Автоматическое устройство контроля сползания
Корпуса буксы с шейки оси
Автоматическое устройство контроля сползания буксы с шейки оси (в дальнейшем Устройство) является составной частью автоматизированного диагностического комплекса для измерения колесных пар вагонов и предназначено для выявления на ходу поезда роликовых букс, имеющих сползание корпуса с шейки оси, вследствие разрушения торцевого крепления, регистрации таких букс и оперативной передачи полученной информации в ЦПУ (центральный пункт управления) СПТО.
Общий вид устройства приведены на рис. 2.36.
В основе технического решения контроля сползания буксы лежит идея «бесконтактного штангенциркуля», реализованного с помощью двух высокоскоростных триангуляционных датчиков на основе PSD-линеек. Каждый из этих датчиков предназначен для измерения расстояния до поверхностей крепительных крышек букс колесной пары.
Результаты измерения колесных пар проходящего состава накапливаются в компьютере и впоследствии передаются по протоколу TCP/IP в АСУ ПТО
Последующая совместная обработка сигналов обоих датчиков позволяет определить расстояние между крепительными крышками, а, следовательно, и регистрировать отклонение этого расстояния от допускаемого.
Для получения дополнительной информации о (в случае превышения отклонения допускаемой величины) «проблемной» буксе используются триангуляционные датчики, находящиеся внутри колеи и измеряющие расстояние до внутренней поверхности колес колесной пары.
На принимающий компьютер оператора ЦПУ передаются дата и время входа и выхода поезда на пост контроля, порядковый номер оси с головы, признак сползания буксы с указанием стороны и величины сползания. Вся поступившая информационная база данных по конкретному проконтролированному поезду перерабатывается в автоматическом режиме системой СКАТ, отражается отдельной строкой и поступает в программное обеспечение АСУ ПТО.
Система автоматического контроля механизма
Автосцепных устройств грузовых вагонов
От саморасцепа «САКМА»
2.4.1. Повреждаемость корпуса автосцепки
В нормальных условиях эксплуатации сжимающие усилия, возникающие в поезде при сцеплении вагонов, должны восприниматься и гаситься в поглощающем аппарате. Однако в связи с ростом весовых норм поездов и недостаточной энергоемкостью поглощающих аппаратов в определенных ситуациях после полного закрытия поглощающего аппарата часть передаваемой кинетической энергии остается непогашенной аппаратом, и она передается непосредственно от упора головы автосцепки на выступ розетки и на раму вагона. Такая передача сил отрицательно влияет на техническое состояние корпуса автосцепки, рам вагонов и приводит к смятию и износу корпуса автосцепки.
Автосцепка (рис. 2.37) является тягово-ударной нежесткого типа. Она состоит из корпуса 9 и деталей механизма сцепления: замка 4, замкодержателя 3, предохранителя 8, подъемника 10, валика подъемника 6. Головная часть автосцепки (голова) переходит в удлиненный пустотелый хвостовик, в котором имеется отверстие 7 для размещения клина. Голова автосцепки имеет большой 2 и малый 5 зубья. В пространстве между малым и большим зубьями, в так называемый зев автосцепки, выступают замок 4 и замкодержатель 3, взаимодействующие в сцепленном состоянии со смежной автосцепкой.
К основным видам повреждений и износов корпуса автосцепки (рис. 2.38) относятся трещины: в углах зева корпуса – 1; в зоне перехода от головы к хвостовику – 3; на ударной стенке зева корпуса – 7 и 8;
износы: тяговых и ударных поверхностей малого и большого зубьев – 2; поверхностей корпуса автосцепки в зоне перехода от головы к хвостовику – 4, 5, 6; поверхности упора – 9;
трещиныв углах зева корпуса, в углах окон для замка и замкодержателя 7 и 8 образуются среди прочих причин и в результате существенного влияния концентрации напряжений в зонах перехода от одной поверхности к другой.
В контуре зацепления интенсивно изнашиваются тяговые и ударные поверхности малого и большого зубьев 2 и ударная поверхность зева корпуса. Более интенсивно изнашиваются нижние части тяговых поверхностей.
Основной причиной неравномерности износа контура зацепления является провисание автосцепок. При провисании резко уменьшается площадь поверхности контакта сцепленных автосцепок, что ведет к увеличению интенсивности местного износа. Кроме износа, провисание автосцепок увеличивает эксцентриситет сил, действующих на автосцепку, что вызывает местные перенапряжения и появления трещин на ударной стенке зева корпуса 7 и 8, а также в зоне перехода от головы к хвостовику 3.
Износ поверхности упора 9 возникает от взаимодействия с выступающей частью розетки. Износы 4 поверхностей корпуса автосцепки в зоне перехода от головы к хвостовику образуются от взаимодействия с поверхностями окон в розетке и вертикальном листе концевой балки рамы. Интенсивность износов увеличивается в случае отклонения оси корпуса автосцепки в вертикальной или горизонтальной плоскостях. При проходе вагонов в кривых малого радиуса и, особенно, при сцеплении вагонов с разной длиной консольной части рамы оси автосцепок отклоняются и на первом этапе подвергаются износу вертикальные стенки хвостовика корпуса автосцепки. При достижении определенной величины износа прочность стенок становится недостаточной, появляется возможность изгиба хвостовика в горизонтальной плоскости. Аналогично происходит процесс изгиба хвостовика в вертикальной плоскости, когда поезд проходит различные переломы профиля пути. Особенно это относится к проходу вагонами горбов сортировочных горок.
В некоторых случаях, когда имеет место большая разница высот осей двух соседних автосцепок или когда сцеплены два вагона с разной длиной консольной части рамы, при проходе горба сортировочной горки возникает заклинивание автосцепок в контуре зацепления.
В результате этого хвостовик автосцепки одного из вагонов упирается через тяговый хомут в верхнее перекрытие хребтовой балки и начинает поднимать вагон. Это также может привести к изгибу хвостовика автосцепки или изломам маятниковых подвесок смежной автосцепки.
В эксплуатации на переломном профиле могут возникнуть саморасцепы автосцепок.
Основными причинами, по которым может произойти саморасцеп вагонов в поезде, являются:
– излом направляющего зуба и предохранителя от саморасцепа;
– износ замков, поверхностей контура зацепления, перемычки между направляющим зубом и сигнальным отростком;
– полуутопленое состояние замков;
– трещины в большом и малом зубе, приводящие в режиме тяги к уширению зева.
Для оценки возможности саморасцепа по структкрным параметрам двух сцепленных автосцепок используется система «САКМА».
2.4.2. Назначение САКМА
Система САКМА предназначена для автоматического выявления на ходу поезда неисправностей автосцепных устройств и возможности расцепления двух смежных автосцепок.
Наиболее рациональными местами установки САКМА являются:
– участки вытяжки поездов из парка формирования в парк отправления;
– участки после «горки» и входы станции.
По принципу действия САКМА представляет собой оптико-электронную систему, базирующуюся на оптическом методе контроля геометрических размеров зазора между замком и ударной поверхностью зева смежной автосцепки.
Структурная схема системы САКМА изображена на рис. 2.39.
Технические характеристики
Система САКМА рассчитана на непрерывную круглосуточную работу. Интервал рабочих температур составляет от минус 60 °С до плюс 60 °С. Электропитание системы осуществляется от сети переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 220 В ±10 %, при этом потребляемая мощность составляет не более 2 кВт. Скорость движения поездов на контролируемом участке может достигать до 200 км/ч. Предельная дальность передачи информации от напольного оборудования до помещения на перегоне, где установлена стойка сопряжения составляет 30 м. Выходные данные системы хранятся в винчестере компьютера и по команде оператора ПТО могут распечатываться на бумаге. В зависимости от варианта исполнения система САКМА может осуществлять одновременно контроль проходящих составов по одному, двум или трём путям. В системе предусмотрен самоконтроль технического состояния оптического канала. При неисправности оптического канала системы (загрязнение входного окна напольной камеры, уход луча лазера и т.п.), последняя строка сообщения на мониторе компьютера, установленного в помещении оператора ПТО, дополняется индексом «ОК».
Перегонное оборудование включает:
1) Блок лазерных излучателей (рис. 2.40) БЛИ устанавливается на ригельную поперечину над колеёй железной дороги (для каждого пути устанавливается один блок с двумя лазерами), и предназначен для сканирования на ходу поезда лазерными лучами контролируемой зоны поверхностей замков сцепленных автосцепок с целью определения величины зазоров между замком и ударной поверхностью зева смежных автосцепок. Блок конструктивно выполнен в виде металлического шкафа размерами 1200×600×600 мм
Корпус шкафа с внутренней стороны теплоизолирован. Нижнее основание шкафа с внутренней стороны теплоизолировано асбестовым листом. На основании установлены электронагревательные элементы – ТЭНЫ, поддерживающие внутри шкафа (в зимнее время) температуру в диапазоне плюс 12÷25 ºС. Стенки шкафа обеспечивают лёгкий доступ к лазерным излучателям, что упрощает монтаж, настройку и оптическую ориентацию лазерных излучателей на контролируемую поверхность автосцепных устройств и оптическое окно напольной камеры.
Блок лазерных излучателей с механизмом автоматической ориентации лучей устанавливается на специальной ригельной поперечине с настилом-перекрытием над контактной сетью на высоте 9,5–13,5 м. Под опорой в межшпальном колодце размещается напольная камера НК с фотоматрицей и субблоками преобразования принимаемого лазерного излучения в электрические сигналы. Напольная камера, блок лазерных излучателей, датчики регистрации прохода колеса и прохода поезда кабельной линией соединяются со стойкой сопряжения ССК. Посредством разъёмов к стойке подключен компьютер для обработки поступающей от напольного оборудования информации.
2) Датчики регистрации прохода колес.
В створе с напольной камерой (со стороны одной из торцовых стенок) крепится датчик (поз. 2 на рис. 2.39). На расстоянии приблизительно 3,5 м от указанного датчика, в направлении приближающегося к контролируемому системой участку, к рельсу крепится второй датчик регистрации прохода колес. Оба указанных датчика используются при счёте вагонов в физических единицах. На расстоянии до 350 м от напольной камеры, в сторону приближающегося поезда, к рельсу крепится датчик регистрации прохода поезда, а на расстоянии 7–8 м от напольной камеры в сторону удаляющегося поезда к рельсу крепится второй датчик. Оба датчика используются для автоматического управления работой электропривода заслонки напольной камеры и фиксации момента равенства количества проходящих через контролируемую зону поезда колес.
3) Путевые муфты (позиция 3 на рис. 2.39) служат для подключения датчиков регистрации прохода колёс на каждом пути;
4) Напольные камеры (рис. 2.41),которые размещается в межшпальном колодце колеи железной дороги (для каждого пути) и предназначены для приёма с помощью фотоприёмной матрицы лазерного излучения, проходящего через контролируемую полость между замком и ударной поверхностью смежной автосцепки и преобразования принимаемого лазерного излучения в электрические сигналы, характеризующие величину контролируемого зазора.
Напольная камера состоит из корпуса сварной конструкции прямоугольной формы. Внутренние поверхности корпуса теплоизолированы асбоцементной плиткой. На боковых стенках напольной камеры, к их внутренним поверхностям, крепятся электронагревательные элементы, обеспечивающие в зимнее время заданный температурный режим внутри корпуса напольной камеры, исключающий случаи появления на поверхности стекла оптического окна инея. Для крепления к фундаменту корпус камеры имеет крепёжные фланцы.
Внутри корпуса камеры устанавливается прямоугольная металлическая капсула, в которой размещается фотодиодная матрица и блоки преобразователей. Для перемещения матрицы вдоль продольной оси капсулы (при настройке системы) предусмотрена направляющая. Корпус капсулы выполнен герметичным (крышка капсулы устанавливается на герметичные прокладки). Верхняя часть камеры закрывается защитной крышкой с заслонкой. Заслонка с помощью автоматически управляемого электропривода открывает входное окно для приёма лазерного излучения (при заходе поезда в контролируемую зону) и закрывает окно при проследовании поездом указанной зоны.
Фотоматрица конструктивно выполнена в виде набора алюминиевых пластин. Фотодиоды размещаются в двух секторах, рядами вдоль оси колеи железной дороги. Фотодиоды выполняют функцию приёма лазерного излучения, проходящего через каждую из контролируемых полостей в зонах замков сцепленных автосцепок, а также функцию автоматического управления ориентацией лазерных излучателей в контролируемые зоны автосцепных устройств вагонов проходящих поездов.
При затенении фотодиодов в автоматическом режиме луч лазера перемещается:
– по ходу движения поезда;
– против движения;
– влево;
– вправо относительно движения поезда.
В нижней части корпуса матрицы имеются две цилиндрические направляющие, на которые опираются ползуны. Ползуны крепятся к направляющим хомутами. В центре ползунов имеются стойки со сферическими наконечниками, на которые опирается основание фотоматрицы. Три откидных винта, с помощью которых основание фотоматрицы крепится к ползуну, позволяют изменить ориентацию фотоматрицы в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Такая конструкция фотоматрицы обеспечивает возможность регулирования направленности фотоматрицы относительно оптической оси лазерных излучателей и значительно уменьшает фоновую составляющую солнечного излучения.
