Устройство для счета осей железнодорожных подвижных составов

 

Использование: для счета осей колесных пар подвижных составов и определения направления их движения. Сущность изобретения: устройство содержит генератор переменного тока, трансформатор, амплитудный детектор, фазовый детектор, два компаратора, элемент И, элемент ИЛИ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩИЙ ИЛИ, два расширителя импульсов два ключевых элемента и два счетчика. Обмотки, размещенные на крайних стержнях Ш-образного сердечника трансформатора, имеют равное число витков, включены встречно и связаны с сигнальными входами фазового и амплитудного детекторов. 6 ил.

Изобретение относится к устройствам счета осей ЖД подвижных составов и может быть использовано для счета осей (колесных пар) подвижных составов и определения их направления движения.

Известно устройство для счета осей и подвижных единиц ЖД подвижного состава (СССР, а. с. N 1418149, В 61 L 1/16, 1986). Это устройство содержит: путевой датчик, ключевой элемент, умножитель и счетчик.

Также известно устройство генерирования импульсов счета осей для аппаратуры счета осей (ФРГ, патент N 3223126, В 61 L 1/16, 1983).

Это устройство содержит два параллельно включенных колебательных контура, питаемых переменным током генератора, и два приемных колебательных контура, принимаемое напряжение которых изменяется от воздействия пересчитываемых осей. Каждое из принимаемых напряжений усиливается, выпрямляется и подводится к одному из преобразователей. Преобразователь генерирует переменное напряжение, сигнальная частота которого изменяется в соответствии с величиной подведенного постоянного напряжения от выпрямителя. С помощью полосовых фильтров генерируемые преобразователями сигналы фильтруются и подаются на устройство счета осей. Это устройство принято за прототип изобретения.

Аналог и прототип имеют датчики, выполненные в виде двух колебательных контуров: передающего и приемного, и расположены по разные стороны рельса, поэтому из-за малой связи непомехоустойчивы.

Техническим результатом изобретения является увеличенная помехоустойчивость устройства и упрощение конструкции.

Этот результат достигается благодаря тому, что устройство содержит генератор электромагнитных колебаний, трансформатор с разомкнутым Ш-образным сердечником, с первичной обмоткой на среднем стержне и двумя вторичными обмотками с одинаковым числом витков на крайних стержнях сердечника, резистор, амплитудный и фазовый детекторы, два компаратора, логические схемы с двумя входами И, ИЛИ и ИСКЛЮЧАЮЩАЯ ИЛИ, два устройства расширения импульсов, два ключа с одной парой размыкающих (РК) и одной парой замыкающих контактов (ЗК) у каждого и два счетчика импульсов.

Первичная обмотка трансформатора соединена с выходом генератора, а его вторичные обмотки через резистор включены встречно (противофазно).

Вход опорного сигнала фазового детектора (ФД) соединен с выходом генератора, а его сигнальный вход соединен с выводами резистора, вход амплитудного детектора (АД) также соединен с выводами резистора.

Выходы АД и ФД соединены со входами разных компараторов, а выходы компараторов (К) соединены с разными входами схем И и ИСКЛЮЧАЮЩАЯ ИЛИ, выходы этих схем соединены со входами разных устройств расширения импульсов (УР), выходы которых соединены с управляющими входами разных ключей через размыкающий контакт соседнего ключа и разными входами схемы ИЛИ. Выход схемы ИЛИ соединен со входами счетчиков через замыкающие контакты ключей.

Трансформатор установлен вдоль рельса, так что разомкнутые концы стержней его сердечника направлены в сторону колеса колесной пары, при прохождении его по рельсу.

Отличительными признаками изобретения являются: разомкнутый Ш-образный магнитный сердечник, вторая вторичная обмотка трансформатора, число ее витков и размещение на сердечнике, фазовый детектор, два компаратора, логические схемы И, ИЛИ и ИСКЛЮЧАЮЩАЯ ИЛИ, два устройства расширения импульсов (УР), два ключа (Кл) с одной парой замыкающих и одной парой размыкающих контактов у каждого.

Технический результат достигается благодаря тому, что вторичные обмотки трансформатора включены встречно, поэтому помеховое напряжение, наводимое в них электромагнитными полями помех, взаимно компенсируется, а проходящее мимо открытых концов стержней сердечника колесо колесной пары создает разбаланс вторичных обмоток трансформатора, и на выходе резистора появляется полезный сигнал, свидетельствующий о прохождении колеса. Предложенное схемное решение обеспечивает не только счет осей, но и распознавание направления движения колесной пары, так как в зависимости от направления движения подвижного состава изменяется фаза полезного сигнала, для чего и служит фазовый детектор.

Конструкция устройства и его работа поясняются чертежами.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема устройства.

На фиг.2 представлена принципиальная электрическая схема путевого датчика с фазовым детектором.

На фиг. 3 представлено размещение трансформатора с внутренней стороны рельса под ребордой колеса (а реборда расположена симметрично относительно левого и среднего стержней сердечника; б реборда расположена симметрично относительно среднего стержня трансформатора; в реборда расположена симметрично относительно среднего и правого стержней сердечника).

На фиг.4 приведены временные диаграммы работы устройства.

На фиг. 5 представлены примеры возможных размещений трансформатора относительно колеса и рельса.

На фиг.6 приведена электрическая схема возможного устройства расширения сигналов.

На фигурах введены обозначения: 1 генератор электромагнитных колебаний (Г); 2 трансформатор (Тр); 3 амплитудный детектор (АД); 4 фазовый детектор (ФД); 5 компаратор (К); 6 логическая схема И; 7 логическая схема ИЛИ; 8 логическая схема ИСКЛЮЧАЮЩАЯ ИЛИ; 9 устройство расширения импульсов (УР);
10 ключ (Кл);
11 счетчик (Сч);
200 разомкнутый Ш-образный сердечник трансформатора;
201 первичная обмотка трансформатора;
202 и 203 вторичные обмотки трансформатора;
204 резистор (R);
205 потенциометр;
300 колесе колесной пары;
301 рельс.

Генератор 1 может быть выполнен по схеме автогенератора на транзисторах на единицы или десятки кГц.

Трансформатор 2 собран на открытом Ш-образном магнитном сердечнике из магнитомягкого материала с одной первичной и двумя вторичными обмотками, которые имеют одинаковое количество витков и включены противофазно. Коэффициент трансформации может быть больше или меньше единицы.

Амплитудный детектор может быть собран на диоде и RC-цепочке. Фазовый детектор 4 может быть собран на резисторах, конденсаторах и диоде.

Компаратор 5 может быть выполнен на микросхеме. Логические схемы И (6), ИЛИ (7) и ИСКЛЮЧАЮЩАЯ ИЛИ (8) могут быть собраны также на микросхемах.

Устройство расширения импульсов может быть выполнено, например, на RC-цепочке, резистор которой зашунтирован диодом. Время заряда конденсатора должно быть много меньше времени пропадания сигнала между двумя импульсами от одного колеса, а постоянная времени разряда больше этого времени, но меньше времени пропадания сигнала между соседними колесными парами одной тележки вагона (локомотива).

Ключ 10 с одной парой замыкающих и одной парой размыкающих контактов ( ЗК и РК) может быть собран на электромагнитном реле или микросхеме.

Счетчик 11 может быть собран на микросхеме с индикатором. Ш-образный сердечник 200 может быть собран из листового магнитомягкого материала (железа).

Обмотки трансформатора 201, 202 и 203 могут быть выполнены из изолированного медного провода.

Резистор 204 и потенциометр 205 могут быть выполнены проволочными или пленочными.

Устройство для счета осей ЖД подвижных составов содержит: генератор 1, трансформатор 2, амплитудный 3 и фазовый 4 детекторы, два компаратора 5, логические схемы И 6, ИЛИ 7 и ИСКЛЮЧАЮЩАЯ ИЛИ 8, два устройства расширения сигналов 9, два ключа 10 и два счетчика 11.

Выход генератора 1 соединен с первичной обмоткой 201 трансформатора 2 и входом опорного сигнала фазового детектора 4. Вторичные обмотки 202 и 203 трансформатора 2 через резистор 204 включены встречно. Сигнальный вход ФД 4 и вход АД 3 соединены с выводами резистора 204, а их выходы соединены со входами разных компараторов 5. Входы компараторов 5 соединены с разными входами схем И и ИСКЛЮЧАЮЩАЯ ИЛИ, а выходы этих схем соединены с разными входами схемы ИЛИ 7 и входами разных устройств расширения импульсов 9.

Выходы устройств расширения импульсов 9 соединены с управляющими входами разных ключей через размыкающие контакты (РК) соседнего ключа.

Выходы схемы ИЛИ 7 соединены со входами счетчиков 11 через замыкающие контакты ключей 10.

Трансформатор 2 установлен вдоль рельса 301, так что разомкнутые концы стержней его сердечника 200 направлены в сторону колеса 300 колесной пары при прохождении его по рельсу.

Устройство работает следующим образом.

Допустим что реборда колеса накатывается на трансформатор слева направо (фиг.3), кроме того будем считать, что напряжение на выходе обмотки 202 противофазно напряжению на входе обмотки 201.

В отсутствии колеса над трансформатором 2 напряжение на выводах резистора, обусловленное помехами, равно нулю. При появлении реборды колеса над левым и средним стержнями сердечника 200 трансформатора 2 (фиг.3,а) магнитная связь разомкнутых концов стержней увеличивается, симметрия нарушается и на резисторе 204 появляется напряжение с фазой обмотки 202 (фиг.5; где Uа напряжение на выходе амплитудного детектора; Uф напряжение на выходе фазового детектора; Uпорог пороговое значение напряжения, которое выше всех возможных помех). При превышении Uа и Uф порога Uпорог срабатывает схема И 6 и на ее выходе появляется напряжение, которое включает левый ключ 10 (фиг.1), на входе счетчика 11 (левого) появляется сигнал (фиг.5).

При прохождении реборды колеса симметрично относительно среднего стержня сердечника 200 (фиг. 3,б) сигналы на входе схемы И пропадают, однако схема ИЛИ 7 и ключ 10 (левый) остаются включенными пока не разрядится конденсатор УР 9.

При дальнейшем перемещении колеса (в положение на фиг.3,в) срабатывает схема ИСКЛЮЧАЮЩАЯ ИЛИ 8, которая удерживает схему в первоначальном положении, поэтому на вход счетчика поступает только один импульс.

Нетрудно проследить работу устройства при накатывании колеса справа налево. Вначале сработает схема ИСКЛЮЧАЮЩАЯ ИЛИ и включится правый счетчик 11, а левый будет заблокирован правым ключом 10.

Формула изобретения

Устройство для счета осей железнодорожных подвижных составов, содержащее генератор переменного тока, резистор, амплитудный детектор, два счетчика и трансформатор с двумя обмотками, одна из которых подключена к выходу генератора, отличающееся тем, что оно снабжено двумя компараторами, двумя расширителями импульсов, логическими элементами И, ИЛИ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, двумя ключевыми элементами, каждый из которых имеет размыкающий и замыкающий контакты, и фазовым детектором, вход опорного сигнала которого соединен с выходом генератора переменного тока, а выход с входом одного из компараторов, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ и первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, вход другого компаратора подключен к выходу амплитудного детектора, а выход к второму входу элемента И и второму входу ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы которых подключены к входам расширителей импульсов, выход одного из которых подключен к одному из входов элемента ИЛИ и через размыкающий контакт первого ключевого элемента к управляющему входу второго ключевого элемента, а выход другого расширителя импульсов подключен к другому входу элемента ИЛИ и через размыкающий контакт второго ключевого элемента к управляющему входу первого ключевого элемента, а выход элемента ИЛИ через замыкающие контакты одного и другого ключевых элементов подключен к входам одного и другого счетчика соответственно, при этом трансформатор снабжен третьей обмоткой с количеством витков, равным количеству витков второй обмотки и магнитным П-образным сердечником с разомкнутыми концами, на среднем стержне которого размещена первая обмотка, а на крайних вторая и третья, включенные встречно через резистор и подключенные соответственно к сигнальному входу фазового детектора и входу амплитудного детектора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6