РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛОКОМОТИВНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ С ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ СКОРОСТЕМЕРА ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОГО САМОХОДНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

 

Довгяло В.А., Бочкарев Д.И., Ташбаев В.А. (БелГУТ, г. Гомель, РБ)

 

The installation features of automatic locomotive alarm system on the special self-propelled rolling-stock has been examined. The electro-mechanical drive of the speedometer and constructive scheme of the speed control device has been elaborated.

 

Система автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа (АЛСН) специального самоходного подвижного состава (ССПС) должна обеспечивать надежное выполнение следующих функций: передачу сигналов светофоров автоблокировки в кабину машиниста, контроль скоростного режима ведения поезда, контроль за состоянием машиниста и экстренную остановку поезда при возникновении аварийной ситуации.

Для выполнения данных функций в конструктивную схему системы АЛСН входят: приемные катушки, принимающие сигналы в виде импульсов переменного тока, подаваемых по рельсам; фильтр, усилитель и дешифратор сигналов, установленные в общем ящике; локомотивный светофор; электропневматический клапан автостопа, осуществляющий экстренное торможение поезда; рукоятки бдительности машиниста и скоростемер [1].

В то же время существующие локомотивные скоростемеры моделей 3СЛ-2М имеют механический провод, что вызывает необходимость модернизации буксового узла с разработкой редуктора и карданной передачи для их установки на ССПС [2]. Одновременно с этим существующий редукторный привод скоростемера требует изменения передаточного числа при изменении диаметра бандажа колесной пары и обеспечивает невысокую точность измерения скорости.

Повышение точности оценки скоростных параметров ССПС является серьезной проблемой, которая решается на практике с использованием различных физических методов регистрации скорости.

Одним из наиболее распространенных методов является применение электромагнитных полей при оценке скорости движения машины. В частности, в работе [3] регистрация скорости осуществляется за счет использования импульсных магнитных полей в устройстве, выполненном в виде барабана, укрепленного на валу, посредством которого осуществляется связь с контролируемым объектом. На внутреннюю цилиндрическую поверхность барабана нанесен ферромагнитный слой, на котором на одной дорожке, сопряженной с магнитной головкой, записан нестираемый одиночный импульс. Головка закреплена на диске, который связан с приводным двигателем, сообщающим диску постоянную скорость вращения. На диске дополнительно смонтирован блок из записывающей, воспроизводящей и стирающей головок. Выходы магнитной и воспроизводящей головок соединены через формирователь с записывающей головкой, которая подключена к входу измерительной схемы, содержащей триггер, моностабильный и бистабильный мультивибраторы, элемент «И», ключ, генератор эталонной частоты, счетчик импульсов, являющийся указателем скорости и указатель знака. При вращении диска двигателем с постоянной скоростью магнитной головкой считывается одиночный импульс, который посредством формирователя и записывающей головки наносится на отдельную дорожку ферромагнитного слоя. Нанесенный импульс воспроизводится воспроизводящей головкой и вновь через формирователь подается на записывающую головку. Таким образом, вырабатывается последовательность импульсов, частота которых пропорциональна относительной скорости барабана и диска. При неподвижном барабане вырабатывается последовательность импульсов, частота которых соответствует скорости вращения двигателя. Воспроизведенные импульсы после формирователя подаются на вход триггера, с одного из выходов которого запускается моностабильный мультивибратор, сигналы с которого и с триггера подаются на входы элемента «И». Бистабильным мультивибратором формируется импульс при поочередном поступлении на его входы сигналов с выхода триггера и моностабильного мультивибратора. Сигналы с выходов мультивибраторов подаются на управляющий вход ключа, при этом разрешается прохождение сигналов с эталонного генератора на счетчик, на выходе которого отображается измеряемый параметр. Сигналом с выхода бистабильного мультивибратора сбрасывается в исходное состояние триггер, а сигналом с выхода моностабильного мультивибратора включается указатель знака измеряемого периода по отношению к периоду вращения двигателя. Недостатками данного устройства являются сложность конструкции, появление погрешности измерений в условиях вибрации, необходимость доработки буксы или колесной пары ССПС при монтаже.

Другой вариант применения магнитных полей предложен в работе [4], описывающей измеритель скорости, содержащий два сочлененных между собой корпуса, в одном из которых расположен контролируемый вал с консольно закрепленным на нем ротором в виде параллельных валу постоянных продольно намагниченных магнитов, рассредоточенных по его окружности, а в другом – подпружиненная ось на подшипниковых опорах, на одном конце которой закреплен чувствительный элемент в виде немагнитного токопроводящего диска, обращенный к торцовой поверхности ротора, а на другом – стрелка-указатель скорости. Корпуса сочленены между собой с возможностью поворота относительно оси, расположенной эксцентрично ротору. Настройка измерителя на соответствие его показаний измеряемой частоте вращения производится разворотом одного корпуса относительно другого. При этом изменяется величина смещения оси вращения чувствительного элемента относительно оси вращения ротора и, как следствие, – величина сцепленного с чувствительным элементом магнитного потока, а следовательно, и величина вращающего момента чувствительного элемента. Параметры магнитной системы при этом не изменяются, так как остаются постоянными воздушные зазоры на пути магнитного потока. Недостатками данного измерителя скорости являются необходимость установки дополнительных устройств для регистрации измеряемых параметров и агрегатирования со скоростемером 3СЛ-2М, необходимость доработки буксы или колесной пары ССПС при монтаже.

Наиболее близким по технической сущности к условиям работы в качестве привода скоростемера ССПС является устройство для измерения скорости и пути, пройденного локомотивом, содержащее последовательно соединенные оптронный датчик, усилитель, формирователь импульсов с нагрузочным элементом и регистратор, соединенный с выходом дифференцирующего трансформатора, первичная обмотка которого включена в цепь питания [5]. При вращении колесной пары осевой модулятор, выполненный в виде зубчатого вращающегося диска, периодически перекрывает путь света от излучателя к фотоприемнику и модулирует световой поток в области инфракрасного спектра в зависимости от скорости вращения колесной пары локомотива. На выходе оптронного датчика появляются сигналы с частотой, прямо пропорциональной скорости вращения колесной пары. Сигналы усиливаются усилителем, который управляет формирователем импульсов. Последний представляет собой ключ, замыкающий при появлении сигналов на выходе усилителя цепь питания нагрузочного элемента. При этом происходит увеличение тока в цепи питания и следовательно, в первичной обмотке дифференцирующего трансформатора, подключенной к входу регистратора, образуется последовательность положительных и отрицательных импульсов с частотой, прямо пропорциональной угловой скорости вращения колесной пары. В регистраторе происходит суммирование этих импульсов, что является эквивалентным пути, пройденном локомотивом, и преобразование частоты импульсов в пропорциональную частоте величину, являющуюся эквивалентом его скорости движения. В то же время для данного устройства работоспособность и точность измерения зависят от загрязненности излучателя света и фотоприемника, неизбежных при эксплуатации подвижного состава. Кроме этого оно имеет некоторую инерционность срабатывания и нуждается в доработке для агрегатирования со скоростемером 3СЛ-2М.

Устранение данных недостатков достигается использованием в качестве датчика скорости датчика генераторного типа, а в качестве исполнительного устройства – электродвигателя, крутящий момент от вала которого передается валу локомотивного скоростемера через муфту (рисунок 1).

Таким образом, проведенный патентный анализ в области устройств контроля скорости показал, что для установки на ССПС наиболее эффективным является электромеханический привод скоростемера, включающий в себя датчик контроля частоты вращения колесной пары, устройство для преобразования информационных сигналов датчика и сервопривод, вращающий приводной вал скоростемера [6].

