Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка устройства для измерения продольных сил в тяжеловесных поездах

Сведения об участнике
ФИО
Заболотный Владимир Владимирович
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Машиностроение. Энергетика
Раздел области наук
Приборостроение. Радиотехника и электроника
Тема
Разработка устройства для измерения продольных сил в тяжеловесных поездах
Резюме
В данной работе для использования на железной дороге разрабатывается устройство для измерения продольных сил в поезде. Устройство предназначено для анализа параметров продольной динамики в поездах повышенной массы, с целью организации вождения поездов, использующих распределённую тягу и, как следствие, увеличения объёмов грузоперевозок.
Цифровая часть измерительного устройства должна обеспечивать обработку данных, поступающих от сенсоров. Для обеспечения требуемой точности измерений необходима разработка алгоритмов и ПО, обеспечивающих выявление процессов, происходящих в различных масштабах времени и автоматическое распознавание контекста протекающих в поезде реакций.
Ключевые слова
Железные дороги; Тяжеловесные поезда; Продольная динамика; Тяга; Датчики; Распределённая тяга; Сдвоенные, строенные поезда; Деформации.
Цели и задачи
Целью проекта является повышение безопасности тяжеловесного движения, увеличение объемов грузоперевозок, благодаря внедрению устройства измерения и контроля продольных сил.
Введение

На сегодняшний день, существует острая необходимость роста объёмов грузоперевозок на железных дорогах в связи с увеличением перерабатывающих мощностей портов и пограничных переходов.

Наиболее эффективным и перспективным методом увеличения массы состава является использование поездов с распределённой тягой и вождение сдвоенных, строенных составов.

Однако повышение массы поезда за счет увеличения числа грузовых вагонов вызывает рост продольных сил в длинносоставных поездах, что в свою очередь приводит к обрыву автосцепок, либо к сходу состава с рельс.

Таким образом, возникает необходимость создания эффективного инструмента контроля продольных сил в автосцепках для обеспечения безопасности движения и увеличеня объёмов грузоперевозок.

Методы и материалы

В качестве инструмента измерения используется прецизионный датчик. Чуствительность сенсора обеспечивает эффективное определение сжимающих или растягивающих сил, приложенных к автосцепке вагона или локомотива.

При установке измерительных устройств на автосцепки нескольких вагонов по длине состава обеспечивается непрерывный контроль продольной динамики в поезде. Измерительные устройства объединяются в беспроводную сенсорную сеть и обеспечивают синхронизированные измерения в ескольких сечениях поезда.На основе полученных данных выполняется обновление режимных карт вождения поездов на участках пути любой сложности.

Необходимость синхронизации измерений в распределенной беспроводной системе накладывает достаточно высокие требования к производительности цифрового устройства обработки измерительных сигналов. Временные потери связи при движении по участкам с различным планом и профилем не должны приводить к потере измерений. Буферизация приемо-передатчи должна обеспечивать восстановление всех данных при пост-обработке.

Внедрение данного устройство позволит вывести качество вождения тяжеловесных поездов на совершенно новый, современный уровень и позволит увеличить объёмы перевозимых грузов.

 

Описание и обсуждение результатов

На сегодгяшний день, с использованием научно-технического задела, имеющегося на кафедре «Локомотивы» ДВГУПС были проведены макетные испытания датчика. Из материала автосцепки СА-3 была изготовлена балка прямоугольно сечения, на которую был закреплён оптический датчик.

К макетному образцу, имеющему коэффициент подобия 1/12, на разрывной машине была приложена циклическая нагрузка растяжение/сжатие от 1 до 8 тонн, эквивалентная рабочему диапазону нагрузок автосцепки в эксплуатации (до 130 тонн). По результатам испытаний были получены результаты и построены графики зависимости напряжения датчика от силы.

С увеличением прикладываемой к образцу растягивающей силы напряжение, снимаемое с чувствительного элемента, увеличивается. Аналогично, при увеличении прикладываемой к образцу сжимающей силы напряжения уменьшается. Исходя из полученных данных, можно сделать вывод, что датчик работает корректно и пригоден для измерения продольной динамики в тяжеловесных поездах.

После завершения испытаний макетного образца была разработана необходимая оснастка для установки датчика в хвостовую часть автосцепки.

В программе SolidWorks спроектирована цилиндрическая распорка, которая будет установлена в хвостовую часть автосцепки. Цилиндрическая распорка будет выполнять роль отражателя, опытный образец распечатан на 3D принтере и исправно функционирует.

Цилиндрическая распорка состоит из корпуса, двух поршней и отражателя.

На данном этапе реализации проекта ведётся разработка фиксирующего устройства для закрепления оптического датчика в головной части автосцепки и разработка цифрового измерительного блока устройства.

Используемые источники
1. Мегапроекты Востока России, стратегия 2020 [Электронный ресурс] – Режим доступа http://www.mega-pro.ru/transport/interview/838985/
2. Е.П. Блохин Л.А. Манашкин Динамика поезда 1982
3. Статья «Исследование продольной нагруженности длинносоставных грузовых поездов при торможении» [Электронный ресурс] – Режим доступа http://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-prodolnoy-nagruzhennosti-dlinnosostavnyh-gruzovyh-poezdov-pri-tormozhenii
4. Баймухамбетова М.К. Исследование безопасности и устойчивости движения поезда по пути произвольной пространственной конфигурации. Республика Казахстан. Алматы, 2010
Information about the project
Surname Name
Zabolotniy Vladimir
Project title
Development of device for measuring the longitudinal forces in the freight trains
Summary of the project
The improvement of automated measurements of longitudinal dynamics creates new possibilities for developing smart traction and braking control techniques for distributed power. The developed system can provide synchronized real-time measurements for several train sections and recognize the places in which in-train forces reach their maximum values. Using the acquired data, the regime maps for train drivers can be developed or modified by adding special instructions to engineers and by changing the timing diagrams for traction and brake control sequences. Using offered Russian Railways can improve the technology for heavy haul trains and reach new levels of throughput and productivity.
Keywords
Railways; Dynamic force; Trains;