Система диагностики подвижного состава КТСМ-02

Комплекс технических средств многофункциональный КТСМ-02 является системой автоматического контроля технического состояния подвижного состава, состоящей из подсистем обнаружения неисправностей буксовых узлов, колесных пар, тормозного и автосцепного оборудования, волочащихся деталей, нарушения габарита и др.

Структура комплекса КТСМ-02, укомплектованного подсистемой обнаружения неисправностей букс представлена на рис. 7 и состоит из перегонного (напольного и постового) и станционного оборудования, соединенного каналами связи.

Напольное оборудование.

Напольное оборудование устанавливается на участке контроля и размещается на подготовленном участке пути, протяжённостью приблизительно 8,5 м.

Напольное оборудование предназначено:

- для определения моментов захода поезда на участок контроля и удаления поезда с участка контроля (занятость участка);

- определения параметров подвижного состава в соответствии с назначением диагностического оборудования (уровень нагрева, наличие заторможенных колес, волочащихся деталей и др.);

- определение конкретного места неисправности (номер оси, сторона, номер вагона и др.);

- определение общих данных о составе (время захода и схода поезда с участка контроля, номер поезда, тип состава, количество вагонов, локомотивов, неисправных вагонов и др.).

В состав напольного оборудования входят: рельсовая цепь наложения, напольные камеры, датчики прохода колёсных пар. В напольное оборудование также включаются датчики устройства контроля схода подвижного состава (УКСПС), а при их отсутствии - системы контроля нижнего габарита (СКВП), которые могут использоваться, как самостоятельные устройства.

Рис. 7. Структура КТСМ-02.

На рис. 7 показано следующее напольное оборудование:

- ЭП-1 — рельсовая цепь наложения (электронная педаль);

- Д1-Д4 — датчики прохода колес;

- УКСПС— устройство контроля схода подвижного состава;

- КПО — основная напольная камера, правая;

- КЛО — основная напольная камера, левая;

- КПВ — вспомогательная напольная камера, правая;

- КЛВ — вспомогательная напольная камера, левая;

Электронная педаль.

Электронная педаль ЭП-1 – это рельсовая цепь наложения (РЦН) предназначена для определения занятости участка контроля.

Структурная и блочная схемы ЭП-1 представлена на рис. 8.

Элементы схемы размещены в путевой коробке. ЭП-1 представляет собой совмещенные в одной конструкции, питающие и приемные части. Эти части выполнены на полупроводниковых элементах.

Переменное напряжение с выхода генератора (Г) подается на оба рельса. Приемная часть (Пр) снимает это напряжение с рельсовой цепи и преобразовывает в напряжение питания путевого реле (Р) типа ИМШ1-1700.

Питающий конец рельсовой цепи наложения представляет собой преобразователь постоянного напряжения 12 В в переменное частотой 5 кГц, который состоит из задающего генератора и усилителя мощности генерируемых колебаний. Также, на питающем конце находится согласующий трансформатор (Тр1) и фильтр. Приемный конец рельсовой цепи наложения имеет в своем составе фильтр, согласующий трансформатор (Тр2) и выпрямительный мост с емкостным фильтром. Выпрямленное напряжение с выхода моста по кабелю поступает в силовую часть перегонной стойки. Фильтры электронной педали, находящиеся на питающем и релейном концах, настроен на частоту 5кГц и поэтому для токов рельсовых цепей автоблокировки представляет значительное сопротивление, частота которых значительно ниже (25, 50, 75Гц).

а)

б)

Рис. 8. Структурная (а) и блочная (б) схемы ЭП-1.

При заходе поезда на участок контроля колесная пара шунтирует рельсовую цепь и напряжение частоты 5 кГц, снимаемое приемником постепенно уменьшается. В момент времени, когда головная часть поезда находится на расстоянии 10-15 м от места подключения ЭП, напряжение на выходе приемника снижается до величины отпускания реле Р. При переключении его контактов, схема контроля прохода поезда выдает команду о заходе поезда на контрольный участок. При удалении хвоста поезда на 30-40 м. от напольного оборудования прекращается шунтирование рельсовой цепи, возрастает напряжение на входе приемника, а на его выходе увеличивается до уровня включения реле Р. Зона действия педали около 50 м.

Напольная камера.

Напольная камера обеспечивает:

- измерение величины инфракрасного (ИК) излучения в зоне обзора камеры;

- защиту приемника ИК излучения от воздействия внешней среды (пыли, грязи, влаги, изменения температуры, вибрации, механических повреждений и др.);

- подачу контрольного сигнала на приемник ИК излучения.

На рис. 9 показаны различные зоны тепловыделения буксового узла.

Рис. 9. Зоны тепловыделения буксового узла

Наиболее нагретым элементом корпуса буксы является верхняя горизонтальная поверхность 1. Однако конструктивные особенности подвижного состава и необходимость соблюдения габарита приближения строений при размещении устройств диагностирования делают эту часть буксы недоступной для прямого измерения температуры.

Контроль температуры поверхности крышки буксового узла 8 не дает точных результатов, так как она обдувается потоком воздуха при движении поезда и слабо отражает состояние шейки оси.

Контроль температуры нижней поверхности 3 корпуса буксы также неприемлем, так как в силу охлаждающего действия осевого масла эта часть имеет слабый нагрев, что снижает точность измерений в условиях помех.

Известно, что отдельные участки корпуса буксы имеют различную температуру нагрева из-за разных условий теплообмена, в которых они находятся. Однако измерение температур одновременно двух разных участков корпуса буксы 2 требует очень точной ориентации оптических систем, чего невозможно добиться в условиях эксплуатации.

