Способ контроля целостности рельсовых нитей с подвижного состава
Владельцы патента RU 2754374:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет транспорта" (ФГАОУ ВО РУТ (МИИТ), РУТ (МИИТ) (RU)
Изобретение относится к средствам контроля целостности рельсовых нитей. В способе концы рельсовой линии закорочены шунтами, контрольный участок рельсовой линии находится между колесными парами двух последних вагонов поезда; два последних вагона соединяют автосцепкой, которая имеет изолятор для исключения электрической цепи между корпусами вагонов; в качестве шунтов используют колесные пары двух последних вагонов; питание рельсовой цепи подают от генератора, установленного в контрольном блоке у автосцепки между двух последних вагонов, там же располагают: компаратор К, радиостанция Р, приемник ГЛОНАСС П, и источник питания ИП; генератор подключают к шунтам через перемычки для определения величины суммарного тока в рельсах; напряжение на шунте через выпрямитель приложено к входу компаратора, который сравнивает усредненное напряжение, измеренное в течение контрольного интервала с текущим напряжением; если текущее напряжение становится ниже усредненного, то это указывает на снижение суммарного тока в рельсах, что происходит при повреждении рельса; в этот момент отключают радиостанцию, которая циклически передает информацию о местонахождении приемника ГЛОНАСС на ближайшую станцию; место повреждения рельса соответствует координате, которая не была передана на станцию; при движущемся поезде в условиях вибрации при изломе рельса электрическая цепь кратковременно разрывается, что позволяет обнаружить повреждения рельсовой нити; на станции имеется информация об изолирующих стыках по пути следования поезда, что позволяет исключить ложную информацию о повреждении рельса. Достигается повышение достоверности контроля целостности рельсовых нитей. 5 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 текущего напряжения приемного конца рельсовой цепи и сравнении его с пороговыми значениями напряжений. При снижении величины текущего напряжения ниже порогового значения отпадания якоря путевого реле фиксируется неисправность рельсовой линии, при превышении величины текущего напряжения порогового значения притяжение якоря путевого реле фиксируется исправное состояние рельсовой линии. За пороговое напряжение берется усредненное значение нескольких текущих значений напряжений приемного конца [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.].
Недостатком способа является то, что при изломе рельсовой нити и отсутствии устойчивого гальванического разрыва в этом месте нельзя проконтролировать неисправность рельсовой линии.
Известен способ контроля целостности рельсовых нитей, заключающийся в контроле текущего тока питающего конца и сравнении его с пороговым значением. Контроль целостности рельсовых нитей, осуществляется посредством рельсовой линии, концы которой закорочены шунтами, а питание подается от генератора тональной частоты [Патент 2173278 (РФ). Способ контроля состояний путевого участка двухчастотной рельсовой цепи / Полевой Ю.И., Горелик А.В. - Опубл. 02.11. 2018. Бюл №31, МПК B61L 23/16].
Недостатком способа является то, что при изломе рельсовой нити и отсутствии устойчивого гальванического разрыва в этом месте нельзя проконтролировать неисправность рельсовой нити.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом, на достижение которого направлено техническое решение, является повышение достоверности контроля целостности рельсовых нитей. Результат достигается тем, что контроль целостности рельсовых нитей осуществляется при проходе поезда в условиях вибрации верхнего строения пути. Питание рельсовой цепи осуществляется с подвижного состава с участием элементов последних вагонов поезда.
Предложен способ контроля целостности рельсовых нитей с подвижного состава с использованием рельсовой линии, концы которой закорочены шунтами, питание подается от генератора тональной частоты.
Рельсовая линия (контрольный участок) расположена между колесными парами двух последних вагонов поезда;
два последних вагона соединены автосцепкой, которая имеет изолятор для исключения электрической цепи между корпусами вагонов, что позволяет исключить продольное шунтирование контрольного участка корпусами соединенных вагонов;
в качестве шунтов используются колесные пары двух последних вагонов;
питание рельсовой цепи подается от генератора, установленного в контрольном блоке у автосцепки между двух последних вагонов, там же расположены: компаратор К, радиостанция Р, приемник ГЛОНАСС П и источник питания ИП;
генератор подключен к шунтам через низкоомные шины, и шунт для определения величины суммарного тока в рельсах;
напряжение на шунте через выпрямитель приложено к входу компаратора, который сравнивает усредненное напряжение, измеренное в течение контрольного интервала (около 5 с) с текущим напряжением;
если текущее напряжение становится ниже усредненного, то это указывает на снижение суммарного тока в рельсах, что происходит при повреждении рельса;
в этот момент отключается радиостанция, которая циклически передает информацию о местонахождении приемника ГЛОНАСС на ближайшую станцию;
место повреждения рельса соответствует координате, которая не была передана на станцию;
в состоянии покоя, в большинстве случаев, излом рельса не приводит к нарушению электрической цепи, проходящей через поврежденный рельс, при движущемся поезде в условиях вибрации происходит периодическое кратковременное нарушение электрической цепи и, таким образом, существенно повышается вероятность обнаружения факта излома рельса;
на станции имеется информация об изолирующих стыках по пути следования поезда, что позволяет исключить ложную информацию о повреждении рельса.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлен вид сбоку (А) и вид сверху (Б) последних двух вагонов поезда и устройств между ними, на Фиг. 2 - электрическая схема приборного блока, на Фиг. 3 - схема соединения элементов компаратора, на Фиг. 4 - кривые изменения напряжения на первом О и втором С2 конденсаторах, а также импульса кратковременного отключения радиостанции при обнаружении повреждения рельс.
Осуществление изобретения
На Фиг. 1, 2, 3 и 4 приведены следующие обозначения:
1 - первый вагон;
2 - второй вагон;
3 - первый рельс;
4 - второй рельс;
5 - тележка первого вагона;
6 - тележка второго вагона;
7 - колесная пара первого вагона;
8 - колесная пара второго вагона;
9 - букса первого вагона;
10 - букса второго вагона;
11 - узел автосцепки первого вагона;
12 - узел автосцепки второго вагона;
13 - изолятор автосцепки;
14 - радиоантенна;
15 - антенна ГЛОНАСС;
16 - приборный блок;
17 - низкоомная шина предпоследнего вагона;
18 - низкоомная шина последнего вагона;
19 - колесная пара предпоследнего вагона;
20 - колесная пара последнего вагона;
21 - генератор Г;
22 - резистор R;
23 - выпрямитель В;
24 - компаратор К;
25 - радиостанция Р;
26 - источник питания ИП;
27 - приемник ГЛОНАСС П;
28 29, 30, 31, 32 и 33 - диоды D1, D2, D3, D4, D5 и D6;
34, 35, 36, 37 и 38 - резисторы R1, R2, R3, R4 и R5;
39 и 40 - конденсаторы С1 и С2;
41 - транзистор V.
Вероятность обнаружения повреждения рельсовой нити (излома) в условиях покоя (в отсутствии поезда) посредством проверки электрической цеп (контрольный режим) сравнительно невысока. Этому способствует сохранение электрической цепи в месте излома. Кроме того, в условиях критического сопротивления изоляции при критическом месте повреждения некоторые разновидности рельсовых цепей длиной 2,5 км не контролируют повреждение рельсовой нити даже при отсутствии электрической цепи.
При движущемся поезде в условиях вибрации при изломе рельса электрическая цепь может быть кратковременно нарушена, что способствует обнаружению повреждения рельсовой нити.
На Фиг. 1 показаны два последних вагона поезда 1 и 2, рельсы 3 и 4, тележка первого и второго вагонов 5 и 6, колесные пары первого и второго вагонов 7 и 8, буксы первого и второго вагонов 9 и 10, элементы автосцепки первого и второго вагонов 11 и 12, изолятор автосцепки 13, антенны радиостанции и приемника ГЛОНАСС 14 и 15, низкоомные перемычки к буксам первого и второго вагонов 17 и 18.
Автосцепка между вагонами (позиции 11 и 12) имеет дополнительный элемент - изолятор автосцепки 13, который исключает непосредственный электрический контакт между корпусами двух последних вагонов поезда, что исключает продольное шунтирование контрольного участка. Перемычки 17 и 18 соединяют выводы выхода генератора с буксами колесных пар смежных вагонов.
На Фиг. 2 представлена электрическая схема соединения элементов приборного блока 16 между собой и с шунтами, ограничивающими рельсовую линию (колесные пары 7 и 8). Один вывод генератора 21 соединен низкоомной перемычкой 17 с буксой предпоследнего вагона 19, другой вывод - через резистор R 22 с буксой последнего вагона 10. Ток от одного вывода генератора 21 по перемычке 17, по буксе 19, по колесной паре 7, по рельсам 3 и 4, по колесной паре 10, по перемычке 18, по резистору R 22 протекает ко второму выводу генератора. При повреждении одного из рельс ток генератора снижается, снижается и напряжение на резисторе R 22 и входе выпрямителя В 23 (входы 1 и 2), на выходах которого (выводы 3 и 4) также снижается напряжение. При этом на входе (выводы 1 и 2) компаратора К 24 снижается напряжение, что вызывает кратковременное снижение напряжения на его выходе (вывод 3). Из-за снижения напряжения на входе 1 радиостанция Р 25 прекращает циклическую (каждую сек) трансляцию радиосигналов с информацией о местонахождении приемника ГЛОНАСС П 27, которая определяется с участием этого приемника.
Информация пропущенного радиосигнала восстанавливается методом интерполяции, которая и является координатой места повреждения рельсовой нити. Информация о состоянии рельсовых нитей передается на ближайшие станции, на которых известны координаты изолирующих стыков. Это позволяет отличить информацию о повреждениях рельс от информации о проследовании поездом изолирующих стыков.
Питание элементов приборного блока осуществляется от источника питания ИП 26.
На Фиг. 3 представлена схема компаратора К 24. Обнаружение повреждения рельсовой нити осуществляется методом, который используется в относительных рельсовых цепях - сравнение напряжений измеренных в разные моменты времени.
На вход (выводы 1 и 2) компаратора К 24 непрерывно поступает сигнал (Фиг. 2), который зависит от суммарного тока в рельсах 3 и 4 от локомотивного генератора ЛГ 8. При поврежденной одной рельсовой нити ток в ней (практически) отсутствует, ток другой несколько возрастает.
Суммарный ток в рельсах становится значительно ниже того, который протекает при исправных рельсовых нитях.
В компараторе К 24 напряжение переменного тока выпрямляется мостом, состоящим из диодов D1 28, D2 29, D3 30 и D4 31. Напряжение с выхода моста через ограничивающее сопротивление R1 34 приложено к делителю напряжения, который содержит резисторы R2 35 и R4 37. Напряжение от полюсов резистора R4 37 прикладывается к конденсатору С1 39 через диод D6 33. Время заряда конденсатора С1 39 существенно зависит от величины сопротивления резистора R1 34 и емкости этого конденсатора. Время разряда конденсатора С1 39 значительно зависит от его емкости и сопротивления резистора R5 38 Параметры упомянутых элементов и величина напряжения на входе компаратора К 24 рассчитаны так, чтобы напряжение на конденсаторе С1 39 не могло снизиться более, чем на 5% в течении 5 с. Это напряжение приложено к базе транзистора V 41. Напряжение на эмиттере транзистора V 41 больше базового, что удерживает транзистор в открытом состоянии. С выхода выпрямительного моста через резистор R1 34, диод VD5 32 протекает ток заряда конденсатора С2 40. Напряжение заряда этого конденсатора больше, чем конденсатора С1 39. Величина емкости конденсатора С2 40 и сопротивление резистора R3 36 рассчитаны так, чтобы избежать пульсации напряжения в цепи эмиттера транзистора 41. Диоды D5 32 и D6 33 исключают цепь разряд конденсаторов С2 40 и С1 39 по обходным цепям. При проследовании поезда поврежденного рельса напряжение на эмиттере транзистора V 41 резко падает, а на базе транзистора, практически, остается неизменным, транзистор закрывается. С выхода 3 компаратора К 24 на вход 1 радиостанции Р 25 поступает сигнал (потенциал логического нуля ЛН) о повреждении рельсовой нити. Передача радиосигналов с радиостанции Р 25 кратковременно прерывается.
На Фиг. 4 показаны кривые напряжений (не в масштабе) на конденсаторах С1 и С2. При снижении напряжения на конденсаторе С2 и при равенстве напряжений на конденсаторах (первая точка пересечения кривых) закрывается транзистор V 41 (Фиг. 3), благодаря чему кратковременно прекращается работа радиостанции Р 25 (Фиг. 2). По этому интервалу определяется координата места повреждения рельса. Затем (при втором пересечении кривых) вновь открывается транзистор V 41 (Фиг. 3) и продолжается трансляция координат места нахождения приемника П27.
Способ контроля целостности рельсовых нитей с подвижного состава с использованием рельсовой линии, концы которой закорочены шунтами, питание подается от генератора тональной частоты, отличающийся тем, что контрольный участок рельсовой линии располагают между колесными парами двух последних вагонов поезда; два последних вагона соединяют автосцепкой, которая имеет изолятор для исключения электрической цепи между корпусами вагонов; в качестве шунтов используют колесные пары двух последних вагонов; питание рельсовой цепи подают от генератора, установленного в контрольном блоке у автосцепки между двух последних вагонов, там же располагают: компаратор К, радиостанцию Р, приемник ГЛОНАСС П и источник питания ИП; генератор подключают к шунтам через перемычки для определения величины суммарного тока в рельсах; напряжение на шунте через выпрямитель приложено к входу компаратора, который сравнивает усредненное напряжение, измеренное в течение контрольного интервала с текущим напряжением; если текущее напряжение становится ниже усредненного, то это указывает на снижение суммарного тока в рельсах, что происходит при повреждении рельса; в этот момент отключают радиостанцию, которая циклически передает информацию о местонахождении приемника ГЛОНАСС на ближайшую станцию; место повреждения рельса соответствует координате, которая не была передана на станцию; при движущемся поезде в условиях вибрации при изломе рельса электрическая цепь кратковременно нарушается, что способствует обнаружению повреждения рельсовой нити; на станции имеется информация об изолирующих стыках по пути следования поезда, что позволяет исключить ложную информацию о повреждении рельса.
