МОБИЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Российский патент 1998 года по МПК B61K9/08 B60M1/12 

Изобретение относится к бесконтактным устройствам диагностического состояния контактной сети железнодорожного транспорта, а именно качества фарфоровых изоляторов и электрических соединений, относительно смещения элементов контактной сети, износа контактного провода и может быть использовано в передвижных электроизмерительных вагонах-лабораториях.

Известны мобильные контрольно-измерительные комплексы для диагностики контактной сети железнодорожного транспорта, содержащие электроизмерительный вагон со смотровой вышкой, локационные инфракрасные датчики, телевизионные и тепловизорную камеры, два монитора, магнитофон и ЭВМ с программным обеспечением.

Эти комплексы позволяют контролировать дефекты соединений подвески контактной сети, относительно положения ее элементов.

Однако точность контроля смещения контактного провода в направлении поперечного сечения вагона-лаборатории низкая из-за удаленности от зоны контроля средства контроля, находящегося внутри смотровой вышки.

Кроме того, эти устройства не позволяют обеспечить контроль износа контактного провода.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому представляется мобильный контрольно-вычислительный комплекс для диагностики контактной сети железнодорожного транспорта, содержащий электроизмерительный вагон с пантографом и смотровой вышкой, два локационных инфракрасных датчика и две телевизионные камеры, установленные на противоположных торцах крыши вагона и оснащенные турелями и средствами защиты от внешних воздействий, тепловизорную камеру, установленную внутри смотровой вышки, два переключателя, анализирующий блок, видеомагнитофон, два видеоконтрольных аппарата и электронную вычислительную машину, предназначенную для формирования команд управления узлами устройства, обработки и хранения поступающей на нее информации и связанную входной шиной с выходом анализирующего блока (P U, патент N 2066645, B 61 K 9/08, 1996 г.).

Точность контроля относительных смещений элементов контактной сети удовлетворительная за счет того, что измерительные датчики имеют возможность поворота вокруг своей оси по азимуту, находятся в непосредственной близости к объектам контроля и защищены от воздействия внешней среды. Однако контроль износа контактного провода также отсутствует.

Техническим результатом изобретения является обеспечение безопасности движения электропоездов за счет получения дополнительной информации об износе контактного провода, а также повышения точности измерения его смещения вдоль токосъемной лыжи пантографа.

Технический результат достигается тем, что в мобильный комплекс для диагностики контактной сети железнодорожного транспорта, содержащий электроизмерительный вагон с пантографом и смотровой вышкой, два локационных инфракрасных датчика и две телевизионные камеры, установленные на противоположных торцах крыши вагона, тепловизорную камеру, установленную внутри смотровой вышки, два переключателя, анализирующий блок, входами соединенный через первый переключатель с выходами локационных датчиков и через второй переключатель с входами телевизионных камер, видеомагнитофон, два видеоконтрольных аппарата и электронную вычислительную машину (ЭВМ), предназначенную для формирования команд управления узлами устройства, обработки и хранения поступающей на нее информации и связанную входной шиной с выходом анализирующего блока, первый видеоконтрольный аппарат соединен входом с выходом тепловизорной камеры, второй видеоконтрольный аппарат - с выходом видеомагнитофона, средняя точка связи которых соединена с выходом второго переключателя, введены матричный вихретоковый преобразователь, второй анализирующий блок и третий видеоконтрольный аппарат, соединенный последовательно, при этом матричный вихретоковый преобразователь прикреплен своей боковой поверхностью к боковой поверхности токосъемной лыжи пантографа и состоит из накладных равнобедренно-треугольной и вытянутопрямоугольной катушек индуктивности, ориентированных параллельно токосхемной лыже пантографа соответственно большими сторонами и высотой, причем их величина выбрана не меньшей предельно-допустимого смещения контактного провода вдоль токосъемной лыжи, а выход второго анализирующего блока подключен к входной шине ЭВМ.

Кроме того, мобильный комплекс для диагностики контактной сети железнодорожного транспорта отличается тем, что на поверхность матричного вихретокового преобразователя нанесено покрытие из электроизоляционного материала толщиной, предотвращающей электрический пробой напряжением контактной сети.

На фиг. 1 приведен общий вид вагона; на фиг. 2 - структурная схема комплекса; на фиг. 3 - узел крепления матричного преобразователя к токосъемной лыже; на фиг. 4 - структурная схема матричного преобразователя и второго анализирующего блока.

Мобильный контрольно-вычислительный комплекс (КВК) содержит электроизмерительный вагон 1 с пантографом 2 и смотровой вышкой 3 (фиг. 1), два локационных инфракрасных (ИК) датчика 6 и 7, две телевизионные (ТВ) камеры 8 и 9, тепловизорную (ТПВ) камеру 10, два переключателя 11 и 12, первый и второй анализирующие блоки 13 и 19, видеомагнитофон 14, три видеоконтрольных аппарата (ВКА) 15, 16 и 10, ЭВМ 17 с программным обеспечением и матричный вихретоковый преобразователь (ВТП) 18 (фиг. 2). На поверхность ВТП 18 нанесено электроизоляционное покрытие (не показано), например, из керамики (Al₂O₃) толщиной не менее 20 мм, выдерживающей напряжение пробоя до 30 кВ. Покрытие возможно нанести, например, методом газопламенного или плазменного напыления.

ИК датчики 6 и 7 и ТВ камеры 8 и 9 соединены через переключатели 11 и 12 с входами первого анализирующего блока 13, ТПВ камера 10 связана с входом ВКА 15, входы видеомагнитофона 14 и ВКА 16 соединены с выходом второго переключателя 12, а входная шина ЭВМ 17 соединена с выходами анализирующих блоков 13 и 19. ИК датчики 6 и 7 и ТВ камеры 8 и 9 размещены на крыше вагона 1. Один из ИК датчиков и одна из ТВ камер расположены на одном конце крыши, а другие ИК датчики и ТВ камера - на противоположном конце крыши вагона. Рабочими направлениями ИК датчиков 6 и 7 являются противоположные стороны от продольной оси вагона, а ТВ камер 8 и 9 - либо встречное, либо противоположное вдоль продольной оси вагона 17 ТПВ, камера 10 размещена внутри смотровой вышки 3, а ВТП 18 прикреплен своей боковой поверхностью к боковой поверхности токосъемной лыжи 4, т.е. под контактным проводом 5 симметрично его проектному положению (фиг. 3).

ИК датчики 6 и 7 предназначены для регистрации и счета опор подвески контактной сети, ТВ камеры 8 и 9 - для видеоконтроля относительных смещений элементов контактной сети, ТПВ камера 10 - для теплоконтроля качества фарфоровых изоляторов и электрических соединений, а ВТП 18 - для контроля износа контактного провода 5 и его смещения вдоль токосъемной лыжи 4. ИК датчики 6 и 7, ТВ камеры 8 и 9 и ТПВ камеры 10 закреплены на турелях (не показано), обладающих возможностью вращения вокруг своей оси на 360^o, поворота в плоскости, перпендикулярной горизонту, на угол 45^o. ИК датчики 6 и 7 и ТВ камеры 8 и 9 оснащены шторками с прикрепленным к их внутренним поверхностям очистительными подкладками (не показано) и электропроводами (не показано), осуществляющими перемещение шторок с подкладками. Шторки обеспечивают защиту оптических поверхностей датчиков и камер от воздействия на них взвесей окружающей среды, а очистительные подкладки - автоматическую протирку оптики при перемешивании шторок. Подкладки могут быть выполнены из байкового материала. Кроме того, ТВ камеры 8 и 9 снабжены термобоксами (не показано) для поддержания температуры камер постоянной. Действие турелей, электроприводов и термобоксов управляется командами от ЭВМ 17 с учетом приданного программного обеспечения. Повороты турелей осуществляются через устройства наведения (не показано). Включение ИК датчиков 6 , 7, ТВ камер 8, 9 и матричного ВТП 18 обеспечивается программно от ЭВМ 17.

Для ТПВ камеры 10 устройства термостабилизации и защиты не требуются, так как она расположена внутри смотровой вышки, а ее включение и работа осуществляются автономно. Неисправные изоляторы (сколы, трещины и др.) и плохой контакт электрических соединений характеризуются рассеиванием на них значительной электрической мощности, что приводит к нагреванию контактируемых элементов. На экране ВКА 15 они наблюдаются в виде светлых изображений или пятен, что является браковочным признаком.

Матричный ВТП 18 содержит катушки 21 и 22 индуктивности, одна из них вытянутопрямоугольной формы, другая - равнобедренно-треугольной (фиг. 3, сплошные и пунктирные линии соответственно) и имеет длину, равную значению L_п предельно-допустимого перемещения контактного провода 5 вдоль токосъемной лыжи 4. Матричный ВТП 18 соединен входами через коммутатор 24 с выходом генератора 23 анализирующего блока 19, а выходами - с входом блока 25 анализирующего блока 19 (фиг. 4), выход которого соединен с входами ЭВМ 17 и ВКА 20.

ЭВМ 17 предназначена для обработки и хранения информации, получаемой с ИК датчиков 6 и 7, ТВ камер 8 и 9 и ВТП 18 на ходу поезда. Программное обеспечение содержит данные о всех контролируемых элементах сети.

Техническим результатом изобретения является обеспечение безопасности движения электропоездов за счет расширения функциональных возможностей КВК.

Работа мобильного КВК. Комплекс включают в сеть 220 В и в течение 15 мин прогревают и настраивают датчики и блоки в номинальный режим работы. В зависимости от стороны нахождения опоры контактной сети при движении вагона 1 срабатывает ИК датчик 6 или 7, а в зависимости от направления движения вагона 1 включается ТВ камера 8 или 9. По информации с ТВ камер 8 или 9 ЭВМ 17 вычисляет взаимное расположение элементов контактной сети и одновременно с этим записывает информацию на видеомагнитофон 14, а также регистрирует и запоминает данные с ВТП 18. Информацию с ТВ камер 8 и 9 и с ВТП 18 можно наблюдать на ВКА 16 и 20. Если опоры подвески контактной сети находятся с другой стороны движущегося вагона 1, то работает другой ИК датчик, а если меняется и направление движения вагона 1, то включается программно от ЭВМ 17 и другая ТВ камера. Качество фарфоровых изоляторов и электрических соединений наблюдается на экране ВКА 15.

На катушки 21 и 22 ВТП 18 подается высокочастотное напряжение с генератора 23 через коммутатор 24, который поочередно с частотой коммутации подключает эти катушки к генератору 23. При протекании через катушки 21 и 22 токов высокой частоты, вокруг каждой из них создается электромагнитное поле, которое наводят в электропроводящем материале контактного провода 5 вихревые токи, вызывающие в катушках 21 и 22 вторичную электродвижущую силу, которая зависит от степени износа поверхности скольжения провода 5 и от его смещения вдоль токосъемной лыжи 4. От взаимодействия катушек 21 и 22 ВТП 18 с контактным проводом 5 напряжение U₁ на катушке 21 зависит только от износа d_n поверхности скольжения провода 5 и не зависит от смещения l_n провода 5 вдоль лыжи 4 за счет симметрии вытянутопрямоугольной катушки 21 вдоль лыжи 4. Напряжение U₂ на катушке 22 изменяется как от смещения l_n провода 5 вдоль лыжи 4 за счет переменной площади перекрытия треугольной катушки 22 от вершины до основания смещающимся проводом 5, так и от измерения износа d_n. Однако влияние износа d_n на U₂ можно рассматривать как систематическую погрешность, которую легко скомпенсировать, например, опорным напряжением, формируемым в блоке 25 обработки второго анализирующего блока 19 в виде коэффициентов пропорциональности. С учетом сказанного, напряжение U₁ и U₂ на катушках можно выразить:

где
U_oi - начальные напряжения при d_n = o и l_n = 0, т.е. когда провод 5 находится в нейтральном положении по средним сечением катушки 22 22 ВИП 18, i = 1,2,
- чувствительность к изменению параметра d_n,
- чувствительность к изменению параметра l_n,
Скомпенсировав начальные напряжения U₀₁ и U₀₂ и выразив коэффициенты чувствительности через коэффциенты пропорциональности k_j определим износ d_n однозначно из (1), а затем, подставив (1) в (2), получим величину l_n:
d_n = U₁ • K₁;

где k_j - коэффициенты, полученные в результате совместного решения уравнений (3) и (4), при этом их численные значения обеспечиваются в блоке 25, j = 1, 2, 3.

По значению (3) судят о величине износа провода 5, а по значению (4) судят о величине смещения l_n провода 5 и о том, в какую сторону он сместился от проектного нейтрального положения по знаку смещения l_n. Если провод сместился вдоль лыжи 4 за допустимые пределы l_n, то подается звуковой сигнал, свидетельствующий о неисправности сети.

Комплекс предназначен для диагностики контактной сети и содержит электроизмерительный вагон с пантографом и смотровой вышкой, комплект оптоэлектронных датчиков, анализирующие блоки и три видеоконтрольных устройства, электронную вычислительную машину и матричный преобразователь, выполненный в виде двух накладных катушек индуктивности, вытянутопрямоугольной и равнобедренно-треугольной намоток соответственно и закрепленный к боковой поверхности токосъемной лыжи пантографа, а на его поверхность нанесено электроизоляционное покрытие толщиной, предотвращающей электрический пробой контактной сети. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Мобильный контрольно-вычислительный комплекс для диагностики контактной сети железнодорожного транспорта, содержащий электроизмерительный вагон с пантографом и смотровой вышкой, два локационных инфракрасных датчика и две телевизионные камеры, установленные на противоположных концах крыши вагона, тепловизорную камеру, установленную внутри смотровой вышки, два переключателя, анализирующий блок, входами соединенный через первый переключатель с выходами инфракрасных датчиков и через второй переключатель с выходами телевизионных камер, видеомагнитофон, два видеоконтрольных аппарата и электронную вычислительную машину, предназначенную для формирования команд управления узлами устройства, обработки и хранения поступающей на нее информации и связанную входной шиной с выходом анализирующего блока, выход тепловизорной камеры соединен с входом первого видеоконтрольного аппарата, а входы видеомагнитофона и второго видеоконтрольного аппарата связаны с выходом второго переключателя, отличающийся тем, что в него введены матричный вихретоковый преобразователь, второй анализирующий блок и третий видеоконтрольный аппарат, соединенные последовательно, при этом матричный вихретоковый преобразователь прикреплен своей боковой поверхностью к боковой поверхности токосъемной лыжи пантографа и состоит из накладных равнобедреннотреугольной и вытянутопрямоугольной катушек индуктивности, ориентированных параллельно токосъемной лыже пантографа соответственно большими сторонами и высотой, причем их величина выбрана не меньше предельно допустимого смещения контактного провода вдоль токосъемной лыжи, а выход второго анализирующего блока подключен к входной шине электронной вычислительной машины. 2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что на поверхность матричного вихретокового преобразователя нанесено покрытие из электроизоляционного материала, толщина которого выбрана с возможностью исключения его электрического пробоя при воздействии напряжения контактной сети.