Характеристика подвижного состава, как объекта контроля.

Методические указания

к практической работе

для студентов по дисциплине

«Автоматика и телемеханика на железных дорогах»

Санкт-Петербург

Цель методических указаний: Изучение принципов работы и устройства основных элементов системы технической диагностики подвижного состава (СТДПС).

1. Термины и определения.

Железнодорожный подвижной состав (ПС) -Подвижной состав, включающий в себя локомотивы, грузовые вагоны, пассажирские вагоны локомотивной тяги и моторвагонный подвижной состав, а также иной предназначенный для обеспечения осуществления перевозок и функционирования инфраструктуры железнодорожный подвижной состав [1].

Единица железнодорожного подвижного состава -Отдельный объект железнодорожного подвижного состава. Отдельными объектами железнодорожного подвижного состава являются локомотивы, вагоны, автомотрисы, электро- и дизель-поезда (или их секции), рельсовые автобусы, мотовозы, дрезины, путевые машины на железнодорожном ходу [1].

Тележка железнодорожного подвижного состава -Элемент механической части железнодорожного подвижного состава, служащий в качестве опоры для кузова, опирающийся на рельсовый путь, обеспечивающий реализацию сил тяги и торможения и передачи их на железнодорожный подвижной состав [1].

База тележки железнодорожного подвижного состава - Расстояние между центрами осей крайних колесных пар тележки железнодорожного подвижного состава [1].

Колесная пара железнодорожного подвижного состава -Сборочная единица, служащая для реализации силы тяги, развиваемой в зоне контакта колесной пары и рельса, для восприятия силы тяжести от массы ходовой тележки и кузова и передачи ее на рельсовый путь, а также для направления движения железнодорожного подвижного состава по железнодорожному пути [1].

Буксовый узел (букса) - элемент тележки, служащий для передачи нагрузок от вагона на оси колесных пар и для восприятия тяговых и тормозных усилий и передачи их на раму тележки.

Устройство контроля схода подвижного состава с рельсов - Устройство, предназначенное для обнаружения схода колесных пар с рельсов или наличия волочащихся деталей [1].

Техническая диагностика (ТД) -область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объекта [2].

Диагностирование -процесс определения технического состояния объекта[2].

Объект диагностирования- технический объект, для которого решается задача распознавания состояния [2].

Техническое состояние -характеризуется в определенный момент времени при заданных условиях внешней среды значениями параметров, установленных технической документацией на объект [2].

Система ТД- Совокупность средств, объекта и исполнителей, необходимая для проведения диагностирования по правилам, установленным в технической документации [3].

В состав системы ТД входят следующие объекты (рис.1).

Рис. 1. Структурная схема системы ТД.

- ОД – объект диагностирования;

- ИП – измерительный преобразователь (датчик). Служит для преобразования параметров ОД в сигналы воспринимаемые системой ТД;

- ЛС – линия связи;

- ИС – индикация состояния ОД.

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.

Постовое оборудование.

Постовое оборудование размещается на перегоне в специальном отапливаемом помещении, сооруженном вблизи участка установки напольных устройств. Оно осуществляет предварительную обработку сигналов, полученных от напольных устройств, формирование и передачу информации на станцию.

На рис. 7 показано следующее постовое оборудование:

- БУНК — блок управления напольными камерами;

- Блок ПК-05 - периферийный контроллер;

- БСК-1 — блок силовой коммутационный;

- ПТ -- пульт технологический;

- ДТНВ — датчик температуры наружного воздуха;

- ИБП — источник бесперебойного питания.

Блок ПК-05 обеспечивает:

- ввод и обработку сигналов от путевых датчиков;

- информационный обмен и координацию работы подсистем контроля, работающих в составе комплекса;

- информационное взаимодействие комплекса в целом через систему передачи данных с централизованными средствами сигнализации, регистрации, отображения и накопления результатов контроля.

