Аппаратура обнаружения перегретых букс компании General Electric (США)

Аппаратура обнаружения перегретых букс разработана американской компанией General Electric (GE).

В настоящее время на железных дорогах США и Канады эксплуатируется около 800 комплектов этой аппаратуры. В указанной аппаратуре также использован принцип улавливания и преобразования в электрические сигналы энергии ИК-излучения, испускаемой задней стенкой корпуса буксы. При этом температура задней стенки корпуса буксы измеряется на фоне температуры окружающей среды, т. е. измерительный тракт аппаратуры реагирует на превышение температурой корпуса буксы температуры окружающей среды (воздуха). Однако, несмотря на общность принципов, аппаратура компании GE имеет ряд оригинальных отличительных признаков, к которым следует отнести применение высокоскоростного затвора, открывающего приемник ИК-излучения только на время контроля каждой буксы; формирователей тепловых сигналов, делающих аппаратуру инвариантной к скорости движения поезда; температурной компенсации, уменьшающей влияние температуры окружающей среды на параметры измерительных сигналов.

В состав напольного оборудования входят два считывающих устройства (напольные камеры) 1 и датчик прохода колесных пар 2.

Особый интерес представляет напольное считывающее устройство этой аппаратуры. Оно объединяет в одном литом корпусе четыре независимых устройства: приемную капсулу с болометром 2, оптической системой и предварительным усилителем, высокочастотный затвор 3, защитную заслонку 4 и обогревательные элементы 5.

Структурная схема аппаратуры обнаружения перегретых букс компании GE приведена на рисунке 2.4.

Верхняя крышка напольной камеры защищена тепловым экраном, уменьшающим действие солнечной радиации на температуру внутри напольной камеры.

программный напольный букса подвижной.

Аэродинамическая конструкция носового конуса камеры предохраняет от снежных заносов входное окно камеры, уменьшает влияние пыли на работу измерительного тракта аппаратуры. Нагревательные элементы, расположенные в носовой части камеры, предохраняют входное окно камеры от обледенения.

Оптическая система состоит из трех германиевых линз, покрытых тонким слоем сернистого цинка с целью улучшения условий пропускания ИК-лучей.

Высокочастотный механический затвор установлен между первой и второй линзами на фокусном расстоянии. Механизм управления затвором обеспечивает его открытие только на мгновение, когда в поле обзора болометра находится букса. Возможность ошибочных показаний, вызванных рассеянным солнечным светом, тормозными колодками и другими греющимися предметами, почти исключается.

Применение высокочастотного затвора имеет еще одно важное достоинство. «Носителем» температуры окружающего воздуха в промежутках между активным сканированием букс является обратная сторона затвора. Это обеспечивает сравнение температуры буксы с более постоянным эталоном и позволяет избежать ошибок в распознавании, когда «носителем» температуры окружающего воздуха является рама вагона.

В качестве датчиков прохода колесных пар в аппаратуре использована магнитная педаль, прикрепляемая к шейке внутренней стороны рельса.

Постовое оборудование аппаратуры включает датчики временных интервалов 7, усилители-формирователи 8, 9 и передающий комплект аппаратуры передачи данных 10.

Датчики временных интервалов по сигналам путевой педали формируют команды на открытие затвора на время контроля каждой буксы, открытие входной заслонки и отключение электропитания на время контроля поезда, включение двигателя самописца станционного оборудования.

Время сканирования каждой буксы определяется временем открытия высокочастотного затвора и будет тем больше, чем медленнее скорость движения поезда.

Для того чтобы тепловые сигналы не зависели от скорости поезда, в усилителях-формирователях происходит их формирование по длительности. Таким образом, тепловые сигналы, поступающие на вход АПД, представляют собой последовательность прямоугольных импульсов постоянной длительности (13мс) с амплитудой, пропорциональной степени нагрева задней стенки корпуса буксы. Для удобства подсчета тепловых сигналов (определения номера оси с перегретой буксой) сигналы с малыми амплитудами заменяются опорным напряжением.

Аппаратура передачи данных представляет собой стандартное многоканальное устройство, передающее сообщения с помощью частотной модуляции в диапазоне звуковых частот (от 935 до 12 500 Гц). Ширина одного канала и расстояние между несущими частотами определяются девиацией частоты, которая может принимать 3 значения:

• — ±85 Гц (расстояние между несущими частотами 340 Гц),
• — ±125 Гц (расстояние между несущими частотами 510 Гц),
• — ±240 Гц (расстояние между несущими частотами 1000 Гц).

Для передачи аналоговых сигналов в передатчике и приемнике АПД предусмотрены преобразователи амплитуды тепловых сигналов в ШИМ-сигнал (на передаче) и обратно (на приеме).

В состав станционного оборудования входят двухканальный самописец 13, блок тревоги 12, приемный комплект АПД 11 и устройства сигнализации 16, П.

Каналы самописца 14, 15 регистрируют сигналы от букс левой и правой сторон поезда.

Блок тревоги по одному из признаков распознавания греющихся букс (амплитуда сигнала буксы или разность двух сигналов букс одной колесной пары) сигнализирует (акустическая и оптическая сигнализация) о наличии в поезде перегретой буксы.

Вспомогательное оборудование аппаратуры включает ориентирный угольник, пиковый вольтметр, калибратор.

Ориентирный угольник предназначен для установки и периодических проверок правильности ориентирования оптической оси приемной капсулы.

Пиковый вольтметр предназначен для проверки линейности измерительного тракта, его калибровки, проверки диаграммы напряжений во всех точках аппаратуры.

Калибратор представляет собой переносное устройство, предназначенное для установления однозначности между превышением температуры нагретого тела над температурой окружающего воздуха и амплитудой теплового сигнала на выходе измерительного тракта аппаратуры. Калибратор содержит источник тепла, который может принимать 4 дискретных значения температуры. Это позволяет проверять линейность амплитудной характеристики измерительного тракта аппаратуры в широком динамическом диапазоне.

В последние годы компанией General Electric созданы новые устройства, совершенствующие аппаратурный контроль букс и расширяющие функциональные возможности аппаратуры. К числу таких устройств относится вычислительное устройство и устройство преобразования данных.

Вычислительное устройство (ВУ) предназначено для автоматического распознавания греющихся букс по телеметрической информации, поступающей на него с выхода измерительного тракта аппаратуры обнаружения перегретых букс. Цель автоматизации процесса распознавания греющихся букс (уход от необходимости расшифровки лент самописца) — исключение из цепи операций по аппаратурному контролю букс, подверженному фактору усталости человека (оператора), создание предпосылок для выдачи результатов контроля на печать и их передачи на центральный пункт контроля. К особенностям ВУ следует отнести: высокую скорость работы; возможность автоматической оценки состояния букс с точностью, не уступающей высококвалифицированному оператору; небольшую стоимость; возможность распечатки данных, как на месте контроля, так и на любом расстоянии; возможность сопряжения ВУ с аппаратурой обнаружения перегретых букс, выпускаемой компанией GE, а также с любой другой аппаратурой подобного назначения. Алгоритм обработки данных вычислительным устройством составлен по результатам решений оператора при анализе многочисленных лент самописца.

ВУ определяет состояние буксы по трем признакам:

• — абсолютному значению амплитуды сигнала буксы,
• — отношению амплитуд сигналов букс одной колесной пары по отношению амплитуды сигнала каждой буксы к среднему значению сигналов букс каждой стороны вагона.

При использовании относительных признаков установлены 2 пороговых значения, соответствующих двум разным степеням нагрева букс. Превышение двух порогов по каждому из признаков означает, что букса «горячая», превышение только одного порога — букса «теплая». Превышение сформированным признаком любого из пороговых значений сопровождается акустической и оптической сигнализацией. Применение относительных признаков вместо ранее применявшихся разностных (разность амплитуд сигналов букс колесной пары) улучшает условия распознавания букс при наличии в поезде букс разного типа (роликовых и скольжения), повышает достоверность обнаружения перегретых букс. Применение признака отношения амплитуды сигнала каждой буксы к среднему значению амплитуд сигналов букс одного вагона исключает погрешности при обнаружении перегретых букс, возникающие за счет неодинакового действия на буксы разных сторон поезда таких факторов, как ветер, дождь, солнечная радиация.

Необходимость вычисления среднего значения амплитуд сигналов букс одного вагона требует умения различать сигналы одного вагона от другого. С этой целью в ВУ введено устройство, различающее и размечающее физические подвижные единицы в поезде. Принцип работы устройства отметки вагонов основан на том, что расстояние между тележками разных вагонов меньше расстояния между тележками одного вагона. Логические устройства в отметчике вагонов выполняют операции подсчета, запоминания и сравнения числа осей при проходе одного вагона и выдают отметку (импульс) при проходе каждой физической подвижной единицы. В вычислительном устройстве предусмотрена возможность самоконтроля. Оно может выдавать тревожную сигнализацию в случае потери телеметрической информации в любом из каналов, а также в случае перекрытия каким-либо предметом входного окна напольной камеры.

Устройство преобразования данных (УПД) предназначено для преобразования в стандартный последовательный код (USASCJJ) данным обработки телеметрической информации вычислительным устройством с целью вывода их на цифропечатающее устройство в месте установки УПД или передачи на централизованный пункт контроля. В преобразователе предусмотрен накопитель, способный хранить информацию о четырех буксах на один поезд. Если число перегретых букс больше четырех, то в памяти информация о «теплой» буксе заменяется информацией о «горячей» буксе.

Данные могут передаваться сразу же после прохода поездом участка контроля. При этом УПД может выдать на печать следующую информацию:

• — расположение в поезде «теплых» или «горячих» букс с указанием номера вагона и стороны поезда с такой буксой;
• — указание, по какому признаку обнаружена «теплая» или «горячая» букса;
• — общее число вагонов контролируемого поезда;
• — название (или код) станции, перед которой расположено постовое оборудование аппаратуры обнаружения перегретых букс.

Вся указанная информация для большой надежности печатается 3 раза.