Бортовое устройство определения эффективности автотормозов поезда в пути следования

Бортовое устройство определения эффективности автотормозов поезда в пути следования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Устройство относится к рельсовому транспорту, в частности к устройствам безопасности движения.

Известен механический скоростемер типа 3СЛ-2М (Инструкция по эксплуатации локомотивных скоростемеров 3СЛ-2М, приводов к ним и по расшифровке скоростемерных лент.№ЦТ-613, утв. МПС РФ 11.11.98 г. - М.: Транспорт, 1999), который осуществляет контроль параметров движения поезда, содержит датчик пути и скорости (1), датчик давления воздуха в тормозной магистрали (2). Недостатком данной системы является то, что носитель информации - бумажная лента, пропорциональная длине проделанной поездки, на которой не предоставляется достаточной информации об обеспеченности поезда тормозами. Лента скоростемера предназначена для контроля параметров выполненной поездки и не позволяет анализировать данные во время движения.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является комплексное локомотивное унифицированное устройство безопасности на базе микропроцессоров - КЛУБ-У (Зорин В.И., Шухина Е.Е., Титов П.В. Микропроцессорные локомотивные системы обеспечения безопасности движения поездов нового поколения // Железные дороги мира. 2003. №7. С.61-68).

КЛУБ-У содержит датчики пути и скорости (1), датчик давления воздуха в тормозной магистрали (2), систему определения положения рельсового транспортного средства (3), блок ввода информации о поезде (4), блок электроники (5), базу данных с электронной картой пути и графиком движения поездов (6). Недостатком данной системы является то, что она не различает режимы торможения и не предоставляет информации об обеспеченности поезда тормозами во время применения служебного торможения. Контроль эффективности тормозов система КЛУБ-У осуществляет на основании расчетного коэффициента торможения, который не учитывает действительного сопротивления движению поезда и, следовательно, полученные значения являются недостаточно верными.

Целью предлагаемого изобретения является определение расчетного тормозного коэффициента поезда, отличия его действительного сопротивления движению от среднестатистического и ожидаемого тормозного пути, информация о которых представляется машинисту. Эта информация в сочетании с известными машинисту данными о поезде, участке движения, скоростных режимах на этом участке позволяет ему оценить эффективность автотормозов поезда и выбрать соответствующую режимную карту управления движением поезда.

Указанная цель достигается тем, что система КЛУБ-У, содержащая датчики пути и скорости (1), датчик давления воздуха в тормозной магистрали (2), систему определения положения рельсового транспортного средства (3), блок ввода информации о поезде (4), блок электроники (5), базу данных с электронной картой пути и графиком движения поездов (6), дополнена микропроцессорной системой (7), соединенной с блоком электроники (5), схемой определения режима работы тягового подвижного состава (8), блоком задания условий планируемого режима торможения (9) и устройством вывода информации машинисту (10).

Функциональная схема бортового устройства определения эффективности автотормозов поезда в пути следования представлена на фиг.1.

Вышеперечисленные задачи решаются исходя из закона о кинетической энергии:

где m - масса поезда;

ν_нач, ν_кон - скорость поезда соответственно в начале и конце рассматриваемого участка пути;

А - работа всех действующих на поезд сил;

А_Т - работа сил тяги локомотива;

А_сопр - работа сил сопротивления движению поезда;

А_у - работа сил, возникающих на уклонах участка пути (при спуске - отрицательна);

А_кр - работа сил сопротивления, возникающих при движении поезда в кривых участка пути;

А_торм - работа тормозящих сил (при рекуперации - отрицательна).

В соответствии с Правилами тяговых расчетов основное удельное сопротивление движению поезда представляется в виде квадратичной зависимости от скорости:

где а_ω, b_ω, с_ω, - постоянные коэффициенты.

Если во время первоначального разгона поезда на пределе значения коэффициента сцепления колес локомотива с рельсом, считающегося наименее энергоемким, установившегося движения на постоянной позиции контроллера машиниста либо в режиме выбега при контроле параметров управления локомотивом (позиции контроллера машиниста, напряжения в контактной сети, тока в тяговых двигателях) на каждом из трех произвольным образом выбранных этапах рассматриваемого режима движения измерить длину пройденного поездом пути l₁, l₂, l₃ и его скорость в начале и конце этапа ν_нач1 и ν_кон1, ν_нач2 и ν_кон2, ν_нач3 и ν_кон3, можно составить систему трех уравнений:

где А_Т1, А_Т2, А_Т3 - работа сил тяги локомотива соответственно на первом, втором и третьем этапах рассматриваемого режима движения (в режиме выбега эти работы равны нулю);

А_у1, А_у2, А_у3 - работа сил, возникающих на уклонах соответственно на первом, втором и третьем этапах рассматриваемого режима движения;

А_кр1, А_кр2, А_кр3 - работа сил сопротивления, возникающих при движении поезда в кривых соответственно на первом, втором и третьем этапах рассматриваемого режима движения;

m - масса поезда.

Решая систему уравнений (3), можно определить неизвестные постоянные коэффициенты a_ω, b_ω и с_ω, соответствующие действительному сопротивлению движения поезда в данной выполняемой поездке. Наиболее точно значения этих коэффициентов определяются на участке выбега, так как в этом режиме никакие другие силы, влияющие на характер движения поезда, кроме сил сопротивления движению, на него не действуют. Отметим, что перед применением служебного торможения до момента появления тормозных сил всегда происходит отключение силы тяги и продолжение движения поезда в режиме выбега.

После включения в работу автотормозов по этой же методике можно найти суммарную удельную силу, действующую на поезд в виде зависимости:

где a_ω, b_ω, с_ω - постоянные коэффициенты, учитывающие основное удельное сопротивление поезда и тормозные силы одновременно.

Тогда тормозная сила, действующая на поезд, может быть найдена по выражению:

Значение расчетного тормозного коэффициента для каждого конкретного значения скорости движения поезда в соответствии с Правилами тяговых расчетов определяется по формуле:

где ϕ_к - коэффициент трения чугунных тормозных колодок о колесо.

Расчетный тормозной коэффициент поезда нормируется Инструкцией по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог. Поэтому его еще иногда называют коэффициентом оснащенности поезда тормозами. При информированности о его значении машинист локомотива в соответствии с указанной выше Инструкцией обязан учесть массу состава, число осей последнего и ряд других факторов для принятия конкретного решения о дальнейшем управлении движением поезда. Полезной информацией машинисту следует считать также отличие действительного сопротивления движению поезда от среднестатистического (например, в процентах), рассчитанного по Правилам тяговых расчетов, для оценки индивидуальных особенностей данного состава и действующих погодных условий, а также ожидаемый тормозной путь поезда для выполнения прицельной остановки. Именно эти три математические характеристики дадут машинисту наиболее полную информацию об эффективности автотормозов поезда. Работает предлагаемое устройство следующим образом. Перед отправлением машинист при помощи блока ввода информации о поезде (4) вводит в устройство массу поезда, типы и количество вагонов в составе, а в базе данных с электронной картой пути и графиком движения поездов (5) активизируются информация о плане и профиле участка пути и график движения. После отправления поезда при каждом вновь выбранном машинистом режиме движения (разгон, установившийся режим движения с постоянной позицией контроллера машиниста, выбег, торможение) в микропроцессорной системе (7) выбирается три этапа, составляется и решается система трех уравнений с тремя неизвестными (3). При этом режим движения определяется при помощи схемы определения режима работы тягового подвижного состава (8), значения величин А_Т1, А_Т2, А_Т3, А_y1, А_у2, А_у3, А_кр1, А_кр2 и А_кр3 рассчитываются любым численным методом интегрирования по известным тяговым характеристикам локомотива, плану и профилю пути, хранящимся в базе данных (5). Значение скорости поезда и его местоположение в каждый конкретный момент времени определяется при помощи датчика пути и скорости (1) и системы определения положения рельсового транспортного средства (3), работающих под управлением блока электроники (5). Отличие найденного действительного сопротивления движению поезда от среднестатистического сообщается через устройство вывода информации (10) машинисту.

Непосредственно перед торможением машинист через блок задания условий планируемого режима торможения (9) вводит выбираемый им характер торможения: проверка тормозов, служебное торможение до полной остановкой, регулировочное притормаживание. Дополнительно характер выбранного режима торможения контролируется при помощи датчика давления в тормозной магистрали (2), работающего под контролем блока электроники (5). Этот датчик также необходим для самостоятельного определения режимов срабатывания автотормозов в составе и экстренного торможения. Во всех выше указанных случаях определяется расчетный тормозной коэффициент. Ожидаемый тормозной путь рассчитывается только при служебном и экстренном торможении, а также при срабатывании автотормозов в составе. Эти характеристики затем отправляются в устройство вывода информации (10). При проверке тормозов после завершения основных и проверочных расчетов дополнительно сообщается о возможности прекратить торможение.

Использование бортового устройства определения эффективности автотормозов в пути следования позволит, во-первых, повысить безопасность выполнения перевозок, так как в нем основная характеристика обеспеченности поезда тормозами - расчетный тормозной коэффициент определяется с учетом реальных условий выполнения поездки (погодных условий, индивидуальных особенностей состава). Такое уточнение будет помогать машинисту принимать правильные решения по управлению поездом. Во-вторых, применение предлагаемого устройства позволит несколько снизить энергозатраты на тягу поезда. Инструкцией по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог предписывается при проверке тормозов в пути следования отпуск тормозов осуществлять только «...после появления тормозного эффекта и снижения скорости на 10 км/ч в грузовом груженом, грузопассажирском, пассажирском поездах и одиночном локомотиве и на 4-6 км/ч в грузовом порожнем поезде...». Такое требование объясняется отсутствием на локомотиве достаточно точно работающей системы определения эффективности автотормозов. Предлагаемое устройство способно фиксировать появление тормозного эффекта и оценивать эффективность автотормозов при снижении скорости на 2-3 км/ч. Это позволит сократить время и диапазон снижения скорости при проверке тормозов, а следовательно, и потери энергии, неизбежно при этом присутствующие.

Бортовое устройство определения эффективности автотормозов поезда в пути следования, характеризуемой коэффициентом торможения поезда, содержащее датчики пути и скорости, датчик давления воздуха в тормозной магистрали, систему определения положения рельсового транспортного средства, блок ввода информации о поезде, блок индикации, каждый из которых соединен с блоком электроники, включающим в себя базу данных с электронной картой пути и графиком движения поездов, а также устройство вывода информации машинисту, отличающееся тем, что оно дополнено микропроцессорной системой, подключенной к блоку электроники, схеме определения режима работы тягового подвижного состава, блоку задания условий планируемого режима торможения и устройству вывода информации машинисту и выполненной с возможностью определения основного сопротивления движению поезда для корректировки коэффициента торможения поезда и с возможностью определения предполагаемого места остановки.