В состав ПК-05 входят модули:

- - модуль источника вторичного электропитания ВИП - обеспечивает питание модуля МЦМК и технологического пульта;

- - модуль центрального микроконтроллера МЦМК – в основу модуля входит микроконтроллер выполняющий обработку входных сигналов, а также выдачу управляющих воздействий в соответствии с программным обеспечением (ПО), записанным во внутренней памяти микроконтроллера;

- - пульт технологический ПТ - обеспечивает ввод и отображение информации, а также звуковую сигнализацию по сигналам от модуля МЦМК;

- - модуль формирователя рельсовой цепи МФРЦ - осуществляет питание РЦН, ввод и преобразование сигнала с выхода РЦН в дискретный сигнал, а также гальваническую развязку между электрическими цепями РЦН и дискретными линиями ввода-вывода соединительной панели;

- - модуль формирователей датчиков осей МФДО — обеспечивает ввод и преобразование сигналов от датчиков фиксации колесных пар в дискретные сигналы напряжения, а также гальваническую развязку между электрическими цепями датчиков и цепями ввода-вывода;

- - модуль гальванической развязки МГР-М - обеспечивает питание дискретных цепей, первого и второго контуров гальванической развязки;

- модули расширения МР1 и МР2 в стандартный комплект поставки не входят, а устанавливаются для увеличения числа подсистем контроля.

Блок БУНК предназначен для принятия сигналов из напольных камер для обработки. До передачи в БУНК, сигнала теплового излучения в напольных камерах усиливается и преобразуется в цифровой код. Связь камеры с БУНК осуществляется по последовательному цифровому интерфейсу.

Блок силовой коммутационный БСК-1 обеспечивает подключение оборудования КТСМ-02 к сети основного и резервного электропитания (основной и резервный фидера).

Датчика температуры наружного воздуха ДТНВ передает в блок ПК-05 информацию о температуре окружающей среды. После прохода каждой оси центральный процессор ПК, производит обработку результатов преобразования по специальному алгоритму и принимает решение о степени аварийности проконтролированных букс с учетом показаний ДТНВ.

Станционное оборудование.

Станционное оборудование предназначено для осуществления бесперебойного обмена информацией с перегонным оборудованием, вывод информации на монитор оператора АРМ ЛПК и автоматическое оповещение о срабатывании тревог, а также обеспечивает связь и передачу информации с центральным постом контроля ЦПК.

а)

б)

Рис.16 Станционное оборудование.

Станционное оборудование системы КТСМ-02 включает в себя:

– концентратор информации 6 канальный (КИ-6М) (рис 16 а);

– компьютер с полной конфигурацией (рис 16 б) с установленным программным обеспечением (ПО) автоматизированного рабочего места оператора линейного поста контроля (АРМ ЛПК) в среде Windows;

– печатающее устройство;

– подсистему речевого оповещения.

Концентратор информации КИ-6М предназначен для организации распределенных систем передачи данных на участках железных дорог с использованием физических линий связи и выделенных каналов тональной частоты. Данные с поста КТСМ по каналу тональной частоты, организованному по 2-х проводной кабельной линии связи поступают на концентратор информации, который пересылает её далее по сети в соответствии с заданным маршрутом. В качестве оконечного оборудования данных применяются как специализированные программно-аппаратные комплексы (периферийные контроллеры), так и типовые ЭВМ, содержащие специализированные программные средства для обеспечения информационного взаимодействия с другими оконечным оборудованием через систему передачи данных (СПД). Эксплуатация КИ-6М может осуществляться в непрерывном круглосуточном режиме без постоянного присутствия обслуживающего персонала.

Компьютер содержит программное обеспечение автоматизированного рабочего места оператора линейного поста контроля (ПО АРМ ЛПК) [7].

ПО АРМ ЛПК обеспечивает решение следующих задач:

• автоматический прием информации от средств контроля подвижного состава;

• автоматическое формирование сигналов тревог и оповещения в случае обнаружения дефектов в подвижном составе;

• просмотр и анализ архивов сохраненной информации в интерактивном режиме.

ПО АРМ ЛПК автоматически выполняет следующие функции:

• прием информации от средств контроля подвижного состава;

• расшифровка и сохранение принятой информации;

• вывод на экран информации о проконтролированных поездах;

• включение визуальной и звуковой сигнализации в случае обнаружения дефектов в подвижном составе;

• формирование голосового оповещения в случае обнаружения дефектов в подвижном составе;

• формирование сигнала коммутации внешних систем оповещения и сигнализации при помощи платы релейного вывода;

• циклический опрос средств контроля для выявления отказов;

• включение звуковой и визуальной сигнализации в случае отказа или возникновения сбоя в работе устройств контроля.

