Устройство для обнаружения перегретых букс железнодорожного состава Советский патент 1990 года по МПК B61K9/06 

СЛ

ел

о

Ј 00 СО

Изобретение относится к устройствам автоматического контроля технического состояния ходовых частей подвижного состава при его движении и предназначено для обнаружения аварийных букс. Цель - повышение надежности. Устройство содержит блок считывания, состоящий из считывающей камеры 1, датчиков прохода колесных пар 2-4, подключенных к коммутатору 5, соединенному через корректирующие усилители 6-8 с блоком памяти с элементами 9-11, которые выходами подключены к блоку превышения температуры, состоящему из пороговых элементов 13-15 и источника 12 опорного напряжения, и к блоку определения превышения темпа нарастания температуры, состоящему из дифференциальных усилителей 16-18, подключенных через элементы 19-21 выделения модуля напряжения к входам пороговых элементов 23-25, а выходы пороговых элементов 13-15 и 23-25 подключены соответственно к первому-шестому входам блока 26 формирования сигнала о состоянии букс. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Фив. 2

Изобретение относится к устройствам автоматического контроля технического состояния ходовых частей подвижного состава при его движении и предназначено для обнаружения аварийных букс.

Цель изобретения - повышение надежности.

На фиг.1 представлено устройство, общий вид; на фиг.2 - то же, блочная схема; на фиг.3 - функциональная схема блока формирования сигнала о состоянии букс.

Устройство содержит считывающую камеру 1, датчики 2-4 прохода колесных пар, коммутатор 5, образующие в совокупности блок считывания, корректирующие усилители 6-8, элементы 9-11 памяти, являющиеся блоком памяти, источник 12 опорного напряжения, пороговые элементы 13-15, образующие в совокупности блок определения превышения температуры, дифференциальные усилители 16-18, блоки 19- 21 выделения модуля напряжения, источник 22 опорного напряжения и пороговые элементы 23-25, образующие в совокупности блок определения темпа нарастания температуры, блок 26 формирования сигнала о состоянии букс,, регистратор 27 перегретых букс, лини 28 и 29 задержки, причем выход считывающей камеры 1 и выходы датчиков 2-4 прохода колесных пар подключены к входам коммутатора 5, выходы которого через корректирующие усилители 6-8 подключены к функциональным входам элементов 9-11 памяти, выходы которых подключены к функциональным входам пороговых элементов 13-15 и к входам дифференциальных усилителей 16-18, причем выход элемента 9 памяти подключен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя 16 и инвертирующему входу дифференциального усилителя 18, выход элемента 10 памяти подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя 16 и неинвертирующему входу дифференциального усилителя 17, выход элемента 11 памяти подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя 17 и неинвертирующему входу дифференциального усилителя 18, выходы дифференциальных усилителей 16-18 через блоки 19-21 выделения модуля напряжения подключены соответственно к сигнальным входам пороговых элементов

5

0

5

0

5

0

5

0

23-25, опор ные входы пороговых элементов 13-15 подключены к выходу источника 12 опорного напряжения, а опорные входы пороговых элементов , 23-25 к выходу источника 22 опорного напряжения, выходы пороговых элементов 13-15 и 23-25 подключены соответственно к первому - шестому входам блока 26, выход которого подключен к входу регистратора перегретых .букс 27, выход датчика 4 прохода колесных пар через линию 28 задержки подключен к управляющим входам элементов 9- 11 памяти и через линию 29 задержки к управляющему входу логического блока 26.

Устройство работает следующим образом.

При прохождении колесной пары последовательно над датчиками прохода колесных пар 2-4 последние вырабатывают стробирующие импульсы напряжения, которые подаются на управляющие входы коммутатора 5. Коммутатор 5 последовательно подключает считывающую камеру 1 к информационным входам элементов памяти 9-11 через усилители 6-8.

Расположение датчиков 2-4 и считывающей камеры 1 выбрано таким образом, что при прохождении колесной пары над первым датчиком 2 в поле обзора считывающей камеры 1 попадает нижняя часть корпуса буксы, над вторым датчиком 3 - предподступичная часть шейки оси, над третьим датчиком 4 - ступица колеса.

Инфракрасное излучение от перечисленных элементов буксового узла и колесной пары при помощи считывающей камеры 1 преобразуется в электрические сигналы, которые усиливаются корректирующими усилителями 6-8. Коэффициенты передачи корректирующих усилителей 6-8 выбираются такими, чтобы амплитуды сигналов на их выходах были пропорциональны температуре шейки оси (или подшипника). При этом должны выполняться следующие соотношения:

UKI К(КТци ,

K} Kirui3

(1) (2) (3)

где UK. ,и„2,и

U,, U

К2. и КЗ

U2

К ., К,

и.

