Универсальный способ контроля целостности рельсовых нитей мобильными устройствами

Изобретение относится к бортовым средствам железнодорожной автоматики для определения излома рельса. В способе генератор устанавливают на подвижной единице, выход которого через шины соединяют с лыжами, которые трутся о поверхности головок обеих рельсов, лыжи располагают на середине отрезка между тележками подвижной единицы, к шинам крепятся прокладки, над которыми размещены приемные катушки, сердечники катушек имеют Г-образную форму и двигаются по следу колеса колесной пары. Электрическая цепь между лыжами замыкается по отрезкам рельсов и через колесные пары, по величине, наведенной в катушках ЭДС, зависящей от величины тока и русла его протекания - центра перемещения потока электронов вдоль рельсовой нити, который при изломе рельса смещается от центра, судят о изломе рельса в условиях, когда сохраняется гальванический контакт между концами изломанного рельса; ЭДС каждой катушки отфильтровывается от помех, усиливается, выпрямляется до гладкого сигнала, преобразуется в цифровой сигнал и вводится в ЭВМ, которая анализирует сигналы сравнивая величины токов рельсов с пороговыми значением и при отклонении от нормативного значения фиксируется излом рельсовой нити. Достигается повышение достоверности контроля целостности рельсовой нити. 3 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики и может быть использовано для контроля целостности рельсовых нитей.

Уровень техники

Известен способ контроля целостности рельсовых нитей, заключающийся в измерении величины напряжения приемного конца рельсовой цепи, и при снижении этого напряжения ниже порогового значения рельсовая нить считается неисправной [Устройства автоматики телемеханики и связи. Часть I. Шалягин Д.В., Цыбуля Н.А., Косенко С.С., Волков А.А. и др. - М.: Маршрут, 2006 (стр. 168-171)].

Недостатком способа является то, что при изломе рельсовой нити и отсутствии устойчивого гальванического разрыва контролировать неисправность рельсовой цепи не представляется возможным. Строительство и эксплуатация рельсовых цепей сопряжено с большими затратами.

Известен способ контроля целостности рельсовых нитей, заключающийся в измерении текущего напряжения приемного конца рельсовой цепи и сравнении его с пороговым значением, а также сравнении токов рельсовых нитей одного пути [Полевой Ю.И. Методы и устройства контроля местонахождения объекта в системе управления подвижным составом: дис…докт. техн. наук / Ю.И. Полевой. - Самара: СамГУПС, 2013. - 454 с.]. Если токи в рельсовых нитях отличаются на величину больше допустимого значения, то рельсовая цепь считается неисправной.

Недостатком способа является то, что при изломе рельсовой нити и отсутствии устойчивого гальванического разрыва контролировать неисправность рельсовой цепи не представляется возможным. Кроме того, строительство и эксплуатация рельсовых цепей сопряжено с большими материальными затратами.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом, на достижение которого направлено техническое решение, является повышение достоверности контроля целостности рельсовой нити.

Универсальный способ контроля целостности рельсовых нитей мобильными устройствами заключающийся в том, что сравниваются величины токов рельсов с нормативным значением и при недопустимом отклонении этих токов от нормативного значения фиксируется излом рельсовой нити, отличающийся тем, что устанавливается мобильный генератор на подвижной единице, выход которого через низкоомные шины соединяется с лыжами, которые трутся о поверхности головок рельсов, лыжи находятся на середине отрезка между тележками подвижной единицы, электрическая цепь между лыжами замыкается по отрезкам рельсов и через колесные пары, обе цепи имеют примерно одинаковое сопротивление, и токи обоих ветвей примерно равны, и составляют около пятидесяти процентов от тока генератора (протекание тока по корпусу подвижной единицы в случае возникновения асимметрии в рельсовой линии существенного значения не имеет);

к лыжам крепятся прокладки, над которыми размещены приемные катушки, сердечники катушек имеют Г-образную форму и перемещаются по следу колеса колесной пары;

форма сердечника и его близость к рельсовой нити создают благоприятные условия для наведения ЭДС в катушках, при этом на величину наведенной ЭДС влияет не только величина тока в рельсовой нити, но и русло тока - центр перемещения потока электронов вдоль рельсовой нити, который при изломе рельса смещается от центра (центра тяжести поперечного сечения);

зависимость величины ЭДС от величины тока и русла его протекания (расстояние от русла до сердечника) позволяет определить излом рельса в условиях, когда сохраняется гальванический контакт между концами изломанного рельса;

ЭДС каждой катушки отфильтровывается от помех, усиливается, выпрямляется до гладкого сигнала, преобразуется в цифровой сигнал и вводится в ЭВМ, которая анализирует сигналы и фиксирует исправность или неисправность рельсовых нитей;

алгоритм ЭВМ составлен так, что позволяет оценить состояние рельсовых нитей по нескольким условиям: ток хотя бы одного из рельсов (наведенная ЭДС) ниже заданного абсолютного порогового значения; модуль разницы токов рельсов выше заданного абсолютного порогового значения; отношение токов рельсов выше заданного порогового значения; отношение модуля разницы токов рельсов к сумме этих токов выше заданного порогового значения.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена структурная схема соединения узлов устройства, демонстрирующего действие способа; на фиг. 2 - структурная схема преобразования напряжения, на фиг. 3 - приемная катушка.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 и 2 приведены следующие обозначения:

1 и 2 - первый и второй рельсы;

3 и 4 - первая и вторая колесные пары;

5 и 6 - первая и вторая лыжи для подачи питания в рельсовую линию (аналог - токосъемник в метрополитене);

7 и 8 - первая и вторая скользящие по рельсам прокладки под приемными катушками для крепления приемных катушек на минимальном расстоянии над головками рельсов;

9 и 10 - первая и вторая приемные катушки (аналог - приемные катушки АЛС);

11 - подвижная единица;

12 - генератор мобильный ГМ;

13 - блок преобразования напряжения БПН;

14 - электронно-вычислительная машина ЭВМ;

15 - приемник ГЛОНАСС ПГЛ;

16 - радиостанция PC;

17 и 18 - первый и второй фильтры полосовые ФП1 и ФП2;

19 и 20 - первый и второй усилители У1 и У2;

21 и 22 - первый и второй выпрямители (на выходе гладкий сигнал) В1 и В2;

23 и 24 - первый и второй аналого-цифровые преобразователи АЦП1 и АЦП2;

25 - сердечник.

Способ контроля является универсальным потому, что он может быть использован при любом виде тяги, при размещении приборов на локомотиве или вагоне, для определения излома рельса без потери гальванического контакта между концами поврежденного рельса. Рабочая частота мобильного контрольного генератора должна отличаться от гармоник тягового тока. Приборы устройства контроля могут размещаться на локомотиве и/или любом вагоне (первом или/и последнем). Наиболее эффективным, в части обеспечения безопасности движения поездов, является его использование для контроля целостности рельсовой линии между тележками первого вагона. Рельсовые нити испытывают наибольшие негативные усилия под локомотивом при наибольшей осевой нагрузке [Устройства автоматики телемеханики и связи. Часть I. Шалягин Д.В., Цыбуля Н.А., Косенко С.С., Волков А.А. и др. - М.: Маршрут, 2006 (стр. 168)]. Своевременное выявление излома рельса может предотвратить опасную ситуацию при движении состава по поврежденному рельсу. Кроме того, контроль целостности рельсов под первым вагоном может осуществляться аппаратурой, установленной на локомотиве, для передачи информации на локомотив о повреждении рельсовой нити не требуется использования радиосвязи.

На фиг. 1 представлена структурная схема соединения узлов устройства, демонстрирующего действие способа. На рельсах 1 и 2 находится подвижная единица 11 с колесными парами 3 и 4, лыжами 5 и 6, скользящими по головкам рельсов прокладками 7 и 8, приемными катушками 9 и 10. Генератор ГМ 12, размещенный на подвижной единице, соединен с лыжами 5 и 6 посредством низкоомных перемычек. Ток от лыж растекается по рельсам 1 и 2 через колесные пары 3 и 4 примерно поровну. Электрическая цепь между колесными парами 3 и 4 по металлическим частям подвижной единицы практического значения для нормальной работы способа не имеет. Наличие прокладок 7 и 8 между головками рельсов и приемных катушек 9 и 10 позволяет расположить катушки в непосредственной близости к рельсам. Это создает благоприятные условия для наведения ЭДС в катушках, а, следовательно, и высокую чувствительность к излому рельса. Аналоговый сигнал с катушек 9 и 10 через входы 1, 2, 3 и 4 блока БПН 13 поступает (фиг. 2) на фильтры ФП1 17 и ФП2 18, а затем через усилители У1 19 и У2 20, выпрямители В1 21 и В2 22 на аналого-цифровые преобразователи АЦП1 23 и АЦП2 24. С выходов преобразователей АЦП1 23 и АЦП2 24 цифровой сигнал через входы 1 и 2 поступает на ЭВМ, которая обрабатывает сигналы по алгоритму, заложенной в ЭВМ программы. Сигналы с катушек 9 и 10 отражают не только величину тока в катушках, но и русло протекание тока внутри рельса. При повреждении любого рельса (правого или левого) и наличии гальванического разрыва на концах изломанного рельса ток под приемными катушками 9 и 10 не протекает.Это легко определяется путем сравнения суммы ЭДС в катушках с заданным пороговым значением (≈ 0). При повреждении рельса без гальванического разрыва наведенная в катушке ЭДС может быть меньше или больше относительно ЭДС катушки над исправным рельсом. В этой ситуации сравнение ЭДС в катушках 9 и 10 позволяет выявить место повреждения рельса. Для фиксации повреждения могут быть использованы следующие зависимости: ЭДС1 или ЭДС2 меньше абсолютного порогового значения Uп0, |ЭДС1 - ЭДС2| или |ЭДС2 - ЭДС1| больше абсолютного порогового значения Uп1, ЭДС1/ЭДС2 или ЭДС2/ЭДС1 больше порогового значения Uп2, (|ЭДС1 - ЭДС2|)/(ЭДС1+ЭДС2) больше порогового значения Uп3 и т.д. [Полевой Ю.И. Методы и устройства контроля местонахождения объекта в системе управления подвижным составом: дис…докт. техн. наук / Ю.И. Полевой. - Самара: СамГУПС, 2013. - 454 с.].

Катушка 9 имеет Г-образный сердечник 25 (фиг. 3), который размещается по следу реборды колеса колесной пары 3. Расположение катушки 9 в непосредственной близости к рельсу 1 на расстоянии толщины прокладки 7 позволяет иметь высокую чувствительность представленного способа к поврежденному рельсу.

Универсальный способ контроля целостности рельсовых нитей мобильными устройствами, заключающийся в том, что сравниваются величины токов рельсов с нормативным значением и при недопустимом отклонении этих токов от нормативного значения фиксируется излом рельсовой нити, отличающийся тем, что

устанавливается мобильный генератор на подвижной единице, выход которого через низкоомные шины соединяется с лыжами, которые трутся о поверхности головок рельсов, лыжи находятся на середине отрезка между тележками подвижной единицы, электрическая цепь между лыжами замыкается по отрезкам рельсов и через колесные пары, обе цепи имеют примерно одинаковое сопротивление, и токи обоих ветвей примерно равны и составляют около пятидесяти процентов от тока генератора;

к лыжам крепятся прокладки, над которыми размещены приемные катушки, сердечники катушек имеют Г-образную форму и перемещаются по следу колеса колесной пары;

форма сердечника и его близость к рельсовой нити создают благоприятные условия для наведения ЭДС в катушках, при этом на величину наведенной ЭДС влияет не только величина тока в рельсовой нити, но и русло тока - центр перемещения потока электронов вдоль рельсовой нити, который при изломе рельса смещается от центра;

зависимость величины ЭДС от величины тока и русла его протекания позволяет определить излом рельса в условиях, когда сохраняется гальванический контакт между концами изломанного рельса;

ЭДС каждой катушки отфильтровывается от помех, усиливается, выпрямляется до гладкого сигнала, преобразуется в цифровой сигнал и вводится в ЭВМ, которая анализирует сигналы и фиксирует исправность или неисправность рельсовых нитей;

алгоритм ЭВМ составлен так, что позволяет оценить состояние рельсовых нитей по нескольким условиям: ток хотя бы одного из рельсов ниже заданного абсолютного порогового значения; модуль разницы токов рельсов выше заданного абсолютного порогового значения; отношение токов рельсов выше заданного порогового значения; отношение модуля разницы токов рельсов к сумме этих токов выше заданного порогового значения.