ПО АРМ ЛПК позволяет пользователю выполнять в интерактивном режиме следующие функции:

• просмотр сохраненной информации о проконтролированных подвижных единицах;

• ввод с клавиатуры дополнительной информации о проконтролированных подвижных единицах (инвентарный номер, результат осмотра и т.п.);

• вывод на печать сохраненной информации;

• просмотр диагностической информации о работе устройств контроля;

• формирование и передача средствам контроля типа КТСМ команд имитации для комплексной проверки работоспособности этих устройств;

• подведение статистических итогов о работе устройств контроля.

На рис. 17 представлен внешний вид окна «Список поездов» АРМ-ЛПК, в котором в хронологическом порядке выводится информация о проконтролированных поездах по одному пункту контроля

Рис. 17. Окно «Список поездов» АРМ-ЛПК.

Подсистема речевого оповещения предназначена для автоматического оповещения по радиоканалу машиниста поезда о наличии неисправности, выявленной аппаратурой СТДПС.

Станционное оборудование размещается в помещении линейного поста контроля. ПЭВМ размещается на рабочем столе оператора. Расстояние между концентратором информации и подключаемой к нему ПЭВМ не должно превышать 15м.

Все технические средства линейных пунктов контроля предназначены для эксплуатации в сухих отапливаемых помещениях при температуре окружающего воздуха от +10⁰С до +35⁰С.

Порядок выполнения работы

Работа выполняется в следующем порядке:

- ознакомиться с лабораторной установкой;

- ознакомиться с работой комплекса СТДПС по материалам методических указаний;

- выполнить имитацию сигналов прохода поезда на лабораторной установке по заданию преподавателя;

- ответить на контрольные вопросы и оформить отчет.

Описание рабочего места.

Работа выполняется с использованием специальной лабораторной установки и содержит в своем составе перегонную стойку с блоком ПК-05 и станционное оборудование: концентратор КИ-6М и персональный компьютер с АРМ-ЛПК.

Лабораторная установка позволяет производить имитацию прохода подвижного состава по зоне контроля с блока ПК-05или и из АРМ-ЛПК.

Библиографический список.

1. ГОСТ Р 55057-2012 Транспорт железнодорожный. Состав подвижной. Термины и определения. 2012.

2. Сапожников В.В., Сапожников Вл.В.Основы технической диагностики: Учебное пособие для студентов вузов ж-д. транспорта. М,: Маршрут, 2004. — 318 с.

3. ГОСТ 20911-89. Межгосударственный стандарт. Техническая диагностика. Термины и определения. 1991.

4. Векслер М.С. Системы диагностики подвижного состава. Тексты лекций. Часть 1. Челябинск: ЧИПС, 2005. - 116 с.

5. Швалов Д.В., Шаповалов В.В.Системы диагностики под­вижного состава: Учебник для техникумов и колледжей ж.-д. транспорта / Под ред. Д.В. Швалова. — М.: Маршрут, 2005. — 268 с.

6. .Инструкция по размещению, установке и эксплуатации средств автоматического контроля технического состояния подвижного состава на ходу поезда № ЦШ-ЦВ-453. М.: МПС РФ, 1997.

7. Автоматизированное рабочее место оператора линейного поста контроля Программное обеспечение ПО АРМ ЛПК Руководство пользователя. Екатеринбург, 2006. — 49 с.

СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

УСТРОЙСТВ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Методические указания

к практической работе

для студентов по дисциплине

«Автоматика и телемеханика на железных дорогах»

Составили: доценты Марков Д.С., Соколов В.Б.,

Соколов М.Б., Константинова Т.Ю.

Методические указания

к практической работе

для студентов по дисциплине

«Автоматика и телемеханика на железных дорогах»

Санкт-Петербург

Цель методических указаний: Изучение принципов работы и устройства основных элементов системы технической диагностики подвижного состава (СТДПС).

1. Термины и определения.

Железнодорожный подвижной состав (ПС) -Подвижной состав, включающий в себя локомотивы, грузовые вагоны, пассажирские вагоны локомотивной тяги и моторвагонный подвижной состав, а также иной предназначенный для обеспечения осуществления перевозок и функционирования инфраструктуры железнодорожный подвижной состав [1].

Единица железнодорожного подвижного состава -Отдельный объект железнодорожного подвижного состава. Отдельными объектами железнодорожного подвижного состава являются локомотивы, вагоны, автомотрисы, электро- и дизель-поезда (или их секции), рельсовые автобусы, мотовозы, дрезины, путевые машины на железнодорожном ходу [1].

Тележка железнодорожного подвижного состава -Элемент механической части железнодорожного подвижного состава, служащий в качестве опоры для кузова, опирающийся на рельсовый путь, обеспечивающий реализацию сил тяги и торможения и передачи их на железнодорожный подвижной состав [1].

База тележки железнодорожного подвижного состава - Расстояние между центрами осей крайних колесных пар тележки железнодорожного подвижного состава [1].

Колесная пара железнодорожного подвижного состава -Сборочная единица, служащая для реализации силы тяги, развиваемой в зоне контакта колесной пары и рельса, для восприятия силы тяжести от массы ходовой тележки и кузова и передачи ее на рельсовый путь, а также для направления движения железнодорожного подвижного состава по железнодорожному пути [1].

Буксовый узел (букса) - элемент тележки, служащий для передачи нагрузок от вагона на оси колесных пар и для восприятия тяговых и тормозных усилий и передачи их на раму тележки.

Устройство контроля схода подвижного состава с рельсов - Устройство, предназначенное для обнаружения схода колесных пар с рельсов или наличия волочащихся деталей [1].

Техническая диагностика (ТД) -область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объекта [2].

Диагностирование -процесс определения технического состояния объекта[2].

Объект диагностирования- технический объект, для которого решается задача распознавания состояния [2].

Техническое состояние -характеризуется в определенный момент времени при заданных условиях внешней среды значениями параметров, установленных технической документацией на объект [2].

Система ТД- Совокупность средств, объекта и исполнителей, необходимая для проведения диагностирования по правилам, установленным в технической документации [3].

В состав системы ТД входят следующие объекты (рис.1).

Рис. 1. Структурная схема системы ТД.

- ОД – объект диагностирования;

- ИП – измерительный преобразователь (датчик). Служит для преобразования параметров ОД в сигналы воспринимаемые системой ТД;

- ЛС – линия связи;

- ИС – индикация состояния ОД.

Характеристика подвижного состава, как объекта контроля.

В процессе эксплуатации, подвижной состав подвержен отказам. Причинами отказов являются [4,5]:

- нарушение технологии изготовления отдельных элементов;

- тяжелые условия эксплуатации — высокие скорости движения, значительные механические нагрузки и вибрация, влияние метеорологических факторов;

- несоблюдение норм технологических процессов погрузки-выгрузки и транспортирования грузов, технического обслуживания и ремонта;

- старение и износ узлов подвижного состава.

Следствиями отказов подвижного состава являются нарушения хода технологического процесса перевозок, вызывающие задержки поездов и увеличение эксплуатационных расходов. Кроме того, такие отказы ПС, как изломы и деформации механических частей, а также падения деталей на пути могут стать причиной аварий или крушений поездов.

Организация технического диагностирования подвижного состава с целью своевременного обнаружения отказов и выявления предотказных состояний позволяет существенно повысить уровень безопасности движения и эффективность перевозочного процесса. Диагностические параметры должны характеризовать наименее надежные и наиболее влияющие на безопасность движения узлы подвижного состава.

Существуют следующие основные узлы подвижного состава — ходовая часть, кузов, рама, тормозное оборудование, ударно-тяговые устройства. Наибольшее количество аварий и крушений, причиной которых являются отказы подвижного состава, происходит из-за повреждений ходовой части и падений различных элементов на путь.

Ходовая часть (рис. 2) пассажирских и грузовых вагонов включает тележку 1, колесные пары 2, буксовые узлы (буксы) 3 и другие элементы.

