия прямодействуюш,его пневматического тормоза по команде элемента 10 управления происходит снижение давления в тормозных цилиндрах локомотива. Как и в предыдушем случае, это изменение давления преобразуется датчиком давления в электрическое напряжение - аналог давле

5

0

0

ния в тормозном цилиндре локомотива, передается в формирователь 6 и электрическое напряжение - аналог тормозной силы локомотива уменьшается по абсолютной величине. При этом прекращается уменьшение электрических напряжений - аналогов скорости локомотива и соответственно по мере распространения вдоль модели поезда и скоростей вагонов.

В случае снятия электрического торможения по команде элемента 9 управления прекраш,ается работа формирователя 11, т. е. на его выходе исчезает электрическое напряжение - аналог тормозной силы локомотива. Как и в предыдушем случае, прекра- шают уменьшаться электрические напряжения - аналоги скорости локомотива и по мере распространения вдоль модели поезда и скорости вагонов. Таким образом, также имитируется движение на выбеге.

Этап четвертый - торможение с целью остановки. В этом случае давление в тормозной магистрали тормозной системы поезда сбрасывается до тех пор, пока на выходах формирователя 12 модели 2 и формирователей 14 моделей 3 электрические напряжения - аналоги скоростей движения локомотива и вагонов не станут равными нулю, что свидетельствует об остановке поезда.

В процессе работы установки на этапах трогания, регулировочного торможения, отпуска тормозов и остановочного торможения регистрируюш.им устройством (не показано) записываются процессы изменения напряжений - аналогов продольных сил в поезде и давлений в тормозной магистрали и тормозных цилиндрах.