Блок преобразователей капсулы включает 7 плат. На платах размещены 8 идентичных преобразователей, каждый из которых работает с одним фотодиодом матрицы, кроме четырёх не задействованных (резервных). В коллекторную цепь выходного транзистора каждого усилителя включен элемент опторазвязки. Таким образом, блок преобразователей включает 56 независимых рабочих каналов, причём сигналы от двух каналов с фотодиодами (по одному), находящихся в крайних точках внешнего контура каждого из секторов фотоматрицы, по его большой диагонали, используются также для автоматического управления ориентацией лазерных излучателей на поверхность матрицы (при температурных смещениях поперечины и опор). Для этих же целей используются ещё два канала усилителей с дополнительными фотодиодами (по одному в каждом секторе).
Настройка системы ориентации лазерных лучей
Механизм автоматической ориентации лазерных излучателей на контролируемые зоны автосцепных устройств (рис. 2.42) предназначен для наведения лучей лазеров на автосцепные устройства и фотоматрицу, а также для автоматической их фиксации в заданном направлении при температурных смещениях поперечины и опор.
Конструктивно механизм выполнен в виде штатива. К вертикальной его стойке жестко крепятся два лазерных излучателя 1. На основании штатива установлены электродвигатели 2 типа РД-09, выходные валы 3 которых через тяги подсоединены к вертикальной стойке с лазерами. Указанная конструкция позволяет при включении двигателей смещать механизм с лазерами в двух взаимно перпендикулярных направлениях (соответственно вдоль и поперёк колеи железной дороги). Включение электродвигателей осуществляется автоматически сигналами от субблока управления ориентации лазеров.
Для ограничения смещения стойки, в случае выхода из строя блока управления работой электропривода механизма предусмотрены концевые выключатели 4.
2.4.3. Порядок работы системы САКМА
При появлении поезда на участке приближения к контролируемой системой зоне, сигнал от датчика прохода колес поступает в блок автоматического управления электрическим приводом заслонки – БУК. Заслонка открывает входное окно напольной камеры для приёма лазерного излучения, проходящего через полость между замком и ударной поверхностью зева смежной автосцепки.
С этого момента начинается отбор информации о параметрах контролируемого зазора. Лазерное излучение, проходящее через зазор между замком и ударной поверхностью зева автосцепки, поступает на фотоматрицу, установленную в напольной камере. Проходящее через зазор между замком и ударной поверхностью зева смежной автосцепки лазерное излучение преобразуется в электрические сигналы, которые по кабельной линии поступают в постовой компьютер для обработки информации.
В случае появления в зоне визирования лазеров неисправных автосцепных устройств (если зазор между замком и ударной поверхностью зева корпуса смежной автосцепки превышает 25 мм) в компьютере фиксируются порядковые номера вагонов, проходящих в контролируемой зоне.
При этом на мониторе компьютера жёлтым цветом выделяются вагоны, у которых величина контролируемого зазора составляет 25 мм. Осмотр таких автосцепных устройств в соответствующем парке должен производиться особо тщательным образом.
Если величина контролируемого зазора превышает 25 мм, то физические номера таких вагонов на мониторе выделяются красным цветом, а вагоны с выделенными автосцепными устройствами должны проверяться в расцепленном состоянии согласно существующей технологии.
После прохода поездом контролируемого участка, на компьютер оператора ПТО передаётся информация, где указывается:
– номер пути, по которому прошёл поезд;
– величины контролируемых зазоров автосцепных устройств, превысивших допустимый уровень;
– порядковые номера вагонов с неисправными автосцепками;
– дата и время прохождения поезда по контролируемому участку;
– количество проследовавших подвижных единиц.
После прохода поездом контролируемого участка с временной задержкой (примерно 3 минуты) выдаётся сигнал на закрытие заслонкой входного окна напольной камеры, и система переходит в режим ожидания следующего поезда.
Если в прошедшем поезде не были обнаружены неисправные автосцепки, то компьютер вырабатывает однотональный звуковой сигнал.
Если же были обнаружены неисправные автосцепки, то компьютер вырабатывает двухтональный звуковой сигнал.
Система САКМА рассчитана на непрерывную круглосуточную работу, а выходные данные хранятся на винчестере компьютера и по команде оператора ПТО могут распечатываться на бумаге.
Сообщение на мониторе ПТО имеет вид: