Устройство для моделирования процессов наполнения и опорожнения тормозной магистрали железнодорожного подвижного состава Советский патент 1992 года по МПК G06G7/57 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, может быть использовано при исследовании газодинамических процессов, протекающих в тормозной магистрали железнодорожного подвижного состава при торможении, и является усовершенствованием устройства, по авт. ев, Ns 1345221.

Известно устройство для моделирования процессов наполнения и опорожнения тормозной магистрали железнодорожного подвижного состава, которое содержит 2+п блоков моделирования процессов наполнения и опорожнения тормозной магистрали вагона, каждый из которых состоит из суммирующего усилителя, апериодического

звена, первого и второго делителей, интегратора, третьего делителя и инвертора. Суммирующий усилитель содержит 4 масштабных резистора, операционный усилитель и диод. Апериодическое звено содержит операционный усилитель, диод, конденсатор и 4 масштабных резистора.

Недостатком этого устройства является невозможность исследования влияния дополнительной разрядки тормозной магистрали, осуществляемой тормозным прибором (воздухораспределителем), на протекающие в ней газодинамические процессы.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет

VJ

OJ

о

ю

учета дополнительной разрядки тормозной магистрали при выполнении торможения.

Поставленная цель достигается тем, что каждый 1-й (i 1...k) блок моделирования процессов наполнения и опорожнения тормозной магистрали вагона дополнительно содержит четвертый делитель, запоминающий узел, узел задания величины дополнительной разрядки, первый и второй элементы сравнения, первый, второй и третий исполнительные органы, выполненные в виде реле с контактами, в каждом блоке моделирования процессов наполнения и опорожнения тормозной магистрали вагона выход интегратора подключен к информационному входу запоминающего узла, к входу инвертора и первому входу первого элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу запоминающего узла, а выход первого элемента сравнения соединен с обмоткой реле первого исполнительного органа во всех i-x блоках (кроме i-k) моделирования процессов наполнения и опорожнения тормозной магистрали вагона и первым входом второго элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу узла задания величины дополнительной разрядки, выход второго элемента сравнения соединен с обмоткой реле второго исполнительного органа, выход инвертора соединен с входом четвертого делителя, выходом третьего делителя непосредственно, а выход четвертого делителя через последовательно соединенные размыкающий контакт реле второго и замыкающий контакт реле первого исполнительных органов в каждом блоке моделирования процессов наполнения и опорожнения тормозной магистрали вагона (кроме первого) подключены к третьему входу апериодического звена, выход суммирующего усилителя первого блока моделирования процессов наполнения и опорожнения тормозной магистрали вагона подключен к обмотке реле третьего исполнительного органа, выход четвертого делителя в первом блоке моделирования процессов наполнения и опорожнения тормозной магистрали вагона через последовательно соединенные размыкающий контакт реле второго и замыкающий контакт реле третьего исполнительных органов соединен с третьим входом апериодического звена.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

Устройство для моделирования процессов наполнения и опорожнения тормозной магистрали железнодорожного подвижного состава содержит k блоков моделирования процессов наполнения и опорожнения тормозной магистрали (ТМ) вагона, каждый из

которых состоит из суммирующего усилителя 1, апериодического звена 2, первого - четвертого делителей 3-6, инвертора 7, интегратора 8, запоминающего узла (ЗУ) 9, узла 10 задания величины дополнительной разрядки, первого и второго элементов сравнения 11 и 12 соответственно, реле первого исполнительного органа 13,реле второго исполнительного органа 14, замыкающего

контакта 131 реле первого исполнительного органа (кроме первого), размыкающего контакта 141 реле второго исполнительного ор- гана (кроме первого). Суммирующий усилитель 1 содержит масштабные резисторы 15 - 18, операционный усилитель 19, диод 20. Апериодическое звено 2 содержит операционный усилитель 21, диод 22, конденсатор 23. и масштабные резисторы 24 - 28. ЗУ 9 содержит масштабные резисторы

29 и 30, операционный усилитель 31, конденсатор 32 и размыкающий контакт реле первого исполнительного органа 1311 (кроме первого). Дополнительно первый блок моделирования процессов наполнения и

опорожнения ТМ вагона содержит реле 33 третьего исполнительного органа, замыкающий контакт ЗЗ1 реле третьего исполнительного органа и размыкающий контакт 33 реле третьего исполнительного органа

(в блоке 9). При этом в первом блоке моделирования отсутствуют контакты 131 и 1311 первого исполнительного органа 13, а в последнем i-k блоке моделирования отсутствует первый исполнительный орган 13,

Устройство работает следующим образом.

ТМ железнодорожного подвижного состава состоит из последовательно соединенных тормозных магистралей вагонов,

поэтому и устройство для моделирования процессов наполнения и опорожнения тормозной магистрали железнодорожного подвижного состава реализовано по такому же принципу. Оно представляет машинную модель, которая реализует математическое описание, полученное на основании методов идентификации. Применяя системный подход и методы идентификации к реальным установившимся газодинамическим

процессам, протекающим в тормозной системе железнодорожного подвижного состава, можно построить машинную модель.

Процесс наполнения и опорожнения тормозной магистрали вагона аппроксимируется звеном второго порядка, операторным изображением которого является передаточная функция.

W(S) ъ ,

Ti T2 S2 + (Ti + Т2) S + 1

где Tj., Та - постоянные времени системы;

S - оператор дифференцирования. Постоянные времени Тю и Тао для процесса опорожнения выражаются формулами

т V 120 -IT--z

К2К1 К§ К4 К4 d

где К.- постоянный коэффициент, учитывающий сопротивление ТМ;

Кз° - постоянная, не зависящая от конструктивных параметров системы, коэффициент передачи первого операционного усилителя при опорожнении;

Ка - коэффициент передачи, определяемый по формуле

Кз-Кг -сГ, где Ка - обобщенный параметр;

d - диаметр ТМ в рукавном соединении;

К-| - коэффициент передачи, определяемый по формуле

Ki

где Ki1 - обобщенный параметр;

V - обьем ТМ одного вагона;

Т201 обобщенный параметр.

Величина Кадр реализуется по формуле

Кадр К2др dflp , где К2др - обобщенный параметр;

dflp - эквивалентный диаметр отверстия в воздухораспределителе, через которое осуществляется дополнительная разрядка тормозной магистрали.

Величина дополнительной разрядки на машинной модели осуществляется с помощью делителей напряжения 6i - 6К.

С учетом утечек сжатого воздуха на модели выполняется условие расхода сжатого воздуха (аналог-напряжение):

Q(S) Qi(S) + Qi1(S) + Q2(S) + Qa1(S) + ... + Qk(S) + Qk1(S),

где Q(S) - расход, идущий на опорожнение тормозной магистрали железнодорожного подвижного состава;

Qi(S)...Qk(S)- расходы, идущие на опорожнение тормозной магистрали первого - k-го вагонов соответственно при наличии утечек сжатого воздуха;

Qi1(S)...Qk1(S) - расходы, идущие на дополнительную разрядку тормозной магистрали каждого вагона через отверстие диаметром dftp воздухораспределителя.

Вход устройства подключен к первому входу суммирующего усилителя 1 j первого блока моделирования процессов наполнения и опорожнения ТМ вагона. Нарастание выходного сигнала на интеграторе 8i происходит до тех пор, пока на выходе операционного усилителя 19i электрический сигнал не станет равным нулю. При отработке блоками процесса наполнения тормозной магистрали железнодорожного подвижного состава электрический сигнал на выходах операционных усилителей 19i и 211 имеет полярность, при которой диоды 20i и 221

заперты. При этом дополнительные обратные связи операционных усилителей 19i и 211 отключены, т.е. посредством масштабного резистора 18i основной обратной связи операционного усилителя 19i

0 реализуется коэффициент Кзн, а включенным резистором 27i и конденсатором 23i реализуется постоянная времени Тан, учитывающая сопротивление ТМ одного вагона при наполнении. С выхода интегратора 8i

5 выходной сигнал через инвертор 7ч поступает на третий делитель 5i, т.е. на блок задания параметров утечек сжатого воздуха из ТМ вагона, чем реализуется коэффициент Каут. При отработке процесса наполнения

0 ТМ вагона четвертый делитель 6i, инвертор 7i, замыкающий контакт ЗЗт1 и размыкающий контакт 14i (цепь дополнительной разрядки первого блока моделирования) не участвуют в работе, т.к. полярность напря5 жения на выходе операционного усилителя 19i противоположна полярности напряжения, при которой происходит срабатывание реле третьего исполнительного органа 33ч. На четвертых делителях 6 в блоках модели0 рования процессов наполнения и опорожнения ТМ вагона реализуется коэффициент Кадр. Инверторы 7 служат для согласования электрических сигналов с выходов интеграторов 8 и операционных усилителей 21.

5 При реализации процесса опорожнения (для простоты пояснения рассмотрим на примере работы первого блока моделирования процессов наполнения и опорожнения ТМ вагона) с уменьшением управляющего

0 сигнала на выходах операционных усилителей 19i и 211 появляются электрические сигналы, полярность которых обратна указанным ранее. Диоды 20i и 22i открываются, подключая к операционным усилите5 лям 19i и 21i цепи дополнительных обратных связей, которые совместно с основными обратными связями реализуют на операционном усилителе 19i коэффициент Кз , а на операционном усилителе 211 - Тао,

0 учитывающий сопротивление ТМ при опорожнении. Выходной сигнал с операционного усилителя 19т поступает на делитель Зч, т.е. на блок задания параметров сечения ТМ одного вагона в рукавном соединении,

5 на котором реализована требуемая площадь сечения. Далее электрический сигнал с делителя 3i поступает на первый вход операционного усилителя 211 апериодического звена 2i, на второй вход поступает выходной сигнал с делителя 3i, а на третий

вход поступает выходной сигнал с цепи дополнительной разрядки и цепи утечки сжатого воздуха, чем реализуется уравнение расходов. С выхода операционного усилителя 211 электрический сигнал поступает на делитель 4i, т.е. на блок задания параметров объема ТМ одного вагона, где реализуются параметры величины объема исследуемой ТМ вагона, выход его подключен к интегратору 8i. При уменьшении управляющего сигнала (опорожнение ТМ вагона) срабатывает третий исполнительный орган 33i, размыкает контакт 33i (раз- мыкающий контакт реле третьего исполнительного органа 33i в ЗУ 9i) и замыкает контакт ЗЗГ в цепи дополнительной разрядки. При этом ЗУ 9i запоминает величину выходного напряжения, с интегратора 8i, а цепь дополнительной разрядки подключается параллельно апериодическому звену 2i, второму и третьему делителям 4i и 5i соответственно и интегратору 8ь На первый элемент сравнения 11i подаются два сигнала: с ЗУ 9i и с выхода интегратора 8i Как только на первом элементе сравнения 111 появляется сигнал рассогласования этих двух сигналов (сигнал с выхода интегратора 8i уменьшается при уменьшении входного сигнала системы, что является имитацией процесса опорожнения ТМ че- ,)вз кран машиниста), срабатывает первый исполнительный орган 13i, замыкая контакт 13i и размыкая контакт 13i во втором блоке моделирования процессов наполнения и опорожнения ТМ состава (второй вагон) При этом во втором блоке моделирования подключается цепь дополнительной разрядки и т,д. до i-k вагона. При подключении цепи дополнительной разрядки в первом блоке моделирования сигнала на выходе интегратора 8i начинает еще быстрее уменьшаться. Сигнал с выхода первого элемента сравнения 111 подается на первый вход второго элемента сравнения 12i, на второй вход которого поступает сигнал с узла задания величины дополнительной разрядки 10i (источник регулируемого напряжения), величина которого соответствует в реальной тормозной сети глубине дополнительной разрядки магистрали на 0,04-0,06 МПа. Как только сигнал рассогласования с выхода первого элемента сравнения 11i превысит величину напряжения с узла задания величины дополнительной разрядки 10i, включается второй исполнительный орган 14i, который разомкнет контакт 14ч в цепи дополнительной разрядки первого блока моделирования.

В последующих блоках моделирования процессов наполнения и опорожнения ТМ

вагона цепь дополнительной разрядки магистрали работает аналогично.

Такое построение схемы позволяет расширить функциональные возможности устройства для моделирования процессов наполнения и опорожнения тормозной магистрали железнодорожного подвижного состава за счет учета дополнительной разрядки магистрали при выполнении торможения.

Формула изобретения Устройство для моделирования процессов наполнения и опорожнения тормозной

магистрали железнодорожного подвижного состава по авт. св. № 1345221, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет учета дополнительной разрядки при торможении,

каждый i-й (i 1,. ,,k) блок моделирования процессов наполнения и опорожнения тормозной магистрали вагона дополнительно содержит четвертый делитель, запоминающий узел, узел задания величины дополнительной разрядки, первый и второй элементы сравнения, первый, второй и третий исполнительные органы, выполненные в виде реле с контактами, в каждом блоке моделирования процессов наполнения и опорожнения тормозной магистрали вагона выход интегратора подключен к информационному входу запоминающего узла, к входу инвертора и первому входу первого элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу запоминающего узла, а выход первого элемента сравнения соединен с обмоткой реле первого исполнительного органа во всех 1-х блоках (кроме i k) моделирования процессов наполнения и опорожнения тормозной магистрали вагона и первым входом второго элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу узла задания величины дополнительной разрядки, выход второго элемента сравнения соединен с обмоткой реле второго исполнительного органа,выход инвертора соединен с входом четвертого делителя, входом третьего делителя непосредственно, выход четвертого делителя через последовательно соединенные

размыкающий контакт реле второго и замыкающий контакт реле первого исполнительных органов в каждом блоке моделирования процессов наполнения и опорожнения тормозной магистрали вагона, кроме первого,

подключены к третьему входу апериодического звена, выход суммирующего усилителя первого блока моделирования процессов наполнения и опорожнения тормозной магистрали вагона подключен к обмотке реле третьего исполнительного органа, выход

четвертого делителя в первом блоке моделирования процессов наполнения и опорожнения тормозной магистрали вагона через последовательно соединенные размыкающий контакт реле второго и замыкающий контакт реле третьего исполнительных органов соединен с третьим входом апериодического звена.

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет учета дополнительной разрядки тормозной магистрали при выполнении торможения воздухораспределителями. Устройство содержит К последовательно соединенных блоков моделирования процессов наполнения и опорожнения тормозной магистрали вагона, каждый из которых содержит суммирующий усилитель, апериодическое звено, делители напряжения, на которых реализованы параметры: диаметр тормозной магистрали в рукавном соединении, объем тормозной магистрали вагона, величины утечек сжатого воздуха и дополнительной разрядки соответственно. Реализация дополнительной разрядки тормозной магистрали вагона осуществляется с помощью запоминающего узла, первого, второго и третьего исполнительных органов, выполненных в виде реле с замыкающими и размыкающими контактами, первого, второго элементов сравнения и узла задания величины дополнительной разрядки. 1 ил. СО с

Ф

| I #,

./-&-Gi

.. гл