Способ и устройство для оценки температуры подшипника колёсной пары железнодорожной подвижной единицы



Способ и устройство для оценки температуры подшипника колёсной пары железнодорожной подвижной единицы
Способ и устройство для оценки температуры подшипника колёсной пары железнодорожной подвижной единицы
Способ и устройство для оценки температуры подшипника колёсной пары железнодорожной подвижной единицы
Способ и устройство для оценки температуры подшипника колёсной пары железнодорожной подвижной единицы
Способ и устройство для оценки температуры подшипника колёсной пары железнодорожной подвижной единицы
Способ и устройство для оценки температуры подшипника колёсной пары железнодорожной подвижной единицы

 


Владельцы патента RU 2561180:

КНОРР-БРЕМЗЕ ЗЮСТЕМЕ ФЮР ШИНЕНФАРЦОЙГЕ ГМБХ (DE)

Изобретение относится к способу и устройству для оценки температуры (TB,est) подшипника (1) колесной пары железнодорожной подвижной единицы с помощью вычислительной модели (Tbearingestimator). Вычислительная модель (Tbearingestimator) выполнена так, что в зависимости от скорости (vtrain) движения и температуры (Tamb) окружающей среды возле железнодорожной подвижной единицы в качестве входных параметров вычислительной модели (Tbearingestimator) можно оценивать температуру (TB,est) соответствующего подшипника (1) колесной пары. При этом дополнительно измеряется температура отличного от подшипника (1) колесной пары конструктивного элемента (6) колесной пары, находящегося непосредственно или косвенно в теплообменной связи с подшипником (1) колесной пары, во время эксплуатации в качестве измеряемой температуры (Tmeas) оценивается температура отличного от подшипника (1) колесной пары конструктивного элемента (6) с помощью вычислительной модели (Tbearingestimator) в качестве оценочной температуры (Tmeas,est). Для повышения точности вычислительной модели (Tbearingestimator) в отношении оценки температуры (TB,est) подшипника (1) колесной пары вычислительная модель (Т-bearingestimator) содержит поправочный член (Kb), с помощью которого она постоянно, периодически или циклически калибрируется или настраивается посредством сравнения измеренной температуры (Tmeas) с оценочной температурой (Tmeas,est). В результате увеличивается точность оценки температуры подшипника колесной пары, при этом нет необходимости расположения термодатчиков непосредственно на соответствующем подшипнике колесной пары. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к способу и устройству для оценки температуры подшипника колесной пары железнодорожной подвижной единицы посредством вычислительной модели согласно ограничительной части пунктов 1 и 6 формулы изобретения, а также к применению оцененной этим способом температуры в соответствии с ограничительной частью пунктов 9 и 10 формулы изобретения.

Сегодня в железнодорожном транспорте широко применяются диагностические и контрольные системы, с помощью которых регистрируются изменения состояния конструктивных элементов и узлов железнодорожной подвижной единицы для распознавания их дефектов. В частности, большой интерес представляет обнаружение неисправностей в колесной паре железнодорожной подвижной единицы, вызванных нагревом при быстром движении.

Современные высокоскоростные поезда движутся с пересечением границ и поэтому должны соблюдаться соответствующие критерии для обеспечения функциональной совместимости, предусмотренной, например, Инструкцией 96/48EG. В ней содержится, в частности, требование о бортовом контроле за подшипниками колесных пар железнодорожной подвижной единицы. Для обнаружения критических режимов эксплуатации, как, например, нагрев подшипника колесной пары вследствие быстрого движения, требуется, в частности, обеспечить контроль за подшипниками колесных пар.

Из EP 1365163 A1 известно устройство для контроля за температурой подшипников колесной пары железнодорожной подвижной единицы, в которой установлен сенсорный элемент непосредственно на уплотняющем элементе подшипника колесной пары, т.е. по возможности близко от зоны нагрузки на подшипник колесной пары. Однако размещение термодатчика непосредственно в зоне нагрузки подшипника колесной пары, в которой согласно опыту создаются высокие температуры, т.е., если смотреть сверху в направлении к периферии наружного кольца подшипника, вызывает некоторые затраты по механической привязке термодатчика и его кабельного соединения и является часто конструктивно трудно осуществимым из-за ограниченности свободного места, в частности, в том случае, когда приходится учитывать наличие нескольких зон нагрузки в подшипниковом узле, например, при двойных подшипниках.

В противоположность этому задачей изобретения является создание способа и устройства для оценки температуры подшипника колесной пары железнодорожной подвижной единицы с помощью вычислительной модели, позволяющей при низких затратах на техническую обработку сигнала и без необходимости расположения термодатчиков непосредственно на соответствующем подшипнике колесной пары достаточно точно оценивать температуру подшипника колесной пары.

Данная задача решается посредством признаков пунктов 1 и 6 формулы изобретения.

Способом согласно изобретению предусмотрено, что:

- вычислительная модель выполняется так, чтобы в зависимости от скорости движения и температуры окружающей среды возле железнодорожной подвижной единицы в качестве входных параметров вычислительной модели можно было оценить температуру соответствующего подшипника колесной пары или на характеристическом участке соответствующего подшипника колесной пары и дополнительно

- замеряется температура отличного от подшипника колесной пары конструктивного элемента колесной пары, находящегося непосредственно или косвенно в теплообменной связи с подшипником колесной пары посредством, по меньшей мере, одного термодатчика в процессе эксплуатации, служащая измеряемой температурой,

- температура отличного от подшипника колесной пары конструктивного элемента оценивается с помощью вычислительной модели в качестве оценочной температуры,

- для повышения точности вычислительной модели при оценке температуры подшипника колесной пары вычислительная модель содержит поправочный член, с помощью которого она постоянно, периодически или циклически калибрируется или настраивается путем сравнения замеренной температуры с оценочной температурой.

Другими словами, происходит собственное калибрование или собственная настройка вычислительной модели путем измерения и оценки температуры на отличающемся от соответствующего подшипника колесной пары месте, на котором условия для расположения термодатчика и его кабельного подсоединения являются более оптимальными, чем на соответствующем подшипнике колесной пары.

Наряду со скоростью движения и температурой окружающей среды возле железнодорожной подвижной единицы для вычислительной модели могут также применяться другие входные параметры. В этом случае вычислительная модель должна быть в состоянии определять апостериорно температуру подшипника на основании температуры на месте измерения, т.е. температуры отличного от подшипника колесной пары конструктивного элемента или конструктивного узла. В основу вычислительной модели заложена идея о том, что теплопоглощение подшипником колесной пары происходит вследствие теплопередачи и теплообмена на месте измерения и что, кроме того, на него воздействуют внешние факторы, например охлаждение конструктивных элементов колесной пары встречным потоком воздуха вследствие скорости движения железнодорожной подвижной единицы или нагрев под действием высокой температуры окружающей среды. Если бы вследствие места измерения применялся только более низкий диагностический порог без применения описываемого здесь способа, то пришлось бы считаться с ложными срабатываниями при соответствующих неисправностях.

Наряду с температурой на месте измерения входными параметрами служат также скорость движения и наружная температура. В результате способ позволяет получить оценочную внутреннюю температуру подшипника колесной пары или температуру подшипника колесной пары на характеристическом участке, таком как зона нагрузки. Вычислительной моделью учитываются термические граничные условия, например, такие, как:

- теплопоглощение вследствие трения подшипника,

- теплопередача внутри колесной пары,

- свободная конвекция,

- принудительная конвекция.

Поправочный член К постоянно или циклически согласовывается с местом измерения путем сравнения замеренной температуры с оценочной температурой. Под действием поправочного члена повышается точность вычислительной модели в зависимости от длительности эксплуатации. Начальные погрешности при первоначальном образовании модели, неточности и отклонения от реального поведения, проявляющиеся под действием типичных нарушающих факторов в железнодорожной подвижной единице, в значительной степени компенсируются поправочным членом.

В этом случае оценка температуры может быть использована для обнаружения греющихся подшипников (греющихся элементов), при этом оценочная величина температуры сравнивается с предельной величиной температуры и в случае превышения предельной величины температуры оценочной величиной температуры формируется сигнал о греющемся подшипнике колесной пары, а в случае снижения оценочной величины температуры ниже предельной величины температуры формируется сигнал об отсутствии теплового нарушения работы соответствующего подшипника колесной пары.

Дополнительно или в качестве альтернативы оценочная температура подшипника колесных пар железнодорожной подвижной единицы, полученная способом согласно изобретению, используется для сравнения с предельной величиной температуры с тем, чтобы выяснить, находится ли тормозное устройство, соответствующее подшипнику колесной пары или расположенное рядом с ним, в частности фрикционный тормоз, в отпущенном или затянутом состоянии.

В этом случае оценочная температура, превышающая предельную величину температуры подшипника колесной пары, отдельно образует сигнал о затянутом состоянии фрикционного тормоза, соответствующего подшипнику колесной пары или расположенного рядом с ним, а оценочная температура подшипника колесной пары, находящаяся ниже предельной величины температуры, образует сигнал об отпущенном состоянии фрикционного тормоза, соответствующего подшипнику колесной пары или расположенного рядом с ним.

За основу взят опыт о том, что при затягивании фрикционного тормоза, например дискового тормоза, соответствующего оси подшипника колесной пары, образуется тепло трения. Это тепло трения передается затем в результате теплообмена, теплопередачи по оси и/или конвекции на соседний подшипник колесной пары.

В этом случае относительно низкая температура подшипника колесной пары указывает не только на нормальную работу этого подшипника, но также и на отпущенное состояние соседнего фрикционного тормоза. В противоположность этому относительно высокая температура подшипника колесной пары указывает на его нагрев и/или на затянутое состояние фрикционного тормоза, расположенного рядом с соответствующим подшипником колесной пары.

Поэтому с помощью температуры подшипника колесной пары, оцениваемой с помощью способа согласно изобретению, может осуществляться контроль не только за подшипниками на осях колесной пары железнодорожных подвижных единиц в отношении их термического состояния, но также и за функциями (затянутое или отпущенное состояние) фрикционных тормозов железнодорожной подвижной единицы, расположенных рядом с подшипником колесной пары.

С помощью указанных в зависимых пунктах формулы изобретения мер возможны оптимальные варианты развития и усовершенствования изобретения, заявленного в пунктах 1 и 6 формулы.

Особо предпочтительно может быть усовершенствован описанный выше способ, если он будет применяться для оценки температуры нескольких подшипников колесных пар железнодорожной подвижной единицы и будет включать в себя следующие операции:

- по меньшей мере, некоторые из подшипников колесных пар снабжены вычислительной моделью для того, чтобы в зависимости от скорости движения железнодорожной подвижной единицы в качестве входного параметра соответствующей вычислительной модели можно было оценить величину температуры окружающей среды возле железнодорожной подвижной единицы, причем

- для повышения точности, по меньшей мере, некоторых соответствующих подшипникам колесных пар вычислительных моделей в отношении оценки величины температуры окружающей среды возле железнодорожной подвижной единицы предусматривается для каждой из вычислительных моделей поправочный член, с помощью которого постоянно, периодически или циклически калибрируется соответствующая вычислительная модель путем сравнения оценочной температуры с замеренной температурой конструктивного элемента, отличного от подшипника колесной пары, и

- на основании оценочных значений температуры окружающей среды, полученных с помощью, по меньшей мере, некоторых соответствующих подшипникам колесных пар вычислительных моделей, выводят результирующую температуру окружающей среды, которая служит входным параметром для вычислительных моделей, предусмотренных для оценки величины соответствующей температуры подшипника колесной пары.

Вычислительная модель для оценки температуры окружающей среды применима, в частности, и в том случае, когда требуется контролировать несколько подшипников колесных пар. В железнодорожных подвижных единицах с контролем за подшипниками необходимо контролировать, в частности, все подшипники колесных пар. Тогда предусмотрены также несколько мест измерения на конструктивных элементах, отличных от подшипников колесных пар, например, восемь на один вагон и четыре на одну тележку из двух колесных пар, каждая из которых состоит из двух колес и одной оси. При наличии таких нескольких мест измерения предпочтительно, чтобы на оценку температуры окружающей среды не влияли отдельные или немногие греющиеся элементы возле подшипников колесных пар. Также снижается чувствительность к повреждениям под действием, например, солнечного облучения.

Поскольку в этом случае температура окружающей среды не может быть более замерена в качестве входного параметра вычислительной модели для оценки температуры подшипника колесной пары с помощью собственного термодатчика, а оценивается вычислительной моделью, то можно отказаться от термодатчика. В этом случае вычислительная модель выполнена таким образом, что она способна оценивать присутствующую температуру окружающей среды с тем, чтобы замеренная в последующем температура устанавливалась на отличном от подшипника колесной пары соответствующем конструктивном элементе при неисправности подшипника колесной пары.

Если же подшипник колесной пары является дефектным и, например, греется, то повышенная в этом случае температура подшипника колесной пары, поступающая в вычислительную модель, исказит результат оценки температуры окружающей среды. В целях предупреждения такого искажения из оценочных величин, полученных с помощью, по меньшей мере, некоторых соответствующих подшипникам колесных пар вычислительных моделей, выводится результирующая температура окружающей среды, в результате чего уменьшаются или даже полностью устраняются искажения, вызванные греющимися в определенных условиях подшипниками колесных пар.

Для того чтобы греющийся элемент возле одного из подшипников колесных пар не послужил причиной для оценки высокой температуры окружающей среды вычислительной моделью, а обеспечил получение соответственно высокой температуры подшипника колесной пары, из отдельных оценок температуры окружающей среды выводится результирующая величина.

Это может достигаться, например, в результате того, что применяются только n наиболее низких оценочных величин температуры окружающей среды, например, в качестве усредненной величины из n наиболее низких значений температуры окружающей среды. Результирующая величина температуры окружающей среды используется тогда как единый входной параметр для вычислительных моделей при оценке температур отдельных подшипников колесных пар.

В этом случае способ является точным и слабочувствительным к возмущающим воздействиям. Это важно, так как наряду с надежностью способа должно обеспечиваться устранение ложных срабатываний.

Как уже указывалось выше, вычислительная модель для оценки температуры подшипника колесной пары и/или вычислительная модель для оценки температуры окружающей среды возле железнодорожной подвижной единицы основана на моделировании, по меньшей мере, некоторых из следующих элементов: теплоемкость конструктивных элементов колесной пары или подшипника колесной пары, передача тепла конструктивным элементам колесной пары или подшипника колесной пары, сопротивление теплоотдаче между конструктивными элементами колесной пары или подшипника колесной пары, а также принудительный, вызванный принудительной или свободной конвекцией теплообмен между конструктивными элементами колесной пары или подшипника колесной пары и окружающей средой.

Кроме того, для вычислительной модели проводят с целью оценки температуры подшипника колесной пары и/или для вычислительной модели с целью оценки температуры окружающей среды возле железнодорожной подвижной единицы соответственно основное калибрование или основную параметризацию, на основе которых согласуются поправочные члены для повышения точности вычислительных моделей во время эксплуатации железнодорожной подвижной единицы. Другими словами, входное или основное калибрование может производиться на основе параметров железнодорожной подвижной единицы, определяться посредством моделирования (например, финитных элементов) или основываться на данных измерения.

Также изобретение относится к устройству для осуществления описанного выше способа, при этом предусмотрено наличие термодатчика для измерения температуры конструктивного элемента, отличного от подшипника колесной пары, но сообщенного с ним непосредственно или косвенно теплообменной связью, и микрокомпьютера, в который встроена вычислительная модель для оценки температуры подшипника колесной пары и/или вычислительная модель для оценки окружающей среды возле железнодорожной подвижной единицы.

При этом особо предпочтительно предусмотреть, чтобы термодатчик и датчик скорости устройства защиты от скольжения железнодорожной подвижной единицы были объединены в комбинированный датчик. В этом случае исключаются дополнительные расходы из-за установки и кабельного подключения термодатчика.

Кроме того, отличным от подшипника колесной пары конструктивным элементом колесной пары является, например, крышка, закрывающая, по меньшей мере, частично подшипник колесной пары.

Другие усовершенствующие изобретение меры подробнее поясняются ниже вместе с описанием предпочтительного примера выполнения изобретения со ссылкой на фигуры. При этом на чертеже изображено:

фиг.1 - изображение подшипника колесной пары железнодорожной подвижной единицы с термодатчиком;

фиг.2 - эквивалентная схема вычислительной модели, применяемая в рамках способа оценки температуры подшипника колесной пары на фиг.1 или температуры окружающей среды возле железнодорожной подвижной единицы;

фиг.3 - блок-схема, изображающая способ оценки температуры подшипника колесной пары на фиг.1;

фиг.4 - блок-схема, изображающая способ оценки температуры окружающей среды возле железнодорожной подвижной единицы;

фиг.5 - блок-схема, изображающая комбинированный способ оценки температуры подшипников колесных пар железнодорожной подвижной единицы, а также оценки температуры окружающей среды возле железнодорожной подвижной единицы;

фиг.6 - диаграмма температурных характеристик, полученных на испытательном стенде.

На фиг.1 показан подшипник 1 колесной пары железнодорожной подвижной единицы, при этом на валу или оси 2 колесной пары расположены на концевой стороне два, не показанных явно колеса. При этом вблизи колес находятся подшипники 1 колесной пары, служащие опорой для оси 2 в также не показанной тележке. Предпочтительно подшипником 1 колесной пары служит двойной подшипник, т.е. два расположенных последовательно в осевом направлении подшипника колесной пары, например, два подшипника качения.

Последующие пояснения относятся к способу и устройству для оценки температуры подшипника 1 колесной пары с помощью вычислительной модели. Вычислительная модель для оценки температуры подшипника 1 колесной пары основана на моделировании теплоемкости конструктивных элементов колесной пары или подшипника 1 колесной пары, теплопередачи конструктивными элементами колесной пары или подшипника 1 колесной пары, сопротивления теплоотдаче между конструктивными элементами колесной пары или подшипника 1 колесной пары и принудительной, вызванной скоростью движения железнодорожной подвижной единицы конвекции, свободной конвекции и теплообмена между конструктивными элементами колесной пары или подшипника 1 колесной пары и окружающей средой. Принудительная конвекция является функцией скорости движения железнодорожной подвижной единицы.

На фиг.2 показана электрическая эквивалентная схема вычислительной модели со следующими элементами.

Ось 2 обладает теплоемкостью C0, при этом теплопередача, символически обозначенная как сопротивление R01, происходит от оси к подшипнику 1 колесной пары при теплоемкости C1 или наоборот, поскольку внутренние кольца подшипников 1 колесной пары, выполненных предпочтительно в виде подшипников качения, находятся в непосредственной теплообменной связи с осью 2. В упрощенном виде оба подшипника 1 колесной пары, объединенных в двойной подшипник, обладают теплоемкостью C1. Свободная и принудительная конвекции, т.е. теплоотдача от оси 2 в окружающую среду, символически обозначены как сопротивления R0a, R0b. Принудительная конвекция вызвана скоростью движения vtrain железнодорожной подвижной единицы. Предполагается, что ось 2 обладает температурой То.

От подшипников 1 колесной пары с теплоемкостью C1 происходит теплопередача на совместный корпус 4 подшипника 1 колесной пары с теплоемкостью C2 и на ось 2 с теплоемкостью C0 через сопротивление R01. Кроме того, происходит поглощение тепла подшипником 1 колесной пары в зависимости от скорости Vtrain движения железнодорожной подвижной единицы. Предполагается, что подшипники 1 колесной пары имеют температуру T1.

Теплопередача от корпуса 4 подшипников 1 колесной пары с теплоемкостью C2 к подшипникам 1 (C1) колесной пары символически показана в виде сопротивления R12, а к крышке 6 подшипников колесной пары с теплоемкостью C3 - в виде сопротивления R23. Сопротивлениями R2a, R2b обозначены свободная и принудительная конвекции и, следовательно, теплообмен между корпусом 4 и окружающей средой и наоборот. Допускается, что корпус имеет температуру T2.

Воздействующие на крышку 6 подшипника колесной пары свободная и принудительная конвекции и, следовательно, теплообмен между этой крышкой и окружающей средой символически обозначены как сопротивления R3a, R3b.

При этом корпус 4 находится в непосредственной теплообменной связи с наружными кольцами подшипников 1 колесной пары, выполненных предпочтительно в виде подшипников качения, а с торцевой стороны - с крышкой 6 подшипника колесной пары. Теплопередача от корпуса 4 к крышке 6 подшипника колесной пары происходит через сопротивление R23. Теплообмен между окружающей средой с температурой Тamb и крышкой 6 подшипника колесной пары в результате свободной и принудительной конвекции, вызванных скоростью движения vtrain, обозначен сопротивлениями R3a, R3b теплообмену.

Крышка 6 подшипника колесной пары охватывает конец оси 2, который несколько выступает по оси над подшипником 1 колесной пары и на котором выполнен индуктор 8 непоказанного в данном случае датчика скорости. Датчик скорости передает сигнал скорости в устройство защиты от скольжения железнодорожной подвижной единицы для осуществления торможения без проскальзывания.

Вместо непосредственного измерения температуры T1 подшипника 1 колесной пары измеряется температура T3 крышки 6 подшипника колесной пары с помощью термодатчика 10. Кроме того, предусмотрен непоказанный датчик для прямого или косвенного измерения скорости vtrain движения железнодорожной подвижной единицы, а также непоказанный датчик для измерения температуры Tamb окружающей среды.

Согласно предпочтительному примеру выполнения вычислительной модели Tbearingestimator, показанному на фиг.3 в виде блок-схемы, температура T3 крышки 6 подшипника колесной пары, измеренной термодатчиком 8, обозначена как Tmeas. Кроме того, на фиг.3 температура T1 подшипников 1 колесной пары, оцениваемая вычислительной моделью Tbearingestimator, обозначена как TB,est. Обозначения же температуры Tamb окружающей среды и скорости Vtrain железнодорожной подвижной единицы остаются неизменными.

В этом случае вычислительная модель Tbearingestimator, благодаря своему показанному на фиг.2 устройству, может оценивать температуру TB,est подшипников 1 колесной пары в зависимости от скорости vtrain движения и температуры Тamb окружающей среды возле железнодорожной подвижной единицы в качестве входных параметров.

Дополнительно температура Tmeans крышки 6 подшипника колесной пары, находящейся в теплообменной связи с корпусом 4 и подшипниками 1 колесной пары, измеряется во время эксплуатации в качестве температуры, измеряемой термодатчиком 10. Одновременно с этим оценивается температура крышки 6 подшипника колесной пары также в качестве оценочной температуры Tmeas, est с помощью вычислительной модели Т-bearingestimator.

Для повышения точности вычислительной модели Tbearingestimator при определении температуры TB,est подшипников 1 колесной пары вычислительная модель Tbearingestimator содержит поправочный член Kb, с помощью которого в результате сравнения измеренной температуры Tmeans крышки 6 подшипника колесной пары с оценочной температурой Tmeans,est крышки 6 подшипника колесной пары она постоянно, периодически или циклически калибрируется или настраивается.

Другими словами, происходит собственное калибрование или собственная настройка вычислительной модели Tbearingestimator, предназначенной для оценки температуры TB,est подшипников 1 колесной пары, благодаря измерению и оценке температуры на участке колесной пары, отличном от подшипников 1 колесной пары, но находящимся в термодинамической связи с подшипниками 1 колесной пары, в результате теплопередачи или теплообмена. Этим участком служит предпочтительно крышка 6 подшипника колесной пары, поскольку, во-первых, на ней термодатчик 10 в связи со стесненным пространством размещается проще, чем на самих подшипниках 1 колесной пары. Во-вторых, на крышке 6 подшипника колесной пары расположен датчик скорости для защиты от скольжения, взаимодействующий с индуктором 8, вследствие чего термодатчик 10 может быть предпочтительно объединен с датчиком скорости с образованием комбинированного датчика 10.

Кроме того, вычислительная модель Tbearingestimator подвергается основному калиброванию или основной настройке, на основе которых согласуется поправочный член Kb для повышения точности этой модели Tbearingestimator во время эксплуатации железнодорожной подвижной единицы. Входное или основное калибрование вычислительной модели Tearing проводиться, например, на основании параметров железнодорожной подвижной единицы, определяется с помощью модулирования (например, финитных элементов) и может производиться на основе данных измерения.

Особо предпочтительно усовершенствовать описанный способ так, чтобы он обеспечивал оценку температуры нескольких подшипников 1 колесных пар железнодорожной подвижной единицы. Для этого, по меньшей мере, несколько из подшипников 1 колесных пар, предпочтительно все подшипники 1 колесных пар, железнодорожной подвижной единицы, снабжаются соответственно вычислительной моделью Tambestimator с тем, чтобы в зависимости от скорости vtrain движения железнодорожной подвижной единицы можно было оценить в качестве входного параметра соответствующей вычислительной модели Tambestimator величину Tamb,est температуры окружающей среды возле железнодорожной подвижной единицы. Такая вычислительная модель Tambestimator показана на фиг.4 в виде блок-схемы, которая объединена, например, с вычислительной моделью Tbearingestimator, соответствующей подшипнику 1 колесной пары.

Для повышения точности вычислительной модели Tambestimator касающейся оценки показателя Тamb температуры окружающей среды возле железнодорожной подвижной единицы, для каждой вычислительной модели Tambestimator предусмотрен поправочный член Ка, с помощью которого соответствующая вычислительная модель Tambestimator постоянно, периодически или циклически калибрируется или настраивается посредством сравнения соответствующей. оценочной температуры Tmeas,est с соответствующей измеренной температурой Tmeas крышки 6 подшипника колесной пары. Так производится динамическая настройка вычислительных моделей Tambestimator для оценки температуры Тamb окружающей среды, которая аналогична настройке вычислительной модели Tbearingestimator на фиг.3.

В этом случае такая вычислительная модель Tambestimator, структура которой показана на фиг.2, выполняется так, что она способна оценить действительную температуру Тamb окружающей среды с тем, чтобы на крышке 6 подшипника колесной пары устанавливалась замеряемая позже температура Tmeans при неисправном подшипнике 1 колесной пары. Если же один или несколько подшипников 1 колесной пары выйдут из строя или, например, будут греться, то в этом случае поступающие в вычислительную модель Tambestimator показатели повышенной температуры подшипников 1 колесной пары исказят результат оценки температуры Tamb окружающей среды.

Для исключения этого образуют, как показано на фиг.5, предпочтительно на основании оценочных данных Tamb,1… Tamb,n температуры окружающей среды, полученных с помощью соответствующих подшипникам 1…n колесных пар вычислительных моделей Tambestimator,1…Tambestimatorn, результирующую температуру Tamb,res, которую используют в качестве входного параметра для вычислительных моделей Tbearingestimator,1…Tbearingestimatorn, которые служат для оценки величины TB,est,1…Tamb,n соответствующей температуры подшипника 1 колесной пары. В результате могут быть выявлены искажения результата оценки температуры Tamb окружающей среды, вызванные греющимися подшипниками 1 колесной пары. Поэтому для исключения того, чтобы греющийся элемент возле одного из подшипников 1 колесной пары привел не к оценке высокой температуры окружающей среды соответствующей вычислительной моделью Tambestimator, а к оценке соответственно высокой температуры TB,est, подшипника колесной пары, из отдельных оценочных значений температуры Tamb окружающей среды выводится результирующее значение.

Это может достигаться, например, в результате того, что будут использованы только n наиболее низких оценочных значений температуры Тamb, например, в виде усредненных показателей n наиболее низких значений температуры Тamb окружающей среды. Тогда результирующее значение температуры Тamb окружающей среды будет применяться в качестве единого входного параметра для вычислительных моделей от Tambestimator1 до Tambestimatorn для оценки температур от Tbearing,1 до Tbearing,n соответствующих подшипников 1 колесной пары.

На фиг.6 представлена диаграмма «температура-время» в качестве результата опыта, проведенного на испытательном стенде для подшипников колесных пар, на котором была опробована вычислительная модель Tbearingestimator на фигурах 2 и 3. Однако для этого применили термодатчик, но только для целей испытательного стенда для подшипников колесных пар, который расположили непосредственно возле зоны нагрузки подшипников 1 колесной пары и с помощью которого измеряли преобладавшую там температуру непосредственно в виде TB,meas на протяжении некоторого времени. Кривая непосредственно замеренной на подшипнике 1 колесной пары температуры показана на фиг.6 в виде пунктирной линии (....). Сплошной линией () показана кривая для температуры TB,est, замеренной с помощью вычислительной модели Tbearingestimator на фигурах 2, 3, штриховой линией (-----) - температура Tmeas, измеренная на крышке 6 подшипника колесной пары. В вычислительную модель Tbearingestimator были предпочтительно введены также замеренная здесь температура Tamb и моделированная с помощью вентиляторов скорость Vtrain движения железнодорожной подвижной единицы. Сравнение температуры TB,est (сплошная линия), оцененной с помощью вычислительной модели Tbearingestimator, с замеренной температурой TB,est (пунктирная линия) показало хорошее согласование и лишь незначительные отклонения.

Оценка температуры используется затем для распознавания греющихся подшипников (греющихся элементов), при этом, например, оценочное значение температуры TB,est сравнивается с предельной величиной температуры и в случае превышения предельной величины температуры оценочным значением температуры TB,est образуется сигнал о греющемся подшипнике 1 колесной пары, а в случае снижения оценочного значения температуры TB,est ниже предельной величины температуры образуется сигнал об отсутствии теплового нарушения работы соответствующего подшипника 1 колесной пары.

Дополнительно или в качестве альтернативы температура TB,est подшипника 1 колесной пары, оцененная способом согласно изобретению, используется для сравнения с предельной величиной температуры для определения того, находится ли тормозное устройство (не показано), в частности, дисковый тормоз, соответствующий подшипнику 1 колесной пары или расположенный рядом с ним, в отпущенном или затянутом состоянии.

Затем оценочная температура TB,est подшипника 1 колесной пары, превышающая предельное значение температуры, образует сигнал о затянутом состоянии фрикционного тормоза, соответствующего подшипнику 1 колесной пары или расположенного рядом с ним, а оценочная температура TB,est подшипника колесной пары, составляющая менее предельной величины температуры, образует сигнал об отпущенном состоянии фрикционного тормоза, соответствующего подшипнику 1 колесной пары или расположенного рядом с ним.

За основу взят опыт о том, что в затянутом состоянии фрикционного тормоза образуется тепло трения. В этом случае тепло трения передается в результате теплообмена, теплопередачи по оси 2 и/или конвекции на расположенный рядом подшипник 1 колесной пары.

В этом случае относительно низкая оцененная температура TB,est подшипника колесной пары указывает не только на нормальную работу подшипника 1 колесной пары, но также и на отпущенное состояние расположенного рядом фрикционного тормоза. В противоположность этому относительно высокая оцененная температура TB,est подшипника колесной пары служит указанием на греющийся подшипник 1 и/или на затянутое состояние фрикционного тормоза, расположенного рядом с подшипником 1 колесной пары.

Поэтому с помощью температуры TB,est, оцениваемой способом согласно изобретению, могут также контролироваться функции (затянутое или отпущенное состояние) фрикционных тормозов железнодорожной подвижной единицы, расположенных рядом с подшипником 1 колесной пары.

Перечень позиций

1 подшипник колесной пары
2 ось
4 корпус
6 крышка подшипника колесной пары
8 индуктор
10 термодатчик

1. Способ оценки температуры (TB,est) подшипника (1) колесной пары железнодорожной подвижной единицы с помощью вычислительной модели (Tbearingestimator), причем
- вычислительная модель (Tbearingestimator) выполнена так, чтобы в зависимости от скорости (vtrain) движения и температуры (Tamb) окружающей среды возле железнодорожной подвижной единицы в качестве входных параметров вычислительной модели (Tbearingestimator) оценивать температуру (TB,est) соответствующего подшипника (1) колесной пары и дополнительно
- измерять температуру отличного от подшипника (1) колесной пары конструктивного элемента (6) колесной пары, находящегося непосредственно или косвенно в теплообменной связи с подшипником (1) колесной пары, во время эксплуатации в качестве измеряемой температуры (Tmeas),
- оценивать температуру отличного от подшипника (1) колесной пары конструктивного элемента (6) с помощью вычислительной модели (Tbearingestimator) в качестве оценочной температуры (Tmeas,est),
- для повышения точности вычислительной модели (Tbearingestimator) в отношении оценки температуры (ТB,est) подшипника (1) колесной пары вычислительная модель (Tbearingestimator) содержит поправочный член (Kb), с помощью которого она постоянно, периодически или циклически калибрируется или настраивается посредством сравнения измеренной температуры (Tmeas) с оценочной температурой (Tmeas,est).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вычислительная модель (Tbearingestimator) для оценки температуры подшипника (1) колесной пары основана на моделировании, по меньшей мере, некоторых из следующих элементов: теплоемкость конструктивных элементов (1, 2, 4, 6) колесной пары или подшипника колесной пары, теплопередача конструктивными элементами (1, 2, 4, 6) колесной пары или подшипника колесной пары, сопротивление теплообмену между конструктивными элементами (1, 2, 4, 6) колесной пары или подшипника колесной пары и принудительный, обусловленный принудительной или свободной конвекцией теплообмен между конструктивными элементами (1, 2, 4, 6) колесной пары или подшипника колесной пары и окружающей средой.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что для вычислительной модели (Tbearingestimator) для оценки температуры подшипника (1) колесной пары проводят соответственно основное калибрование или основную параметризацию, на основе которой согласуют поправочные члены (Ка, Kb) для повышения точности вычислительных моделей (Tbearingestimator) во время эксплуатации железнодорожной подвижной единицы.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что при оценочной температуре (TB,est) подшипника (1) колесной пары, превышающей предельную величину температуры, подают сигнал о затянутом состоянии, по меньшей мере, одного, соответствующего подшипнику (1) колесной пары или расположенного рядом с ним фрикционного тормоза, а при оценочной температуре (TB,est) подшипника (1) колесной пары, лежащей ниже предельной величины температуры, подают сигнал об отпущенном состоянии соответствующего подшипнику (1) колесной пары или расположенного рядом с ним фрикционного тормоза.

5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что при оценочной температуре (TB,est) подшипника (1) колесной пары, превышающей предельную величину температуры, подают сигнал о греющемся подшипнике (1) колесной пары, а при оценочной температуре (TB,est) подшипника (1) колесной пары, лежащей ниже предельной величины температуры, подают сигнал о термически ненарушенной работе подшипника (1) колесной пары.

6. Способ оценки температуры нескольких подшипников колесных пар железнодорожной подвижной единицы, отличающийся тем, что
- по меньшей мере, некоторые подшипники (1…n) колесной пары снабжены вычислительной моделью (Tambestimator,1…Tambestimator,n) с тем, чтобы в зависимости от скорости (vtrain) движения железнодорожной подвижной единицы в качестве входного параметра соответствующей вычислительной модели (Tambestimator,1…Tambestimator,n) оценить величину (Tamb,1…Tamb,n) температуры окружающей среды возле железнодорожной подвижной единицы, при этом
- для повышения точности, по меньшей мере, нескольких вычислительных моделей (Tambestimator,1…Tambestimator,n), соответствующих подшипникам (1…n) колесной пары, в отношении оценки величины (Tamb,1…Tamb,n) температуры окружающей среды возле железнодорожной подвижной единицы предусмотрен для каждой вычислительной модели (Tambestimator,1…Tambestimator,n) поправочный член (Ka,1…Ка,n), с помощью которого постоянно, периодически или циклически калибрируют соответствующую вычислительную модель (Tambestimator,1…Tambestimator,n) посредством сравнения соответствующей оценочной температуры (Tmeas,est,1…Tmeas,est,n) с измеренной температурой (Tmeas,1…Tmeas,n) соответствующего отличного от подшипника (1…n) колесной пары конструктивного элемента (6), и
- на основании оцененных значений (Tamb,1…Tamb,n) температуры окружающей среды, полученных с помощью, по меньшей мере, нескольких, соответствующих подшипникам (1…n) колесной пары вычислительных моделей (Tambestimator,1…Tambestimator,n), выводят результирующую температуру (Tamb,res) окружающей среды, используемую в качестве входного параметра для вычислительных моделей (Tbearingestimator,1…Tbearingestimator,n), предусмотренных для оценки значения (TB,est,1…TB,est,n) температуры соответствующего подшипника (1…n) колесной пары.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что на основе значений (Tamb,1…Tamb,n) температуры окружающей среды, оцененных, по меньшей мере, несколькими соответствующими подшипникам (1…n) колесной пары вычислительными моделями (Tambestimator,1…Tambestimator,n), рассчитывают результирующую температуру (Tamb,res) окружающей среды путем образования среднего значения из n наиболее низких оцененных температур (Tamb) окружающей среды.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что вычислительная модель (Tambestimator,1…Tambestimator,n) для оценки температуры (Tamb) окружающей среды возле железнодорожной подвижной единицы основана на моделировании, по меньшей мере, некоторых из следующих элементов: теплоемкость конструктивных элементов (1, 2, 4, 6) колесной пары или подшипника колесной пары, теплопередача конструктивными элементами (1, 2, 4, 6) колесной пары или подшипника колесной пары, сопротивление теплообмену между конструктивными элементами (1, 2, 4, 6) колесной пары или подшипника колесной пары и принудительный, обусловленный принудительной или свободной конвекцией теплообмен между конструктивными элементами (1, 2, 4, 6) колесной пары или подшипника колесной пары и окружающей средой.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что для вычислительной модели (Tambestimator) для оценки температуры (Tamb) окружающей среды возле железнодорожной подвижной единицы проводят соответственно основное калибрование или основную параметризацию, на основе которой согласуют поправочные члены (Ка, Kb) для повышения точности вычислительной модели (Tambestimator) во время эксплуатации железнодорожной подвижной единицы.

10. Способ по любому из пп.6-9, отличающийся тем, что при оценочной температуре (TB,est) подшипника (1) колесной пары, превышающей предельную величину температуры, подают сигнал о затянутом состоянии, по меньшей мере, одного, соответствующего подшипнику (1) колесной пары или расположенного рядом с ним фрикционного тормоза, а при оценочной температуре (TB,est) подшипника (1) колесной пары, лежащей ниже предельной величины температуры, подают сигнал об отпущенном состоянии соответствующего подшипнику (1) колесной пары или расположенного рядом с ним фрикционного тормоза.

11. Способ по любому из пп.6-9, отличающийся тем, что при оценочной температуре (TB,est) подшипника (1) колесной пары, превышающей предельную величину температуры, подают сигнал о греющемся подшипнике (1) колесной пары, а при оценочной температуре (TB,est) подшипника (1) колесной пары, лежащей ниже предельной величины температуры, подают сигнал о термически ненарушенной работе подшипника (1) колесной пары.

12. Устройство оценки температуры (TB,est) подшипника (1) колесной пары железнодорожной подвижной единицы с помощью вычислительной модели (Tbearingestimator), причем предусмотрены термодатчик (10) для измерения температуры конструктивного элемента (6) колесной пары, отличного от подшипника (1) колесной пары, но находящегося с ним непосредственно или косвенно в теплообменной связи, и микрокомпьютер, в который встроена вычислительная модель (Tbearingestimator), чтобы в зависимости от скорости (vtrain) движения и температуры (Tamb) окружающей среды возле железнодорожной подвижной единицы в качестве входных параметров вычислительной модели (Tbearingestimator) оценивать температуру (TB,est) соответствующего подшипника (1) колесной пары и дополнительно
- измерять температуру отличного от подшипника (1) колесной пары конструктивного элемента (6) колесной пары, находящегося непосредственно или косвенно в теплообменной связи с подшипником (1) колесной пары, во время эксплуатации в качестве измеряемой температуры (Tmeas),
- оценивать температуру отличного от подшипника (1) колесной пары конструктивного элемента (6) с помощью вычислительной модели (Tbearingestimator) в качестве оценочной температуры (Tmeas,est),
- для повышения точности вычислительной модели (Tbearingestimator) в отношении оценки температуры (TB,est) подшипника (1) колесной пары вычислительная модель (Тbearingestimator) содержит поправочный член (Kb), с помощью которого она постоянно, периодически или циклически калибрируется или настраивается посредством сравнения измеренной температуры (Tmeas) с оценочной температурой (Tmeas,est).

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что термодатчик (10) объединен с датчиком скорости устройства защиты от скольжения железнодорожной подвижной единицы с образованием комбинированного датчика.

14. Устройство по п.12 или 13, отличающееся тем, что отличным от подшипника (1) колесной пары конструктивным элементом (6) колесной пары является крышка (6) подшипника колесной пары, закрывающая его, по меньшей мере, частично.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а конкретнее к устройствам для обнаружения и индикации перегрева осевых подшипников. .

Изобретение относится к приборостроению на железнодорожном транспорте и может быть использовано для контроля параметров оборудования вагона. .

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к системам контроля и сигнализации состояния букс грузового поезда. .

Изобретение относится к области вспомогательного оборудования для железнодорожных систем и предназначено для определения пробега вагона, обнаружения и оценки вибраций подшипников колеса железнодорожного вагона, вибраций колеса железнодорожного вагона, оценки температуры подшипников колеса железнодорожного вагона, обнаружения и оценки конструкционных вибраций.

Изобретение относится к устройствам для формирования базы данных характерных признаков, свойственных определенным развивающимся дефектам, неисправностям и повреждениям буксового узла колесной пары.
Изобретение относится к области рельсового транспорта, в частности к средствам для контроля состояния букс железнодорожных пассажирских вагонов. .

Изобретение относится к машиностроению и подшипниковой промышленности и может быть использовано для диагностики подшипников качения букс подвижного состава железнодорожного транспорта, вагонов метрополитена или вагонов городского рельсового транспорта.

Изобретение относится к области обнаружения дефектов в подшипниках букс железнодорожных вагонов акустическим методом при движении поезда. .

Изобретение относится к области автоматизации контроля состояния узлов подвижного состава железнодорожного транспорта. .

Изобретение относится к области автоматизации контроля состояния узлов подвижного состава железнодорожного транспорта. .

Изобретение относится к контрольным системам и используется для дефектации колес и диагностики подшипников буксовых узлов колесных пар. В пост комплексного контроля дефектов буксовых узлов и колес движущихся вагонов введены модуль контроля динамических нагрузок, выполненный из установленных между рельсами и подкладками волоконно-оптических датчиков с преобразователями, подключенными к первому входу второго блока сравнения, второй вход которого соединен с блоком эталонных сигналов, выход блока сравнения подключен через блок корректировки и блок обработки данных ко второму входу процессора. Модуль дефектации системы «колесо-рельс» выполнен из закрепленных на шейке рельса тензометрических датчиков, подключенных через соответствующие каналы тензоусилителя и аналого-цифрового преобразователя к третьему входу процессора. Счетчик колесных пар через блок согласования и коммутатор подключен к четвертому входу процессора, выход которого через локальную вычислительную сеть подключен к персональному компьютеру автоматизированного рабочего места. В результате расширяются функциональные возможности контролирующего устройства за счет комплексного контроля с одновременным выявлением дефектов подшипников буксовых узлов и дефектов поверхности колеса вагона. 3 ил.

Изобретение относится к области диагностики, а именно к способам оценки технического состояния однотипных механизмов машин, и может быть использовано, например, для оценки технического состояния узлов ходовой части транспортного средства. Способ диагностики технического состояния группы однотипных механизмов машин заключается в измерении текущих значений параметров, например температуры нагрева и вибрации каждого из контролируемой группы однотипных механизмов, работающих при одинаковых внешних условиях, оценке пределов разброса текущих значений параметров и сравнении их с пороговыми значениями, по превышению которых судят о наличии дефекта у отдельных механизмов в группе. Согласно способу назначают и вводят в качестве базового показателя в каждом цикле измерений медиану измеренных значений каждого измеряемого параметра, определяют размах верхних и нижних отклонений значений параметра от базового показателя, находят отношение размаха верхних отклонений параметра к размаху нижних отклонений параметра и используют это отношение в качестве критерия исправности технического состояния механизмов путем сравнения с предельным. При превышении этим отношением предельного значения делают вывод о наличии неисправного механизма в группе однотипных механизмов. Неисправный механизм в группе определяют по максимальному отношению верхнего отклонения его параметра, совпадающего с размахом, к базовому показателю. Базовый показатель определяют и корректируют в каждом цикле измерения параметров. В результате повышается достоверность диагностирования. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх