Библиографическое описание:

Малинин С. С. Проект системы определения схода вагона // Молодой ученый. — 2012. — №6. — С. 38-39.

Система предназначается для оповещения машиниста о сходе вагона с целью предотвратить повреждения железнодорожного полотна колесами вагона, сошедшего с рельс, и более крупной аварии. Система построена на фиксации ударов колес вагона потерявшего контакт с рельсом. Эти удары вызывают изгибную волну шпально-рельсовой решетки, которая достигает колеса локомотива, на буксе которой установлен датчик ускорений. Датчик в момент прохождения изгибной волны фиксирует возникшее в вертикальном направлении ускорение в составе процесса колебаний буксы. Как показали исследования, увеличение амплитуды ускорения происходит на частоте встречи колеса со шпалой. Пик ускорения можно найти в спектре колебаний на указанной частоте. Таким образом, если этой частоте в спектре колебаний появится пик ускорения, превышающий соседние не менее, чем на 20%, и это повторится не менее двух раз, т.е. за две секунды, то следует считать, что произошел сход вагона и должен быть сигнал машинисту о торможении. На рис. 1. показана схема программы, реализующей описанный алгоритм для работы системы.

Для записи после схода надо 1 – 2 сек. Анализ процесса колебаний, воспринимаемого датчиком, строится на расчетах спектра ежесекундно, с поиском максимума в диапазоне частоты встречи колеса со шпалой. Эта частота непрерывно вычисляется с помощью показаний скоростемера. Это могут быть показания штатного скоростемера, сигнал с которого подается на АЦП, или с отдельного скоростемера, определяющего обороты колеса локомотива. Значительные ускорения, возникающие при наезде на стыки рельс, имеют частоту в спектре значительно ниже частоты встречи колеса вагона со шпалой при его сходе.

Алгоритмом предусматривается следующий порядок работы системы: сигналы с пьезодатчика поступают на усилитель, а затем на один из каналов АЦП и записываются в компьютер, одновременно через другой канал в компьютер поступают сигналы со скоростемера. По показаниям скоростемера вычисляется возможная для данной скорости движения частота встречи колеса со шпалой. Считываются показания пьезодатчика за 1с в количестве 211, т.е. 2048 амплитуд ускорения, что позволяет применить быстрое преобразование Фурье (БПФ) для расчета спектра или спектра Берга. После получения спектра в первую секунду движения, в нем определяется пик ускорения в диапазоне 5% частоты встречи колеса со шпалой (шпальная частота) и записывается в отдельный файл. Затем эта процедура повторяется для следующей секунды и полученный пик на шпальной частоте сравнивается с предыдущим. Если возникнет ситуация, что полученный пик ускорения будет больше предыдущего на 20 и более процентов, то это вероятнее всего связано со сходом вагона. В этом случае поступает импульс на сигнализатор о сходе, который видит и слышит машинист, поезд должен быть остановлен. Одновременно на жесткий диск компьютера записывается аварийный спектр для последующего анализа.


Рис. 1. Схема программы, определяющей сход вагона

Схема системы и её аппаратный состав приведены на рис. 2. В состав системы входят: пьезодатчик вибрации (акселерометр), установленный на буксе колесной пары локомотива, усилитель заряда, АЦП (аналого-цифровой преобразователь), скоростемер, компьютер и сигнализатор.




1– датчик вибрации,

2 – усилитель заряда,

3 – плата АЦП,

4 – компьютер,

5 – сигнализатор,

6 – букса колесной пары локомотива,

7 – скоростемер.


Рис. 2. Принципиальная схема системы определения схода вагона

Аппаратура монтируется на локомотиве в доступном для обслуживания месте, а сигнализатор устанавливается в кабине машиниста.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle