RU2745168C1 - Freight car monitoring and diagnostics device - Google Patents

Freight car monitoring and diagnostics device Download PDF

Info

Publication number
RU2745168C1
RU2745168C1 RU2020132485A RU2020132485A RU2745168C1 RU 2745168 C1 RU2745168 C1 RU 2745168C1 RU 2020132485 A RU2020132485 A RU 2020132485A RU 2020132485 A RU2020132485 A RU 2020132485A RU 2745168 C1 RU2745168 C1 RU 2745168C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
freight car
monitoring
diagnostics
data
Prior art date
Application number
RU2020132485A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Иванович Антипов
Павел Борисович Колосов
Вадим Вадимович Ляной
Игорь Германович Тильк
Артём Александрович Шамрай
Артём Викторович Ширинкин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "РаТорм"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "РаТорм" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "РаТорм"
Priority to RU2020132485A priority Critical patent/RU2745168C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2745168C1 publication Critical patent/RU2745168C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61LGUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00Indicators provided on the vehicle or vehicle train for signalling purposes ; On-board control or communication systems
    • B61L15/0081On-board diagnosis or maintenance

Abstract

FIELD: rail transport.SUBSTANCE: invention relates to a means of monitoring and diagnostics of a freight car. The device contains a body, consisting of a front part (1) of the body and a rear part (2) of the body. In the rear part (2) of the housing there is a generator containing a stator magnetic circuit (3) with coils (4) wound on it, inside which, by means of bearings (5), the shaft (6) of the rotor (7) with permanent magnets (8) installed in it rotates. , and block (9) sensors. The sensor block is located at the rear for more accurate sensor and system readings. In the front part (1) of the body there is an insert (10), which contains a battery (11), fixed by a cover (12), and an electronics board (13) with a processor unit (14), a memory unit (15) located on it, a GPS / GLONASS positioning unit (16), a communication unit (17), an external interface unit (18), a locking cover (19), and an antenna unit (20).EFFECT: ability to control the nodes of a freight car with connected additional sensors.15 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а именно к устройствам контроля состояния ответственных элементов и узлов грузового железнодорожного вагона и отслеживания его местоположения, и может быть использовано для получения актуальной информации о техническом состоянии грузовых вагонов на протяжении всего маршрута следования поезда.The invention relates to railway transport, namely to devices for monitoring the state of critical elements and nodes of a freight railway car and tracking its location, and can be used to obtain up-to-date information on the technical condition of freight cars throughout the train route.

Известен корпус подшипника колесной пары, содержащий встроенное в него устройство определения положения для рельсового транспортного средства, имеющее спутниковый радиоприемник определения положения, радиопередатчик, выполненный с возможностью передачи полученных от радиоприемника определения положения данных положения в удаленный сервер, и блок электроснабжения для снабжения устройства определения положения электрической энергией (Евразийский патент №020349 на изобретение «Корпус подшипника колесной пары с устройством определения положения для рельсового транспортного средства и снабженное им рельсовое транспортное средство», опубликовано 29.08.2014).A wheelset bearing housing is known, containing a position determination device built into it for a rail vehicle, having a satellite radio receiver for determining the position, a radio transmitter capable of transmitting position data position determinations received from a radio receiver to a remote server, and a power supply unit for supplying an electrical position determination device. energy (Eurasian patent No. 020349 for the invention "Wheelset bearing housing with a position detection device for a rail vehicle and a rail vehicle equipped with it", published on August 29, 2014).

Недостатком технического решения, описанного в данном патенте, является то, что устройство определения положения встроено непосредственно в сам корпус подшипника колесной пары, что усложняет процесс установки данного устройства на вагон, требует проведения демонтажа и последующего монтажа корпуса подшипника колесной пары (буксового узла вагона) с использованием специального инструмента и навыков квалифицированного специалиста, а также требует наличия разрешающих документов на выполнение данных работ и, фактически, снимает гарантии изготовителя буксового узла.The disadvantage of the technical solution described in this patent is that the position detection device is built directly into the wheelset bearing housing itself, which complicates the process of installing this device on the car, requires dismantling and subsequent installation of the wheelset bearing housing (axle box unit of the car) with the use of special tools and the skills of a qualified specialist, and also requires the availability of permits for the performance of these works and, in fact, removes the warranty of the axle box manufacturer.

Известно устройство мониторинга рельсового транспортного средства, содержащее установленные в корпусе с крышкой магнитоэлектрический генератор, механически соединенный с осью колесной пары, блок управления, блок хранения данных, блок передачи данных и блок определения местоположения, подключенный к блоку обработки данных, а также последовательно соединенные формирователь импульсов и счетчик импульсов. Выход магнитоэлектрического генератора по сигналу переменного напряжения связан с входом блока питания, выполненного с возможностью выпрямления и стабилизации выходного переменного напряжения магнитоэлектрического генератора, и с входом формирователя импульсов, выход которого связан с входом счетчика импульсов, выход которого связан с одним из входов блока обработки данных, другой вход блока обработки данных связан с выходом блока определения местоположения, а выход блока обработки данных связан с одним из входов блока хранения данных, другой вход которого связан с выходом блока управления, а выход - с блоком передачи данных, который по входу-выходу связан с блоком управления (патент РФ №2721219 на изобретение «Устройство мониторинга рельсового транспортного средства», опубликовано 18.05.2020).A device for monitoring a rail vehicle is known, comprising a magnetoelectric generator installed in a housing with a cover, mechanically connected to the axle of a wheelset, a control unit, a data storage unit, a data transmission unit and a position determination unit connected to a data processing unit, as well as a series-connected pulse shaper and a pulse counter. The output of the magnetoelectric generator, according to an alternating voltage signal, is connected to the input of the power supply unit capable of rectifying and stabilizing the output alternating voltage of the magnetoelectric generator, and to the input of the pulse shaper, the output of which is connected to the input of the pulse counter, the output of which is connected to one of the inputs of the data processing unit, the other input of the data processing unit is connected to the output of the location determination unit, and the output of the data processing unit is connected to one of the inputs of the data storage unit, the other input of which is connected to the output of the control unit, and the output to the data transmission unit, which is connected to control unit (RF patent No. 2721219 for the invention "Device for monitoring a rail vehicle", published on May 18, 2020).

Недостатками данного устройства являются недостаточная вандалозащищенность вследствие наличия у устройства крышки для доступа к устройству, а также недостаточная точность определения суммарного пробега вагона за достаточно длительный период эксплуатации. Это связано с тем, что в известном устройстве пробег вагона определяется расчетным методом исходя только из данных об измерении диаметра колеса, полученных непосредственно перед установкой устройства на вагон. Однако при этом неизбежно происходит накопление ошибки вычисления пробега из-за меняющегося в период эксплуатации вагона диаметра колеса.The disadvantages of this device are insufficient vandal resistance due to the device having a cover for access to the device, as well as insufficient accuracy in determining the total mileage of the car for a sufficiently long period of operation. This is due to the fact that in the known device the mileage of the car is determined by the calculation method based only on the data on the measurement of the wheel diameter obtained immediately before the installation of the device on the car. However, in this case, the accumulation of errors in calculating the mileage inevitably occurs due to the wheel diameter changing during the operation of the car.

Известно устройство мониторинга рельсового транспортного средства, содержащее установленные в корпусе процессор, модуль спутниковой системы навигации, модуль GSM, блок памяти, последовательно соединенные датчик ускорения и блок обработки диагностических данных, блок управления, центральный процессор и источник питания, включающий аккумуляторную батарею с контроллером заряда и магнитоэлектрический генератор. Корпус выполнен со съемной крышкой, одна часть которой выполнена из радиопрозрачного материала, напротив нее размещены антенны модуля спутниковой системы навигации и модуля GSM. Противоположная крышке сторона корпуса является его основанием, в котором выполнены отверстия для крепления переднего подшипникового щита к основанию корпуса, для установки и фиксации основания корпуса на крепительной крышке буксового узла и для соединения вала ротора генератора посредством соответствующей муфты с осью колесной пары (патент РФ №2627959 на изобретение «Устройство мониторинга рельсового транспортного средства и магнитоэлектрический генератор», опубликовано 14.08.2017). Данное устройство принято за прототип.A device for monitoring a rail vehicle is known containing a processor, a satellite navigation system module, a GSM module, a memory unit, a serially connected acceleration sensor and a diagnostic data processing unit, a control unit, a central processor and a power source, including a battery with a charge controller and magnetoelectric generator. The body is made with a removable cover, one part of which is made of radio-transparent material, opposite it are the antennas of the satellite navigation system module and the GSM module. The side of the casing opposite to the cover is its base, in which holes are made for attaching the front end shield to the base of the casing, for installing and fixing the base of the casing on the mounting cover of the axle box unit and for connecting the generator rotor shaft by means of a suitable coupling with the axle of the wheel pair (RF patent No. 2627959 for the invention "A device for monitoring a rail vehicle and a magnetoelectric generator", published on 14.08.2017). This device is taken as a prototype.

