Рельсовая цепь для контроля занятости блок-участка и кабельный петлевой датчик контроля прохода колесных пар и единиц железнодорожного подвижного состава

Изобретение относится к устройствам железнодорожной автоматики и может быть использовано для контроля состояния рельсовых цепей в устройствах систем автоматической блокировки и электрической сигнализации. Рельсовая цепь для контроля занятости блок-участка состоит из кабельного петлевого датчика (КПД) контроля прохода и/или счета колесных пар и/или единиц железнодорожного подвижного состава, представляющего собой систему кабелей связи, уложенных между рельсами железнодорожного пути в земляном полотне. Рельсовая цепь позволяет определить положение поезда на перегоне и посылает сигналы на светофор, блоки централизации и блокировки. Рельсовая цепь имеет разветвленную структуру расположенных в земляном полотне междурельсового пространства нескольких датчиков контроля прохода колесных пар подвижного состава и/или счета единиц подвижного состава и датчиков направления движения подвижного состава. Кабельный петлевой датчик состоит из петли промышленного многожильного кабеля, размещенной между рельсами в земляном полотне железнодорожного рельсового пути. Он имеет приемник и передатчик сигналов, формируемых при взаимодействии металлических корпусов подвижного состава с электромагнитным полем, создаваемым кабелем. В датчик входят также дешифратор и анализатор полученных сигналов, источник питания, которым служит генератор импульсов постоянного тока. Техническим результатом является повышение надежности. 11 ил.

 

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и может быть использовано для контроля состояния рельсовых цепей в устройствах систем автоматической блокировки и электрической сигнализации.

Рельсовые цепи в существующей системе железнодорожной автоматики представляют собой электрическую цепь, состоящую из двух ходовых рельсов, ограниченных по краям изолирующими стыками и имеющими на одном крае приемник тока, на другом - источник питания. Весь путь делится на отдельные участки, по которым подаются сигналы соответствующие допустимым скоростям движения по контролируемому блок-участку. Принцип подачи сигналов частотно-кодовый, каждой частоте в рельсовой цепи соответствует строго допустимая скорость /1/.

Существует много разработок в области железнодорожной автоматики, направленных на то, чтобы создавать надежные устройства контроля занятости контролируемых блок-участков с помощью датчиков контроля прохода колесных пар и единиц подвижного состава.

Известен индуктивный датчик считывания и фиксации факта прохода колеса /2/. Индуктивный датчик имеет чувствительный элемент в форме пластины из термопластика с заделанными в нем катушками. Пластина крепится к основанию с помощью шурупов, она дополнительно приклеена для герметизации соединения выводов чувствительного элемента с подводящим кабелем. Основание присоединено болтами через отверстия к рельсовому креплению. При этом гребень колеса при среднестатистическом проходе над датчиком приходится на середину катушки, а отклонения от боковой грани головки рельса при набеге колеса на рельс находятся в зоне витков катушек. Недостатком этого устройства является то, что оно крепится к рельсу, где подвержено динамическим воздействиям на рельс проходящего подвижного состава, а также должно быть дополнительно защищено от паразитных токов рельсовых цепей.

Наиболее близкими по технической сущности являются устройство контроля проследования железнодорожного подвижного состава /3/ и датчик проследования рельсового подвижного состава /4/. Устройство содержит расположенный на пути индуктивный шлейф и подключенный к нему электронный блок, включающий генератор импульсов постоянного тока и приемник-анализатор отраженных сигналов. Приемник-анализатор различает в паузах между импульсами сигналы колес, тележек и подвижных единиц. Выход генератора импульсов постоянного тока подключен к индуктивному шлейфу. Индуктивный шлейф подключен к входу приемника-анализатора отраженных сигналов.

Устройство /4/ представляет собой размещенный на железнодорожном пути индуктивный шлейф с подключенным к нему электронным блоком. Индуктивный шлейф выполнен из кабеля с заданным числом жил. Концы кабеля заведены в путевую коробку, жилы концов кабеля соединены на клеммах путевой коробки таким образом, что образуют заданное число витков катушки индуктивности. Индуктивный шлейф взаимодействует с металлическими массами транспортных средств. При этом используется метод переходных процессов, для чего в качестве источника питания индуктивного шлейфа применен генератор импульсов постоянного тока. В качестве узла обработки сигналов применен приемник-анализатор отраженных сигналов. Выход генератора импульсов постоянного тока подключен к индуктивному шлейфу. Индуктивный шлейф подсоединен ко входу приемника-анализатора отраженных сигналов, который может содержать выходы сигналов прохода колесных пар, тележек и поездов (отцепов, отдельных транспортных средств). Генератор непрерывно генерирует импульсы постоянного тока. Эти импульсы поступают в индуктивный шлейф, в результате чего последний генерирует в окружающее пространство импульсы постоянного магнитного поля. При отсутствии в окрестностях индуктивного шлейфа транспортных средств импульсы магнитного поля уходят в окружающее пространство, а в паузах между импульсами на вход приемника-анализатора сигналы не поступают или поступают постоянные по величине отраженные сигналы от проводящих предметов окружающего фона (в основном, от рельсов). При появлении в окрестностях индуктивного шлейфа транспортного средства импульсы постоянного магнитного поля будут проникать в металлические предметы (колесные пары, тележки, днища транспортных средств и др.), в результате чего в паузах между импульсами эти предметы будут излучать уменьшающееся во времени магнитное поле, которое вызовет появление импульсов напряжения на индуктивном шлейфе и входе приемника-анализатора отраженных сигналов. Самые большие по амплитуде отраженные сигналы поступают от колесных пар, от тележек сигналы будут меньше, от днищ транспортных средств - еще меньше. Приемник-анализатор отраженных сигналов различает сигналы от колес, тележек и поездов (отцепов или отдельных транспортных средств) и может распределять эти сигналы по отдельным выходам.

Недостатком исполнения устройства контроля проследования железнодорожного подвижного состава /3/ и датчика проследования рельсового подвижного состава /4/ является то, что они не в полной мере используют свойства кабельной петли. По существу сама кабельная петля при особом ее размещении и правильно подобранных расчетных параметрах может полностью выполнять функции рельсовой цепи и иметь различные варианты ее исполнения.

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является повышение надежности и выполнение, позволяющее избежать динамических нагрузок на рельс от подвижного состава, избежать влияния паразитных токов рельсовых цепей, быть простым по своему исполнению в эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что датчик контроля прохода представляет собой кабельную петлю, изготовленную из многожильного промышленного кабеля (кабельный петлевой датчик, далее - КПД), уложенную в земляном полотне между рельсами железнодорожного пути.

На фиг.1 представлена функциональная схема кабельного петлевого датчика (КПД) и введены следующие обозначения: 1 - активное сопротивление кабельной петли; 2 - индуктивность кабельной петли; 3 - емкость кабельной петли; 4 - активное сопротивление нагрузки; 5 - контакт для подключения кабельной петли к источнику питания; 6 - источник питания постоянного тока; 7 - электрический контакт для подключения кабельной петли к приемнику-анализатору; 8 - полосовой фильтр; 9 - усилитель сигналов; 10 - пиковый детектор; 11 - фильтр нижних частот; 12 - релейный элемент; 13 - кабельная петля; 14 - точка подключения активного сопротивления 4 к контактам 5 и 7.

На фиг.2-7 представлены временные диаграммы, поясняющие принцип действия кабельного петлевого датчика и введены следующие обозначения: 15 - период циклического подключения кабельной петли 13 к источнику питания 6; 16 - время подключения кабельной петли 13 к источнику питания 6; 17 - время полного разряда индуктивности; 18 - длительность ответного сигнала кабельной петли; 19 - периодичность ответных сигналов кабельной петли; 20 - длительность замыкания контакта приемника анализатора отраженных сигналов; 21 - амплитуда сигналов на входе приемника-анализатора отраженных сигналов; 22 - амплитуда отфильтрованного, усиленного и детектированного ответного сигнала.

На фиг.2 представлена временная диаграмма подключения к источнику постоянного питания кабельной петли.

На фиг.3 изображена диаграмма подачи напряжения от источника питания 6 на кабельную петлю 13 и разрядка индуктивности 2 кабельной петли через сопротивление 4.

На фиг.4 дана диаграмма сигнала-ответа кабельной петли 13 при взаимодействии с токопроводящими объектами.

На фиг.5 показана временная диаграмма подключения кабельной петли 13 при замыкании контакта 7 приемника-анализатора отраженных сигналов (не показан).

На фиг.6 показано изменение напряжения на входе приемника-анализатора.

На фиг.7 показано детектирование отфильтрованного и усиленного сигнала от контролируемого объекта.

На фиг.8 дан пример контроля прохода вагона по участку, ограниченному кабельной петлей, и приняты следующие обозначения: 23 - длина кабельной петли; 24 - железнодорожный четырехосный вагон, следующий над петлевой рельсовой цепью; 25 - амплитуда напряжения на входе релейного элемента при проследовании вагона над кабельным петлевым датчиком петлевой рельсовой цепи при заходе первой колесной пары в зону расположения петлевого датчика кабельной рельсовой цепи, 26 - то же второй колесной пары, 27 - то же третьей колесной пары, 28 - то же четвертой колесной пары; 29 - амплитуда напряжения на входе релейного элемента при выходе первой колесной пары из зоны расположения петлевого датчика кабельной рельсовой цепи; 30 - то же второй колесной пары; 31 - то же третьей колесной пары; 32 - то же четвертой колесной пары; 33 - амплитуда сигнала напряжения на выходе релейного элемента.

На фиг.9 изображено размещение кабельного петлевого датчика на стрелочном участке горловины сортировочной горки. Приняты следующие обозначения: 13 - кабельная петля; - 34 - рельсовый путь; 35 - горб горки; 36 - изолирующие стыки рельсового пути; 37 - путевая коробка; 38 - клеммная коробка; 39 - двухжильный кабель; 40 - электронный блок; 41 - помещение компрессорной станции; 42 - длина контура кабельной петли.

На фиг.10 представлены диаграммы напряжений на входе и выходе релейного элемента для кабельных петлевых датчиков тележек вагонов. Приняты следующие обозначения: 43 - первый вагон; 44 - второй вагон; 45 - диаграмма напряжений на входе релейного элемента; 46 - диаграмма напряжений на выходе релейного элемента; 13 - кабельная петля; 47 - сигнал от прохода одной тележки первого вагона; 48 - сигнал от прохода одной тележки второго вагона.

На фиг.11 представлены диаграммы напряжений на входе и выходе релейного элемента для кабельных петлевых датчиков баз вагонов. Приняты следующие обозначения: 43 - первый вагон; 44 - второй вагон; 45 - диаграмма напряжений на входе релейного элемента; 46 - диаграмма напряжений на выходе релейного элемента; 49 - сигнал от прохода базы первого вагона; 50 - сигнал от прохода базы второго вагона.

Кабельная петля 13 представлена ее электрическими параметрами: активным сопротивлением 1, индуктивностью 2 и емкостью 3. Параллельно кабельной петле включено активное сопротивление 4. Кабельная петля с помощью контакта 5 периодически на заданное время подключается к источнику питания постоянным током 6, а с помощью контакта 7 периодически на заданное время подключается к входу приемника-анализатора сигналов, состоящего из полосового фильтра 8, усилителя 9, пикового детектора 10, фильтра нижних частот 11 и релейного элемента 12. Передатчик состоит из источника питания 6, контакта 5 и кабельной петли 13. Приемник-анализатор сигналов состоит из кабельной петли 13, резистора 4, контакта 7, полосового фильтра 8, усилителя сигналов 9, пикового детектора 10, фильтра нижних частот 11 и релейного элемента 12. То есть кабельная петля является общим элементом для передатчика и приемника-анализатора сигналов. Параметры кабельной петли 13, его активное сопротивление 1, индуктивность 2 и емкость 3 определяются длиной кабельной петли, числом витков и типом кабеля. Емкость кабельной 3 петли при замыкании контакта 5 заряжается практически мгновенно и не оказывает влияния на процесс протекания тока по индуктивности 2 (по кабельной петле). Контакт приемника 7 на время протекания тока по индуктивности 2 разомкнут, т.е. при работе передатчика приемник отключается. После размыкания контакта 5 начинается процесс разряда индуктивности кабельной петли 2 через сопротивление 4. Емкость 3 на процесс разряда индуктивности 2 влияния практически не оказывает. Контакт 7 замыкается и находится во включенном состоянии заданное время только при разомкнутом состоянии контакта 5, после разряда индуктивности 2. Это исключает влияние работы передатчика на работу приемника. Полосовой фильтр 8 имеет центральную частоту пропускания около 2 кГц и надежно фильтрует помехи тока частотой 50 Гц и его гармоник, а также высокочастотные помехи. Усилитель 9 усиливает полезные сигналы до величины надежной работы пикового детектора 10. Фильтр нижних частот 11 сглаживает сигнал помех частотой 50 Гц и выше. Релейный элемент 12 срабатывает на время прохода транспортных средств над кабельной петлей 13.

Принцип действия кабельного петлевого датчика поясняет фиг.2-7. Контакт передатчика 5 циклически с периодом 15 на время 16 подключает к источнику питания 6 кабельную петлю 13 (она представлена электрическими параметрами 1, 2 и 3). Время 16 соизмеримо с постоянной времени заряда индуктивности 2 и должно в 2...3 раза превышать постоянную времени заряда индуктивности 2, чтобы индуктивность 2 зарядилась почти полностью. При размыкании контакта 5 на кабельной петле 13 (точка 14) возникает отрицательное напряжение, уменьшающееся до нуля с постоянной времени разряда индуктивности 2. Время практически полного разряда индуктивности 16 составит 30...45 мкс. Если в окрестностях кабельной петли 13 нет токопроводящих объектов, то после времени 16 напряжение в точке 14 равно 0. Если в окрестностях кабельной петли есть токопроводящий объект, то при замыкании контакта 5 и протекании по кабельной петле 13 постоянного тока возникающее постоянное магнитное поле проникает внутрь токопроводящего объекта (не показан), а после размыкания контакта 5 это поле будет выходить из объекта не сразу, а постепенно, примерно 100...150 мкс. Контакт приемника-анализатора отраженных сигналов 7 замыкается циклически с периодичностью 15 на время 20 после полного разряда индуктивности 2. Время 20 заведомо больше 18, т.е. время длительность замыкания контакта приемника анализатора отраженных сигналов больше длительность ответного сигнала кабельной петли 13. Если токопроводящего объекта в зоне действия кабельной петли 13 нет, то при замыкании контакта 7 на вход полосового фильтра приемника 8 сигналы не поступают, нет сигналов на выходе усилителя 9, пикового детектора 10, фильтра нижних частот 11. Релейный элемент 12 находится в состоянии, сигнализирующем отсутствие над кабельной петлей 13 объекта контроля. Если над кабельной петлей 13 есть объект контроля, то на входе приемника будут циклически появляться сигналы треугольной формы, соответствующие той части сигнала-ответа, которая вышла за пределы разряда индуктивности 2. Амплитуда этих сигналов зависит от размеров объекта контроля, его расстояния от поверхности кабельной петли, от расположения относительно петли, его формы. Сигнал от контролируемого объекта фильтруется от помех полосовым фильтром 8. Затем он усиливается усилителем 9, детектируется пиковым детектором 10, дополнительно фильтруется от помех фильтром нижних частот 11 и поступает на вход релейного элемента 12. Релейный элемент 12 вырабатывает сигнал занятости участка пути, ограниченного кабельной петлей при заходе первой оси поезда (отцепа, отдельного транспортного средства) и вырабатывает сигнал свободности участка пути при сходе последней оси поезда (отцепа, отдельного транспортного средства) с кабельной петли.

На фиг.8 приведен пример проследования по кабельной петле 13 длиной около 25 м четырехосного вагона 24. На фиг.8 также приведена диаграмма напряжений, имеющих место на входе релейного элемента 12, при проследовании вагона 24 вправо. Амплитуда сигнала возрастает по мере заполнения кабельной петли колесными парами (участки 25, 26, 27 и 28) и убывает по мере освобождения петли колесными парами (участки 29, 30, 31 и 32). Релейный элемент 12 вырабатывает сигнал занятости участка пути 33 на время захода первой оси вагона на кабельную петлю и схода последней оси вагона с кабельной петли.

На фиг.9 приведен пример конкретного исполнения рельсовой кабельной цепи и схема установки кабельной петли 13, играющей роль кабельного петлевого датчика. Введены следующие обозначения: 34 - рельсовый путь, 35 - горб горки; 36 - изолирующие стыки. Кабельная петля 13 уложена в пределах действующей рельсовой цепи с небольшим заглублением. Концы трехжильного кабеля заведены в путевую коробку 37 и жилы на клеммной колодке 38 соединены так, чтобы образовать контур индуктивности. Клеммная колодка 38 соединена двухпроводным кабелем 39 с электронным блоком 40, находящимся в помещении компрессорной станции 41.

На фиг.10 и 11 представлены сигналы, поступающие с коротких кабельных петлевых датчиков 13 в виде диаграмм напряжений на входе и выходе релейного элемента для кабельных петлевых датчиков тележек вагонов и баз вагонов. При длине кабельной петли 13, соразмерной с расстоянием между колесом тележки вагона (фиг.10) хорошо различаются тележки (группы многоосных вагонов) независимо от числа осей в них. При необходимости можно определить количество проследовавших кабельный петлевой датчик 13 вагонов, разделив количество тележек на два. При длине кабельной петли 13, соразмерной с базой вагона, сигналы соседних тележек вагонов сливаются в один сигнал, но хорошо различаются базы вагонов. Число проследовавших вагонов n_ВАГ определится из условия: N_ВАГ=N_С-1, где N_С - число сигналов на выходе релейного элемента 12.

Описанное устройство кабельного петлевого датчика прошло успешно все виды испытаний согласно ГОСТ 16504-81: исследовательские; лабораторные; определительные; натурные. Также проведены частично испытания: механические; климатические и электромагнитные в условиях действия реальных электромагнитных помех. На основании этих испытаний сделан вывод о том, что петлевые датчики могут работать без ошибок в реальных условиях эксплуатации.

Рельсовая цепь для контроля занятости блок-участка, построенная на основе кабельного петлевого датчика, позволяет контролировать проход и счет колесных пар или вагонов состоит из системы кабелей связи, уложенных между рельсами железнодорожного пути в земляном полотне. Рельсовая цепь имеет разветвленную структуру и состоит из нескольких кабельных петлевых датчиков, расположенных в земляном полотне междурельсового пространства. Кабельные датчики имеют приемник и передатчик сигналов, формируемых при взаимодействии металлических корпусов подвижного состава с электромагнитным полем, создаваемым кабелем, дешифратор и анализатор полученных сигналов, источник питания, представляющий собой генератор импульсов постоянного тока. Предложенная рельсовая цепь позволяет определить положение поезда на перегоне и посылать сигналы на светофор, блоки централизации и блокировки. Рельсовая цепь имеет разветвленную структуру и состоит из нескольких кабельных петлевых датчиков, расположенных в земляном полотне междурельсового пространства. Кабельные петлевые датчики определяют направление движения железнодорожных вагонов. В отличие от рельсовых цепей традиционной конструкции, передача сигналов производится не по путевым рельсам и поэтому не нужно подавлять паразитные токи рельсовых цепей, возникающих от тяговых токов. Поскольку для питания предложенной рельсовой цепи не нужны традиционно используемые источники напряжений, то такая рельсовая цепь способна функционировать даже в условиях чрезвычайных ситуаций. Информативность и многофункциональность предложенной рельсовой цепи высока и позволяет использовать ее для ограждения стрелочных переводов и переездов от несанкционированного движения одного или группы вагонов. Каждый петлевой датчик изготавливается из промышленного многожильного кабеля, который располагается между рельсами в земляном полотне железнодорожного рельсового пути.

Основной технический результат заявляемого технического решения заключается в том, что по сравнению с обычными рельсовыми цепями, рельсовые цепи, построенные на основе кабельных петель, не нуждаются в изолирующих стыках, дроссель-трансформаторах и рельсовых перемычках, способны работать при низком сопротивлении балласта, причем сопротивление балласта на работу кабельной петли влияния не оказывает. По сравнению с системами контроля участков ж.д. пути на основе счета осей кабельные петлевые датчики не требуют такой очень ответственной операции, как установка нуля счетчиков после частых сбоев по счету реверсивных рельсовых датчиков и после сбоев электропитания. Кабельный петлевой датчик проще и дешевле. Если учесть, что каждый реверсивный датчик содержит два нереверсивных датчика (два канала), то, например, на двухстрелочном участке горловины станции потребуется установить четыре реверсивных датчиков (восемь нереверсивных, или 8 каналов), а кабельному петлевому датчику требуется всего один канал. КПД защищен от разрушения путевыми машинами, ударов колес подвижного состава по рельсу и от злоумышленников. Этот датчик защищен от случайных действий путейцев, которые могут при манипуляциях с путейским инструментом (молотками, ломиками и т.д.) вызвать ложное срабатывание рельсового датчика и этим сбить работу смены. Сигнал прохода тележек над кабельной петлей по времени на порядок длиннее сигнала прохода колеса над рельсовым датчиком, что способствует увеличению его помехозащищенности и упрощению передачи информации. Кабельная петля отличается простотой и практически не требует технического обслуживания в течение многих лет. Для датчиков тележек и вагонов кабельные петли имеют небольшие размеры и требуют минимума объема земляных работ. Кабельные петлевые датчики по уровню сигнала позволяют определять также и проход локомотивов (амплитуда сигнала от локомотива почти в 2 раза больше сигнала от вагона). Все эти преимущества позволят применять кабельные петлевые датчики в тех случаях, когда организуются короткие контролируемые участки ж.д. пути, например, на сортировочных станциях, в аппаратуре контроля букс (ПОНАБ, ДИСК, КТСМ), горловинах малых станций. Особо короткие, в несколько метров, кабельные петлевые датчики могут успешно применяться как датчики контроля прохода тележек и вагонов в системах организации контролируемых участков ж.д. пути по счету тележек и (или) вагонов и могут составить сильную конкуренцию традиционным рельсовым датчикам контроля прохода колес.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Ильенков В.И., Бауман В.Э., Янкин П.М. «Эксплуатационные основы устройств железнодорожной автоматики и телемеханики, 2 изд., - М., 1970 г.

2. Патент России на изобретение №2059493, МКИ B61L 1/08, В61К 9/12.

3. Патент России на изобретение №2248898, МКИ B61L 1/00, 1/16.

4. Патент России на полезную модель №33077, МКИ B61L 1/16.

Рельсовая цепь для контроля занятости блок-участка, состоящая из кабельного петлевого датчика контроля прохода и/или счета колесных пар и/или единиц железнодорожного подвижного состава, системы кабелей связи, уложенных между рельсами железнодорожного пути в земляном полотне, позволяющая определить положение поезда на перегоне и посылающая сигналы на светофор, блоки централизации и блокировки, отличающаяся тем, что рельсовая цепь имеет разветвленную структуру; она состоит из нескольких кабельных петлевых датчиков контроля прохода и счета колесных пар и единиц подвижного состава, расположенных в земляном полотне междурельсового пространства; кабельных петлевых датчиков определения направления движения железнодорожных вагонов; рельсовая цепь работоспособна даже при отсутствии питания в условиях любых аварийных или чрезвычайных ситуаций; она позволяет ограждать стрелочные переводы и/или переезды от несанкционированного движения одного или группы единиц подвижного состава; кабельный петлевой датчик контроля прохода, счета колесных пар и единиц железнодорожного подвижного состава, состоящий из петли промышленного многожильного кабеля; кабель размещен между рельсами в земляном полотне железнодорожного рельсового пути, приемника и передатчика сигналов, формируемых при взаимодействии металлических корпусов подвижного состава с электромагнитным полем, создаваемым кабелем, дешифратора и анализатора полученных сигналов, источника питания, представляющего собой генератор импульсов постоянного тока.