способ активной защиты от юза колёсных пар транспортного средства

Формула изобретения

Способ защиты от юза колесных пар транспортного средства, снабженного электропневматической или пневматической системой торможения колесных пар с микропроцессорным органом управления противоюзной защитой, включающий измерение угловой скорости колесных пар, определение уменьшения угловой скорости колесных пар сверх установленного порога, вызванного ухудшением сцепления колесных пар с рельсами, и сброс сжатого воздуха в атмосферу из рабочих тормозных цилиндров замедленных колесных пар, отличающийся тем, что в процессе сброса сжатого воздуха в атмосферу посредством микропроцессорного блока управления повышением давления определяют утраченную тормозную силу и по прохождению транспортным средством участка пути с ухудшенным сцеплением колесных пар с рельсами от источника повышенного давления через электропневморедуктор, управляемый микропроцессорным блоком управления повышением давления, дополнительно в рабочие тормозные цилиндры подают сжатый воздух под повышенным давлением, значение которого Р_тп в обычных режимах торможения устанавливают выше давления торможения Р_т на величину, достаточную для компенсации утраченной тормозной силы и сокращения длины тормозного пути в условиях ухудшенного сцепления колесных пар с рельсами до длины тормозного пути при обычных режимах торможения на сухих рельсах, а при экстренном или аварийном торможении значение Р_тэ устанавливают максимально возможным, исходя из величины давления в источнике повышенного давления и состояния электропневматической или пневматической системы торможения колесных пар транспортного средства, при этом в случае аварийного отключения микропроцессорного блока управления повышением давления или напряжения питания электрических цепей управления автоматически возвращают систему к торможению давлением Р_т при обычном торможении или Р_э при экстренном или аварийном торможении.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам противоюзной защиты колесных пар транспортного средства, оборудованного электропневматической или пневматической системой торможения, и может найти применение в системах противоюзной защиты железнодорожного транспорта.

Возникновение юза в процессе торможения транспорта, в том числе железнодорожного, приводит к увеличению тормозного пути и преждевременному износу колес, поэтому предотвращение юза важно для обеспечения безопасности движения и имеет существенное экономическое значение.

Существующие в настоящее время способы борьбы с юзом при обнаружении избыточного проскальзывания предусматривают снижение давления в рабочих тормозных цилиндрах за счет сброса сжатого воздуха в атмосферу через электропневмоклапаны противоюзной системы с восстановлением величины давления в тормозных цилиндрах до первоначального значения при прекращении проскальзывания, что обеспечивает защиту от повышенного износа колесных пар, но увеличивает тормозной путь.

Известны способы защиты от юза колесных пар железнодорожных транспортных средств, оборудованных электропневматической или пневматической системами торможения, у которых имеется тормозная магистраль, тормозные цилиндры, орган управления противоюзной защитой, устройства сброса сжатого воздуха в атмосферу и электровоздухораспределитель, соединенный с тормозной магистралью, а также запасный резервуар электровоздухораспределителя, импульсный резервуар (ложный тормозной цилиндр) и источник повышенного давления. В таких системах давление в тормозных цилиндрах Р_т задается либо через электровоздухораспределитель длительностью возбуждения катушек электровоздухораспределителя, либо через воздухораспределитель степенью разрядки тормозной магистрали, при этом давление Р_т никогда не превышает давления в тормозной магистрали. Датчики угловых скоростей передают в орган управления противоюзной защитой импульсы, частота следования которых соответствует реальным угловым скоростям вращения колесных пар. При обнаружении повышенного проскальзывания какой-либо колесной пары орган управления противоюзной защитой через устройства сброса сжатого воздуха соединяет соответствующий рабочий тормозной цилиндр с атмосферой, чем обеспечивается уменьшение тормозного нажатия на колесную пару и устранение ее повышенного проскальзывания, т.е. защита колесной пары от преждевременного износа, после чего происходит процесс восстановления давления в рабочих тормозных цилиндрах до величины Р_т [1]. За время функционирования такого алгоритма противоюзной защиты сила торможения, приложенная к описываемой колесной паре, уменьшается и соответственно возрастает длина тормозного пути. Увеличение тормозного пути будет тем больше, чем больше будет количество срабатываний противоюзной защиты до полной остановки транспортного средства, т.к. описанный способ не предусматривает компенсацию утраченной тормозной силы, что определяет его как пассивный.

Для целей защиты колесных пар от юза применялись различные алгоритмы и устройства, так например в [1, 2, 3, 4, 6] орган управления противоюзной защитой совмещен с противоюзным инерционным датчиком и вся система выполнена как пневмомеханическая; в [7] описано устройство противоюзной защиты, в котором определение проскальзывания колесных пар производится методом сравнения фактической скорости вращения колесных пар с расчетной скоростью, вычисляемой органом управления (электронным блоком) противоюзной защиты, а в [5] в качестве органа управления противоюзной защитой применен микропроцессорный орган управления и метод определения избыточного проскальзывания как результат сравнения измеренного фактического значения замедления каждой колесной пары с величиной расчетного замедления, полученной в результате расчетов на встроенном микропроцессоре.

Различные подходы, реализованные в описанных устройствах, не изменяют сущность защиты от юза колесных пар, которая во всех случаях остается пассивной и сводится к уменьшению давления в рабочем тормозном цилиндре колесной пары, на которой обнаружено избыточное проскальзывание, с последующим восстановлением давления до его начального значения после прекращения проскальзывания. При этом во всех режимах торможения тормозная сила, утраченная при выполнении сброса и восстановления давления в рабочем тормозном цилиндре защищаемой колесной пары ничем не компенсируется, т.е. такая система защиты колесных пар транспортного средства является по определению пассивной и, следовательно, при работе такой противоюзной защиты всегда происходит увеличение длины тормозного пути, что подтверждается выводами авторов [2 и 3], а также результатами натурных испытаний.

По технической сущности наиболее близкий к предлагаемому является способ пассивной защиты от юза колесных пар, описанный в источнике [5].

Способ-прототип предусматривает, что транспортное средство снабжено электропневматической или пневматической системой торможения колесных пар с микропроцессорным органом управления противоюзной защитой и включает измерение угловой скорости колесных пар, определение момента падения угловой скорости, обусловленного ухудшением сцепления колесных пар с рельсами ниже установленного порога, после чего противоюзная защита производит сброс сжатого воздуха в атмосферу из рабочих тормозных цилиндров замедленных колесных пар.

Недостаток пассивного способа заключается в том, что при работе противоюзной защиты за время выполнении сброса и восстановления давления в рабочем тормозном цилиндре утрачивается тормозная сила, что неизбежно приводит к увеличению длины тормозного пути, так как утраченная тормозная сила не компенсируется последующим повышением давления на величину, достаточную для сокращения длины пути при торможении в условиях пониженного сцепления до величины тормозного пути при торможении на сухих рельсах.

Задачей изобретения является создание способа защиты от юза колесных пар транспортного средства, обеспечивающего повышение безопасности движения транспортного средства за счет сокращения тормозного пути в процессе торможения.

Для решения поставленной задачи в известный способ защиты от юза колесных пар транспортного средства, снабженного электропневматической или пневматической системой торможения колесных пар с микропроцессорным органом управления противоюзной защитой, включающий измерение угловой скорости колесных пар, определение уменьшения угловой скорости колесных пар сверх установленного порога, вызванного ухудшением сцепления колесных пар с рельсами, и сброс сжатого воздуха в атмосферу из рабочих тормозных цилиндров замедленных колесных пар, введены новые признаки, а именно: в процессе сброса сжатого воздуха в атмосферу посредством микропроцессорного блока управления повышением давления определяют утраченную тормозную силу как произведение разности между заданной величиной давления в рабочих тормозных цилиндрах и величиной остаточного давления в рабочем тормозном цилиндре (цилиндрах), расстояния, при прохождении которого происходило уменьшение давления и восстановление давления до заданной величины в рабочем тормозном цилиндре (цилиндрах), и коэффициента, учитывающего влияние дополнительных факторов (таких как зависимость коэффициента трения тормозных колодок (накладок) от скорости и нагрева и др). При этом продолжительность участка пути с ухудшенным сцеплением колесных пар с рельсами, по прохождению которого от источника повышенного давления через электропневморедуктор, управляемый микропроцессорным блоком управления повышением давления, дополнительно в рабочие тормозные цилиндры подают сжатый воздух под давлением Р_тп, которое в обычных режимах торможения превышает давление торможения Р_т на величину, достаточную для компенсации утраченной тормозной силы и сокращения длины тормозного пути в условиях ухудшенного сцепления колесных пар с рельсами до длины тормозного пути при обычных режимах торможения на сухих рельсах, определяют по установленным порогам защиты (по проскальзыванию, ускорению или другим определяющим критериям), при достижении которых произошло срабатывание защиты и уменьшение давления в рабочем тормозном цилиндре (цилиндрах) относительно заданного, а продолжительность этого участка (участков) и момент, когда настало время подавать в рабочие цилиндры дополнительное давление, определяют по моменту восстановления угловой скорости (скоростей) колесных пар и давления в рабочих тормозных цилиндрах до заданного уровня, а при экстренном или аварийном торможении подают сжатый воздух под давлением Р_тэ, величину которого устанавливают максимально возможной, исходя из величины давления в источнике повышенного давления и состояния электропневматической или пневматической системы торможения колесных пар транспортного средства, при этом в случае аварийного отключения микропроцессорного блока управления повышением давления или напряжения питания электрических цепей управления автоматически возвращают систему к торможению давлением Р_т при обычном торможении или Р_э при экстренном или аварийном торможении.

В результате использования повышенного давления защита колесных пар транспортного средства от юза становится активной и при торможении на скользких рельсах позволяет сократить длину тормозного пути до длины тормозного пути при аналогичном торможении на сухих рельсах, что обеспечивает безопасность движения на заданном уровне и исключает случаи пробега платформы подвижным составом, а в условиях экстренного или аварийного торможения позволяет сократить длину тормозного пути относительно длины тормозного пути на сухих рельсах, что существенно повышает безопасность транспортного средства.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена блок-схема активной защиты от юза колесных пар транспортного средства, оборудованного электропневматической или пневматической системой торможения.

Предложенный способ активной защиты от юза колесных пар транспортного средства осуществляется следующим образом.

В случае служебного торможения в обычном режиме в электропневматической или пневматической системы торможения транспортного средства от запасного резервуара электровоздухораспределителя 4, заполненного сжатым воздухом под давлением воздуха в тормозной магистрали 1 через электровоздухораспределитель 2 происходит заполнение импульсного резервуара (ложного тормозного цилиндра) 5 и пневмопровода 10 сжатым воздухом под давлением Р_т. В результате срабатывает сигнализатор давления 8, который соединяет электрическую цепь управления электропневматическими клапанами электропневморедуктора 9 с микропроцессорным органом управления противоюзной защитой с микропроцессорным блоком управления повышением давления 7, а также срабатывает датчик давления 6-2, включенный в пневмопровод 10.

Микропроцессорный блок управления повышением давления 7 начнет отслеживать величину Р_т, которой выполняется служебное торможение.

Переключательный клапан 11 срабатывает и соединяет импульсный резервуар (ложный тормозной цилиндр) 5 и пневмопровод 10 с пневмопроводом 13. Реле давления 18 срабатывают и передают сжатый воздух под заданным давлением _т от источника повышенного давления 14 в рабочие тормозные цилиндры 16 колесных пар транспортного средства.

В качестве источника повышенного давления 14 может быть использован запасный резервуар, соединенный с напорной магистралью, сама напорная магистраль или какой-либо автономный источник, в котором давление сжатого воздуха выше, чем в тормозной магистрали 1. Начнется процесс служебного торможения транспортного средства заданным давлением Р_т.

При наезде транспортного средства на участок пути с пониженным сцеплением одна или несколько колесных пар превысят установленный порог проскальзывания. Информация об этом от датчиков угловых скоростей 15 поступит в микропроцессорный орган управления противоюзной защитой с микропроцессорным блоком управления повышением давления 7. Произойдет срабатывание противоюзной защиты замедленных колесных пар, в результате чего из рабочих тормозных цилиндров 16 замедленных колесных пар будет сброшен сжатый воздух полностью или частично, что определяется алгоритмом противоюзной защиты. При этом микропроцессорный блок управления повышением давления 7 отследит и запомнит величину утраченной тормозной силы и на основе экспериментальных данных рассчитает значение Р_пт (повышенного давления сжатого воздуха), необходимого для достижения на оставшемся отрезке тормозного пути сокращения длины тормозного пути в условиях ухудшенного сцепления колесных пар с рельсами до длины тормозного пути при аналогичных режимах торможения на сухих рельсах.

Управление повышением давления сжатого воздуха происходит следующим образом - по окончании расчетов микропроцессорный орган управления противоюзной защитой с микропроцессорным блоком управления повышением давления 7 через электропневморедуктор 9 заполняет от источника повышенного давления 14 пневмопровод 12 до расчетного значения Р_пт, величина которого постоянно отслеживается и поддерживается микропроцессорным блоком управления повышением давления 7 при помощи датчика давления 6-3, включенного в пневмопровод 12, и электропневмоклапанов электропневморедуктора 9. Так как давление Р_пт будет выше давления Р_т, то переключательный клапан 11 соединит пневмопровод 12 с пневмопроводом 13, через который к источнику повышенного давления 14 подключатся управляющие входы реле давления 18.

Сжатый воздух под заданным давлением Р_пт от источника повышенного давления 14 поступит в рабочие тормозные цилиндры 16 колесных пар транспортного средства.

Циклы расчетов коррекции величины повышенного давления повторяются столько раз, сколько участков пониженного сцепления попадется в процессе торможения и сколько при этом будет утрачено тормозной силы.

Когда необходимое сокращение длины тормозного пути будет фактически получено, микропроцессорный блок управления повышением давления 7 снимет напряжения с эдектропневмоклапанов электропневморедуктора 9, при этом пневмопровод 12 соединится с атмосферой из-за чего произойдет удаление сжатого воздуха из пневмопровода 12, а переключательный клапан 11 вернется в первоначальное положение.

Давление сжатого воздуха на управляющих входах реле давления 18 снова станет равным значению Р_т, в результате чего реле давления 18 уменьшат давление сжатого воздуха в тормозных цилиндрах 16 до значения Р_т, т.е. до такого давления, когда служебное торможение осуществляется давлением сжатого воздуха, величина которого задана управляющим воздействием машиниста.

Если противоюзная защита с микропроцессорным блоком управления повышением давления 7 неисправна или принудительно выключена, то служебное торможение по пневмоцепи: электровоздухораспределитель 2, импульсный резервуар (ложный тормозной цилиндр) 5, переключательный клапан 11, реле давления 18, тормозные цилиндры 16 будет осуществляться в обычном режиме.

При применении для остановки транспортного средства экстренного или аварийного торможения через электровоздухораспределитель 2 произойдет ускоренное наполнение пневмопровода 10, и сработает сигнализатор давления 8, в результате чего электрическая цепь управления электропневморедуктором 9 соединится с микропроцессорным блоком управления повышением давления 7.

Под воздействием давления сжатого воздуха, поступившего в пневмопровод 10, переключательный клапан 11 займет положение, соединяющее электровоздухораспределитель 2 и импульсный резервуар (ложный тормозной цилиндр) 5 с управляющими входами реле давления 18, которые подадут сжатый воздух от источника повышенного давления 14 в рабочие тормозные цилиндры 16. Давление на управляющих входах реле давления 18 достигнет величины Р_тэ, предусмотренной для условий экстренного или аварийного торможения.

Это будет определено микропроцессорным блоком управления повышением давления микропроцессорного органа управления противоюзной защиты 7 путем сравнения показаний датчиков давления 6-2 и 6-3, после чего микропроцессорный блок управления повышением давления 7 выдаст команду электропневморедуктору 9 на повышение давления до величины, установленной исходя из величины давления в источнике повышенного давления и состояния электропневматической или пневматической системой торможения колесных пар транспортного средства.

Электропневморедуктор 9 заполнит пневмопровод 12, при этом когда величина повышенного давления Р_пэ превысит уже работающую величину Р_тэ, переключательный клапан 11 соединит источник повышенного давления 14 через электропневморедуктор 9 с управляющими входами реле давления 18, которые начнут увеличивать давление в рабочих тормозных цилиндрах 16 до величины Р_пэ, контролируемой микропроцессорным блоком управления повышением давления микропроцессорного органа управления противоюзной защитой 7 через датчик давления 6-3. В этом режиме давление сжатого воздуха Р_пэ в пневмопроводе 13 автоматически поддерживается микропроцессорным блоком управления повышением давления микропроцессорного органа управления противоюзной защитой 7 на заданном уровне в течение всего времени экстренного или аварийного торможения транспортного средства до его полной остановки независимо от случаев наезда на участки пути с ухудшенным сцеплением и величины утраченной тормозной силы.

После остановки транспортного средства машинист выполняет команду сброса сжатого воздуха из рабочих тормозных цилиндров 16, при этом электровоздухораспределитель 2 соединит с атмосферой пневмопровод 10. Через датчик давления 6-2 микропроцессорный блок управления повышением давления микропроцессорного органа управления противоюзной защитой 7 зафиксирует, что произошел сброс воздуха из контролируемого пневмопровода 10, и даст команду электропневморедуктору 9 соединить с атмосферой пневмопровод 12. Произойдет полный сброс воздуха из пневмопровода 13, и через реле давления 18 произойдет полный сброс сжатого воздуха из рабочих тормозных цилиндров 16 в атмосферу.

Для повышения надежности обеспечения полного сброса воздуха из рабочих тормозных цилиндров 16 предусмотрено дублирование управления исполнительными электропневмоклапанами электропневморедуктора 9. Оно осуществлено путем соединения общего провода от электропневмоклапанов электропневморедуктора 9 с управляющим выходом микропроцессорного блока управления повышением давления микропроцессорного органа управления противоюзной защитой 7 через контакты сигнализатора давления 8. При сбросе воздуха из пневмопровода 10 контакты сигнализатора давления 8 разомкнутся и разорвут общий провод от электропневмоклапанов электропневморедуктора 9 к общему выводу микропроцессорного блока управления повышением давления микропроцессорного органа управления противоюзной защитой 7, в результате чего электропневмоклапаны электропневморедуктора 9 обесточатся и соединят пневмопровод 12 с атмосферой. Произойдет полный сброс воздуха из рабочих тормозных цилиндров 16 в атмосферу.

В случае если в ходе обычного или экстренного торможения произойдет отказ микропроцессорного блока управления повышением давления 7, электрическая цепь, соединяющая его с электропневморедуктором 9 автоматически обесточится и из пневмопровода 12 произойдет сброс сжатого воздуха в атмосферу, в результате чего переключательный клапан 11 вернется в первоначальное положение.

Давление сжатого воздуха на управляющих входах реле давления 18 снова станет равным значению Р_т или Р_тэ, в результате чего реле давления 18 уменьшат давление сжатого воздуха в рабочих тормозных цилиндрах 16 до значения Р_т или Р_тэ соответственно, т.е. продолжится заданное обычное или экстренное торможение давлением сжатого воздуха, величина которого задана машинистом.

Описанная функция сигнализатора давления 8 исключает случайное возбуждение электропневмоклапанов электропневморедуктора 9 при отсутствии давления сжатого воздуха в пневмопроводе 10.

В случае отключения питания микропроцессорного органа управления противоюзной защитой 7, его принудительного отключения или в случае его автоматического отключения в результате обнаружения функциональной неисправности, от микропроцессорного блока управления повышением давления микропроцессорного органа управления противоюзной защитой 7 не поступают команды на электропневмоклапаны электропневморедуктора 9 и пневмопровод 12 остается постоянно соединенным с атмосферой. В этих условиях переключательный клапан 11 отрабатывает изменения давления сжатого воздуха, поступающего в пневмопровод 10 и соединяет его с управляющими входами реле давления 18, которые в свою очередь передают в рабочие тормозные цилиндры 16 сжатый воздух от источника повышенного давления 14 под давлением, величина которого определяется управляющим воздействием машиниста.

Все пневматические и электропневматические элементы, обеспечивающие реализацию изложенного способа, известны из источников [1, 2, 3], при этом электропневморедуктор может быть выполнен, например, как часть электровоздухораспределителя УСЛ. 305-000 [1, с.80], состоящая из электрической части с корпусом, пневматического реле с корпусом и рабочей камеры.

Микропроцессорный орган управления противоюзной защиты может быть выполнен на современной элементной базе и выполнять функции, предусмотренные в устройстве [5]. При этом микропроцессорный блок управления повышением давления целесообразно выполнять в едином конструктиве с микропроцессорным органом управления противоюзной защитой.

Предлагаемый способ активной защиты от юза колесных пар транспортного средства был в экспериментальном порядке опробован в условиях испытательного полигона на реальном транспортном средстве при торможении на рельсах с принудительно пониженным сцеплением (замасленных рельсах). Полученные результаты подтвердили, что применение предлагаемого способа активной противоюзной защиты обеспечивает сокращение длины тормозного пути транспортного средства при торможении на путях с пониженным сцеплением до длины тормозного пути меньшей, чем длина тормозного пути того же транспортного средства при торможении на сухих рельсах.

Источники информации

1. В. И. Крылов, Е.В.Клыков, В.Ф.Ясенцев. Автоматические тормоза. - М.: Транспорт, 1973, 255 с.

2. В.Г.Иноземцев. Тормоза железнодорожного подвижного состава - М.: Транспорт, 1979, 423 с.

3. В.И.Крылов, В.В.Крылов, В.Н.Ефремов, П.Т.Демушкин. Справочник. Тормозное оборудование железнодорожного подвижного состава. - М.: Транспорт, 1989, 487 с.

4. Противоюзное устройство для железнодорожного подвижного состава, оборудованного песочницей. Патент ФРГ 1180769, заявл. 2.03.62, опубл. 24.06.65.

5. Противоюзная система. Патент США 4486839, заявл. 12.08.82 (прототип).

6. Противоюзное тормозное устройство типа Knorr MWX железнодорожных пассажирских вагонов. Gleitschut zeinnchtung КnorrMWX /Schmager Siegmund/ /Schienerier zeuge./, 1988, 32, 6, -с. 281-292. - Нем.

7. Устройство противоюзной защиты. Патент Швейцарии 649051, заявл. 12.08.80.8