Рис. 2. Ходовая часть пассажирских (а) и грузовых (б) вагонов

Колесная пара (КП) - самая ответственная часть подвижного состава. Она состоит из оси и двух напрессованных на нее колес и принимает на себя нагрузку от вагона и передает ее на рельсы. Наиболее опасными отказами колесных пар являются изломы осей и колес, а также выбоины, навары и неравномерный прокат (износ профиля колеса) на поверхности катания. Запрещается эксплуатировать КП имеющие выбоины, трещины, выщерблины, навар выше определенных норм.

Буксовый узел (букса) состоит из корпуса, одного или двух подшипников, уплотнений и деталей крепления. Буксовый узел предназначен:

- для передачи давления от рамы, на которой расположен кузов вагона, механизмы локомотива, на колесную пару;

- для ограничения продольного и поперечного перемещения колесной пары относительно кузова и тележки;

- для защиты шейки оси колесной пары от грязи и атмосферных воздействий, а также для подачи смазки в зону трения.

По типу подшипника буксовые узлы подразделяются на трения скольжения и трения качения (роликовые).

Надежность работы букс с подшипниками скольжения в десятки раз меньше, чем букс с подшипниками качения. Каждый третий вагон рабочего парка с подшипниками скольжения ежегодно поступает из-за перегрева в текущий отцепочный ремонт.

Буксами с роликовыми подшипниками (рис 3.) оборудованы все цельнометаллические пассажирские вагоны, современные локомотивы и большая часть вагонов грузового парка. Они экономичны и надежны, но в большей степени подвержены разрушению при ударных воздействиях.

Рис. 3. Букса с роликовыми подшипниками.

В буксе расположены передний 4 и задний 5 подшипники, посаженные на шейку оси 7 вплотную друг к другу, что уменьшает габаритные размеры буксы и снижает напряжения в шейке оси. Задний подшипник имеет однобортное внутреннее кольцо, а у переднего роль борта выполняет плоское приставное упорное кольцо. Посадка внутренних колец подшипника на шейку оси производится с натягом.

Торцовое крепление переднего подшипника осуществлено гайкой 2. Корпус буксы 3 уплотняется за счет четырехкамерного лабиринтного уплотнения 6 и смотровой крышки 1.

В процессе работы роликовых подшипников выделяется тепло: из-за трения качения роликов по кольцам, трения смазки о детали подшипников и трения скольжения торцов роликов о борта колец. При движении поезда выделяемое в зоне трения подшипника об ось тепло распространяется двумя путями: через шейку оси на колесо и саму ось (77 %); через подшипник на корпус буксы (23 %). Тепло расходуется на повышение температуры самих подшипников, смазки, шейки, корпуса буксы, сопряженных с осью элементов колес, при этом часть тепла рассеивается в окружающую среду через поверхности буксы и колесной пары.

Нормальная работа буксового узла обеспечивается наличием смазки, которая уменьшает трение скольжения между ее элементами и роликами.

В эксплуатационных условиях возникают различные неисправности букс, вызванные влиянием внешних условий, механическими деформациями, загрязнением, нарушениями технологии изготовления, обслуживания и ремонта. Характерным признаком большинства неисправностей буксового узла и колесной пары является повышение температуры корпуса буксы и шейки оси в процессе движения поезда. Причем скорость возрастания температуры неисправных элементов зависит от характера неисправности, скорости движения поезда, нагрузки на ось. Перегрев элементов ходовой части может вызвать повреждения, при которых дальнейшая эксплуатация подвижного состава невозможна, а в некоторых случаях может привести к аварийным ситуациям (рис. 4)

Рис. 4. Повреждения буксовых узлов с роликовыми подшипниками.

В последние годы на сети железных дорог России широко внедряются устройства контроля схода подвижного состава, предназначенные для остановки поезда перед станцией у входного светофора при наличии в составе сошедших с рельсов колесных пар (рис 5) или свисающих частей, выходящих за пределы нижнего габарита и способных повредить элементы пути или напольное оборудование электрической централизации.

Рис. 5. Сход с рельсов колесной пары.