Верхняя часть задней стенки корпуса буксы 6, расположенная с внутренней стороны рамы тележки, имеет сильную температурную связь с шейкой оси. Однако эта часть буксового узла сильно загрязнена, что уменьшает тепловыделение и может привести к пропуску перегретой буксы. Кроме того, она находится в непосредственной близости от сильно нагретой подступичной части, тормозных колодок и обода колеса, влияние теплового излучения которых снижает точность измерений.

Из элементов колесной пары наиболее тесную температурную связь с шейкой оси имеют подступичная часть оси 5, ступица с внешней стороны колеса 7 и ступица с внутренней стороны колеса 4. Реализация контроля подступичной части оси с наружной стороны колеса вызывает затруднения, так как при движении возникают значительные поперечные смещения колесных пар, что снижает точность ориентации контролирующих устройств на зону контроля. Кроме того, в зоне контроля возможно влияние теплового излучения тормозных колодок и обода колеса. Температурная связь ступицы с внутренней стороны колеса и шейки оси менее тесная, чем у ступицы с наружной стороны колеса.

Таким образом, в качестве источника информации о состоянии буксового узла следует принять температуру верхней части задней (относительно направления движения поезда) стенки корпуса буксы 8. Это достаточно сильно нагретая часть буксы, имеющая тесную температурную связь с шейкой оси и не обдуваемая встречным потоком воздуха при движении поезда.

Система КТСМ-02 снабжена малогабаритными напольными камерами КНМ-05 (рис. 10).

Рис. 10. Конструкция напольной камерыКНМ-05.

Напольная камера состоит из следующих элементов:

(1) корпус камеры;(2) дно;(3) приемная капсула;(4) узел заслонки;(5) крышка передняя;(6) нагреватель внутренний;(7) нагреватель наружный.

Приемная капсула представляет собой герметизированный съемный узел и размещена на амортизированной платформе. Заслонка напольной камеры открывается электромагнитом. Внутри камеры расположена контрольная лампочка. В режиме автоконтроля она используется для имитации аварийных букс. Напольные камеры устанавливаются на металлических рамах с анкерными болтами. Рамы крепятся к фундаменту заглубленному в призму железнодорожного полотна.

Аппаратура КТСМ-02 комплектуется напольными камерами с креплением на рельс. Камера и буксовый узел перемещаются в одной системе координат, поэтому буксовый узел обязательно попадает в зону осмотра приемника ИК излучения. Конструкция этой камеры обеспечивает осмотр нижней и частично задней стенок корпуса буксового узла. Эта система позволяет обеспечивать контроль вагонов с пониженным уровнем пола.

Приемником инфракрасного излучения, расположенным в капсуле, является болометр. Он преобразовывает инфракрасное излучение в электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна уровню инфракрасной энергии.

Конструкция болометра представлена на рис.11 (а).

а)

б)

Рис. 11. Конструкция болометра (а) и схема включения

терморезисторов (б)

Болометр содержит: линзу (1); основной терморезистор (2); экран (3); компенсационный терморезистор (4); корпус (5); цоколь (6).

Схема включения терморезисторов болометра представлена на рис 11 (б). Активный (основной) терморезистор (АР) размещен в зоне фокуса линзы. При увеличении энергии инфракрасного излучения сопротивление этого терморезистора уменьшается. Компенсационный терморезистор (КР) размещен на подложке, закрытой от воздействия внешнего излучения экраном. Его сопротивление отражает температуру внутри камеры.

Активный и компенсационный терморезисторы включаются в плечи измерительного моста, с помощью которого производится сравнение сопротивлений этих элементов. Уровень выходного сигнала отражает уровень нагрева буксового узла. Амплитуда сигнала на выходе болометра мала (порядка 1 мВ), поэтому перед передачей его в блоки постового оборудования требуется предварительное усиление сигнала в напольной камере. Предварительный усилитель и источник питания измерительной схемы также размещены в приемной капсуле.

6.1.3. Датчик прохода колес.

Датчик прохода колес вырабатывает электрический сигнал при проходе колесной пары через контрольную точку — точку установки датчика. В СТДПС применяются магнитоиндукционные датчики. Датчики вырабатывают «строббирующие» импульсы, для выделения сигналов излучаемых буксовым узлом. Эти датчики используются также для счета осей и вагонов.

Конструкция датчика представлена на рис.12 а.

Датчик (4) состоит из катушки (2), намотанной на намагниченном сердечнике (3), имеющем воздушный зазор. Датчик с помощью кронштейна (5) крепится к рельсу (1). Гребень колеса проходящего над датчиком уменьшает воздушный зазор сердечника. В момент приближения колеса к зоне действия датчика магнитный поток (Ф) возрастает и достигает максимальной величины, когда колесо находится над датчиком. Изменяется величина магнитного потока в магнитопроводе и в сигнальной катушке индуктируется ЭДС колоколообразной формы (рис. 12 б). При удалении колеса из зоны действия датчика магнитный поток уменьшается и в катушке наводится импульс напряжения обратной полярности.

а)

б)

Рис. 12. Конструкция датчика прохода колесных пар (а) и диаграмма сигнала на его выходе (б)

Датчик этого типа не требует источника питания, но амплитуда и длительность импульсов зависят от скорости движения поезда. При движении состава со скоростью менее 5 км/ч амплитуда полезного сигнала очень мала. Это минимальная скорость, при которой датчики этого типа могут быть использованы.

Комплекс КТСМ-02 обеспечивает обнаружение подвижных единиц на участке контроля в трех базовых зонах длиной:

- 3100мм — первая зона между датчиками Д1-Д2;

- 500мм — вторая зона между датчиками Д2-ДЗ;

-3190 мм — третья зона между датчиками ДЗ-Д4.