устройство и способ контроля повреждений элементов ходовой части единиц подвижного состава

Формула изобретения

1. Устройство (2) контроля повреждений элементов ходовой части единиц подвижного состава, содержащее, по меньшей мере, один датчик (28, 28', 28'') ускорения, выполненный с возможностью взаимодействия с устройством (32) обработки, при этом, по меньшей мере, один датчик (28, 28', 28'') ускорения установлен на ходовой части единицы подвижного состава, при этом его направление (30, 30', 30'') детектирования содержит, по меньшей мере, одну составляющую, параллельную вертикальной оси (направление z) единицы подвижного состава, отличающееся тем, что датчик (28, 28', 28'') ускорения выполнен с возможностью выдачи сигнала измерения, содержащего соответствующую ускорению (g) свободного падения составляющую или являющегося соответствующим ускорению (g) свободного падения сигналом, причем устройство (32) обработки содержит подпрограмму для функциональной проверки датчика (28, 28', 28'') ускорения, предназначенную для модулирования сигнала ошибки, если сигнал измерения, образованный датчиком (28, 28', 28'') ускорения, не содержит соответствующую ускорению (g) свободного падения составляющую или не является соответствующим ускорению (g) свободного падения сигналом, и предназначенную для подавления сигнала ошибки, если он не является таковым.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сигнал измерения, образованный датчиком (28, 28', 28'') ускорения, является сигналом, соответствующим ускорению (g) свободного падения в состоянии покоя единицы подвижного состава, а при движении единицы подвижного состава содержит соответствующую ускорению (g) свободного падения составляющую.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что содержит средства фильтрации, предназначенные для отфильтровывания соответствующей ускорению (g) свободного падения составляющей сигнала от образованного датчиком (28, 28', 28'') ускорения сигнала измерения.

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что устройство (32) обработки предназначено для выполнения подпрограммы однократно или многократно через временные промежутки или постоянно.

5. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что датчик (28, 28', 28'') ускорения выполнен в виде пьезоэлектрического, пьезорезистивного или емкостного датчика ускорения.

6. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один датчик (28, 28', 28'') ускорения установлен на раме (4) ходовой тележки или на подшипнике (14-20) колесной пары оси (22, 24) ходовой тележки (1) единицы подвижного состава, при этом его направление (30, 30') детектирования содержит составляющую в направлении движения (направление х) или составляющую, перпендикулярную направлению движения (направление у), и одновременно составляющую, параллельную вертикальной оси (направление z) единицы подвижного состава или содержит датчики (30) ускорения, предназначенные для подшипников (14-20) колесной пары оси (22, 24), из которых один датчик (30'') ускорения расположен на одном подшипнике (16 или 18) колесной пары оси (24, 22), при этом его направление (30'') детектирования является параллельным направлению движения (направление х), а другой датчик (30") ускорения расположен на другом подшипнике (14 или 20) колесной пары оси (22, 24), его направление (30'') детектирования является параллельным вертикальной оси (направление z) единицы подвижного состава.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что на раме (4) ходовой тележки (1) установлен один датчик (28) ускорения.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что направление (30) детектирования датчика (28) ускорения проходит в плоскости перпендикулярно оси (22, 24) ходовой тележки (1) и образует с вертикальной осью (направление z) и с параллельной направлению движения осью (направление х) угол 45°.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что направление (30) детектирования датчика (28) ускорения проходит в плоскости перпендикулярно направлению движения (направление х) и образует с вертикальной осью (направление z) и с перпендикулярной направлению движения осью (направление у) угол 45°.

10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что на одном (16, 18) из подшипников (14-20) колесной пары оси (22, 24) ходовой тележки (1) установлен датчик (28') ускорения.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что направление (30') детектирования датчика (28') колебаний проходит в плоскости перпендикулярно оси (22, 24) и образует с вертикальной осью (направление z) и с параллельной направлению движения осью (направление х) угол 45°.

12. Устройство по п.6, отличающееся тем, что на каждом подшипнике (14-20) колесной пары оси (22, 24) установлен датчик (30'') ускорения.

13. Устройство по п.7, отличающееся тем, что датчик (30'') ускорения расположен на подшипниках (14-20) колесной пары осей (22, 24) ходовой тележки (1), причем при рассмотрении в направлении движения (направление х) направления (30'') детектирования датчиков (30'') ускорения чередуются на каждой стороне единицы подвижного состава.

14. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один датчик (28, 28', 28'') ускорения совместно с, по меньшей мере, одним датчиком (34) для измерения моментальной скорости вращения колеса и/или совместно с датчиком (39) для измерения моментальной температуры подшипника (14-20) колесной пары встроен в комбинированный датчик (38).

15. Способ контроля повреждений элементов ходовой части единиц подвижного состава, в котором:

устанавливают, по меньшей мере, один датчик (28, 28', 28'') ускорения, сигнал измерения которого содержит соответствующую ускорению свободного падения составляющую или является соответствующим ускорению свободного падения сигналом,

позиционируют датчик (28, 28', 28'') ускорения на ходовой части единицы подвижного состава так, чтобы его направление (30, 30', 30'') детектирования содержало, по меньшей мере, одну составляющую, параллельную вертикальной оси (направление z) единицы подвижного состава,

проверяют функции датчика (28, 28', 28'') ускорения таким образом, чтобы модулировался сигнал ошибки, если образованный датчиком (28, 28', 28'') ускорения сигнал измерения не содержит соответствующую ускорению свободного падения составляющую или не является соответствующим ускорению свободного падения сигналом, и подавлялся сигнал ошибки, если он не является таковым.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройству и способу контроля повреждений элементов ходовой части единиц подвижного состава согласно пунктам 1 и 15 формулы изобретения.

При движении единиц подвижного состава все большее значение приобретают системы контроля за ходовой частью. Во-первых, такие контрольные системы востребованы по соображениям безопасности и предусмотрены нормативами или инструкциями. В качестве примера можно указать следующие системы, которые требуются в европейских странах в соответствии с технической спецификацией для обеспечения возможности взаимодействия (TSI, официальный бюллетень Европейского союза) для высокоскоростных поездов:

- бортовые системы для обнаружения схода с рельсов,

- бортовые системы для обнаружения греющегося подшипника или опознавания повреждения подшипника,

- бортовые системы для опознавания неустойчивости или неисправности амортизаторов.

Во-вторых, системы контроля за ходовой частью применяются для диагностики и раннего опознавания поврежденных узлов, критических состояний и прочих неисправностей для проведения раннего, обусловленного состоянием, технического обслуживания. Задача изобретения заключается в обеспечении кратких простоев, повышенной степени использования конструктивных узлов и, следовательно, снижении затрат.

Так, например, в междугороднем экспрессе применяется система опознавания неустойчивости хода, а в новых автоматических поездах метрополитена используется система обнаружения схода с рельсов. Общим для этих систем является то, что они сконструированы и применяются функционально раздельно. Каждая из этих систем использует собственные датчики.

Для опознавания неустойчивости обычно применяется один или несколько датчиков на раме ходовой тележки, которые измеряют поперечное ускорение (поперечно направлению движения х) в определенном диапазоне частот и вырабатывают тревожное сообщение в случае превышения предельных значений.

В DE 10145433 С2 и ЕР 1317369 описаны способ и устройство контроля повреждений элементов единицы подвижного состава, которые также основаны на измерении значений ускорения на консолях демпфера качки, закрепленных на кузове вагона. Направление детектирования датчиков ускорения является здесь параллельным направлению движения.

Пример, касающийся способа и устройства для обнаружения схода с рельсов, описан в документе DE 19953677. При этом сигналы измерения от датчика ускорения, установленного на осевом подшипнике, обрабатываются непосредственно. Замеренные величины ускорения дважды интегрируются и сопоставляются с предельной величиной. Направление детектирования простого датчика ускорения совпадает с направлением вертикальной оси (направление z) единицы подвижного состава. Согласно этому источнику могут также применяться датчики ускорения, которые по направлению детектирования одновременно ориентированы в направлении движения (направление х), поперечно направлению движения (направление у) и в направлении вертикальной оси (направление z). Такой датчик ускорения представляет собой так называемый многокомпонентный датчик, т.е. он состоит, по меньшей мере, из двух, в данном случае трех, датчиков ускорения, каждый из которых выполняет измерение в одном направлении детектирования.

Проблема при использовании таких важных для безопасности контрольных устройств заключается в обеспечении работоспособности датчиков ускорения, которая в зависимости от уровня безопасности должна быть гарантирована при очень высокой степени безаварийности или опознавания неисправностей. На фиг.8 схематично показаны выполнение и функция устройства контроля повреждений элементов ходовой части единиц подвижного состава, которое содержит:

- датчик ускорения, включая крепление и встроенный электронный блок усиления и согласования,

- электронный блок подготовки и обработки сигналов, включая устройство питания датчика ускорения,

- линии передачи сигналов датчика ускорения в электронный блок обработки,

- линии питания током датчика ускорения.

Некоторые элементы показанной на фиг.4 измерительной цепи могут быть тестированы во время работы на работоспособность посредством тестовых функций или схем. Так, например, обрыв передаточной линии может быть обнаружен с помощью подачи напряжения смещения (среднего напряжения) или подачи стабильного тока на датчик ускорения. В этом случае обрыв линии может быть определен в результате изменения напряжения смещения или стабильного тока.

Проблематичным является тестирование самих датчиков ускорения. Для того чтобы убедиться, что датчик ускорения продолжает функционировать и образует сигнал измерения в точном соответствии со своей спецификацией, необходимо воздействовать на него определенным сигналом ускорения. Для этого следует демонтировать датчик ускорения и установить его на калиброванном испытательном стенде, что сопровождается большими затратами на фоне того, что часто датчики ускорения расположены в труднодоступных монтажных местах, например на ходовых тележках единиц подвижного состава. Кроме того, в процессе демонтажа и обратной установки нельзя исключить повреждения датчика и монтажные ошибки.

Другая возможность обеспечивается датчиками с автономным устройством самотестирования. В этом случае сенсорный элемент возбуждается дополнительным встроенным устройством. Если датчик выдает ожидаемый сигнал, он является исправным. Такие устройства самотестирования применяются, например, в датчиках воздушных подушек автомобилей. Однако такое устройство самотестирования пригодно не для каждого типа датчика или его типоразмера, и, кроме того, оно удорожает датчик.

Для предупреждения тестирования демонтированных датчиков или применения самотестирующих устройств датчики ускорения могут быть предусмотрены в избытке, и тогда выход из строя или сбой датчика может определяться с помощью сравнения сигналов двух датчиков на достоверность. Это также требует дополнительных технических затрат и, следовательно, ведет к удорожанию.

Поэтому задачей изобретения является такое усовершенствование устройства и способа контроля повреждений элементов ходовой части единиц подвижного состава, при котором при простоте конструкции может контролироваться с низкими затратами функция применяемых датчиков ускорения.

Согласно изобретению указанная задача решена согласно изобретению, охарактеризованному признаками п.1 формулы.

В устройстве согласно изобретению датчик ускорения выполнен таким образом, что он выдает сигнал измерения, содержащий соответствующую ускорению g свободного падения составляющую или является соответствующим ускорению g свободного падения сигналом. Кроме того, устройство обработки содержит подпрограмму для функциональной проверки датчика ускорения, которая модулирует сигнал ошибки в том случае, когда образованный датчиком ускорения сигнал измерения не содержит соответствующую ускорению g свободного падения составляющую или не является соответствующим ускорению g свободного падения сигналом, и подавляет сигнал ошибки, если он таковым не является.

В способе согласно настоящему изобретению применяется, следовательно, по меньшей мере, один датчик ускорения, сигнал измерения которого содержит соответствующую ускорению g свободного падения составляющую или является сигналом, соответствующим ускорению g свободного падения. Такой датчик ускорения устанавливается на ходовой части единицы подвижного состава таким образом, чтобы его направление детектирования содержало, по меньшей мере, одну составляющую, параллельную вертикальной оси (направление z) единицы подвижного состава, по которой действует ускорение g свободного падения. Наконец, функция датчика ускорения также проверяется таким образом, чтобы сигнал ошибки модулировался в том случае, когда образованный датчиком ускорения сигнал измерения не содержит соответствующую ускорению g свободного падения составляющую или не является соответствующим ускорению g свободного падения сигналом и подавляет сигнал ошибки, если он не является таковым.

К условиям «не соответствующая ускорению g свободного падения составляющая сигнала» или «не соответствующий ускорению g свободного падения сигнал» относятся также те случае, в которых, хотя и присутствует составляющая сигнала или сигнал, образуемый ускорением свободного падения, величина или значение которого не соответствует, однако, величине или значению, которое следовало бы ожидать вследствие ускорения g свободного падения, т.е. случаи, в которых замеренная величина ускорения свободного падения является слишком великой или слишком малой по отношению к реальной величине. Следовательно, такое отклонение замеренной величины указывает на ошибку датчика ускорения.

По сравнению с уровнем техники для устройства согласно изобретению не требуется специальное аппаратурное оформление или демонтаж датчиков ускорения для тестирования. Скорее проверяемый датчик ускорения сам выдает во время предписанного процесса измерения информацию о своей работоспособности. К контролирующему датчику ускорения предъявляется лишь требование, чтобы он формировал сигнал измерения, учитывающий постоянно воздействующее на датчик ускорение g свободного падения при движении единицы подвижного состава, или являлся им при нахождении единицы подвижного состава в состоянии покоя, а также имел пороговое значение срабатывания, которое меньше ускорения g свободного падения.

Таким образом, соответствующий ускорению g свободного падения сигнал или соответствующая этому ускорению составляющая сигнала образует калибрирующий и испытательный сигнал для датчика ускорения. Особенно эффективно изобретение для датчиков ускорения, диапазон измерения которых соответствует порядку величин ускорения g свободного падения. При обнаружении неустойчивости проводится, например, измерение в диапазоне от -2 g до +2 g при пороге срабатывания 0,8 g. Даже если калибрирующий и испытательный сигнал будет отличаться от сигнала измерения на порядки величин, то и в этом случае возможно, по меньшей мере, основное тестирование датчика ускорения. По сравнению с мероприятиями, известными из уровня техники, это означает существенную экономию.

Благодаря приведенным в зависимых пунктах формулы изобретения мероприятиям возможны оптимальные варианты развития и усовершенствования изобретения, указанного в зависимых пунктах.

Особо предпочтительно, чтобы устройство содержало средства фильтрации, которые отфильтровывают соответствующую ускорению g свободного падения составляющую от образованного датчиком ускорения сигнала измерения.

Устройство обработки может быть выполнено таким образом, чтобы подпрограмма тестирования выполнялась однократно или многократно через временные промежутки или постоянно.

Особо предпочтительно, чтобы датчик ускорения был выполнен в виде пьезоэлектрического, пьезорезистивного или емкостного датчика ускорения.

Для разных функций при контроле повреждений элементов ходовой части единиц подвижного состава, таких как упомянутые выше функции «опознавание неустойчивости» и «обнаружение схода с рельсов», применяются общие датчики. В зависимости от своего расположения согласно изобретению датчики ускорения способны определять ускорение в направлении вертикальной оси (направление z) единицы подвижного состава и поперечно направлению движения (направление у) или же в направлении движения (направление х). При этом предусмотрено предпочтительно два варианта:

а) расположение, по меньшей мере, одного датчика ускорения на раме ходовой тележки или же на подшипнике колесной пары оси ходовой тележки единицы подвижного состава таким образом, чтобы его направление детектирования содержало составляющую в направлении движения (направление х) или составляющую, перпендикулярную направлению движения (направление у), или одновременно составляющую, параллельную вертикальной оси (направление z) единицы подвижного состава;

б) применение датчиков ускорения на подшипниках колесной пары оси, из которых один датчик установлен на одном подшипнике колесной пары оси таким образом, чтобы его направление детектирования было параллельно направлению движения, а другой датчик ускорения был установлен на другом подшипнике колесной пары оси так, чтобы его направление детектирования было параллельно вертикальной оси единицы подвижного состава.

В варианте а) вследствие косого направления детектирования датчика ускорения происходит векторное сложение значений ускорения в направлении z со значениями ускорения в поперечном и продольном направлениях (направления у, х). Замеренные значения ускорения представляют собой сумму векторных отдельных ускорений в направлениях z, у или в направлении z. Эти значения служат указанием на тенденцию, при которой ходовая часть находится в неустойчивом режиме движения или сошла с рельсов. Более выборочный контроль может дополнительно достигаться специфической частотной оценкой замеренных значений ускорения. Вибрация на разных пространственных осях проявляется в разных диапазонах частот. Так, при неустойчивом режиме отмечаются более низкие частоты в поперечном и продольном направлениях, чем по вертикальной оси. При сходе с рельсов критерий контроля образуется составляющими более высокой частоты по вертикальной оси. В результате целенаправленной оценки разных диапазонов частот возможен выборочный контроль за неустойчивым режимом движения.

Составляющая в указанных направлениях (направления х, у, z) присутствует всегда тогда, когда угол, образуемый направлением детектирования в соответствующей плоскости, лежит в пределах от 0 до 90 градусов, не включая при этом предельные величины 0 и 90 градусов. Особо предпочтительно, чтобы угол, образуемый направлением детектирования, лежал в диапазоне 10-80 градусов.

В результате становится возможным охватить с помощью только одного датчика ускорения соответственно два перпендикулярных между собой направления детектирования (направление z и направление у или направление z и направление х). Благодаря этому с помощью одного датчика ускорения, установленного на ходовой тележке или оси, можно получить при контроле за поперечным и продольным ускорением данные о возможной неустойчивости, а при контроле за ускорением в направлении вертикальной оси можно получить одновременно данные о возможной предрасположенности к сходу с рельсов.

Благодаря применению одного датчика ускорения на каждой ходовой тележке обеспечиваются минимальные затраты на изготовление, монтаж и кабельную разводку для датчика ускорения.

Согласно варианту б) каждому подшипнику колесной пары оси ходовой тележки придан датчик ускорения. При этом направления детектирования обоих датчиков ускорения, расположенных с обеих сторон оси, перпендикулярны между собой, а именно в направлении движения (направление х) и в направлении вертикальной оси (направление z). Таким образом, в результате обработки сигналов ускорения от датчиков ускорения могут быть выполнены функции: «обнаружение схода с рельсов» и «опознавание неустойчивости». Поскольку датчики ускорения приданы подшипникам колесной пары, то одновременно могут контролироваться и осевые подшипники, так как чрезмерные колебания в зоне подшипников колесной пары указывают на наличие дефектов в этой зоне.

На другой оси ходовой тележки предусмотрено такое же расположение, но предпочтительно зеркальное по отношению к направлениям детектирования. Таким образом, создается одинаковое направление детектирования, если смотреть по диагонали на оси ходовой тележки. Следовательно, на каждую ходовую тележку приходится по два датчика ускорения с одинаковым направлением детектирования и, следовательно, достигается избыточность для соответствующего направления детектирования.

Наряду с указанными контрольными функциями: опознавание неустойчивости и обнаружение схода с рельсов, с помощью устройства согласно изобретению могут выполняться и другие функции по контролю и диагностике с использованием соответствующих способов обработки и соответствующего электронного блока обработки. Так, при расположении датчиков на раме ходовой тележки становится возможным контролировать расположенные непосредственно на этой раме элементы, такие как приводной рычаг, направляющие втулки, или саму раму.

В частности, при установке датчиков ускорения непосредственно на подшипнике колесной пары или на его корпусе возможны дополнительные функции контроля и диагностики, как, например, опознавание выбоин, повреждений подшипников или обнаружение повреждений вала колесной пары или самого колеса.

Особо предпочтительно, чтобы в варианте а) направление детектирования датчика ускорения проходило в плоскости перпендикулярно оси ходовой тележки и образовывало с вертикальной осью (направление z) и с параллельной направлению движения осью (направление х) угол в 45 градусов. Поскольку в этом случае составляющие имеют одинаковые величины, то формируются предпочтительно соразмерные сигналы для продольных и вертикальных колебаний ходовой тележки или подшипников колесной пары. В качестве альтернативы возможны любые углы в диапазоне 0-90 градусов.

В качестве альтернативы направление детектирования датчика ускорения может проходить в плоскости перпендикулярно направлению движения и образовывать угол 45 градусов с вертикальной осью (направление z) и с перпендикулярной к направлению движения осью (направление у). В этом случае формируются соразмерные сигналы для поперечных и вертикальных вибраций ходовой тележки или подшипников колесной пары.

Особо предпочтительно, чтобы при усовершенствовании варианта а) датчик ускорения располагался только на одном из обоих подшипников оси колесной пары. Если направление детектирования такого датчика ускорения проходит в плоскости перпендикулярно оси и образует с вертикальной осью, а также с параллельной направлению движения осью предпочтительно угол в 45 градусов, то становится также возможным получить из сигнала измерения датчиком ускорения соразмерные данные о предрасположенности к сходу с рельсов и об устойчивости ходовой части. Если, например, два таких датчика ускорения расположить по диагонали относительно вертикальной оси вращения ходовой тележки, то дополнительно достигается избыточность измерения, что повышает надежность контрольного устройства.

В этом варианте выполнения датчик ускорения предпочтительно применять в комбинации с импульсным датчиком. Применение встроенных датчиков, формирующих сигналы для электронного блока обработки и регистрирующих дополнительно частоту вращения оси, например, для защиты от скольжения, дополнительно снижает затраты на установку датчиков и кабельную разводку.

С целью минимизации затрат на изготовление и монтаж, а также на кабельную разводку при усовершенствовании варианта б) на каждом подшипнике колесной пары оси устанавливается только один датчик ускорения. Эти датчики ускорения предпочтительно устанавливать на подшипниках колесной пары осей ходовой тележки таким образом, чтобы, если смотреть в направлении движения, направления детектирования датчиков ускорения чередовались на каждой стороне единицы подвижного состава. Следовательно, по отношению к вертикальной оси ходовой тележки датчики ускорения будут располагаться по диагонали при одинаковом направлении детектирования. Благодаря этому достигается оптимальная избыточность, повышающая надежность контрольного устройства в отношении выхода из строя.

Предпочтительно, чтобы в этом варианте выполнения, по меньшей мере, один датчик ускорения использовался в комбинации с импульсным датчиком, что гарантирует указанные выше преимущества. Дополнительно в комбинированный датчик может быть встроен также датчик для измерения мгновенной температуры подшипника колесной пары. Указание о возможности такого выполнения комбинированного датчика содержится в документе DE 102005010118.

Следует учесть, что, по меньшей мере, один электронный блок обработки устройства контроля повреждений элементов ходовой части может служить неотъемлемой составной частью системы защиты от скольжения и/или системы управления торможением, что также раскрыто в документе DE 102005010118.

Следовательно, описанные выше меры обеспечивают низкие затраты при монтаже датчиков ускорения, некоторые из которых характеризуются направлением детектирования с составляющей, параллельной вертикальной оси (направление z) единицы подвижного состава. Для таких случаев может применяться в комбинации с признаками п.1 формулы изобретения устройство контроля повреждений элементов ходовой части единиц подвижного состава с оптимально малым количеством датчиков ускорения и устройств обработки благодаря специальному расположению датчиков ускорения, которые, кроме того, могут контролироваться простым способом с помощью целевого выбора типа датчика, а также за счет применения специального программного обеспечения, при этом отпадает необходимость в их демонтаже или в применении для них дополнительного аппаратного оформления. В целом создано очень дешевое и легко проверяемое устройство контроля повреждений элементов ходовой части единицы подвижного состава.

Настоящее изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:

фиг.1 - вид сверху ходовой тележки с частью устройства контроля повреждений элементов ходовой части единиц подвижного состава согласно первому варианту выполнения изобретения, схематично;

фиг.2 - вид спереди ходовой тележки по фиг.1;

фиг.3 - вид сверху ходовой тележки с частью устройства контроля повреждений элементов ходовой части единиц подвижного состава согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения;

фиг.4 - вид сбоку ходовой тележки по фиг.3;

фиг.5 - вид сверху ходовой тележки с частью устройства контроля повреждений элементов ходовой части единиц подвижного состава согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения изобретения;

фиг.6 - вид сбоку ходовой тележки по фиг.5;

фиг.7 - электрическая схема устройства контроля повреждений элементов ходовой части единиц подвижного состава согласно варианту выполнения по фиг.5 и 6;

фиг.8 - план распределения функций устройства контроля повреждений элементов ходовой части единиц подвижного состава, схематично.

На фиг.1 схематично показан вид сверху ходовой тележки 1 с частью устройства 2 контроля повреждений элементов ходовой части единиц подвижного состава согласно первому варианту выполнения изобретения.

Ходовая тележка 1 установлена с возможностью поворота вокруг вертикальной оси 36 по отношению к не показанному кузову вагона и содержит раму 4, опирающуюся на кузов вагона посредством рессорной системы, которая не показана, так как для изобретения имеет второстепенное значение.

Рама 4 ходовой тележки опирается, с другой стороны, через первичное рессорное подвешивание на четыре корпуса 6, 8, 10, 12 подшипников колесной пары, в которых размещено по одному подшипнику 14, 16, 18, 20 колесной пары для опоры оси 22, 24, несущей на концах два колеса 26. В целом предусмотрено по две оси 22, 24 для каждой ходовой тележки 1.

Для контроля за ходовой тележкой 1 и ее составными частями 4-20 предусмотрено устройство 2, из которого на фигурах 1 и 2 показан только датчик 28 ускорения.

Датчик 28 ускорения установлен на раме 4 ходовой тележки таким образом, что его показанное стрелкой 30 направление детектирования содержит составляющую, параллельную вертикальной оси (направление z), и составляющую в направлении движения (направление х) или составляющую, перпендикулярную направлению движения (направление у) единицы подвижного состава. Предпочтительно, чтобы направление 30 детектирования, например, показанного вибродатчика, выполненного в виде датчика 28 ускорения, содержало составляющую, перпендикулярную направлению движения (направление у), и одновременно составляющую, параллельную вертикальной оси (направление z) единицы подвижного состава, как это показано, в частности, на фиг.2.

Вследствие косого направления 30 детектирования датчика 28 ускорения происходит векторное сложение величин ускорения в направлении z с величинами ускорения в направлении у (поперечное направление). Равнодействующая служит указанием на тенденцию ходовой тележки к сходу с рельсов (составляющая направления z) и/или на неустойчивый режим движения, например чрезмерную боковую качку (составляющая направления у).

Кроме того, каждой оси 22, 24 придан известный импульсный датчик 34 для измерения частоты вращения, расположенный предпочтительно в соответствующем корпусе 6, 8 подшипника колесной пары или же прифланцованный к нему своим корпусом.

Особо предпочтительно, чтобы согласно варианту выполнения по фиг.1, 2 направление 30 детектирования датчика 28 ускорения проходило в плоскости перпендикулярно направлению движения (направление х) и образовывало с вертикальной осью (направление z) и с параллельной направлению движения осью (направление у) угол предпочтительно в 45 градусов. Поскольку в этом случае составляющие имеют одинаковые величины в направлении к этим осям, то образуются предпочтительно соразмерные сигналы для поперечных и вертикальных колебаний ходовой тележки 1.

В качестве альтернативы направление 30 детектирования датчика 28 ускорения может проходить в плоскости перпендикулярно оси 22, 24 ходовой тележки и образовывать с вертикальной осью (направление z) и с направлением движения (направление х) угол, равный предпочтительно 45 градусам. В этом случае формируются соразмерные сигналы для продольных и вертикальных колебаний ходовой тележки 1.

Согласно варианту выполнения по фиг.3, 4 на одном 16, 18 из обоих подшипников 16, 20 или 14, 18 колесной пары оси 22, 24 установлен датчик 28' ускорения. В том случае, когда направления 30' детектирования обоих датчиков 28' ускорения совпадают, проходят в плоскости перпендикулярно осям 22, 24 ходовой тележки 1 и образуют с вертикальной осью (направление z) и с расположенной параллельно направлению движения осью (направление х) угол предпочтительно 45 градусов, то становится возможным получить на основании сигналов измерения датчика 28' ускорения соразмерные данные о предрасположенности к сходу с рельсов и об устойчивости ходовой части. Особо предпочтительно, чтобы, как показано на фиг.3, оба датчика 28' ускорения, предназначенные для осей 22, 24, располагались по диагонали относительно вертикальной оси вращения 36 ходовой тележки 1. В этом варианте выполнения датчики 28' ускорения объединены дополнительно с импульсным датчиком 34 для измерения скорости вращения колеса с образованием встроенного комбинированного датчика 38.

В варианте выполнения по фиг.5 и 6 для каждого подшипника 14-20 колесной пары ходовой тележки 1 предназначен датчик 28 ускорения, при этом датчик 28 ускорения установлен на подшипнике 16 или 18 колесной пары соответствующей оси 24, 22 таким образом, что его направление детектирования 30 является параллельным направлению движения (направление х), при этом другой датчик 28 ускорения расположен на другом подшипнике 14 или 20 колесной пары соответствующей оси 22, 24 так, что его направление 30 детектирования параллельно вертикальной оси (направление z) единицы подвижного состава. В соответствии с этим направления 30 детектирования обоих предназначенных для оси 22, 24 ходовой тележки 1 датчиков 28 ускорения являются перпендикулярными между собой и совпадают с направлением движения (направление х) и вертикальной осью (направление z). Поэтому датчики 28 ускорения с одинаковым направлением 30 детектирования предпочтительно располагать по диагонали относительно оси 36 вращения ходовой тележки 1.

Предпочтительно, чтобы и в этом варианте выполнения, по меньшей мере, один датчик 28 ускорения применялся в комбинации с импульсным датчиком 34 в виде комбинированного датчика 38, чем достигаются указанные выше преимущества, Дополнительно может быть также встроен в комбинированный датчик 38 датчик 39 для измерения моментальной температуры соответствующего подшипника 14-20 колесной пары.

Во всех вариантах выполнения применяются предпочтительно только простые, т.е. действующие лишь в одном направлении 30, 30', 30 детектирования датчики 28, 28', 28 одного типа.

На фиг.7 показано устройство 32 обработки, выполненное в виде электронного блока обработки для устройства 2, встроенного в электронный блок 40 защиты от скольжения, относящийся к системе защиты от скольжения, служащий для задания оптимального проскальзывания между колесами пассажирского вагона с двумя ходовыми тележками 42, 44 и рельсами при скорости движения до 200 км/ч и соединенный сенсорными линиями 46 с соответствующими комбинированными датчиками 38, установленными на подшипниках колесных пар, для передачи сигналов. Пассажирский вагон оборудован расположенным предпочтительно на каждом подшипнике колесной пары комбинированным датчиком 38 для измерения скорости вращения колес (импульсный датчик), температуры колесных подшипников (датчики температуры) и ускорения колес в соответствующем направлении 30 детектирования (простой датчик ускорения). Замеренные этими датчиками 38 сигналы вводятся в центральный электронный блок обработки и обрабатываются в нем. В целом комбинированными датчиками 38 могут выполняться следующие контрольные функции:

- контроль за качением (опознавание не вращающихся колес),

- обнаружение греющихся подшипников (контроль за температурой подшипников колесной пары),

- опознавание повреждения подшипника путем измерения колебаний,

- опознавание неустойчивого хода или неисправных амортизаторов ходовой части,

- обнаружение схода с рельсов,

- обнаружение выбоин и некруглости колес.

Кроме того, возможны дополнительные диагностические функции для раннего опознавания дефектных деталей. Не последнюю роль играет также диагностика участка железнодорожного пути с целью обнаружения его дефектов. Через устройство 40 ввода-вывода может производиться ввод или вывод данных.

Описанные в приведенных выше вариантах выполнения датчики ускорения 28, 28', 28 , направление 30, 30', 30 детектирования которых содержит, по меньшей мере, одну составляющую, параллельную вертикальной оси (направление z) единицы подвижного состава, в которой действует ускорение g свободного падения, выполнены таким образом, что они образуют сигнал измерения, в котором содержится соответствующая ускорению g свободного падения составляющая или который является соответствующим ускорению g свободного падения сигналом. Кроме того, устройство 32 обработки содержит подпрограмму для функциональной проверки датчиков 28, 28', 28 ускорения, которая модулирует сигнал ошибки, если сигнал измерения, образованный соответствующим датчиком 28, 28', 28 ускорения, не содержит соответствующую ускорению g свободного падения составляющую или не является соответствующим этому ускорению сигналом. И, напротив, сигнал ошибки подавляется в том случае, если он не является таковым.

В описанных вариантах выполнения использованы датчики 28, 28', 28 ускорения, сигнал измерения которых содержал соответствующую ускорению g свободного падения составляющую или являлся соответствующим этому ускорению сигналом. Это условие выполняется, как правило, пьезоэлектрическими, пьезорезистивными или емкостными датчиками 28, 28', 28 ускорения. Эти датчики 28, 28', 28 устанавливаются, как уже отмечалось, на ходовой части единицы подвижного состава таким образом, что их направление 30, 30', 30 детектирования содержит, по меньшей мере, одну составляющую, параллельную вертикальной оси (направление z) единицы подвижного состава, в котором действует ускорение g свободного падения.

Далее проверяется функция указанных датчиков 28, 28', 28 ускорения, при этом модулируется сигнал ошибки, если образованный соответствующим датчиком 28, 28', 28 ускорения сигнал измерения не содержит соответствующую ускорению g силы притяжения составляющую или не является соответствующим этому ускорению сигналом и подавляет сигнал ошибки, если он таковым не является. При этом может выполняться указанная подпрограмма тестирования однократно или неоднократно последовательно через временные промежутки или постоянно.

Затем проверяемый датчик 28, 28', 28 ускорения выдает в рамках предписанного процесса измерения информацию о своей работоспособности. К контролируемому датчику 28, 28', 28 ускорения предъявляется только требование, чтобы он мог образовать сигнал измерения, который будет содержать постоянно воздействующее на датчик статическое ускорение g свободного падения в случае движения единицы подвижного состава, или являться этим сигналом при нахождении единицы подвижного состава в состоянии покоя, а также иметь пороговое значение срабатывания, которое меньше ускорения g свободного падения.

Особо предпочтительно, чтобы устройство 2 содержало не показанные средства фильтрации, которые отфильтровывают соответствующую ускорению g свободного падения составляющую от сигнала измерения, поступившего от датчика 28, 28', 28 ускорения.