Недостатками данного устройства являются ограниченная функциональность, недостаточная точность определения фактически пройденного расстояния и фактической скорости вагона, отсутствие возможности отслеживания местоположения вагона в отсутствие GPS-сигнала, а также недостаточная надежность хранения и передачи регистрируемых данных.The disadvantages of this device are limited functionality, insufficient accuracy in determining the actual distance traveled and the actual speed of the car, the inability to track the location of the car in the absence of a GPS signal, as well as insufficient reliability of storage and transmission of recorded data.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении точности определения фактически пройденного вагоном расстояния и фактической скорости движения грузового вагона по датчику оборотов колеса для оптимизации и уменьшения необходимости технического обслуживания грузового вагона с последующим переходом на техническое обслуживание по состоянию c прогнозируемым отказом, обеспечении возможности отслеживания местоположения и вектора движения грузового вагона при отсутствии сигналов спутниковой навигационной системы, например, при движении грузового вагона в тоннеле, за счет использования данных от блока связи по сигналам от базовых станций сотовой связи и в результате расчетов, произведенных модулем инерциальной навигации блока процессора на основании данных от датчика ускорений, магнитометра и гироскопа блока датчиков.The technical result to be achieved by the claimed invention is to improve the accuracy of determining the distance actually traveled by the car and the actual speed of the freight car using the wheel speed sensor to optimize and reduce the need for maintenance of the freight car with a subsequent transition to maintenance based on a predicted failure. ensuring the ability to track the location and vector of movement of a freight car in the absence of signals from a satellite navigation system, for example, when a freight car is moving in a tunnel, by using data from a communication unit using signals from cellular base stations and as a result of calculations made by the inertial navigation module of the processor unit based on data from the acceleration sensor, magnetometer and gyroscope of the sensor unit.

Технический результат также заключается в обеспечении возможности автоматического определения фактического диаметра колеса и отслеживания его изменения, определения продольно-динамических воздействий на вагон в трех плоскостях с контролем превышения задаваемого порога, возможности контроля ответственных узлов вагона, к которым подключены дополнительные датчики, а также обеспечении постоянства записи всех регистрируемых данных в энергонезависимую память с контролем их целостности.The technical result also consists in providing the possibility of automatically determining the actual wheel diameter and tracking its change, determining the longitudinal-dynamic effects on the car in three planes with the control of exceeding the set threshold, the ability to control the critical nodes of the car to which additional sensors are connected, as well as ensuring the constancy of the recording all recorded data into non-volatile memory with control of their integrity.

Отсутствие у корпуса устройства крышки повышает степень вандалозащищенности устройства, а установка устройства не в непосредственно корпус буксового узла упрощает процесс монтажа устройства.The absence of a cover on the body of the device increases the degree of vandal resistance of the device, and the installation of the device not directly into the body of the axle box simplifies the process of mounting the device.

Заявляемый технический результат достигается тем, что устройство мониторинга и диагностики грузового вагона содержит корпус, передняя часть которого полностью или частично выполнена из радиопрозрачного материала, при этом задняя часть корпуса является его основанием, в котором выполнены отверстия для его фиксации с внешней стороны буксового узла грузового вагона, внутри корпуса размещены блок GPS/ГЛОНАСС позиционирования для отслеживания местоположения грузового вагона, блок связи для передачи данных местоположении и состоянии грузового вагона на удаленный сервер, блок датчиков, содержащий датчик оборотов колеса, блок внешнего интерфейса для подключения внешних дополнительных датчиков или систем, блок процессора, осуществляющий взаимодействие между блоками и узел автономного электропитания для снабжения электрической энергией всех блоков устройства, согласно изобретению блок внешнего интерфейса выполнен в виде проводного или беспроводного цифрового интерфейса, выполненного с возможностью передачи электрической энергии от узла автономного электропитания, датчик оборотов колеса основан на эффекте Холла, блок процессора программным модулем инерциальной навигации дополнительно осуществляет обработку данных о местоположении грузового вагона по данным датчика ускорений, гироскопа и магнитометра, входящих в состав блока датчиков, с учетом триангуляции расстояния до ближайших станций мобильной сотовой связи от блока связи, при этом блок памяти обеспечивает постоянство записи заданных о местоположении и состоянии грузового вагона записывая новые данные поверх самых ранних, тем самым образуя кольцевой буфер.The claimed technical result is achieved in that the device for monitoring and diagnostics of a freight car contains a body, the front part of which is fully or partially made of radio-transparent material, while the rear part of the body is its base, in which holes are made for fixing it from the outside of the axle box unit of the freight car , a GPS / GLONASS positioning unit for tracking the location of a freight car, a communication unit for transmitting data on the location and status of a freight car to a remote server, a sensor unit containing a wheel speed sensor, an external interface unit for connecting external additional sensors or systems, a processor unit , which interacts between the units and an autonomous power supply unit for supplying electrical energy to all units of the device, according to the invention, the external interface unit is made in the form of a wired or wireless digital interface made with the possibility the transmission of electrical energy from the autonomous power supply unit, the wheel speed sensor is based on the Hall effect, the processor unit by the inertial navigation software module additionally processes data on the location of the freight car according to the data of the acceleration sensor, gyroscope and magnetometer included in the sensor unit, taking into account the triangulation of distance to the nearest stations of mobile cellular communication from the communication unit, while the memory unit ensures the constancy of recording the given position and state of the freight car by writing new data over the earliest ones, thereby forming a circular buffer.

Узел автономного электропитания содержит электрический генератор, блок управления питанием, блок стабилизации мощности и аккумуляторную батарею.The autonomous power supply unit contains an electric generator, a power control unit, a power stabilization unit and a storage battery.

Блок управления питанием снабжен модулем управления уровнем заряда аккумуляторной батареи и контроля состояния аккумуляторной батареи.The power control unit is equipped with a battery charge level control and battery condition monitoring module.

Блок датчиков содержит датчик температуры и/или датчик несанкционированного снятия устройства.The sensor unit contains a temperature sensor and / or a sensor for unauthorized removal of the device.

Помимо фиксации абсолютного значения температуры буксового узла блок процессора вычисляет скорость изменения температуры, тем самым фиксируя момент начала перегрева буксового узла для последующей записи в блок памяти.In addition to fixing the absolute value of the axle box temperature, the processor unit calculates the rate of temperature change, thereby fixing the moment of the onset of the axle box overheating for subsequent recording into the memory unit.

Датчик оборотов колеса содержит две зоны чувствительности, которые выполнены со смещением по фазе для определения направления движения грузового вагона и повышения быстродействия определения заклинивания колесной пары грузового вагона блоком процессора для последующей записи в блок памяти.The wheel speed sensor contains two sensitivity zones, which are made with a phase shift to determine the direction of movement of a freight car and to increase the speed of detecting a wheelset jam of a freight car by a processor unit for subsequent recording into a memory unit.

Блок датчиков может быть расположен в задней части корпуса устройства.The sensor block can be located at the back of the device body.

Устройство может содержать внешние датчики, расположенные на вагоне, подключенные к блоку процессора и узлу автономного электропитания и позволяющие контролировать в том числе ответственные узлы вагона, сохранность и вес перевозимого груза.The device may contain external sensors located on the carriage, connected to the processor unit and the autonomous power supply unit and allowing to control, among other things, the critical units of the carriage, the safety and weight of the transported cargo.

Блок процессора осуществляет периодический контроль фактического диаметра колеса, замеряя пройденное грузовым вагоном расстояние по данным блока GPS/ГЛОНАСС позиционирования и модуля инерциальной навигации блока процессора и деля его на количество оборотов колеса, полученное с датчика числа оборотов, и при соответствующем изменении делает запись в блок памяти.The processor unit periodically monitors the actual wheel diameter, measuring the distance traveled by the freight car according to the data of the GPS / GLONASS positioning unit and the inertial navigation module of the processor unit and dividing it by the number of wheel revolutions received from the speed sensor, and, if changed accordingly, writes to the memory unit ...

Запись данных о местоположении грузового вагона в блок памяти осуществляется через интервал, зависящий от текущей скорости движения грузового вагона, но не менее 50 м или при превышении критических значений параметров состояния грузового вагона.The data on the location of the freight car is recorded into the memory unit at intervals that depend on the current speed of the freight car, but not less than 50 m or when the critical values of the parameters of the state of the freight car are exceeded.