В данной схеме при вращении зубчатого ротора, установленного на оси колесной пары ССПС, в обмотке датчика появляется электрический ток, частота и амплитуда которого пропорциональны угловой скорости ротора. После усиления и подачи в обмотку электродвигателя напряжения в виде дискретных импульсов, имеющих некоторую последовательность во времени, его ротор будет поворачиваться в нужном направлении на заданные углы с соответствующей скоростью, вращая вал локомотивного скоростемера, обеспечивающего непрерывное измерение, регистрацию и индикацию скорости, пройденного пути и других параметров движения специального самоходного подвижного состава.

Рисунок 1 – Принципиальная схема электромеханического привода скоростемера:

1 – датчик генераторного типа; 2 – зубчатый ротор; 3 – ось колесной пары;

4 – усилитель; 5 – электродвигатель; 6 – муфта; 7 – скоростемер 3СЛ-2М

 

При этом осуществляется практически безинерционная и независящая от внешних условий передача информационного сигнала, индикация и регистрация параметров движения. Установка данного устройства возможна на всех существующих типах самоходного и несамоходного подвижного состава, а также другой, в частности дорожно-строительной, техники, поскольку не требует доработки или изменения конструкции осей, букс и ступичных узлов вследствие установки зубчатого ротора непосредственно на вращающейся оси, а датчика, не имеющего с ним механического контакта, на любой неподвижной части машины.

Учитывая особенности конструкций и условия работы ССПС наиболее эффективными для установки на нем являются системы, функционирующие на линиях, оснащенных рельсовыми цепями как с числовым, так и с частотным кодом в сочетании с рассмотренным выше комплектом аппаратуры контроля скорости.

С учетом вышеизложенного для установки на ССПС предложено три варианта систем автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа с контролем скорости: автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного типа числового кода (рисунок 2, а), частотная автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного типа (рисунок 2, б), универсальная автоматическая локомотивная сигнализация, работающая как на линиях с числовой, так и с частотной автоблокировкой (рисунок 2, в).

 

Рисунок 2 – Системы автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа (АЛСН) специального самоходного подвижного состава (ССПС):

а) – АЛСН числового кода с контролем скорости; б) – частотная АЛСН;

в) – универсальная АЛСН с контролем скорости, работающая как на линиях с числовой,

так и с частотной автоблокировкой;

ПК – приемная катушка; ПУ – преобразовательное устройство; Ф – фильтр; Ус – усилитель;

И – импульсное реле; ДШ – дешифратор; СБ – сигнальный блок; ЛС – локомотивный светофор;

КО – контрольный орган; ЛП – лампа предупреждения; СК – скоростемер; РБ – рукоятка бдительности; ЭПК – электропневматический клапан автостопа

 

При построении схем данных систем использованы унифицированные узлы существующих систем АЛСН, что позволило проектировать их по модульному принципу, увеличивая их функциональные возможности оснащением дополнительным оборудованием в соответствии с развитием соответствующей инфраструктуры путевого хозяйства.

 

Литература

1.      Казаков, А.А. Автоблокировка, локомотивная сигнализация и автостопы / А.А. Казаков, Е.А. Казаков. – М.: Транспорт, 1980. – 360 с.

2.      Джавахян, Т.В. Локомотивные скоростемеры: Устройство, ремонт и эксплуатация / Т.В. Джавахян. – М.: Транспорт, 1984. – 149 с.

3.      А.с. СССР № 1093975, МПК G 01P 3/48, опубл. 23.05.84.

4.      А.с. СССР № 1089519, МПК G 01P 3/49, опубл. 30.04.84.

5.      А.с. СССР № 1061051, МПК G 01P 3/46, опубл. 15.12.83.

6.      Пат. 2609 U BY. МПК G01P 3/46. Устройство для измерения, регистрации и индексации скорости движения и пройденного пути железнодорожного подвижного состава / Довгяло В.А., Бочкарев Д.И., Моисеенко В.Л., Грудько И.И.