Научная статья на тему 'МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МАГНИТОИНДУКЦИОННОГО ДАТЧИКА ОСЕЙ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА НА ОСНОВЕ СТИГМАТИЧЕСКОГО ПОДХОДА'

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МАГНИТОИНДУКЦИОННОГО ДАТЧИКА ОСЕЙ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА НА ОСНОВЕ СТИГМАТИЧЕСКОГО ПОДХОДА Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
92
18
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МОДЕЛИРОВАНИЕ / АВТОМАТИЗАЦИЯ / ДИАГНОСТИРОВАНИЕ / ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА / НАДЕЖНОСТЬ / ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ / ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМЫЙ МАГНИТОИНДУКЦИОННЫЙ ДАТЧИК / КОЛЕСНАЯ ПАРА / ОСЬ / ВАГОН

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Петров Константин Сергеевич, Окишев Андрей Сергеевич, Петров Владимир Владимирович

В статье представлены результаты исследования точечного магнитоиндукционного датчика на основе математической модели, которая позволяет обеспечить повышение надежности работы автоматизированных систем для диагностирования технического состояния подвижного состава в процессе движения поезда путем улучшения точности исходной информации, т. е. моментов фиксации прохождения осей колесных пар над магнитоиндукционными датчиками. На первом этапе разработки стигматической математической модели системы определена аналитическая зависимость величины магнитного потока в магнитном сердечнике и выходного значения ЭДС от сопротивления воздушного зазора между датчиком и гребнем колеса . На втором этапе разработки математической модели найдена зависимость от времени магнитного сопротивления воздушного зазора между сердечником магнитоиндукционного датчика и гребнем колеса железнодорожного вагона, движущегося по прямолинейному рельсовому пути с постоянной скоростью. На основе применения цифровых технологий разработанная стигматическая модель позволяет оценить энергетические параметры магнитоиндукционных датчиков в зависимости от свойств современных магнитных материалов. Результаты моделирования показали, что величина МДС постоянного магнита определяет основные параметры магнитоиндукционных датчиков, поэтому применение современных магнитов на основе редкоземельных металлов позволяет устранить традиционный недостаток устаревших типов магнитоиндукционных датчиков, т. е. снизить их габариты и массу. Применение предложенной стигматической модели расширяет область возможных решений экстремальных задач для выбора и обоснования параметров магнитоиндукционных датчиков, помогает повысить точность систем диагностирования технического состояния вагонного парка и безопасность движения на железнодорожном транспорте.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Петров Константин Сергеевич, Окишев Андрей Сергеевич, Петров Владимир Владимирович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MATHEMATICAL MODEL MAGNETIC-INDUCTION SENSOR FOR ROLLING STOCK AXLES RAILWAY TRANSPORT BASED ON A STIGMATIC APPROACH

The article presents the results of research of a point magneto-induction sensor based on a mathematical model, which allows you to increase the reliability of automated systems for diagnosing technical condition rolling stock in the course of train movement by improvement the accuracy of the initial information, that is, the moments of fixation passing of wheelset axles over magneto-induction sensors. At the first stage of developing a stigmatic mathematical model the analytical dependence of the value of the magnetic flux in the magnetic core and the output EMF value on resistance of the air gap between the sensor and the wheel crest. At the second stage of development of the mathematical model found time dependence of the magnetic resistance of the air gap between the core of the magneto-induction sensor and the comb wheels of a railway car moving along a straight track at a constant speed. On the basis of application the developed stigmatic model allows evaluating the energy parameters of magneto-induction sensors depending on the properties of modern magnetic materials. The simulation results showed that the MMF value is constant the magnet determines the main parameters of magneto-induction sensors, so the use of modern magnets based on rare earth they allow to eliminate the traditional disadvantage of outdated types of magneto-induction sensors, that is, to reduce their size and weight. The application of the proposed stigmatic model expands the scope of possible solutions to extreme problems for selection and justification parameters of magneto-induction sensors, helps to improve the accuracy of systems for diagnosing the technical condition of the car fleet and traffic safety on railway transport.

Текст научной работы на тему «МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МАГНИТОИНДУКЦИОННОГО ДАТЧИКА ОСЕЙ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА НА ОСНОВЕ СТИГМАТИЧЕСКОГО ПОДХОДА»

УДК 681.527

К. С. Петров, А. С. Окишев, В. В. Петров

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МАГНИТОИНДУКЦИОННОГО ДАТЧИКА ОСЕЙ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА НА ОСНОВЕ СТИГМАТИЧЕСКОГО ПОДХОДА

Аннотация. В статье представлены результаты исследования точечного магнитоиндукционного датчика на основе математической модели, которая позволяет обеспечить повышение надежности работы автоматизированных систем для диагностирования технического состояния подвижного состава в процессе движения поезда путем улучшения точности исходной информации, т. е. моментов фиксации прохождения осей колесных пар над магнитоиндукционными датчиками. На первом этапе разработки стигматической математической модели системы определена аналитическая зависимость величины магнитного потока в магнитном сердечнике и выходного значения ЭДС от сопротивления воздушного зазора между датчиком и гребнем колеса. На втором этапе разработки математической модели найдена зависимость от времени магнитного сопротивления воздушного зазора между сердечником магнитоиндукционного датчика и гребнем колеса железнодорожного вагона, движущегося по прямолинейному рельсовому пути с постоянной скоростью. На основе применения цифровых технологий разработанная стигматическая модель позволяет оценить энергетические параметры магнитоиндукционных датчиков в зависимости от свойств современных магнитных материалов. Результаты моделирования показали, что величина МДС постоянного магнита определяет основные параметры магнитоиндукционных датчиков, поэтому применение современных магнитов на основе редкоземельных металлов позволяет устранить традиционный недостаток устаревших типов магнитоин-дукционных датчиков, т. е. снизить их габариты и массу. Применение предложенной стигматической модели расширяет область возможных решений экстремальных задач для выбора и обоснования параметров магни-тоиндукционных датчиков, помогает повысить точность систем диагностирования технического состояния вагонного парка и безопасность движения на железнодорожном транспорте.

Ключевые слова: моделирование, автоматизация, диагностирование, электромеханическая система, надежность, цифровые технологии, энергонезависимый магнитоиндукционный датчик, колесная пара, ось, вагон.

Konstantin S. Petrov, Andrey S. Okishev, Vladimir V. Petrov

Omsk State Transport University (OSTU),Omsk, the Russian Federation

MATHEMATICAL MODEL MAGNETIC-INDUCTION SENSOR FOR ROLLING STOCK AXLES RAILWAY TRANSPORT BASED ON A STIGMATIC APPROACH

Abstract. The article presents the results of research of a point magneto-induction sensor based on a mathematical model, which allows you to increase the reliability of automated systems for diagnosing technical condition rolling stock in the course of train movement by improvement the accuracy of the initial information, that is, the moments of fixation passing of wheelset axles over magneto-induction sensors. At the first stage of developing a stigmatic mathematical model the analytical dependence of the value of the magnetic flux in the magnetic core and the output EMF value on resistance of the air gap between the sensor and the wheel crest. At the second stage of development of the mathematical model found time dependence of the magnetic resistance of the air gap between the core of the magneto-induction sensor and the comb wheels of a railway car moving along a straight track at a constant speed. On the basis of application the developed stigmatic model allows evaluating the energy parameters of magneto-induction sensors depending on the properties of modern magnetic materials. The simulation results showed that the MMF value is constant the magnet determines the main parameters of magneto-induction sensors, so the use of modern magnets based on rare earth they allow to eliminate the traditional disadvantage of outdated types of magneto-induction sensors, that is, to reduce their size and weight. The application of the proposed stigmatic model expands the scope ofpossible solutions to extreme problems for selection and justification parameters of magneto-induction sensors, helps to improve the accuracy of systems for diagnosing the technical condition of the car fleet and traffic safety on railway transport.

Keywords: modeling, automation, diagnostics, electromechanical system, reliability, digital technologies, energy-independent magnetic-induction sensor, wheeled pair, axle, wagon.

Информационные системы для диагностирования технического состояния подвижного состава получают широкое распространение на железнодорожном транспорте благодаря высокому уровню стандартизации и унификации оборудования как в Российской Федерации,

так и в соседних государствах, использующих соответствующие стандарты и совместимые устройства. Наиболее ответственными элементами таких информационных систем на железнодорожном транспорте являются точечные датчики прохождения осей подвижного состава, которые расположены вдоль рельсового пути. Основной особенностью стигматической модели системы является то, что в рамках этой модели рассматриваются только точечные датчики, габаритными размерами которых можно пренебречь по сравнению с радиусом колеса железнодорожного вагона.

В некоторых современных системах железнодорожной автоматики для счетчиков осей применяют два последовательно расположенных точечных датчика, размещенных в общем корпусе. Такая конструкция датчика позволяет повысить достоверность фиксации проследования каждой колесной пары, кроме того, имеется возможность определения направления движения подвижной единицы по очередности их срабатывания. Точечные путевые датчики для подсчета осей в процессе движения железнодорожного состава применяются практически во всех информационных системах, выпускаемых многими известными зарубежными фирмами, например, Siemens и General Electric [1].

Известны способы и устройства на основе оптических измерительных систем, такие как Устройство диагностирования геометрических параметров колесных пар подвижного состава [2]. Принцип работы такой системы основан на лазерном бесконтактном контроле геометрии движущихся трехмерных объектов с помощью триангуляционных датчиков положения, но лазерные технологии не способны надежно работать в неблагоприятных погодных условиях и при отсутствии внешнего источника электроснабжения. Например, известная Автоматизированная диагностическая система контроля параметров колесных пар вагонов «Комплекс» потребляет мощность от источника питания не менее 3 кВт [3]. Кроме того, подобные сложные системы для обеспечения надежной работы требуют наличия развитой инфраструктуры, мощного источника бесперебойного электроснабжения и дополнительных эксплуатационных затрат.

Имеются предложения и менее затратных решений этой актуальной задачи [4, 5], которые основаны на совместном применении цифровых технологий и напольного оборудования КТСМ (комплекс технических средств многофункциональный) [6]. Фиксацию моментов прохождения осей колесных пар подвижного состава над датчиками точечного типа предлагается использовать для оценки технического состояния подвижного состава железнодорожного транспорта на основе разработанной математической модели [7]. В такой автоматизированной системе для контроля ходовых частей вагонов определяются и хранятся в оперативной памяти значения углов перекоса и скорости всех колесных пар, прошедших над датчиками [8]. По заданному алгоритму система, используя сигналы от этих датчиков, осуществляет распознавание всех типов подвижных единиц состава и оценивает их кинематические параметры. По каналу связи на ближайший контрольный пункт передаются порядковые номера вагонов в поезде и номера колесных пар в вагоне, для которых зафиксировано превышение пороговых значений измеренных параметров ходовых частей. Причем применение магнитоиндукционных датчиков в составе системы позволяет реализовать энергетическую независимость напольного оборудования системы от внешних источников питания [9].

Для повышения качества диагностирования технического состояния вагонов в процессе движения поезда необходимо обеспечить в первую очередь разработку более точных датчиков прохождения осей колесных пар на основе цифровой обработки сигналов в реальном масштабе времени. Целью данной работы является моделирование формы выходного сигнала точечного магнитоиндукционного датчика осей колесных пар подвижных единиц, исследование его параметров для разработки более точных алгоритмов фиксации моментов прохождения осей колесных пар над датчиком на основе выбранного критерия.

В датчиках магнитоиндукционного типа выходной сигнал возникает на клеммах его обмотки благодаря эффекту электромагнитной индукции. Формирование биполярного импульса возникает при прохождении гребня колеса над датчиком. При приближении гребня к сер-

132 ИЗВЕСТИЯ Транссиба N;n2l4n2)

дечнику датчика величина магнитного потока в магнитном цепи датчика увеличивается и формируется импульс определенной полярности. В процессе удаления колеса от датчика величина магнитного потока в магнитной цепи уменьшается и возникает импульс противоположной полярности. Таким образом, амплитуда и длительность выходных сигналов датчика определяются скоростью движения колесной пары, то есть скоростью перераспределения магнитных потоков Ф1 и Ф2 в магнитной цепи датчика (рисунок 1), а форма выходных импульсов зависит от конструктивных особенностей магнитоиндукционного датчика.

Постоянный магнит создает магнитодвижущую силу (МДС), которая порождает внешний замкнутый магнитный поток от полюсов магнита через магнитопровод из

ферромагнитного материала, рельс и воздушный зазор между головкой рельса и сердечником магнитоиндукционного датчика. Пропорционально скорости изменения магнитного потока на выходных клеммах обмотки датчика наводится электродвижущая сила (ЭДС), зависимость которой от времени описывается выражением:

е(г) = -Ж

Лф(0 Л

(1)

где е^), В, - электродвижущая сила на выходе датчика; Ж - число витков обмотки магнитоиндукционного датчика.

Рисунок 1 - Принцип работы точечного магнитоиндукционного путевого датчика Магнитный поток, пересекающий витки катушки датчика, определяется так:

Ф^) = В • 8^), (2)

где В - величина индукции магнитного поля в магнитной цепи; - эффективная площадь контура, которую пересекает вектор магнитного потока, зависящий в данном случае от взаимного положения сердечника датчика и движущегося колеса вагона, т. е. в конечном счете от времени.

Эквивалентная схема разветвленной магнитной цепи для моделирования точечного путевого датчика магнитоиндукционного типа представлена на рисунке 2, где приняты следующие обозначения:

е(^) - ЭДС на клеммах обмотки датчика;

- постоянный магнит, вокруг которого находится обмотка датчика Ж; Ф1 - магнитный поток, проходящий через воздушный зазор Lв1, основное направление вектора которого перпендикулярно рельсу при отсутствии гребня колеса над датчиком;

Ф2 - магнитный поток, проходящий через воздушный зазор Lв2, величина которого зависит от взаимного расположения гребня колеса и магнитного сердечника датчика, а основное направление вектора этого потока - вдоль рельса.

Рисунок 2 - Эквивалентная схема магнитной цепи датчика

Эквивалентные электрические схемы замещения магнитной цепи датчика изображены на рисунке 3. Причем эквивалентное сопротивление воздушного зазора в одноконтурной электрической схеме замещения этой магнитной цепи

Я.1 • )

Яв(') =

Я,1 + )

(3)

где Яв1, А/Вб, - магнитное сопротивление воздушного зазора при отсутствии гребня колеса над датчиком (максимальное значение - 30 мм), имеющее постоянное значение;

Яв2(0, А/Вб, - магнитное сопротивление воздушного зазора, величина которого зависит от расположения гребня колеса относительно магнитного сердечника датчика (минимальное значение - 10 мм), т. е. зависит от времени в процессе движения колеса над датчиком.

а б

Рисунок 3 - Электрическая схема замещения магнитной цепи: а - двухконтурная схема замещения магнитной цепи; б - эквивалентная одноконтурная электрическая схема замещения этой же магнитной цепи

На первом этапе разработки стигматической математической модели системы необходимо найти аналитическую зависимость величины магнитного потока Ф(£) от сопротивления воздушного зазора между датчиком и гребнем колеса. В замкнутом контуре магнитной системы без учета рассеивания алгебраическая сумма всех магнитодвижущих сил и магнитных напряжений равна нулю:

^ ± Гмр = 1 1имк. (4)

Уравнение (4) соответствует второму закону Кирхгофа для магнитной цепи, левая часть которого представляет алгебраическую сумму всех МДС, действующих в замкнутом контуре, а правая часть уравнения (4) - сумма падений магнитных напряжений на пассивных элементах в составе контура магнитной цепи.

Для представленной одноконтурной схемы замещения (рисунок 3, б) уравнение (4) можно конкретизировать:

= Ф(г) • (Ям + ^)), (5)

здесь Fм, А, - МДС постоянного магнита датчика; Rм - суммарное сопротивление ферромагнитных участков магнитопровода датчика; Rв(t) - эквивалентное сопротивление воздушного зазора, значение которого зависит от скорости движения колеса и положения его гребня относительно датчика. Хотя магнитное сопротивление ферромагнитного участка магнитопровода существенно меньше сопротивления воздушного зазора (Ям « Rв), им все-таки не следует пренебрегать при разработке математической модели. Учет этой постоянной составляющей системы так же, как и влияние Rв1, позволяет получить более адекватную модель. Кроме того, если принять, что величина воздушного зазора в реальных условиях работы датчика изменяется в пределах от 10 до 30 мм, то можно считать, что отсутствуют условия насыщения ферромагнитных элементов магнитной цепи, и математическую модель магнитной системы датчика можно считать практически линейной.

В данной системе единственным источником МДС является постоянный магнит, поэтому из уравнения (5) можно выразить магнитный поток

Ф ^) =

F.

Ям + 4(1)

, т. е. Ф(1) = —

В • /

Кс 4 + 4(0 '

(6)

а сопротивления магнитному потоку в магнитопроводе и воздушном зазоре системы можно определить так:

Ям =

и

Ко • Км • ^

Яв (1) =

4(1)

Ко • Кв • )

(7)

где цс - относительная магнитная проницаемость магнитного материала сердечника; цв = 1 -относительная проницаемость воздуха в системе СИ; цо = 4л-10" , (В-с / А-м), - абсолютная магнитная проницаемость; Вс, Тл, - индукция постоянного магнита датчика; /с, м, - длина магнитного сердечника датчика.

На втором этапе разработки математической модели необходимо найти зависимость магнитного сопротивления воздушного зазора между сердечником магнитоиндукционного датчика и гребнем колеса железнодорожного вагона от времени. Кинематическая схема системы для анализа взаимного расположения датчика и колеса, которое равномерно двигается с заданной скоростью, изображена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Эквивалентная схема магнитной цепи датчика

На рисунке 4 приняты следующие обозначения: м, - радиус колеса; Ук, м/с, - постоянная скорость движения колеса; Х(1), м, - горизонтальная координата движения колеса (пройденный путь); Хм, м, - расстояние от точки касания колеса и рельса до центральной оси датчика; /0, м, - минимальное значение воздушного зазора между сердечником датчика и гребнем колеса; /(1), м, - минимальное расстояние от ближайшей точки колеса до точки пересечения оси датчика и головки рельса; /м, м, - ширина магнитного сердечника датчика;

м, - его толщина; а(1) - угол между нормалью к рельсу и лучом, выходящим из точки А (ось колеса) по направлению к точке Хм, расположенной на пересечении верхней поверхности головки рельса и осью симметрии магнитного сердечника датчика.

Расстояние, которое проходит колесо вдоль рельсового пути, определяется скоростью движения колесной пары (т. е. координата X(t) = V^t). Рассмотрим процесс приближения (и удаления) точки касания колеса и рельса к датчику в пределах от 0 до 2Як относительно центра магнитного сердечника (точки Хм). При этом кратчайшее расстояние от гребня колеса до точки Хм с учетом минимального значения эффективного воздушного зазора определим по выражению:

4(0 = l(t) + lo =VR2 + (X(t) - Xм)2 - Як + ¡0 при 0 < X(t) < 2Як. (8)

Угол a(t) между нормалью к рельсу и прямой, определяющей кратчайшее расстояние от центра колеса до точки Хм, определим так:

a(t) = tan-1 (Х(t)- Хм), например, при X(tM) = XM,a(tM) = 0. (9)

Як

Эквивалентная площадь воздушного зазора между сердечником датчика и гребнем колеса, через который проходит магнитный поток, имеющий векторный характер, с учетом переменного угла наклона a(t) определяется выражением:

Sв(t) = ¡м • hм • cos[a(t)], (10)

где ¡м - ширина магнитного сердечника датчика (вдоль рельсового пути); ^ - толщина поперечного сечения (поперек рельсового пути) магнитного сердечника датчика, через который проходит магнитный поток; a(t) - острый угол между вектором магнитной индукции и нормалью к площади поперечного сечения магнитного сердечника датчика.

На третьем этапе разработки математической модели необходимо подставить выражения (8) и (10) в формулы (7) и (6), а затем в (1), в результате получим окончательную формулу для вычисления зависимости ЭДС на выходе точечного магнитоиндукционного датчика от времени. Разработанная модель позволяет описать процесс взаимодействия гребня колеса и магнитоиндукционного датчика и оценить влияние различных конструктивных параметров этой системы на точность формирования момента прохождения колеса над датчиком. Учитывая громоздкость окончательного аналитического выражения полученной математической модели, и для упрощения анализа результатов моделирования дальнейшие вычисления формы выходного сигнала магнитоиндукционного датчика произведем на основе численных методов. Для рассмотрения конкретного примера применения модели предварительно необходимо определить условия и исходные данные параметров объекта моделирования:

- радиус колеса Як = 0,5 м (т. е. значительно больше ширины магнитного сердечника датчика), что позволяет реализовать стигматическую (точечную) модель системы;

- отсутствует рассеивание магнитного поля и насыщение во всех элементах магнитной цепи датчика, что позволяет реализовать линейную модель магнитной системы;

- скорость движения колеса равномерная: V = 36 км/ч (т. е. 10 м/с);

- тип материала постоянного магнита сердечника - «Альнико» (A¡NiCo);

- число витков обмотки датчика W = 5000;

- минимальный воздушный зазор между поверхностью магнитного сердечника датчика и гребнем колеса ¡0 = 0,01 м;

- максимальный воздушный зазор между магнитным сердечником датчика и головкой рельса ¡р = 0,03 м.

Габаритные размеры сердечника магнитоиндукционного датчика:

- длина /с = 0,07 м (по высоте рельса - вертикально);

- ширина 1м = 0,06 м (вдоль рельса - горизонтально);

- толщина = 0,05 м (вдоль оси, перпендикулярной к рельсовому пути). Полученный в результате вычислений в среде MatLab график зависимости ЭДС на выходе магнитоиндукционного датчика от времени, где точка касания колеса и рельса находится напротив оси магнитного сердечника в момент t = 0,05 с, изображен на рисунке 5.

,

В

,

о

е

,

-1

-1.6

, , , , , , , , к I1,

Г-

Рисунок 5 - Зависимость ЭДС на выходе датчика от времени при Vti = 10 м/с, 1с = 0,07 м, 1м = 0,06 м, hм = 0,05 м, где AmaX = 1,24 В, ЛтЬ = - 1,24 В, Tm{a = 0,042 с, TmaX = 0,058 с

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Оценку качества сигнала на выходе датчика с точки зрения наилучших условий, обеспечивающих наибольшую точность определения момента прохождения колеса над датчиком, будем производить по критерию максимального значения коэффициента чувствительности, который можно определить так:

АД А - А

Кч _ _ -т^, например, для сигнала (см. рисунок 5) Кч = 135,6. (11)

АТимп Ттах ^тт

Коэффициент Кч определяется как отношение размаха ЭДС знакопеременного выходного импульса к интервалу времени между его максимальным и минимальным значениями. Размах импульсного сигнала характеризует его энергетическую составляющую, т. е. чем он выше, тем выше помехоустойчивость системы, а скорость изменения сигнала определяет точность фиксации момента прохождения колеса над датчиком.

Применение разработанной стигматической модели для оценки влияния свойств материала магнитного сердечника на параметры выходного сигнала магнитоиндукционного датчика рассмотрим на простом примере сравнительного анализа использования двух типов сердечников: «Альнико» и «Неодим» [10]. Результаты расчетов на основе разработанной модели для анализа конкретных значений и формы сигнала на выходе магнитоиндукционного датчика при заданных параметрах магнитной системы представлены в таблице, которые практически совпадают с результатами экспериментальных исследований для материала типа «Альнико», описанными в источнике [11]. В таблице приведены оценки влияния этих параметров на точность определения момента прохождения колеса над датчиком согласно критерию (11).

020

ИЗВЕСТИЯ Транссиба 137

Оценка влияния параметров сердечника магнитоиндукционного датчика на точность определения момента прохождения колеса над датчиком по выбранному критерию при постоянных значениях: Ук = 10 м/с;

1с = 0,07 м; hм = 0,05 м

Параметр датчика Материал сердечника «Альнико» Материал сердечника «Неодим»

(AlNiCo) Br = 0,7 Тл, Hc = 50 кА/м (NdFeB) Br = 1,1 Тл, Hc = 1000 кА/м

Ширина сердечника 1м, м 0,015 0,03 0,06 0,015 0,03 0,06

Размах импульса ДЛимп, В 0,5425 1,085 2,17 10,85 21,7 43,4

Длительность импульса Д7Имп, с 0,016 0,016 0,016 0,016 0,016 0,016

Оценка сигнала Кч, В/с 33,9 67,8 135,6 678,1 1356,2 2712,5

В результате проведенных исследований на основе разработанной стигматической математической модели можно сделать следующие выводы.

1. Величина МДС постоянного магнита определяет основные параметры магнитоиндук-ционных датчиков, поэтому применение современных магнитов на основе редкоземельных металлов позволяет устранить традиционный недостаток устаревших типов магнитоиндук-ционных датчиков, т. е. снизить их габариты и массу.

2. Увеличение ширины сердечника магнитоиндукционного датчика при использовании стигматического подхода повышает мощность выходного сигнала и помехоустойчивость системы в целом, но не влияет на его форму и длительность.

3. Применение предложенной стигматической модели позволяет расширить область решения экстремальных задач для выбора и обоснования параметров магнитоиндукционных датчиков и повысить надежность систем диагностирования технического состояния вагонного парка и безопасность движения на железнодорожном транспорте.

Список литературы

1. Путевые датчики для устройств железнодорожной автоматики / С. А. Щиголев,

A. В. Кондакова [и др.]. - Текст : непосредственный // Автоматика, связь, информатика. -2013. - № 11. - С. 1 - 3.

2. Патент № 2270120 Российская Федерация, МПК B 61 K 9/12. Устройство диагностирования геометрических параметров колесных пар подвижного состава : № 2004125216/11: заявлено 17.08.2004 : опубликовано 20.02.2006, Бюл. № 5 / Коробейников Ю. Г., Федоров Ф. В., Фомин В. М. [и др.]; патентообладатель Институт теоретической и прикладной механики СО РАН (ИТПМ СО РАН) (RU). Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН (КТИ НП СО РАН) (RU). - Текст : непосредственный.

3. Автоматизированная диагностическая система контроля параметров колесных пар вагонов «Комплекс». - Текст : электронный. - URL : http://www.sibai.ru/ avtomatizirovannaya-diagnosticheskaya-sistema-kontrolya-parametrov-kolesnyix-par-vagonov-kompleks.html (дата обращения: 03.04.2020).

4. Автоматизированная система сопровождения транзитных поездов / В. А. Кандаев,

B. В. Петров [и др.]. - Текст : непосредственный // Автоматика, связь, информатика. - 1999. -№ 7. - С. 11 - 13.

5. Петров, В. В. Интегральная оценка для диагностирования отклонений кинематических параметров вагонной тележки и колесных пар движущегося состава / В. В. Петров, К. С. Петров,

C. А. Ступаков. - Текст : непосредственный // Технологическое обеспечение ремонта и повышение динамических качеств железнодорожного подвижного состава : материалы всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием. - Омск : Омский гос. ун-т путей сообщения, 2017. -С. 113 - 123.

6. Микропроцессорный комплекс технических средств многофункциональный. - Текст : электронный. - URL : https://nkass.ru/ktsm-kompleks-tehnicheskih-sredstv-mnogofunktsionalnyi.html (дата обращения: 03.04.2020).

7. Петров, В. В. Математическая модель для оценки влияния отклонений конструктивных параметров вагонной тележки от номинальных значений на ее кинематические свойства /

В. В. Петров, К. С. Петров. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2019. -№ 2 (38). - С. 55 - 65.

8. Патент № 192 859 Российская Федерация, МПК B 61 K 9/12. Устройство контроля технического состояния тележек подвижного состава : № 2019118942 : заявлено 17.06.2019 : опубликовано 03.10.2019, Бюл. № 28 / Кондратенко Е. В., Петров В. В., Петров К. С. - патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. - Текст : непосредственный.

9. Петров, К. С. Энергонезависимая информационная система для контроля технического состояния тележек подвижного состава железнодорожного транспорта / К. С. Петров, Е. В. Кондратенко, В. В. Петров. - Текст : непосредственный // Инновационные проекты и технологии в образовании, промышленности и на транспорте : материалы научной конференции. -Омск : Омский гос. ун-т путей сообщения, 2020. - С. 257 - 263.

10. Современные виды постоянных магнитов, их параметры. - Текст : электронный -URL: https://www.kakras.ru/doc/magnets-and-magnetic-fields.html (дата обращения: 03.04.2020).

11. Петров, В. В. Энергетические аспекты магнитоиндукционных датчиков осей подвижного состава железнодорожного транспорта / В. В. Петров, А. С. Окишев, К. С. Петров. - Текст : непосредственный // Инновационные проекты и технологии машиностроительных производств : материалы всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием. - Омск : Омский гос. ун-т путей сообщения, 2019. - С. 32 - 39.

References

1. Shchigolev S. A., Kondakova A. V, Sobol' D. Ye. Track sensors for railway automation devices [Putevyye datchiki dlya ustroystv zheleznodorozhnoy avtomatiki]. Avtomatika, svyaz', in-formatika - Automation, Communication, Informatics Journal, 2013, no. 11, pp. 1 - 3.

2. Korobeynikov Yu. G., Fedorov F. V., Fomin V. M., Trubacheev G. V., Chuguy YU. V., Plotnikov S. V. Patent RU2270120 C1, 20.02.2006.

3. Avtomatizirovannaya diagnosticheskaya sistema kontrolya parametrov kolesnykh par va-gonov «KOMPLEKS» (Automated diagnostic system for monitoring parameters of coforest pairs of wagons «COMPLEX»), Available at: http://www.sibai.ru/avtomatizirovannaya-diagnosticheskaya-sistema-kontrolya-parametrov-kolesnyix-par-vagonov-kompleks.html (accessed 03 April 2020).

4. Kandayev V. A., Petrov V. V., Chernenko V. M., Zakharov V. A. Automated tracking system for transit trains [Avtomatizirovannaya sistema soprovozhdeniya tranzitnykh poyezdov]. Avtomatika, svyaz', informatika. - Automation, Communication, Informatics Journal, 1999, no.7, pp. 11 - 13.

5. Petrov V. V., Petrov K. S., Stupakov S. A. Integral estimation for diagnosing deviations of kinematic parameters of bogie and wheel pairs of a moving train [Integral'naya otsenka dlya diag-nostirovaniya otkloneniy kinematicheskikh parametrov vagonnoy telezhki i kolesnykh par dvizhushchegosya sostava]. Materialy IV vserossijskoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiyem «Tekhnologicheskoye obespecheniye remonta i povysheniye dinamicheskikh kachestv zheleznodorozhnogo podvizhnogo sostava» (Materials of the IV All-Russian scientific and technical conference with international participation «Technological maintenance repair and improvement of the dynamic qualities of the railway rolling stock»). - Omsk, 2017, pp. 113 - 123.

6. Mikroprotsessornyy kompleks tekhnicheskikh sredstv mnogofunktsional'nyy (Microprocessor complex of technical means multifunctional), Available at: https://nkass.ru/ktsm-kompleks-tehnicheskih-sredstv-mnogofunktsionalnyi.html (accessed 03 April 2020).

7. Petrov V. V., Petrov K. S. A mathematical model for evaluating the influence of deviations in the design parameters of a railway carriage the influence of nominal values on its kinematic properties [Matematicheskaya model' dlya otsenki vliyaniya otkloneniy konstruktivnykh parametrov vagonnoy telezhki ot nominal'nykh znacheniy na yeye kinematicheskiye svoystva]. Izvestiia Transsiba - The journal of Transsib Railway Studies, 2019, no. 2 (38), pp. 55 - 65.

8. Kondratenko Ye. V., Petrov V. V., Petrov K. S. Patent RU 192 859 U1, 03.10.2019.

9. Petrov K. S., Kondratenko Ye. V., Petrov V. V. Non-volatile information system for moni-

toring the technical condition of mobile carts the composition of railway transport [Energonezavi-simaya informatsionnaya sistema dlya kontrolya tekhnicheskogo sostoyaniya telezhek podvizhnogo sostava zheleznodorozhnogo transporta]. Materialy XIV nauchnoy konferentsii posvyashchennoy dnyu Rossiyskoy nauki «Innovatsionnyye proyekty i tekhnologii v obrazovanii, promyshlennosti i na transporte» (Materials of the XIV scientific conference dedicated to the day of Russian science «Innovative projects and technologies in education, industry and transport»). - Omsk, 2020, pp. 257 - 263.

10. Sovremennyye vidy postoyannykh magnitov, i ikh parametry (Modern types of permanent magnets and their parameters). Available at: https://www.kakras.ru/doc/magnets-and-magnetic-fields.html (accessed 03 April 2020).

11. Petrov V. V., Petrov K. S., Okishev A. S. Energy aspects of the magnetic induction sensors of the axles of rolling stock railway transport [Energeticheskiye aspekty magnitoinduktsionnykh datchikov osey podvizhnogo sostava zheleznodorozhnogo transporta]. Materialy III vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii s mezhdunarodnym uchastiyem «Innovatsionnyye proyekty i tekhnologii mashinostroitel'nykh proizvodstv» (Materials of the III All-Russian scientific and technical conference with international participation «Innovative projects and technologies machinebuilding industries»). - Omsk, 2019, pp. 32 - 39.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Петров Константин Сергеевич

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).

Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.

Студент ОмГУПСа.

Тел.: (3812) 31-04-09.

E-mail: tef@omgups.ru

Окишев Андрей Сергеевич

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).

Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.

Кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматика и системы управления», ОмГУПС.

Тел.: +7 (3812) 31-05-89.

E-mail: OkishevAS@omgups.ru

Петров Владимир Владимирович

Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).

Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.

Кандидат технических наук, старший научный сотрудник, доцент кафедры «Автоматика и системы управления», ОмГУПС.

Тел.: +7 (3812) 31-05-89.

E-mail: PetrovVV@omgups.ru

БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ

Петров, К. С. Математическая модель магнитоин-дукционного датчика осей подвижного состава железнодорожного транспорта на основе стигматического подхода / К. С. Петров, А. С. Окишев, В. В. Петров. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2020. -№ 2 (42). - С. 131 - 140.

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Petrov Konstantin Sergeevich

Omsk State Transport Univirsity (OSTU).

35, Marx st., Omsk, 644046, Russian Federation.

The student OSTU.

Phone: (3812) 31-04-09.

E-mail: tef@omgups.ru

Okishev Andrey Sergeevich

Omsk State Transport Univirsity (OSTU).

35, Marx st., Omsk, 644046, Russian Federation.

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the department «Automation and control systems», OSTU.

Phone: (3812) 31-05-89.

E-mail: OkishevAS@omgups.ru

Petrov Vladimir Vladimirovich

Omsk State Transport University (OSTU).

35, Marx st., Omsk, 644046, Russian Federation.

Candidate of Technical Sciences, Chief scientific worker, Associate Professor of the department «Automation and control systems», OSTU.

Phone: +7 (3812) 31-05-89.

E-mail: PetrovVV@omgups.ru

BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION

Petrov K. S., Okishev A. S., Petrov V. V. Mathematical model magnetic-induction sensor for rolling stock axles railway transport based on a stigmatic approach. Journal of Transsib Railway Studies, 2020, no. 2 (42), pp. 131 - 140 (In Russian).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.