Admin

Хоппер-дозатор нового поколения как цифровой модуль

СЫЧЁВ П.В., канд. техн, наук, генеральный директор ООО «ВАГОНПУТЬМАШПРОЕКТ»

Разработка прорывных отечественных технологий ремонта и технического обслуживания железнодорожного пути невозможна без квалифицированных кадров. В этой связи открытие Академии «Высшая инженерная школа» (АВИШ) в Российском университете транспорта с новыми методиками обучения студентов позволяет создать образовательные программы, направленные на решение практических задач железнодорожного транспорта в части внедрения передовых технологий, науч
ных разработок и проектов. Одним из таких проектов была выбрана Модернизация хоппер-дозаторов с прерывистой выгрузкой моделей ВПМ 770 и 19-6940, разработчиком документации на которые является ООО «ВАГОНПУТЬМАШПРОЕКТ», а изготовителями — Ярославский вагоноремонтный завод, входящий в АО Калужский завод «Ремпутьмаш», Людиновский филиал Калужского завода «Ремпутьмаш» и АО «Трансмаш» (г. Энгельс).

С целью диверсификации направлений подготовки высококвалифицированных специалистов в системе высшего образования между ООО «ВАГОНПУТЬМАШПРОЕКТ» и АВИШ был подписан некоммерческий договор о совместной деятельности. В рамках этого договора второкурсникам, обучающихся по образовательной программе «Системы мобильной связи и сетевые технологии на транспорте», поставлена задача — оцифровать работу хоппер -дозатора.
В ноябре 2022 г. на площадке отцепочного ремонта эксплуатационного вагонного депо Бирюлево на станции Лосиноостровская студенческой проектной команде непосредственно на «живом» хоппер-дозаторе было выдано задание, обсуждены детали совместного проекта и намечен план работ на период обучения студентов в 2022—2024 гг.
Суть предложения по цифровизации работы хоппер-до-заторов моделей ВПМ 770 и 19-6940 заключается в расширении их функциональных возможностей в рамках реализации долгосрочной программы развития ОАО «РЖД» до 2025 г. (утверждена Распоряжением правительства РФ от 19 марта 2019 г. № 466-р), предусматривающий переход на «цифровую железную дорогу» в соответствии со стратегией цифровой трансформации ОАО «РЖД» до 2025 г. (одобрена Распоряжением от 23 августа 2021 г. № 40).

На весь период своего обучения студенты получили задание разработать макетные образцы устройств, позволяющие обеспечить намеченную цифровизацию хоп-пер-дозаторов.
Отечественный приоритет в области создания специального подвижного состава для выгрузки балласта установлен в середине прошлого века отечественными специалистами в научно-исследовательском институте железнодорожного транспорта (ЦНИИ МПС) при разработки первых хоппер-дозаторов модели ЦНИИ ДВЗ [1,2]. Разгрузочно-дозирующие механизмы этих хоппер-дозаторов не предусматривали прерывание выгрузки.
Отечественный приоритет был поддержан в конце прошлого — начале нынешнего века разработкой хоппер-дозаторов моделей ВПМ 770 [3,4], что дало толчок развитию новых технологий ремонта и текущего содержания пути.
Однако вопросами цифровизация специального подвижного состава для выгрузки и распределения балласта в России начали заниматься с отставанием от зарубежных производителей. В США начало работ можно условно отсчитывать с момента получения фирмой Херцог контрактинг корпорэйшен патентов на способ и
устройство для укладки балласта, а также на устройство для определения местоположения транспортного средства [5, 6]. Вскоре вагоны для перевозки балласта в США стали оборудоваться системой дистанционного управления.
В России до сих пор ни один из вагонов не оборудован такой системой, причем в инициативном порядке было разработано и согласовано ОАО «РЖД» техническое задание «Система управления выгрузкой и укладкой балласта вагонами хоппер-дозаторами дистанционная, автоматическая (771.00.002ТЗ)». При этом отечественные разработки не повторяют зарубежные аналоги [7]. Более того, была сделана успешная попытка патентования отечественных разработок за рубежом [8].
Однако требуется не только обеспечить отечественный приоритет на уровне патентов, но и создать хоппер-дозатор нового поколения, который позволил бы решить две проблемы путевого хозяйства:
1) уменьшить, а практически и вовсе исключить риск травматизма при выгрузке и укладке балласта;
2) устранить влияние на процесс выгрузки и дозирования «человеческого фактора» с субъективной оценкой объема выгружаемого балласта и исключить неоправданное технологическим процессом расходование балласта.
Первая проблема решается переходом на дистанционное управление разгрузочно-дозирующими механизмами хоппер-дозатора.

Хоппер-дозатор оборудуется блоком управления разгрузочно-дозирующими устройствами, содержащим пульт управления, который может быть совмещен с ноутбуком и имеет возможность аварийной блокировки сигналов на разгрузочно-дозирующие механизмы в случае неисправности, например, при падении давления в пневмомагистрали. Предусмотрена возможность подключения дополнительных модулей для управления опциями выгрузки и распределения балласта, внешними устройствами и связи с навигационным приемником и компьютером.
Студентам поставлена задача разработать такой пульт и изготовить его макетный образец.
Вторая проблема заключается в экономии балласта. Необходимо обеспечить порционное взвешивание выгружаемого балласта на хоппер-дозатор. Для этого управление приводом разгрузочно-дозирующих устройств должно осуществляться на основе информации от устройства измерения веса порционно выгружаемого балласта, установленного на хоппер-дозаторе.
Анализ аналогичных разработок показал, что в США создали и запатентовали в России систему взвешивания железнодорожных вагонов [9], заключающуюся в том, что на элементы ходовых тележек вагона устанавливают измерительные преобразователи, информация с которых передается в устройства сбора, обработки и передачи данных о весе кузова. Эта система основана на использовании чувствительных к внешним воздействиям элементов. При работе хоппер-дозатора на чувствительные элементы будут воздействовать пыль и удары частиц выгружаемого балласта.
В России предложен иной, более простой и дешевый, способ определения веса порционно выгружаемого балласта, основанный на измерении расстояния от подрессоренной части хоппер-дозатора до неподрессо-ренной, умножаемой на коэффициент жесткости рессорного подвешивания вагона. Этот способ реализуется в новом поколении хоппер-дозаторов [10, 11, 12].


Хоппер-дозатор с порционным взвешиванием позволяет контролировать фактический объем выгруженного балласта при помощи вычислительного устройства с блоком сравнения заданного объема выгрузки и фактически выгруженного. Отсутствие возможности оценить вес выгружаемой порции груза и его соответствия требованиям технологии работ приводит к излишнему расходу балласта. Взвешивание на стационарных железнодорожных весах хоппер-дозатора после выгрузки каждой порции груза при производстве путевых работ невозможно, так как выгрузка и укладка балласта осуществляются в «окно», и тратить время на перемещение хоппера к стационарным весам после выгрузки каждой порции балласта по меньшей мере неэффективно, затратно и трудоемко. Цель создания хоппер-дозатора со встроенным взвешиванием — обеспечить оперативную выгрузку порции балласта в заданном объеме, не прерывая работ.
Устройство, измеряющее расстояние от рамы хоппер-дозатора до уровня головки рельса, должно быть выполнено в виде излучателя, посылающего сигнал на отражатель (головку рельса), и приемника отраженного сигнала. Включение устройства может быть принудительным или автоматическим, например, после прерывания выгрузки порции балласта. С целью экономии энергии аккумуляторных батарей после измерения система выключается и вновь включается после завершения выгрузки следующей порции балласта. Информация появляется на модуле отображения, совмещенном с панелью регулирования разгрузочно-дозирующего механизма, и передается на вычислительное устройство, например, ноутбук.
Измерительное устройство содержит вычислительный блок. Алгоритм расчета следующий: пусть Н, — текущее измеренное расстояние от рамы до уровня головки рельсов, тогда Hi+1 — измеренное расстояние после выгрузки следующей порции балласта. Как было отмечено, ранее измеряется расстояние от подрессоренной части вагона (рамы вагона) до рельса. Устройство будет поставляться в антивандальном корпусе.
Показатель жесткости рессорного подвешивания подвижного состава Кн известен из нормативно-технических документов и вводится в вычислительный модуль как априорная величина.
Таким образом, после i-ой и i+1-ой выгрузок измеряются расстояния И, и Hi+1 и вычисляется вес выгружаемой порции груза Мп по разности расстояний с учетом жесткости рессорного подвешивания транспортного средства Кн:
Мп = Кн (Н1+1 - HJ.
Индивидуальный показатель жесткости специального подвижного состава может отличаться от известного показателя из нормативно-технической документации за счет эксплуатационного износа элементов рессорного подвешивания, поэтому для повышения точности расчетов допускается определять индивидуальную жесткость рессорного подвешивания вагона по формуле:
К, = МДН0 - Н3),
где Мг — вес груза, который может быть взят из сопроводительных документов или рассчитан с помощью взвешивания порожнего и груженого вагонов и определения разности полученных значений; Но — высота от выбранной метки на транспортном средстве до горизон
тальной плоскости, совпадающей или параллельной плоскости железнодорожного пути при порожнем транспортном средстве перед погрузкой; Н3 — то же, но при полной загрузке.
После выгрузки каждой порции груза определяется ее объем, что позволяет экономить балласт, контролировать технологические процессы путевых работ, связанных с распределением балласта, и оперативно их планировать.
Таким образом, достигается возможность управлять выгрузкой и распределением балласта дистанционно по каналам связи или по радиоканалу, в заданных или рассчитанных объемах, что позволяет сократить долю ручного труда, снизить уровень травматизма и экономить балластные материалы.
Предполагается, что макеты устройств будут разрабатываться студентами в течение учебного года и представляться на открытой защите проектов в течение всего цикла обучения.

Список источников

1. А.с. 73284 SU B61D 7/06. Вагон-дозатор балласта / Пор-плиц П.И.. № 380542; заявл. 03.06.1948; опубл. 01.01.1948.
2. А.с. 99961 SU B61D 7/06. Вагон дозатор балласта / Бело-горцев П.Г., Плохоцкий М.А. № 276/449268; заявл. 30.07.1951; опубл. 01.01.1955.
3. Пат. № 2180888 РФ B61D 7/06. Хоппер-дозатор / заявитель и патентообладатель ООО «Вагонпутьмашпроект». № 2000124747; заявл. 29.09.2000; опубл. 27.03.2022; Бюл. № 9.
4. Сычёв В.П. Хоппер-дозаторы нового поколения // Транспортное строительство. 2003. № 4. С. 18—21.
5. Пат. № 2381321 РФ Е01В 27/02. Способ и устройство для укладки железнодорожного балласта / Херцог С.М. (US), Баундз А.Э. (US), Шмитц Р. (US), Погглмиллер Р.Л. (US), Бе-дингфилд С.Л. (US), Лафлин Д.Б. (US), Харрис n.(US), Ширк Т. (US); патентобладатель Херцог Контрактинг Корп. № 2007101545; заявл. 10.06.2005; опубл. 10.02.2010; Бюл. № 21. Конвенц. приоритет: 17.06.2004 US 10/870,843.
6. Пат. № 2181680 B61L 25/02 B61L 25/02. Устройство для определения местоположения транспортного средства, перемещающегося вдоль средства распространения электромагнитных волн // Фурнье Д. (FR); патентообладатель ГЕЦ АЛЬСТОМ ТРАНСПОР С.А. (FR). № 96103153; заявл. 20.02.1996; опубл. 27.04.2002; Бюл. № 12. Конвенц. приоритет: 21.02.1995 FR 95 01983.
7. Пат. на полезную модель № 124901 РФ B61D 7/28. Привод перемещения крышки люка грузового вагона // патентообладатель ООО «ИВЦ Вагонпутьмаш». № 2012134801; заявл. 15.08.2012; опубл. 20.02.2013; Бюл. 5.
8. Sychev V.P. Ballast regulator hopper. W02007021218A1. Internatiol application No: PCT/RU2006/000388 от 22.02.2007 № PCT-12411183.
9. Пат. № 2600420 РФ B61D 7/28. Встроенная система взвешивания железнодорожных товарных вагонов / Мараи-ни Д. (US); патентообладатель АМСТЕД Рэйл Компани, Инк. (US). № 2015103058/11; заявл. 30.01.2015; опубл. 20.08.2016; Бюл. № 29. Конвенц. приоритет: 31.01.2014 US 14/169,784.
10. Пат. № 2755610 РФ В07В 13/18. Способ контроля дозировки балласта и измерительно-управляющее устройство дозированной выгрузки и распределения балласта на железнодорожный путь / Сычёв В.П., Кулешов П.Н., Сычёв П.В.; патентообладатель ООО «Вагонпутьмаш». № 2020132266; заявл. 30.09.2020; опубл. 17.09.2021; Бюл. № 26.
11. Пат. № 2774484 РФ Е01В 27/02. Устройство автоматизированной выгрузки и распределения балласта на железнодорожный путь / Сычёв В.П. № 2021127490; заявл. 20.09.2021; опубл. 21.06.2022; Бюл. № 18.
12. Пат. № 213221 РФ B61D 7/00. Хоппер-дозатор с порционным взвешиванием выгружаемого балласта / Сычёв В.П. № 2022102028; заявл. 28.01.2022; опубл. 30.08.2022; Бюл. № 2