Способ контроля состояния контактного провода и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к городскому и железнодороному транспорту. Контроль состояния контактного провода осуществляется посредством регистрации динамики деформации контактного провода оптическим устройством при движении транспортного средства. Оптическое устройство для контроля состояния контактного провода содержит закрепленное на токоприемнике основание с оптической системой, состоящей из шести датчиков, размещенных вдоль оси контактного провода и формирующих лучи малой расходимости, и приемников, воспринимающих световое излучение, на которых вырабатывается сигнал, пропорциональный линейным перемещениям в зоне засветки, образованной лучом излучателя при прохождении провода, причем излучатели и приемники расположены на расстоянии поперечного выноса контактного провода. Технический результат - обеспечение сплошного обследования состояния контактного провода в автоматическом режиме. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к городскому и железнодорожному электротранспорту для контроля параметров контактного провода.

Известен способ регистрации изображения изношенной части контактного провода, который осуществляется устройством по авт. св. СССР N 1305061, МКИ 4 В 60 М 1/15, 1985 г. В известном способе телевизионная камера регистрирует отраженный сигнал от контактного провода, несущий информацию о ширине изношенной части провода, подсвеченного внешним источником излучения.

Известен способ регистрации высоты контактного провода путем подсветки сканирующим лазером боковой поверхности контактного провода и приема рассеянного отраженного излучения на опто-электронные датчики. (Патент N 61-56922, Япония, МКИ G 01 B 11/02, 1982 г.).

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому способу является способ регистрации изображения контактного провода, который осуществляется устройством по патенту N 1-25002, Япония, МКИ G 01 В 11/02 1989 г.

В известном способе контактный провод засвечивают источником излучения и посредством оптического приемного устройства регистрируют его высоту.

Недостатком известных способов является то, что они не регистрируют динамику деформации и положение контактного провода в поперечном направлении относительно оси пути при прохождении транспортного средства.

Известно устройство для измерения степени износа контактного провода, содержащее неоновую лампу, для освещения трущейся поверхности контактного провода и нескольких приемных линз и матриц (патент N 61-51721, Япония, МКИ G 01 В 11/02, 1986 г.). Устройство обеспечивает контроль ширины изношенной поверхности провода за счет потока световой энергии.

Известно устройство для измерения износа провода по патенту N 1-25002, Япония, МКИ G 01 В 11/02, 1989 г. Устройство содержит источник и приемник излучения, расположенные по разные стороны от контактного провода, и непосредственно контактирует с последним.

Недостатком известных устройств является то, что они непосредственно контактируют с контактным проводом и не позволяют определить динамику деформации провода при прохождении транспортного средства.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому устройству для контроля состояния контактного провода является устройство контроля износа контактного провода и фиксации наличия спецчастей на нем по авт. св. N 1298541, МКИ G 01 В 21/00, 1985 г.

Известное устройство содержит датчик, включающий в себя источник светового излучения и два приемника (фотоэлектрических преобразователя), установленных на основании, шарнирно закрепленном на токоприемнике, позволяющих фиксировать параметры провода при засветке приемника, а также фиксировать наличие спецчастей на нем. При этом основание охватывает контактный провод и имеет опорный элемент под него.

Однако при применении известного устройства для контроля износа контактного провода и определения местоположения спецчастей контактной сети, ввиду его непосредственного контакта с проводом и конструктивного исполнения, оно не обеспечивает определение динамических деформаций и положения провода в поперечном направлении относительно оси пути при прохождении транспортного средства.

Задача, решаемая настоящими изобретениями, заключается в обеспечении сплошного обследования состояния контактного провода на заданном участке в автоматическом режиме.

Указанная задача решается благодаря тому, что согласно изобретению регистрируют динамику деформации контактного провода при прохождении транспортного средства оптическим устройством, смонтированным на токоприемнике (либо в непосредственной близости от него).

При этом регистрируют высоту (износ), а также величины пролета, провиса и характеристику упругой линии контактного провода. Исходя из формулы упругой линии [1] где 1/p - кривизна контактного провода; M - изгибающий момент исследуемого сечения; E - модуль упругости материала; J - момент инерции сечения; y - величина прогиба контактного провода, сравнивают фактическую величину момента инерции исследуемого сечения, замеренного при помощи оптического устройства, расчетную величину момента инерции того же сечения, полученную в результате замеров упругой линии провода. Величина разности между этими величинами ΔJ = J_ф-J_p, где

характеризует скрытые дефекты контактного провода.

Постоянные интегрирования, необходимые для расчета, определяются из условий закрепления провода, непрерывности при переходе от одного сечения к другому и климатическими условиями.

Сравнение моментов инерции исследуемого сечения контактного провода дает возможность определять места наиболее вероятного появления трещин и надломов до их возникновения, т.к. основным условием их появления является изменение структуры материала (межзеренных сдвигов, поворот зерен друг относительно друга и т. п. [2] ), т. е. изменения прочностных характеристик сечения и свойств материала.

Для предупреждения образования дефектов материала контактного провода проводят измерения амплитуды его деформации на измерительной базе при прохождении токоприемника, которая характеризует вероятность появления дефектов в зависимости от циклической нагруженности участка.

Как, например, определение запаса усталостной прочности может производится по диаграмме усталостной прочности, показанной на фиг. 5, где σ_вр и σ_-1 - заданные механические характеристики материала (напряжения); σ_a и σ_m - значение напряжения цикла (определяется по результатам замеров деформации контактного провода); точка A - рабочая точка.

С учетом поправки на концентрации напряжении (К), на поверхностный (E_п) и масштабный (E_м) факторы, координаты рабочей точки примут значения
σ_mK₊₁
и

За запас усталостной прочности принято отношение отрезков OB к OA:
N_r = OB/OA,
после преобразований получим:

Также для расчетов запаса усталостной прочности может быть применена формула Гафа Поллара и др. теории.

Зигзагообразное расположение (вынос) контактного провода (фиг. 4) относительно оптического устройства определяется из формулы

где L - приведенное расстояние от излучателя до приемника;
K - приведенное расстояние между приемниками:
B₁ - величина проекции контактного провода на фоточувствительные элементы приемника N 1;
B₂ - величина проекции контактного провода на фоточувствительные элементы приемника N 2;
l₁ - расстояние от излучателя N 1 до контактного провода.

Из формулы видно, что определение местоположения контактного провода относительно излучателя (приемника) не зависит от его износа.

При этом высота контактного провода (износ) будет равна
h = B₁ l₁/L либо h = B₂ l₂/L.

Также при помощи оптического устройства определяется величина провиса контактного провода

где H_д - величина провиса на расстоянии l_д от заделки;
L_пр - длина пролета;
K - коэффициент, учитывающий непрямолинейность провиса и износ контактного провода,
По результатам замеров сечения и провиса контактного провода на основании существующих таблиц "Стрела провиса и тяжения контактного провода в зависимости от температуры и длины пролета" определяется удельное тяжение провода.

Указанная задача контроля состояния контактного провода решается также благодаря тому, что в известном устройстве для контроля состояния контактного провода (износа), содержащем закрепленное на токоприемнике основание с установленной на нем оптической системой, состоящей из датчика, включающего в себя источник и приемник светового излучения, расположенных по разные стороны от контактного провода, согласно изобретению основание закреплено на токоприемнике посредством рычажной системы, а установленная на нем оптическая система содержит не менее 6 датчиков, размещенных вдоль оси контактного провода, при этом каждый датчик представляет собой систему из двух излучателей, расположенных по разные стороны от контактного провода, формирующих световые лучи малой расходимости, и двух приемников, воспринимающих световое излучение, причем излучатели и приемники расположены на расстоянии поперечного выноса контактного провода.

Именно заявляемое устройство, благодаря особенностям его конструктивного выполнения, оптической системе, аппаратуре для измерения и регистрации динамики деформации контактного провода, обеспечивает согласно предлагаемому способу непрерывное обследование состояния провода и измерение величины его деформации при прохождении транспортного средства и, тем самым, обеспечивает достижение задачи изобретения.

Это позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

На фиг.1 изображено устройство для контроля состояния контактного провода,
На фиг.2 изображено поперечное сечение A-A.

На фиг. 3 изображена схема замера характеристики упругой линии контактного провода.

На фиг. 4 изображена схема замера зигзагообразного положения (выноса) контактного провода относительно токоприемника транспортного средства.

На фиг. 5 изображена диаграмма усталостной прочности.

Устройство для контроля состояния контактного провода содержит жесткое основание 1, закрепленное на токоприемнике 2 транспортного средства 14 посредством рычажной системы 3, на котором установлена оптическая система 4. Оптическая система 4 состоит из шести датчиков 5, размещенных вдоль контактного провода 6, при этом каждый датчик представляет собой систему из двух излучателей 7, расположенных по разные стороны контактного провода и формирующих лучи малой расходимости, и двух приемников 8, воспринимающих световое излучение. Излучатели состоят из источника излучения 9 и оптической системы формирования луча засветки контактного провода 10, жестко закрепленных в корпусе излучателя 11.

Приемники 8 представляют собой оптическую систему 12 с фотоэлектрическим преобразователем с зарядовой связью 13, на котором вырабатывается сигнал, пропорциональный линейным перемещениям зоны засветки, образованной лучом излучателя при прохождении контактного провода, который вводится в аппаратуру для измерения и регистрации деформации провода.

Для привязки проводимых измерений к координате пути транспортное средство 14 снабжено датчиком пути 15.

Предлагаемый способ контроля состояния контактного провода реализован следующим образом.

Контактный провод 6 при прохождении транспортного средства засвечивают одновременно в шести сечениях, расположенных вдоль его оси, посредством излучателей 7, смонтированных на токоприемнике 2, лучом засветки малой расходимости. Провод 6, находясь в зоне луча, создает тень, фиксируемую приемниками 8, которые в свою очередь вырабатывают электрический сигнал, пропорциональный линейным перемещениям контактного провода. Далее электрический сигнал передается для дальнейшей обработки посредством ЭВМ.

При помощи полученной информации определяются динамика деформации и положение контактного провода 6 относительно токоприемника 2 транспортного средства. На основании полученных данных делают заключение о состоянии контактного провода на данном участке.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает контроль состояния контактного провода на исследуемом участке.

Устройство для контроля контактного провода работает следующим образом.

Источник излучения 9 при помощи оптической системы 10 формирует луч засветки малой расходимости, который, попадая на оптическую систему приемника 12, передается на фотоэлектрический преобразователь с зарядовой связью 13.

При нахождении между приемником 8 и излучателем 7 контактного провода 6, последний создает тень, фиксируемую фотоэлектрическим преобразователем 13, вырабатывающим электрический сигнал, пропорциональный линейным перемещениям провода. Далее электрический сигнал передается для дальнейшей обработки посредством ЭВМ. Благодаря креплению приемников 8 и излучателей 7 на едином основании 1, связанным с токоприемником 2, контактный провод 6 всегда находится в зоне засветки излучателей 7, фиксируемой приемниками 8.

Привязка проводимых измерений к координате пути осуществляется датчиком пути 15, расположенным на транспортном средстве 14,
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает возможность контроля состояния контактного провода при прохождении транспортного средства на всем исследуемом участке.

Формула изобретения

1. Способ контроля состояния контактного провода, заключающийся в том, что контактный провод засвечивают посредством оптического устройства, смонтированного на токоприемнике транспортного средства, и регистрируют высоту контактного провода, отличающийся тем, что с помощью оптического устройства регистрируют динамику деформации контактного провода - его упругую линию (провис), при движении транспортного средства, сравнивая фактическую величину момента инерции исследуемого сечения, исходя из высоты контактного провода, замеренной при помощи оптического устройства, и расчетную величину момента инерции того же сечения, полученного в результате замеров упругой линии провода (провиса).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оптическое устройство регистрирует положение контактного провода относительно токоприемника транспортного средства.

3. Устройство для контроля состояния контактного провода, содержащее закрепленное на токоприемнике основание с установленной на нем оптической системой, состоящей из датчика, включающего в себя источник и приемник светового излучения, расположенные по разные стороны от контактного провода, отличающееся тем, что основание закреплено посредством рычажной системы с исключением непосредственного контакта с контактным проводом, а установленная на нем оптическая система включает в себя ряд датчиков, размещенных вдоль оси контактного провода, при этом каждый датчик представляет собой систему из двух излучателей, расположенных по разные стороны от контактного провода и выполненных с возможностью формирования световых лучей малой расходимости, и двух приемников светового излучения.

РИСУНКИ

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