Антенны блока GPS/ГЛОНАСС позиционирования и блока связи установлены таким образом, чтобы диаграммы направленности каждой антенны своими максимальными лепестками были направлены между вертикальной и горизонтальной осью.The antennas of the GPS / GLONASS positioning unit and the communication unit are installed in such a way that the directional patterns of each antenna with their maximum lobes are directed between the vertical and horizontal axes.

Данные о местоположении и состоянии грузового вагона фиксируются через равные расстояния или при превышении заданных критических значений, записываются в блок энергонезависимой памяти и передаются на удаленный сервер при наличии канала связи через блок связи.Data on the location and condition of the freight car are recorded at equal distances or when the preset critical values are exceeded, recorded in the non-volatile memory unit and transmitted to a remote server in the presence of a communication channel through the communication unit.

Блок памяти выполнен с использованием технологии электрически перепрограммируемой памяти в виде микросхемы на базе полупроводниковой технологии.The memory unit is made using electrically reprogrammable memory technology in the form of a microcircuit based on semiconductor technology.

На основании данных о местоположении, состоянии грузового вагона удаленным сервером формируются соответствующие отчеты и рассылаются заданным пользователям посредством службы электронной почты или коротких текстовых сообщений в заранее заданное время и/или при превышении соответствующего критического значения параметра, задаваемого для каждого грузового вагона или группы вагонов отдельно.Based on the data on the location, the state of the freight car, the remote server generates appropriate reports and sends them to the specified users via e-mail or short text messages at a predetermined time and / or when the corresponding critical value of the parameter is exceeded, set for each freight car or group of cars separately.

Устройство может содержать нагревательный элемент.The device may contain a heating element.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами на фиг. 1-5:The claimed invention is illustrated by drawings in Fig. 1-5:

Фиг. 1 - структурная схема устройства мониторинга и диагностики грузового вагона;FIG. 1 is a block diagram of a freight car monitoring and diagnostics device;

Фиг. 2 - устройство мониторинга и диагностики грузового вагона на буксовом узле;FIG. 2 - device for monitoring and diagnostics of a freight car on the axle box;

Фиг. 3 - вид сбоку и разрез устройства мониторинга и диагностики грузового вагона;FIG. 3 is a side view and section of a freight car monitoring and diagnostic device;

Фиг. 4 - вид исполнения устройства без блока внешнего интерфейса;FIG. 4 - view of the device without an external interface block;

Фиг. 5 - вид исполнения устройства с блоком внешнего интерфейса в виде проводного цифрового интерфейса (кабеля).FIG. 5 is a view of the device execution with an external interface block in the form of a wired digital interface (cable).

Устройство мониторинга и диагностики грузового вагона содержит корпус, состоящий из передней части 1 корпуса и задней части 2 корпуса. В задней части 2 корпуса размещен генератор, содержащий магнитопровод 3 статора с намотанными на него катушками 4, внутри которых посредством подшипников 5 вращается вал 6 ротора 7 с установленными в нем постоянными магнитами 8, и блок 9 датчиков. Блок датчиков расположен в задней части для получения более точных показаний датчиков и систем. В передней части 1 корпуса установлен вкладыш 10, в котором размещены аккумуляторная батарея 11, фиксирующаяся крышкой 12 и плата электроники 13 с размещенными на ней блоком 14 процессора, блоком 15 памяти, блоком 16 GPS/ГЛОНАСС позиционирования, блоком 17 связи, блоком 18 внешнего интерфейса, фиксирующимся крышкой 19, и блоком 20 антенн.The device for monitoring and diagnosing a freight car contains a body consisting of a front part 1 of the body and a rear part 2 of the body. In the rear part 2 of the housing there is a generator containing a stator magnetic circuit 3 with coils 4 wound on it, inside which, by means of bearings 5, the shaft 6 of the rotor 7 with permanent magnets 8 installed in it rotates, and a sensor unit 9. The sensor block is located at the rear for more accurate readings of sensors and systems. In the front part 1 of the case, an insert 10 is installed, in which a battery 11 is located, which is fixed by a cover 12 and an electronics board 13 with a processor unit 14, a memory unit 15, a GPS / GLONASS positioning unit 16, a communication unit 17, an external interface unit 18 located on it , a locking cover 19, and an antenna unit 20.

Передняя часть 1 корпуса полностью выполнена из радиопрозрачного материала, например, из износостойкой комбинации сополиэфиров или АБС-пластика (ударопрочная техническая термопластическая смола на основе сополимера акрилонитрила с бутадиеном и стиролом). Противоположная передней части 1 корпуса задняя часть 2 корпуса является его основанием, в котором выполнены отверстия 21 болтового крепления для установки и фиксации корпуса устройства на детали буксового узла с внешней его стороны, например, на крепительной крышке буксового узла в посадочном месте смотровой крышки.The front part 1 of the housing is completely made of radio-transparent material, for example, from a wear-resistant combination of copolyesters or ABS plastic (high-impact technical thermoplastic resin based on a copolymer of acrylonitrile with butadiene and styrene). Opposite to the front part 1 of the body, the rear part 2 of the body is its base, in which holes 21 are made for bolting for mounting and fixing the body of the device on the parts of the axle box unit from its outer side, for example, on the fastening cover of the axle box unit in the seat of the inspection cover.

Корпус устройства выполнен единым и герметичным для защиты элементов устройства от проникновения посторонних предметов, пыли и влаги.The body of the device is made single and sealed to protect the elements of the device from the penetration of foreign objects, dust and moisture.

Устройство включает в себя узел 22 автономного электропитания (фиг. 1), который содержит блок 23 управления питанием, блок 24 стабилизации мощности, аккумуляторную батарею 11 и генератор 25 и предназначен для организации электропитания всех блоков устройства вне зависимости от нахождения грузового вагона в движении или на стоянке.The device includes an autonomous power supply unit 22 (Fig. 1), which contains a power control unit 23, a power stabilization unit 24, a battery 11 and a generator 25 and is designed to provide power to all units of the device, regardless of whether the freight car is in motion or on parking lot.

Генератор 25 может быть построен по принципу многофазной электрической машины с ротором 7 на постоянных магнитах 8 с чередующейся полярностью, вращающимся внутри статора с зубцами, на которых размещены катушки 4 фазных обмоток, выводные концы которых подключены соответствующим образом к входам блока 24 стабилизации мощности, конструктивно позволяющему обеспечивать требуемую выходную мощность при низких скоростях вращения ротора генератора при движении грузового вагона от 5 км/ч. В качестве генератора может быть использован электрический генератор. Блок 24 стабилизации мощности управляет подключением обмоток генератора 25 для получения требуемой выходной мощности при любой скорости вращения ротора 7 генератора при изменяющимся токе потребления нагрузки с одновременным ограничением величины выходного напряжения и содержит в себе выпрямитель, позволяющий подключить выход блока 24 стабилизации мощности напрямую к входу блока 23 управления питанием.The generator 25 can be built on the principle of a polyphase electric machine with a rotor 7 on permanent magnets 8 with alternating polarity, rotating inside a stator with teeth on which coils of 4 phase windings are placed, the output ends of which are connected appropriately to the inputs of the power stabilization unit 24, which structurally allows provide the required output power at low rotational speeds of the generator rotor when the freight car is moving from 5 km / h. An electric generator can be used as a generator. The power stabilization unit 24 controls the connection of the windings of the generator 25 to obtain the required output power at any speed of rotation of the rotor 7 of the generator with varying current consumption of the load while limiting the value of the output voltage and contains a rectifier that allows the output of the power stabilization unit 24 to be connected directly to the input of the unit 23 power management.

Блок 23 управления питанием формирует необходимые питающие напряжения для всех блоков устройства мониторинга и диагностики грузового вагона, включая электропитание внешних подключаемых датчиков, и может быть снабжен модулем управления уровнем заряда аккумуляторной батареи и контроля ее состояния (на чертеже не показан).The power control unit 23 generates the necessary supply voltages for all units of the monitoring and diagnostics device of the freight car, including the power supply of external connected sensors, and can be equipped with a module for controlling the battery charge level and monitoring its state (not shown in the drawing).

Блок 23 управления питанием осуществляет переключение между режимами разряда аккумуляторной батареи 11 при нахождении грузового вагона на стоянке или заряда батареи при достаточном токе после блока 24 стабилизации мощности, который осуществляет управление режимами включения генератора 25 для получения заданного значения напряжения и тока в независимости от скорости вращения оси генератора.The power control unit 23 switches between the discharge modes of the battery 11 when the freight car is parked or the battery is charged with sufficient current after the power stabilization unit 24, which controls the modes of switching on the generator 25 to obtain a specified voltage and current value regardless of the axis rotation speed generator.

Блок 23 управления питанием осуществляет контроль уровня и состояния аккумуляторной батареи 11, контроль значения напряжения и тока после блока 24 стабилизации мощности и передает необходимую информацию в блок 14 процессора для дальнейшего анализа и сохранения в блоке 15 памяти.The power control unit 23 monitors the level and condition of the battery 11, monitors the voltage and current values after the power stabilization unit 24 and transmits the necessary information to the processor unit 14 for further analysis and storage in the memory unit 15.

Аккумуляторная батарея 11 предназначена для накопления получаемой от генератора 25 энергии и обеспечения электропитанием устройства во время стоянки грузового вагона или в случае недостаточной вырабатываемой генератором 25 мощности при низкой скорости вращения оси генератора.The storage battery 11 is designed to store the energy received from the generator 25 and provide power to the device while the freight car is parked or in case of insufficient power generated by the generator 25 at a low rotation speed of the generator axis.

В одном из возможных вариантов исполнения генератор 25 содержит ротор 7 в виде вала 6, который вращается внутри статора, на магнитопроводе 3 которого располагаются фазные катушки 4, соединение которых по необходимой схеме осуществляет блок 24 стабилизации мощности.In one of the possible versions of the generator 25 contains a rotor 7 in the form of a shaft 6, which rotates inside the stator, on the magnetic circuit 3 of which phase coils 4 are located, the connection of which according to the required scheme is carried out by the power stabilization unit 24.

Вал 6 ротора 7 вращается относительно корпуса на подшипниках 5, расположение и конструкция которых компенсируют высокие продольные и поперечные ударные нагрузки, возникающие при движении грузового вагона одновременно с вращением оси колесной пары, на которой установлено устройство.The shaft 6 of the rotor 7 rotates relative to the housing on bearings 5, the arrangement and design of which compensate for the high longitudinal and transverse shock loads arising from the movement of the freight car simultaneously with the rotation of the axle of the wheel pair on which the device is installed.

Передача вращающего момента с оси колесной пары на ось вала 6 генератора 25 осуществляется через узел передачи вращающегося момента (на чертеже не показан), выполненный, например, в виде конструкции, раскрытой в патенте RU 2627959.The transmission of torque from the axle of the wheelset to the axle of the shaft 6 of the generator 25 is carried out through a torque transmission unit (not shown in the drawing), made, for example, in the form of a structure disclosed in patent RU 2627959.

Конструкция и количество катушек 4 статора, количество и магнитная сила магнитов 8 выбраны таким образом, чтобы получить мощность генератора 25 не менее 10 Вт при скорости движения грузового вагона 5 км/ч, что позволяет получить мощность, нелинейно увеличивающуюся от частоты вращения оси колесной пары грузового вагона, не менее 420 Вт при скорости движения вагона порядка 120 км/ч.The design and the number of stator coils 4, the number and magnetic force of the magnets 8 are selected in such a way as to obtain the power of the generator 25 of at least 10 W at a freight car speed of 5 km / h, which makes it possible to obtain a power that nonlinearly increases from the frequency of rotation of the axle of the freight car wheelset. carriage, not less than 420 W at a carriage speed of about 120 km / h.

Блок 24 стабилизации мощности выполняет преобразование выходного многофазного напряжения с генератора 25 в напряжение постоянного тока и может осуществлять коммутацию фазных катушек 4 в зависимости от скорости вращения вала 6, позволяя получить максимально возможную мощность при малых оборотах ротора 7 и ограничить напряжение и ток при больших оборотах ротора 7 для получения необходимого значения мощности, требуемой как для электропитания всех блоков устройства, так и заряда аккумуляторной батареи 11, управление режимами заряда которой осуществляет блок 23 управления питанием на основании контролируемых данных о ее фактической емкости.The power stabilization unit 24 converts the output polyphase voltage from the generator 25 into a DC voltage and can switch the phase coils 4 depending on the speed of rotation of the shaft 6, making it possible to obtain the maximum possible power at low speeds of the rotor 7 and to limit the voltage and current at high speeds of the rotor 7 to obtain the required power value required both for power supply of all units of the device and for charging the battery 11, the charge modes of which are controlled by the power control unit 23 based on the monitored data on its actual capacity.

Избыток мощности, вырабатываемой генератором 25, можно использовать для электропитания дополнительных электронных устройств, датчиков или систем, подключаемых к устройству.The excess power generated by the generator 25 can be used to power additional electronic devices, sensors, or systems connected to the device.

На отдельной плате 13 электроники размещены блок 14 процессора и блок 15 памяти. Блок 15 памяти выполнен с использованием технологии электрически перепрограммируемой энергонезависимой памяти в виде микросхемы на базе полупроводниковой технологии, например, флэш-памяти (EEPROM).A processor unit 14 and a memory unit 15 are located on a separate electronics board 13. The memory unit 15 is made using the technology of electrically reprogrammed non-volatile memory in the form of a microcircuit based on semiconductor technology, for example, flash memory (EEPROM).

Блок 15 памяти, обеспечивающий запись и хранение данных о местоположении и состоянии грузового вагона, построен в виде кольцевого буфера, когда новые данные записываются поверх самых ранних. Объем памяти составляет более 1 Мбайта которого достаточно чтобы уместить все данные не менее чем за 3 месяцев активной эксплуатации грузового вагона.The memory unit 15, which provides recording and storage of data on the location and state of the freight car, is built in the form of a circular buffer, when new data is written over the earliest ones. The volume of memory is more than 1 Mbyte, which is enough to fit all data for at least 3 months of active operation of a freight car.

Блок 18 внешнего интерфейса может быть выполнен в виде проводного (кабеля) или беспроводного цифрового интерфейса со стандартным протоколом обмена данными, выполненного с возможностью проводной или беспроводной передачи электрической энергии от узла автономного электропитания - с цепями электропитания от блока 23 управления питанием устройства для подключения дополнительных датчиков контроля состоянии грузового вагона или его ответственных узлов, включая датчик величины загрузки по всем осям грузового вагона и/или датчик сохранности груза, дополнительные датчики и устройства для отслеживания параметров и состояния рельсового пути (на чертеже не показаны), расположенные на грузовом вагоне и подключенные к блоку 14 процессора.The external interface unit 18 can be made in the form of a wired (cable) or wireless digital interface with a standard data exchange protocol, capable of wired or wireless transmission of electrical energy from an autonomous power supply unit - with power supply circuits from the power control unit 23 of the device for connecting additional sensors monitoring the condition of a freight car or its critical units, including a load value sensor along all axes of a freight car and / or a cargo safety sensor, additional sensors and devices for monitoring the parameters and state of a rail track (not shown in the drawing) located on a freight car and connected to block 14 of the processor.

Датчик величины загрузки грузового вагона может содержать датчики величины прогиба надрессорной балки тележек грузового вагона, которые могут устанавливаться в их рессорных комплектах.The sensor of the load value of the freight car may contain sensors of the amount of deflection of the bolster of the freight car bogies, which can be installed in their spring sets.

Блок 18 внешнего интерфейса позволяет считывать или задавать необходимые конфигурационные параметры датчиков или устройства в целом, а также получать часть или все хранящиеся в блоке 15 памяти данные , при помощи, например, планшетного компьютера непосредственно на месте установки устройства на грузовом вагоне.Block 18 of the external interface allows you to read or set the necessary configuration parameters of sensors or the device as a whole, as well as receive part or all of the data stored in the memory block 15, using, for example, a tablet computer directly at the place of installation of the device on a freight car.

Блок 16 GPS/ГЛОНАСС позиционирования, блок 17 связи и блок 18 внешнего интерфейса устанавливаются в отдельном вкладыше 10 внутри корпуса устройства, причем их антенны устанавливаются ближе к передней части 1 корпуса, для чего она полностью или частично выполнена из радиопрозрачного материала. Антенны блока 16 GPS/ГЛОНАСС позиционирования, блока 17 связи и блока 18 внешнего интерфейса объединены в один блок 20 антенн, который расположен таким образом, что диаграммы направленности каждой антенны своими максимальными лепестками расположены между вертикальной и горизонтальной осями для обеспечения устойчивой связи. Крепление корпуса устройства за пределами корпуса буксового узла также способствует обеспечению устойчивой связи.The GPS / GLONASS positioning unit 16, the communication unit 17 and the external interface unit 18 are installed in a separate insert 10 inside the device case, and their antennas are installed closer to the front of the case 1, for which it is completely or partially made of radio-transparent material. The antennas of the GPS / GLONASS positioning unit 16, the communication unit 17 and the external interface unit 18 are combined into one antenna unit 20, which is located in such a way that the radiation patterns of each antenna with their maximum lobes are located between the vertical and horizontal axes to ensure stable communication. Securing the device body outside of the axle box body also helps to ensure a stable connection.

Устройство также содержит размещенные в задней части 2 корпуса и связанные с блоком 14 процессора блок 9 датчиков, содержащий датчик 26 числа оборотов колеса, датчик 27 температуры, датчик 28 ускорений и датчик несанкционированного снятия устройства (на чертеже не показан).The device also contains a sensor unit 9 located in the rear part 2 of the housing and connected to the processor unit 14, containing a wheel speed sensor 26, a temperature sensor 27, an acceleration sensor 28 and a sensor for unauthorized removal of the device (not shown in the drawing).

Наличие датчика 26 числа оборотов колеса позволяет определять фактически пройденное вагоном расстояние и фактическую скорость вагона на основании данных диаметра колеса, что позволяет избежать накопление ошибки вычисления пробега вагона из-за меняющегося в период эксплуатации вагона диаметра колеса и оптимизировать период технического обслуживания грузового вагона.The presence of the wheel speed sensor 26 makes it possible to determine the distance actually traveled by the car and the actual speed of the car based on the wheel diameter data, which makes it possible to avoid the accumulation of errors in calculating the car mileage due to the wheel diameter changing during the car's operation and to optimize the maintenance period of the freight car.

Кроме того, наличие датчика 26 числа оборотов колеса позволяет осуществлять периодический контроль фактического диаметра колеса по заданному алгоритму из нескольких условий, замеряя пройденное грузовым вагоном расстояние по данным блока 16 GPS/ГЛОНАСС позиционирования и/или блока 17 связи с добавлением поправочных данных от модуля инерциальной навигации и деля его на фактическое количество оборотов колеса, полученное с датчика 26 числа оборотов, и при соответствующем отклонении делать запись в блок 15 памяти, что позволит выявлять критически допустимый диаметр колесной пары.In addition, the presence of a wheel speed sensor 26 makes it possible to periodically monitor the actual wheel diameter according to a given algorithm from several conditions, measuring the distance traveled by the freight car according to the data of the GPS / GLONASS positioning unit 16 and / or the communication unit 17 with the addition of correction data from the inertial navigation module and dividing it by the actual number of wheel revolutions, obtained from the sensor 26 of the number of revolutions, and with a corresponding deviation, make a record in the memory unit 15, which will allow the critical permissible diameter of the wheelset to be detected.

Датчик 26 оборотов колеса основан на эффекте Холла и содержит две зоны чувствительности, которые выполнены со смещением по фазе для определения направления движения грузового вагона. Выполнение датчика 26 оборотов колеса на основе эффекта Холла позволяет существенно повысить точность определения частоты вращения ротора, значительно упрощает аппаратную часть устройства и повышает быстродействие определения заклинивания колесной пары (юз).The wheel speed sensor 26 is based on the Hall effect and contains two sensitivity zones that are phase-shifted to determine the direction of movement of the freight car. The implementation of the 26 wheel rpm sensor based on the Hall effect can significantly increase the accuracy of determining the rotor speed, greatly simplify the hardware part of the device and increase the speed of detecting wheelset jamming (skid).

Датчик 27 температуры предназначен для контроля значения температуры буксового узла вагона. Блок 14 процессора позволяет контролировать скорость изменения температуры буксы, тем самым фиксируя как критически допустимую температуру, так и начало перегрева буксового узла для последующей записи в блок 15 памяти.Temperature sensor 27 is designed to monitor the temperature value of the axle box unit of the car. The processor unit 14 makes it possible to control the rate of change of the axle box temperature, thereby fixing both the critical temperature and the beginning of the axle box overheating for subsequent recording into the memory unit 15.

Датчик 28 ускорений фиксирует значение действующих на грузовой вагон ускорений по трем осям, а также наклон кузова вагона относительно линии горизонта как в продольном, так и в поперечном направлении, что позволяет определять превышение допустимых значений продольно-динамических усилий и вертикальных сил, а также, совместно с датчиком 26 числа оборотов колеса, определять дефекты на поверхности катания колеса или места дефектов рельсовой нити, фиксировать их в блоке 15 памяти с отметками времени и местоположения, что позволяет своевременно обнаруживать дефекты на поверхности катания колесной пары.Acceleration sensor 28 records the value of accelerations acting on the freight car along three axes, as well as the inclination of the car body relative to the horizon line both in the longitudinal and transverse directions, which makes it possible to determine the excess of the permissible values of longitudinal dynamic forces and vertical forces, as well as, together with a wheel speed sensor 26, to determine defects on the rolling surface of the wheel or places of defects in the rail thread, fix them in the memory unit 15 with time and location stamps, which allows timely detection of defects on the rolling surface of the wheelset.

По резкому изменению скорости вращения оси колесной пары (скорости движения грузового вагона) по датчику оборотов колеса позволяет блоку 14 процессора фиксировать заклинивание колесной пары (юз) для последующей записи в блок 15 памяти.By a sharp change in the speed of rotation of the axle of the wheelset (speed of movement of the freight car) according to the wheel speed sensor, it allows the processor unit 14 to record the jamming of the wheelset (skid) for subsequent recording into the memory unit 15.

Общее количество устанавливаемых на устройстве датчиков и их типов зависит от исполнения (конфигурации) устройства мониторинга и диагностики грузового вагона.The total number of sensors installed on the device and their types depends on the version (configuration) of the monitoring and diagnostic device of the freight car.

Модуль 29 инерциальной навигации включает в себя датчик 28 ускорений, магнитометр 30 и гироскоп 31 и служит для определения местоположения грузового вагона в пространстве не зависимо от данных блока 16 позиционирования с учетом триангуляции расстояния до ближайших станций мобильной сотовой связи от блока 17 связи.The inertial navigation module 29 includes an acceleration sensor 28, a magnetometer 30 and a gyroscope 31 and serves to determine the location of the freight car in space, regardless of the data of the positioning unit 16, taking into account the triangulation of the distance to the nearest mobile cellular stations from the communication unit 17.

Данные о местоположении и диагностике грузового вагона фиксируются в блоке 14 процессора по заданному заранее алгоритму, например, через равные расстояния маршрута следования вагона с интервалом, зависящим от текущей скорости движения грузового вагона, но не менее 50м, и/или при превышении контролируемыми параметрами установленных критических значений с отметкой даты, времени и местоположения фиксируемого события. Данные записываются в блок 15 памяти и передаются на удаленный сервер и/или локомотив при наличии канала связи через блок 17 связи.Data on the location and diagnostics of the freight car are recorded in the processor unit 14 according to a predetermined algorithm, for example, at equal distances along the route of the car with an interval depending on the current speed of the freight car, but not less than 50 m, and / or when the controlled parameters exceed the established critical values with date, time and location of the recorded event. The data is written into the memory unit 15 and transmitted to a remote server and / or locomotive in the presence of a communication channel through the communication unit 17.

Все сохраненные в блоке 15 памяти данные отправляются на удаленный сервер сбора данных через сеть Интернет по каналам операторов мобильной сотовой связи при наличии соответствующего соединения с места последних отправленных данных в блоке 15 памяти до места самой крайней записи, чем обеспечивается полнота всех отправляемых на сервер данных из блока памяти устройства.All data stored in the memory unit 15 are sent to a remote data collection server via the Internet via the channels of mobile cellular operators, if there is a corresponding connection from the place of the last sent data in the memory unit 15 to the place of the most recent record, which ensures the completeness of all data sent to the server from memory block of the device.

Удаленный сервер (на чертеже не показан) представляет собой стационарный вычислительный комплекс, выполняющий функции сбора, хранения и обработки данных, поступающих от всех работающих устройств, установленных на грузовых вагонах. Блок 14 процессора устройства на вагоне при наличии каналов связи блока 17 связи устанавливает соединение с сервером и передает на него новые данные, записанные в блок 15 памяти устройства с момента последнего сеанса обмена с сервером. Удаленный сервер проводит анализ полученных с устройств данных и при превышении заданных параметров их нормативных значений оперативно информирует обслуживающий и эксплуатационный персонал доступными способами. Так же по запросу или в заданное время удаленный сервер может формировать, сохранять и отправлять нормативные и задаваемые формы отчетов эксплуатационных параметров работы вагонного парка, оборудованного устройствами мониторинга и диагностики грузового вагона.The remote server (not shown in the drawing) is a stationary computer complex that collects, stores and processes data from all operating devices installed on freight cars. The processor unit 14 of the device on the car in the presence of communication channels of the communication unit 17 establishes a connection with the server and transmits to it new data recorded in the device memory unit 15 since the last exchange session with the server. The remote server analyzes the data received from the devices and, when the specified parameters are exceeded, their standard values promptly informs the maintenance and operating personnel using available methods. Also, upon request or at a given time, the remote server can generate, save and send standard and specified forms of reports of operational parameters of the car fleet, equipped with monitoring and diagnostics devices for a freight car.

Устройство мониторинга и диагностики грузового вагона позволяет во время соединения с сервером для отправки записанных данных одновременно получать набор конфигурационных данных, включая критические значения параметров состояния грузового вагона и режимов работы устройства.The device for monitoring and diagnostics of a freight car allows, while connecting to a server for sending recorded data, to simultaneously receive a set of configuration data, including critical values of the parameters of the state of a freight car and operating modes of the device.

Блок 14 процессора также может содержать встроенные вычислительные средства, достаточные для осуществления предварительного анализа данных, и передавать сообщения на удаленный сервер при обнаружении вероятности отказа какой-либо детали.The processor unit 14 may also contain on-board computing sufficient to perform preliminary data analysis, and send messages to a remote server when it detects the possibility of failure of any part.

К удаленному серверу может быть подключено стационарное или портативное вычислительное устройство пользователя (персональный компьютер, ноутбук, мобильный телефон), которое через сеть Интернет посредством веб-интерфейса будет запрашивать, получать и сохранять формы отчетов, оперативные данные и экстренную телесигнализацию по собственному парку грузовых вагонов. Также доступ к информации удаленного сервера может быть получен сервером сбора и обработки данных собственника вагонного парка через программный интерфейс приложения, в том числе через копирование базы данных с сервера с применением системы многоступенчатой аутентификации.A stationary or portable computing device of the user (personal computer, laptop, mobile phone) can be connected to the remote server, which via the Internet via the web interface will request, receive and save report forms, operational data and emergency tele-signaling for its own fleet of freight cars. Also, access to the information of the remote server can be obtained by the server for collecting and processing data of the owner of the car fleet through the program interface of the application, including by copying the database from the server using a multi-step authentication system.

Для нормального функционирования устройства при значении температуры от минус 40°C устройство может содержать нагревательный элемент (на чертеже не показан) в виде гибких и/или жестких пластин, что позволяет нагревать блоки устройства и/или батарею аккумуляторную до заданной рабочей температуры, обеспечивая возможность использования устройства в самых холодных климатических районах (I1, I2 по ГОСТ 16350-80) Российской Федерации.For normal operation of the device at a temperature of minus 40 ° C, the device may contain a heating element (not shown in the drawing) in the form of flexible and / or rigid plates, which allows heating the device blocks and / or the battery to a predetermined operating temperature, making it possible to use devices in the coldest climatic regions (I1, I2 in accordance with GOST 16350-80) of the Russian Federation.

Устройство мониторинга и диагностики грузового вагона работает следующим образом.The device for monitoring and diagnostics of a freight car works as follows.

Предварительно перед установкой устройства на буксовый узел вагона в операционную память блока 14 процессора через блок 18 внешнего интерфейса вводят уникальный номер грузового вагона и фактический диаметр колеса.Before installing the device on the axle box of the car, the unique number of the freight car and the actual wheel diameter are entered into the operating memory of the processor unit 14 through the external interface unit 18.

Корпус устройства устанавливают за пределами корпуса буксового узла, например, при помощи болтового крепления на крепительной крышке буксового узла в посадочные места смотровой крышки.The body of the device is installed outside the body of the axle box, for example, by bolting on the attachment cover of the axle box, into the seats of the inspection cover.

При движении грузового вагона ротор 7 генератора 25 вращается с частотой вращения оси колесной пары. Во время остановки вагона генератор 25 находится в нерабочем состоянии, устройство работает от накопленного заряда аккумуляторной батареи 11.When the freight car is moving, the rotor 7 of the generator 25 rotates at the speed of the wheelset axle. During the stop of the car, the generator 25 is inoperative, the device operates from the accumulated charge of the storage battery 11.

При движении грузового вагона блок 16 GPS/ГЛОНАСС позиционирования в режиме реального времени в зоне действия спутников определяет текущее местоположение грузового вагона и направляет эти данные в блок 14 процессора. В случае отсутствия сигнала спутниковой навигационной системы местоположение осуществляется посредством определения блоком 17 связи расстояния до ближайших станций мобильной сотовой связи и/или модулем 29 инерциальной навигации. Таким образом, обеспечивается постоянный контроль и фиксация перемещения вагона независимо от количества видимых спутников навигационной системы или базовых станций операторов сотовой связи.When the freight car is moving, the GPS / GLONASS positioning unit 16 in real time in the satellite coverage area determines the current location of the freight car and sends this data to the processor unit 14. In the absence of a satellite navigation system signal, the location is carried out by the communication unit 17 determining the distance to the nearest mobile cellular communication stations and / or by the inertial navigation module 29. Thus, constant monitoring and fixation of the movement of the car is provided, regardless of the number of visible satellites of the navigation system or base stations of cellular operators.

Блок 14 процессора с заранее установленной периодичностью осуществляет запись данных о местоположении грузового вагона и его состоянии в зависимости от принятой от всех датчиков информации в блок 15 памяти и при наличии заданного уровня сигнала и каналов операторов сотовой связи осуществляет передачу на удаленный сервер части накопленных данных, например:The processor unit 14, with a predetermined frequency, records data on the location of the freight car and its state, depending on the information received from all sensors, into the memory unit 15 and, in the presence of a given signal level and channels of cellular operators, transfers part of the accumulated data to a remote server, for example :

- температура буксы, на которой установлено устройство;- temperature of the axle box on which the device is installed;

- скорость изменения температуры буксы;- the rate of change of the axle box temperature;

- фактическая скорость движения вагона;- the actual speed of the carriage;

- расстояние, фактически пройденное вагоном (одометр);- distance actually covered by the car (odometer);

- определение отклонений на поверхности катания колеса по изменению ускорений;- determination of deviations on the rolling surface of the wheel by the change in acceleration;

- определение начала и окончания движения вагона;- determination of the beginning and end of the movement of the car;

- величина текущего веса и загрузки грузового вагона;- the value of the current weight and load of the freight car;

- информация о состоянии аккумуляторной батареи;- information about the state of the storage battery;

- вскрытие буксового узла;- opening the axle box;

- превышение допустимых продольных и динамических нагрузок (удары, ускорения);- exceeding the permissible longitudinal and dynamic loads (impacts, accelerations);

- определение мест повреждения рельсовой нити;- determination of places of damage to the rail thread;

- определение заклинивания оси колесной пары, на которой установлено устройство (юз);- determination of jamming of the axle of the wheel pair on which the device (skid) is installed;

- контроль сохранности груза.- cargo safety control.

Кроме того, передача данных от датчиков и модуля управления зарядом и состоянием аккумуляторной батареи 11 может осуществляться либо по запросу блока 14 процессора, либо при превышении измеряемыми параметрами некоторого заданного критического значения.In addition, the transfer of data from the sensors and the module for controlling the charge and state of the battery 11 can be carried out either at the request of the processor unit 14, or when the measured parameters exceed a certain predetermined critical value.

Блок 14 процессора в соответствии с заданной программой осуществляет соответствующую обработку полученных данных, записывает их в энергонезависимую память 15, после чего формирует сообщение в режиме реального времени, включающее информацию об идентификационном номере вагона, диагностические данные и данные о местонахождении вагона и направляет его в блок 17 связи.The processor unit 14, in accordance with a given program, carries out the appropriate processing of the received data, writes them to the non-volatile memory 15, and then generates a message in real time, including information about the car identification number, diagnostic data and data on the car location, and sends it to the unit 17 communication.