к,

т т

Illl A

шг LU5

515

амплитуды сигналов на выходе корректирующих усилителей;

амплитуды сигналов на выходах коммутатора;

коэффициенты передачи корректирующи усилителей; температуры шейки оси (или подшипника) , определяемые по элементам буксового узла и колесной пары, обладающими различной тепловой инерционностью;

коэффициент пропорциональности между амплитудой сигнала на выходе корректирующих усилителей и температурой шейки оси.

Из-за тепловой инерционности ТШ(, являются температурами, коК

1Ы1 1ШЗ

торые имела шейка оси, соответственно t{, tЈ, Ц минут назад от момента контроля. Промежутки времени t,,, t:2 и t3 определяются тепловой инерционностью элемента (корпус буксы, пред- ступичная часть шейки оси, ступица колеса), последовательно попадающих в поле обзора считывающей камеры 1 при движении поезда.

Сигналы с выходов корректирующих усилителей 6-8 подаются на информационные входы элементов 9-11 памяти, которые запоминают амплитуды сигналов U , UKI кз Сигналы с выходов элементов 9-11 памяти подаются на входы дифференциальных усилителей и сигнальные входы пороговых элементов 13-15, пороги срабатывания которых определяются уровнем опорного напряжения, подаваемого на их опорные входы с выхода источника 12 опорного напряжения. Сигналы на выходах дифференциальных усилителен 16-18 будут пропорциональны разности сигналов, поданных на их неинвентирующие и инвертирующие входы:

,1(ик,-икг)кк9,(тШ1-ты1),

(4)

(V-U

кк,г(тШ2-тиз

),

(5)

3 К ин-им кк)з(ТшГТьи

(6)

0,

где

и„,ип,и

Kai КЧ7 К

)

г )Э

5

Выбирая

напряжения на выходах дифференциальных усилителей. 16-18;

коэффициенты передачи усилителей 16-18.

0

К

К

п

к,,

получим

(t,-tz)

(4-t3)

tj-t,)

1

(7) (8) (9)

U

и

и

°1 1

(Ты.

(Tll)z-Tlu3)/(t2-t3),

и(ТшГТ

lilt

)/(t--t,).

(10)

(11)

(12)

5

0

5

0

5

Таким образом сигналы на выходах дифференциальных усилителей 16-18 пропорциональны темпам нарастания температуры шейки оси за промежутки времени ut, t(-t4, , Ut3 t3-t,.

Сигналы Uq,, Uqi могут иметь как отрицательную, так и положительную полярность (темп нагревания и темп охлаждения). После прохождения через блоки 19-21 выделения модуля напряжения, которые не изменяют положительные сигналы, а отрицательные инвертируют, сигналы поступают на сигнальные входы пороговых элементов 23-25, пороги срабатывания которых определяются уровнем опорного напряжения, подаваемого на их управляющие входы от источника 22 опорного напряжения.

Все пороговые элементы работают по следующему алгоритму. Пока напряжение на сигнальном входе порогового элемента ниже опорного напряжения, на выходе порогового элемента будет низкий уровень напряжения. (О). Как только напряжение на сигнальном входе превысит опорное, на выходе порогового элемента появится высокий уровень напряжения (1).

Сигналы с выходов пороговых элементов 13-15 и 23-24 подаются на со- ответсттзующие информационные входы блока 26, на управляющий вход которого через линию 29 задержки подается стробирующий импульс от датчика 4 прохода колесных пар. При определен- ных комбинациях О и 1 на информационных входах блока 26 и 1 на его управляющем входе (наличие стробиру- ющего импульса) на выходе блока 26 формируется высокий уровень напряже- ния (сигнал тревоги), которьй подается на вход регистратора перегретых букс.

При отсутствии стробирующего импульса (О) на управляющем входе и любых комбинациях О и 1 на информационных входах блока 26 на его выходе сохраняется низкий уровень напряжения.

Необходимость стробирования блока 26 обусловлена последовательным считыванием информации камерой 1. Сигнал с выхода блока 26 подается на вход регистратора 27 после окончания считывания и обработки информации от всех контролируемых элементов буксового узла и колесной пары. Перед приемом информации от следующего буксового узла необходимо очистить элементы памяти 9-11. Сброс всех элементов памяти осуществляется подачей км- пульса на их управляющие входы от датчика 4 прохода колесных пар через линию 28 задержки, причем время задержки сигнала линией 28 .превышает время задержки сигнала линией 29.

Структурная схема блока 26 представлена на фиг.З.

Клок 26 содержит элементы НЕ 3035

40

образован соединенными между собой входом элемента НЕ 32. вторым вход элемента И 36 и одному из входов элемента И 39. Выход элемента НЕ подключен к второму входу элемент 38, второму входу элемента И 39, ному из входов элемента И 40 и од из входов элемента И 41. Выход эл мента НЕ 31 подключен к второму вх логического элемента И 37, третьем входу элемента И 39, второму входу элемента И 40 и второму входу элем та И 41. Выход элемента НЕ 32 подключен к третьему входу элемента И 37, третьему входу элемента И 9 и третьим входам элементов И 40 и 4 четвертый вход логического блока образован соединенными между собой четвертыми входами элементов И 39 и одним из входов элемента ИСКЛЮЧА ЩЕЕ ИЛИ 34. Пятый вход логическог блока 26 образован соединенными м ду собой четвертым входом элемент И 37, пятым входом элемента И 40 вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 34, выход которого подключен четвертому входу элемента И 41, ш той вход блока 26 образован соеди ными между собой пятым входом эле мента И 41 и четвертым входом эл мента И 38, выходы логических элем тов И 35-41 подключены к входам эл мента ИЛИ 42, выход которого подкл чен к входу элемента И 43, выходом которого образован выход логическо бло.ка 26, управляющий вход которог образован вторым входом элемента И 43. Элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 33 в совокупности с элементами И 35 и 3 представляют собой мажоритарный эл мент, один из входов которого обра зован объединенными между собой пе выми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

32, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 33 и 34, 45 ИЛИ 33 и И 35,второй вход - вторыми

элементы И 35-43, причем первый вход логического блока 26 образован соединенными между собой входом элемента НЕ 30, одним из входов элемента И

35,одним из входов элемента ИСКЛЮЧА- „ ЮЩЕЕ ИЛИ 33 и одним из входов И 37, второй вход логического элемента 26 образован соединенными между собой входом элемента НЕ 31, вторым входом элемента И 35, первым входом элемен-. та И 38 и вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 33, выход которого подключен к одному из входов элемента И

36,третий вход логического блока 26

55

входами этих элементов, третий - в рым входом элемента И 36, а выход объединенными элементом ИЛИ 42 вых дами элементов И 35 и 36.

Так как сигналы на входах и вых де логического блока 26 могут принимать только два значения (низкий уровень напряжения - О, высокий уровень напряжения - (1), их мож но рассматривать в качестве логиче ских переменных. Обозначим сигнал на первбм, втором, третьем, четвер том, пятом и шестом функциональных входах логического блока 26 х0 х

c

Q

5 0

5

0

образован соединенными между собой входом элемента НЕ 32. вторым входом элемента И 36 и одному из входов элемента И 39. Выход элемента НЕ 30 подключен к второму входу элемента И 38, второму входу элемента И 39, одному из входов элемента И 40 и одному из входов элемента И 41. Выход элемента НЕ 31 подключен к второму входу логического элемента И 37, третьему входу элемента И 39, второму входу элемента И 40 и второму входу элемента И 41. Выход элемента НЕ 32 подключен к третьему входу элемента И 37, третьему входу элемента И 9 и третьим входам элементов И 40 и 41, четвертый вход логического блока 26 образован соединенными между собой четвертыми входами элементов И 39, 40 и одним из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 34. Пятый вход логического блока 26 образован соединенными между собой четвертым входом элемента И 37, пятым входом элемента И 40 и вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 34, выход которого подключен к четвертому входу элемента И 41, шестой вход блока 26 образован соединенными между собой пятым входом элемента И 41 и четвертым входом элемента И 38, выходы логических элементов И 35-41 подключены к входам элемента ИЛИ 42, выход которого подключен к входу элемента И 43, выходом которого образован выход логического бло.ка 26, управляющий вход которого образован вторым входом элемента И 43. Элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 33 в совокупности с элементами И 35 и 36 представляют собой мажоритарный элемент, один из входов которого образован объединенными между собой первыми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 33 и И 35,второй вход - вторыми

входами этих элементов, третий - вторым входом элемента И 36, а выход - объединенными элементом ИЛИ 42 выходами элементов И 35 и 36.

Так как сигналы на входах и выходе логического блока 26 могут принимать только два значения (низкий уровень напряжения - О, высокий уровень напряжения - (1), их можно рассматривать в качестве логических переменных. Обозначим сигналы на первбм, втором, третьем, четвертом, пятом и шестом функциональных входах логического блока 26 х0 х,

х, х, х5и х6 9оответственно сигнал на управляющем входе хт, а сигнал на выходе - у.

Логические переменные х, х2, х- характеризуют наличие (x,1j ) или отсутствие (х,0; , х 0) аварийных значений температуры шейки оси, определяемой соответственно ПО КОРПУСУ буКСЫ, ПреДПОДСТуПИЧНОЙ

части шейки оси и ступицы колеса.

Логические переменные х, xs, хб характеризуют наличие (, xs 1, х 1) или отсутствие ( ,- ) аварийного темпа возрастания температуры шейки оси, определяемого соответственно по элементам; корпус буксы - предподступичная часть шейки оси, предподступичная часть шейки оси - ступица колеса и корпус буксы - ступица колеса.

Блок 26 реализует логическую функцию:

,хй+х3(х, х2+х,х12)+х,хгх)х5+

+Х | X Х., Хс Х +

+х(хахэ(х4х5+х4х5У. х7.

Дополнительное логическое умножение выражения в квадратных скобках на хт дает стробирование блока 26, механизм которого описан выше.

Приведенная логическая функция позволяет существенно повысить обоснованность показаний устройства за счет использования информации с нескольких контролируемых элементов, учета динамики нагрева букс (введе- ние переменных х., х5, х6), а также исключения ложных остановок поездов от попадания в оптику считывающей камеры прямых или отраженных солнечных лучей.

При считывании информации с поверхностей различных контролируемых элементов одного буксового узла при неизменном (за время контроля данного буксового узла) положении солнца, в приемную оптику считывающей камеры могут попасть прямые или отраженные солнечные лучи при осмотре только одного из контролируемых элементов. Это обусловлено геометрической формой контролируемых элементов и ориентацией считывающей камеры. Поэтому решение об остановке поезда в пред- / лагаемом устройстве принимается при

Q

r Q

5

0

,. о 5

0

наличии двух и более признаков, указывающих на аварийное состояние буксового узла.

Наличие одного ложного признака (любого из х0 ха, х) приводит к ложным значениям двух переменных из х xs хб- Например, при ложном х ложными будут х4 и х6. Поэтому решение об аварийности буксового узла принимается по значению сигнала xg. , Если температуры шейки оси, опре- деляемые по корпусу буксы, предподсту- пичной части шейки оси и ступице колеса превышают аварийное значение, то логические переменные xf, хг, х3 принимают единичные значения. Одно из значений указанных переменных может быть ложным (за счет попадания солнечного излучения). Однако истинность двух других переменных указывает на аварийное состояние буксового узла при любых комбинациях значений переменных х., xs, х6.

Пусть любые две переменные из х,, х, хэ принимают единичные значения. Одно из этих значений может быть ложным. В этом случае истинность второго сигнала указывает на аварийное состояние буксового узла при любых комбинациях значений переменных (х,

х

5

хл) .

Пусть только одна из переменных х4, хг, х принимает единичное значение. Если это значение ложное, то значения двух из переменных х«., х&, хб также будут ложными. В этом случае оценка состояния буксового узла производится по значению независимой переменной из х4, х5, х6.

Когда все переменные х,, хг, xs принимают нулевые значения, то решение об аварийности буксового узла принимается при наличии двух или более единичных значений переменных

XS,X6

Формула изобретения

букс, и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено блоком определения превышения температуры букс, связанным входами с выходами блока памяти, элементами задержки, один из которых включен между входом управления блока памяти и управляющим выходом блока считывания, соединенным с входом второго элемента задержки, блоком формирования сигнала о состоянии букс, подключенным выходом к регистратору, первым, вторым, третьим информационными входами - к выходу блока определения превышения температуры букс, четвертым, пятым, шестым - к выходам блока определения темпа нарастания температуры букс, ,а входом управления - к выходу второго элемента задержки.

fff.

И //

вторыми входами первого, пятого и третьими входами третьего и четвертого элементов И, четвертый вход последнего из которых соединен с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выходы второго, первого, третьего, четвертого и пятого элементов И и мажоритарного элемента соединены через

элемент ИЛИ с одним из входов шестого, элемента И, выходом которого и вторым входом образованы соответственно выход и вход управления блока, первый информационный вход которого

образован одним из входов мажоритарного элемента, третьим входом пятого элемента И и входом первого элемента НЕ,, второй - вторым входом мажоритарного элемента, входом второго элемен0 та НЕ и третьим входом первого элемента И, третий - третьим входом мажоритарного элемента, входом третьего элемента НЕ и третьим входом второго элемента И, четвертый - четвер5 тыми входами второго и третьего элементов И и одним, из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, пятый - четвертым входом пятого, пятым входом третьего элементов И и .вторым входом элемента

0 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, шестой - четвертым входом первого и пятым входом четвертого элементов И.

Cmy/re/qG млеса

.flpejfrpfcjhynatt- J наи/асю ияймуоси

Jfff/r/ryc 5р#сы

#л.3