При установлении канала связи блок 17 связи передает сообщение на удаленный сервер сбора и обработки данных и/или локомотив поезда. В случае отсутствия сети блок 17 связи информирует об этом блок 14 процессора, помечает в блоке 15 памяти место, данные до которого уже имеются на удаленном сервере. При появлении канала связи блок 17 связи информирует блок 14 процессора, который в свою очередь передает на удаленный сервер все данные с помеченного ранее места до самой последней имеющейся записи. После удачного завершения сеанса связи, передачи всех необходимых данных и получения информации об их успешной доставке, блок 14 процессора завершает сеанс связи и помечает в блоке 15 памяти новое место, данные до которого уже имеются на удаленном сервере.When establishing a communication channel, the communication unit 17 transmits a message to a remote data collection and processing server and / or a train locomotive. In the absence of a network, the communication unit 17 informs the processor unit 14 of this, marks in the memory unit 15 the place, the data to which is already available on the remote server. When a communication channel appears, the communication unit 17 informs the processor unit 14, which in turn transmits to the remote server all data from the previously marked location to the most recent available record. After the successful completion of the communication session, the transfer of all necessary data and receipt of information about their successful delivery, the processor unit 14 ends the communication session and marks a new location in the memory unit 15, the data for which is already available on the remote server.

При необходимости удаленный сервер формирует необходимые отчеты на основании анализа полученных от устройств данных и рассылает их заинтересованным лицам согласно задаваемому списку, либо они получают доступ к данным сведениям посредством использования веб-интерфейса (электронной почты) или коротких текстовых сообщений либо через программный интерфейс приложения в заранее заданное время, и/или при превышении соответствующего критического значения параметра, задаваемого для каждого грузового вагона или группы вагонов отдельно. Также возможно получение данных о местоположении и состоянии грузового железнодорожного вагона непосредственно с устройства с использованием блока 18 внешнего интерфейса при наличии у пользователя смартфона или планшетного компьютера с установленным приложением и успешной пройденной соответствующей процедуры авторизации на удаленном сервере.If necessary, the remote server generates the necessary reports based on the analysis of the data received from the devices and sends them to interested parties according to the specified list, or they get access to this information using the web interface (e-mail) or short text messages or through the application programming interface in advance. the specified time, and / or when the corresponding critical value of the parameter is exceeded, set for each freight car or group of cars separately. It is also possible to obtain data on the location and state of a freight railway car directly from the device using the external interface unit 18 if the user has a smartphone or tablet computer with the application installed and has successfully passed the corresponding authorization procedure on the remote server.

Таким образом, устройство мониторинга и диагностики грузового вагона в режиме реального времени обеспечивает контроль местоположения и технического состояния грузового вагона при различных скоростях его движения с возможностью оперативного информирования заинтересованных лиц о нарушениях в работе грузового вагона, нештатных ситуациях, превышения заданных параметров допустимых значений и формирования заданных форм отчетности работы собственного вагонного парка, способствуя увеличению периода технического обслуживания грузового вагона и эффективности его работы.Thus, the device for monitoring and diagnosing a freight car in real time provides monitoring of the location and technical condition of a freight car at various speeds of its movement with the possibility of promptly informing interested parties about irregularities in the operation of a freight car, emergency situations, exceeding preset parameters of permissible values and generating preset forms of reporting the work of our own car fleet, contributing to an increase in the period of maintenance of a freight car and the efficiency of its work.

Claims (15)

1. Устройство мониторинга и диагностики грузового вагона, содержащее корпус, передняя часть которого полностью или частично выполнена из радиопрозрачного материала, при этом задняя часть корпуса является его основанием, в котором выполнены отверстия для его фиксации с внешней стороны буксового узла грузового вагона, внутри корпуса размещены блок GPS/ГЛОНАСС позиционирования для отслеживания местоположения грузового вагона, блок связи для передачи данных местоположения и состояния грузового вагона на удаленный сервер, блок датчиков, содержащий датчик оборотов колеса, блок внешнего интерфейса для подключения внешних дополнительных датчиков или систем, блок процессора, осуществляющий взаимодействие между блоками, и узел автономного электропитания для снабжения электрической энергией всех блоков устройства, отличающееся тем, что блок внешнего интерфейса выполнен в виде проводного или беспроводного цифрового интерфейса, выполненного с возможностью передачи электрической энергии от узла автономного электропитания, датчик оборотов колеса основан на эффекте Холла, блок процессора программным модулем инерциальной навигации дополнительно осуществляет обработку данных о местоположении грузового вагона по данным датчика ускорений, гироскопа и магнитометра, входящих в состав блока датчиков, с учетом триангуляции расстояния до ближайших станций мобильной сотовой связи от блока связи, при этом блок памяти обеспечивает постоянство записи данных о местоположении и состоянии грузового вагона, записывая новые данные поверх самых ранних, тем самым образуя кольцевой буфер. 1. A device for monitoring and diagnostics of a freight car, containing a body, the front part of which is completely or partially made of radio-transparent material, while the rear part of the body is its base, in which holes are made for fixing it from the outside of the axle box unit of the freight car, inside the body are placed a GPS / GLONASS positioning unit for tracking the location of a freight car, a communication unit for transmitting data on the location and state of a freight car to a remote server, a sensor unit containing a wheel rpm sensor, an external interface unit for connecting external additional sensors or systems, a processor unit that interacts between blocks, and an autonomous power supply unit for supplying electrical energy to all units of the device, characterized in that the external interface unit is made in the form of a wired or wireless digital interface capable of transmitting electrical energy from the unit integrated power supply, the wheel speed sensor is based on the Hall effect, the processor unit by the inertial navigation software module additionally processes data on the location of the freight car according to the data of the acceleration sensor, gyroscope and magnetometer, which are part of the sensor unit, taking into account the triangulation of the distance to the nearest mobile cellular stations from the communication unit, while the memory unit ensures the persistence of recording data on the location and condition of the freight car, writing new data over the earliest ones, thereby forming a circular buffer. 2. Устройство мониторинга и диагностики грузового вагона по п. 1, отличающееся тем, что узел автономного электропитания содержит электрический генератор, блок управления питанием, блок стабилизации мощности и аккумуляторную батарею.2. A device for monitoring and diagnostics of a freight car according to claim 1, characterized in that the autonomous power supply unit contains an electric generator, a power control unit, a power stabilization unit and a storage battery. 3. Устройство мониторинга и диагностики грузового вагона по п. 2, отличающееся тем, что блок управления питанием снабжен модулем управления уровнем заряда аккумуляторной батареи и контроля состояния аккумуляторной батареи.3. The device for monitoring and diagnostics of a freight car according to claim 2, characterized in that the power control unit is equipped with a module for controlling the battery charge level and monitoring the state of the battery. 4. Устройство мониторинга и диагностики грузового вагона по п. 1, отличающееся тем, что блок датчиков содержит датчик температуры.4. A device for monitoring and diagnostics of a freight car according to claim 1, characterized in that the sensor unit contains a temperature sensor. 5. Устройство мониторинга и диагностики грузового вагона по п. 4, отличающееся тем, что помимо фиксации абсолютного значения температуры буксового узла блок процессора вычисляет скорость изменения температуры, тем самым фиксируя момент начала перегрева буксового узла для последующей записи в блок памяти.5. The device for monitoring and diagnostics of a freight car according to claim 4, characterized in that, in addition to fixing the absolute value of the axle box temperature, the processor unit calculates the temperature change rate, thereby fixing the moment when the axle box overheating begins for subsequent recording into the memory unit. 6. Устройство мониторинга и диагностики грузового вагона по п. 1, отличающееся тем, что датчик оборотов колеса содержит две зоны чувствительности, которые выполнены со смещением по фазе для определения направления движения грузового вагона и повышения быстродействия определения заклинивания колесной пары грузового вагона блоком процессора для последующей записи в блок памяти.6. The device for monitoring and diagnostics of a freight car according to claim 1, characterized in that the wheel speed sensor contains two sensitivity zones, which are made with a phase shift to determine the direction of movement of a freight car and to increase the speed of detecting a wheelset of a freight car by a processor unit for subsequent writing to the memory block. 7. Устройство мониторинга и диагностики грузового вагона по п. 1, отличающееся тем, что блок датчиков содержит датчик несанкционированного снятия устройства.7. Device for monitoring and diagnostics of a freight car according to claim 1, characterized in that the sensor unit contains a sensor for unauthorized removal of the device. 8. Устройство мониторинга и диагностики грузового вагона по п. 1, отличающееся тем, что блок датчиков расположен в задней части корпуса устройства.8. The device for monitoring and diagnostics of a freight car according to claim 1, characterized in that the sensor unit is located at the rear of the device body. 9. Устройство мониторинга и диагностики грузового вагона по п. 1, отличающееся тем, что содержит внешние датчики, расположенные на вагоне, подключенные к блоку процессора и узлу автономного электропитания и позволяющие контролировать в том числе ответственные узлы вагона, сохранность и вес перевозимого груза.9. A device for monitoring and diagnostics of a freight car according to claim 1, characterized in that it contains external sensors located on the car, connected to the processor unit and the autonomous power supply unit and allowing to control, among other things, the critical units of the car, the safety and weight of the transported cargo. 10. Устройство мониторинга и диагностики грузового вагона по п. 1, отличающееся тем, что блок процессора осуществляет периодический контроль фактического диаметра колеса, замеряя пройденное грузовым вагоном расстояние по данным блока GPS/ГЛОНАСС позиционирования и модуля инерциальной навигации блока процессора и деля его на количество оборотов колеса, полученное с датчика числа оборотов, и при соответствующем изменении делает запись в блок памяти.10. A device for monitoring and diagnostics of a freight car according to claim 1, characterized in that the processor unit periodically monitors the actual wheel diameter, measuring the distance traveled by the freight car according to the data of the GPS / GLONASS positioning unit and the inertial navigation module of the processor unit and dividing it by the number of revolutions wheel received from the speed sensor, and, if changed accordingly, makes an entry into the memory block. 11. Устройство мониторинга и диагностики грузового вагона по п. 1, отличающееся тем, что данные о местоположении и состоянии грузового вагона фиксируются через равные расстояния или при превышении заданных критических значений, записываются в блок энергонезависимой памяти и передаются на удаленный сервер при наличии канала связи через блок связи.11. A device for monitoring and diagnostics of a freight car according to claim 1, characterized in that data on the location and condition of a freight car are recorded at equal distances or when predetermined critical values are exceeded, recorded in a non-volatile memory unit and transmitted to a remote server in the presence of a communication channel through communication unit. 12. Устройство мониторинга и диагностики грузового вагона по п. 1, отличающееся тем, что антенны блока GPS/ГЛОНАСС позиционирования и блока связи установлены таким образом, чтобы диаграммы направленности каждой антенны своими максимальными лепестками были направлены между вертикальной и горизонтальной осями.12. The device for monitoring and diagnostics of a freight car according to claim 1, characterized in that the antennas of the GPS / GLONASS positioning unit and the communication unit are installed so that the radiation patterns of each antenna with their maximum lobes are directed between the vertical and horizontal axes. 13. Устройство мониторинга и диагностики грузового вагона по п. 1, отличающееся тем, что блок памяти выполнен с использованием технологии электрически перепрограммируемой памяти в виде микросхемы на базе полупроводниковой технологии.13. The device for monitoring and diagnostics of a freight car according to claim 1, characterized in that the memory unit is made using electrically reprogrammable memory technology in the form of a microcircuit based on semiconductor technology. 14. Устройство мониторинга и диагностики грузового вагона по п. 1, отличающееся тем, что на основании данных о местоположении, состоянии грузового вагона удаленным сервером формируются соответствующие отчеты и рассылаются заданным пользователям посредством службы электронной почты или коротких текстовых сообщений в заранее заданное время и/или при превышении соответствующего критического значения параметра, задаваемого для каждого грузового вагона или группы вагонов отдельно.14. The device for monitoring and diagnostics of a freight car according to claim 1, characterized in that, based on the data on the location, the state of the freight car, the remote server generates appropriate reports and sends them to specified users via e-mail service or short text messages at a predetermined time and / or when the corresponding critical value of the parameter is exceeded, set for each freight car or group of cars separately. 15. Устройство мониторинга и диагностики грузового вагона по п. 1, отличающееся тем, что содержит нагревательный элемент.15. The device for monitoring and diagnostics of a freight car according to claim 1, characterized in that it contains a heating element.
RU2020132485A 2020-10-02 2020-10-02 Freight car monitoring and diagnostics device RU2745168C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020132485A RU2745168C1 (en) 2020-10-02 2020-10-02 Freight car monitoring and diagnostics device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020132485A RU2745168C1 (en) 2020-10-02 2020-10-02 Freight car monitoring and diagnostics device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2745168C1 true RU2745168C1 (en) 2021-03-22

Family

ID=75159094

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020132485A RU2745168C1 (en) 2020-10-02 2020-10-02 Freight car monitoring and diagnostics device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2745168C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2798214C1 (en) * 2022-11-03 2023-06-19 Акционерное общество "Рузаевский завод химического машиностроения" (АО "Рузхиммаш") System for monitoring the condition of a freight railway car

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202368604U (en) * 2011-10-19 2012-08-08 北京鼎汉检测技术有限公司 Detecting device for dynamically detecting heights of left and right steel rails of railway track
EP2544303A1 (en) * 2011-07-04 2013-01-09 NTN-SNR Roulements Module for monitoring at least one physical magnitude that is characteristic of the state of a guiding member by contact comprising a PIFA antenna
RU2627959C1 (en) * 2016-07-13 2017-08-14 Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Информатизации, Автоматизации И Связи На Железнодорожном Транспорте" Device for monitoring rail vehicle and magnetoelectric generator
FR3062141B1 (en) * 2017-01-23 2019-03-22 Sncf Reseau METHOD AND INSTALLATION FOR AUTOMATICALLY ANALYZING THE EVOLUTION OF THE GEOMETRY OF CIRCULATION PATHWAYS
RU2721219C2 (en) * 2018-05-23 2020-05-18 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта" Rail vehicle monitoring device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2544303A1 (en) * 2011-07-04 2013-01-09 NTN-SNR Roulements Module for monitoring at least one physical magnitude that is characteristic of the state of a guiding member by contact comprising a PIFA antenna
CN202368604U (en) * 2011-10-19 2012-08-08 北京鼎汉检测技术有限公司 Detecting device for dynamically detecting heights of left and right steel rails of railway track
RU2627959C1 (en) * 2016-07-13 2017-08-14 Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Информатизации, Автоматизации И Связи На Железнодорожном Транспорте" Device for monitoring rail vehicle and magnetoelectric generator
FR3062141B1 (en) * 2017-01-23 2019-03-22 Sncf Reseau METHOD AND INSTALLATION FOR AUTOMATICALLY ANALYZING THE EVOLUTION OF THE GEOMETRY OF CIRCULATION PATHWAYS
RU2721219C2 (en) * 2018-05-23 2020-05-18 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта" Rail vehicle monitoring device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Jarillo, J. M., Moreno, J., и др. Novel technology concepts and architecture for on-board condition-based monitoring of railway running gear: The RUN2Rail vision. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, doi:10.1177/0954409720951409, 17.08.2020. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2798214C1 (en) * 2022-11-03 2023-06-19 Акционерное общество "Рузаевский завод химического машиностроения" (АО "Рузхиммаш") System for monitoring the condition of a freight railway car
RU2800560C1 (en) * 2022-12-02 2023-07-24 Акционерное общество "Рузаевский завод химического машиностроения" (АО "Рузхиммаш") Railway vehicle monitoring system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2163626C (en) Apparatus and method for detecting defective conditions in railway vehicle wheels and railtracks
CA2163629C (en) Mobile tracking unit capable of detecting defective conditions in railway vehicle wheels and railtracks
CN107031681B (en) Track condition monitoring sensor apparatus and method of detecting condition of track bearing
CN114563169A (en) Vehicle bearing unit state monitoring unit, system and method
RU2539324C2 (en) Electric battery for vehicles
US11325431B2 (en) Wheel hub mounted vehicle data communications device incorporating a self-generating electrical power supply
US7546477B2 (en) Wake interval adjustment based on charge level
US20090234599A1 (en) System for recording charging-history of battery mounted on automotive vehicle
CN110225856B (en) Self-powered device for logistics/diagnostic monitoring of railway vehicles
JPH06200929A (en) Bearing method and apparatus
US11397095B2 (en) Electronic distance recorder
RU2627959C1 (en) Device for monitoring rail vehicle and magnetoelectric generator
US20170367909A1 (en) Method And System For Secure Wheelchair Use In Demand Response Transportation Systems
RU2745168C1 (en) Freight car monitoring and diagnostics device
WO2001089903A1 (en) Monitoring system for railway vehicles
RU2721219C2 (en) Rail vehicle monitoring device
US8909417B2 (en) Monitoring system for trackbound goods or passengers transported in a railcar
US11619673B2 (en) Lifetime battery tracking using a wireless interface
RU2800560C1 (en) Railway vehicle monitoring system
RU2698263C1 (en) Device-system of identification of location and parameters of freight car movement
EP4008604A1 (en) Device for determining the conditions of at least one component of a railway vehicle, and railway vehicle comprising at least one such device
JP2019040572A (en) Moving object position management system
WO2016175182A1 (en) Usage status management system for axle bearings
US20220144105A1 (en) Control device, non-contact power supply diagnostic program, and non-contact power supply system
JP2018155541A (en) Data collection system for railway vehicle vibration measurement