УСТРОЙСТВО ФИКСАЦИИ ПРОХОЖДЕНИЯ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ И ПУТЕВОЙ ДАТЧИК ФИКСАЦИИ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ Российский патент 2000 года по МПК B61L1/16 

Изобретения относятся к организации и управлению движением на железных дорогах, в частности к путевым устройствам, взаимодействующим с поездом, и могут быть использованы для фиксации прохождения колесной пары.

Патентный поиск аналогов и прототипа устройства фиксации прохождения колесной пары показал следующее.

Известно устройство для фиксации колес движущегося поезда, включающее путевой датчик фиксации прохождения колесной пары, расположенный вблизи рельса в зоне движения реборды колеса и расположенные дистанционно источник питания и устройства приема и обработки информации с путевого датчика, соединенные с последним двухпроводной линией источника питания (патент, DE, N 3218541 C1, 03.11.83, B 61 L 1/16).

Наиболее близким к предлагаемому является датчик счета колес, включающий путевой датчик фиксации прохождения колесной пары и стабилизатор напряжения, расположенные вблизи рельса в зоне движения реборды колеса, подключенные через согласующий элемент посредством двухпроводной соединительной линии источника питания к дистанционно подсоединенным источнику питания и устройствам обработки и приема информации от датчика (патент, РФ, N 2089424, 10.09.97, B 61 L 1/16).

Недостаток известных устройств фиксации прохождения колесной пары состоит в низкой помехозащищенности, поскольку сигнал с путевого датчика фиксации колесной пары передается по двухпроводной линии источника питания. Поскольку отключение источника питания во время передачи информации с путевого датчика не предусмотрено, это приводит к тому, что на устройства приема и обработки информации приходит сигнал, на который накладывается, помимо специфичных, помехи по сети электропитания. В результате, как на передающей, так и на приемной стороне требуются дополнительные устройства для отделения полезного сигнала от помех (фильтры, согласующий элемент), что приводит к усложнению устройства и снижает его надежность и достоверность выходной информации.

Кроме того, каждый раз при размещении по месту известные устройства фиксации прохождения колесной пары требуют предварительной настройки с целью уменьшения влияния помех на работу устройства, что лишает эти устройства универсальности.

Таким образом, известные устройства фиксации прохождения колесной пары при осуществлении не обеспечивают достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности устройства, в повышении достоверности выходной информации и в обеспечении универсальности устройства.

Патентный поиск аналогов и прототипов заявляемого путевого датчика фиксации колесной пары, используемого в устройстве фиксации прохождения колесной пары, показал следующее.

Известен датчик счета колес (патент РФ, N 2089424, 10.09.97, B 61 L 1/16), включающий путевой датчик фиксации колесной пары, который содержит две катушки индуктивности, два формирователя частотного сигнала по величине индуктивности, сумматор частотных сигналов и полосовой фильтр нижних частот (ФНЧ). Выходным сигналом путевого датчика является набор разностных частот на выходе ФНЧ, которые формируются при прохождении колеса над индуктивностью. Нижнее и верхнее значение разностных частот ограничено полосой пропускания фильтра. При этом каждое разностное значение частоты соответствует вполне определенной скорости движения состава. Выходной сигнал с путевого датчика поступает по линии связи во внешнее устройство, т.е. выходной сигнал с путевого датчика требует дополнительной обработки для выбора полезной информации.

Недостаток известного путевого датчика фиксации колесной пары прежде всего заключается в зависимости достоверности выходного сигнала от скорости движения состава, поскольку минимальная скорость движения состава, при которой датчик работоспособен, ограничена полосой пропускания ФНЧ. Чем шире полоса пропускания фильтра, тем больше помех проходит на его выход, что особенно характерно для низких частот. Как показали расчеты, известный путевой датчик работоспособен при минимальной скорости движения состава 40 км/ч. Кроме того, сам факт использования сигнала низкой частоты в качестве выходной информации снижает достоверность последней из-за низкой помехозащищенности низкочастотного сигнала. Это усугубляется тем, что выбор полезной информации из выходного сигнала путевого датчика осуществляется дистанционно внешним устройством. Низкая помехозащищенность снижает надежность устройства. Кроме того, при остановке колеса в зоне действия датчика и далее после схода колеса при начале движения состава датчик зафиксирует колесную пару дважды, что снижает достоверность выходного сигнала и надежность работы, поскольку может привести к сбою.

Таким образом известный путевой датчик фиксации прохождения колесной пары при осуществлении на обеспечивает достоверности технического результата, заключающегося в повышении достоверности выходного сигнала, в снижении зависимости достоверности выходного сигнала от скорости движения состава, в повышении надежности путевого датчика.

Наиболее близким к предлагаемому является путевой датчик фиксации колесной пары, входящий в состав устройства для счета вагонов (а.с. СССР, N 1039777, B 61 L 1/16, 07.09.83). Датчик фиксации колесной пары содержит датчик движения колеса с формирователем последовательности прямоугольных импульсов на выходе, генератор высокочастотных импульсов, счетчик импульсов, запоминающее устройство в виде блока буферных регистров, с выхода которого снимают информацию о количестве зафиксированных осей.

Известный путевой датчик фиксирует прохождение колесной пары путем измерения межосевого расстояния. В основе лежит измерение временного интервала между двумя соседними импульсами на выходе формирователя импульсов. Этот интервал времени прямо пропорционален конструктивному расстоянию между осями соседних колесных пар и обратно пропорционален скорости движения состава.

Недостаток известного путевого датчика заключается в следующем. Фиксация прохождения колесной пары по межосевому расстоянию привязывает устройство к конструктивному исполнению вагона, что лишает путевой датчик универсальности. Кроме того, использование в качестве контролируемого временного интервала, пропорционального межосевому расстоянию, снижает помехозащищенность устройства из-за низкой частоты контролируемого сигнала, что усугубляется на малых скоростях поезда (трогание с места, торможение), поскольку в этом случае временной интервал еще боле растягивается. При этом, в случае остановки колеса в зоне действия датчика, при сходе колеса устройство вторично зафиксирует ось, что также снижает достоверность известного путевого датчика. По этим же причинам снижается и надежность работы путевого датчика.

Таким образом, известный путевой датчик фиксации колесной пары при осуществлении не обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении достоверности выходного сигнала, в снижении зависимости достоверности выходного сигнала от скорости движения состава, в повышении надежности работы и в обеспечении универсальности.

Предлагаемое изобретение, устройство фиксации прохождения колесной пары, решает задачу создания соответствующего устройства, осуществление которого обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности устройства, в повышении достоверности выходной информации, в обеспечении универсальности.

Сущность изобретения состоит в том, что в устройстве фиксации прохождения колесной пары, включающем путевой датчик фиксации прохождения колесной пары, размещенный вблизи рельса в зоне движения реборды колеса, и размещенный дистанционно источник питания, а также стабилизатор напряжения, стабилизатор напряжения размещен вблизи датчика, при этом дополнительно введены размещенные вблизи датчика управляемый ключ и накопитель энергии и размещенный дистанционно индикатор сигнала прохождения колесной пары, при этом выход путевого датчика подключен к управляемому входу ключа, выход которого и первый выход источника питания подключены соответственно ко второму и первому входам накопителя энергии, выходы которого подключены ко входам стабилизатора напряжения, второй выход источника питания подключен к входу управляемого ключа через индикатор сигнала прохождения колесной пары, второй выход которого является выходом устройства. Кроме того, индикатор сигнала прохождения колесной пары содержит пороговое устройство и токочувствительный элемент, который подключен параллельно входу порогового устройства, выход которого является вторым выходом индикатора, входом и первым выходом которого являются соответственно вход и выход токочувствительного элемента.

Технический результат достигается следующим образом. Благодаря тому, что путевой датчик фиксации прохождения колесной пары расположен вблизи рельса в зоне движения реборды колеса, обеспечивается возможность фиксации прохождения колеса. В результате, на выходе путевого датчика формируется констатирующий сигнал. Введение управляемого ключа и подключение его управляющим входом к выходу путевого датчика обеспечивает возможность управления работой ключа выходным сигналом с путевого датчика, а именно: появление на выходе путевого датчика сигнала приводит к размыканию ключа. Благодаря тому, что индикатор сигнала прохождения колесной пары включен в цепь питания последовательно с управляемым ключом, размыкание последнего обеспечивает разрыв цепи питания путевого датчика на время, равное длительности выходного сигнала с датчика. Индикатор сигнала прохождения колесной пары формирует на выходе устройства фиксации выходной сигнал.

Введение в цепь питания накопителя энергии, подключенного параллельно входу стабилизатора напряжения, позволяет обеспечить электропитанием путевой датчик на время размыкания цепи ключом. При этом стабилизатор напряжения исключает динамические изменения цепи электропитания. Благодаря тому, что в индикатор сигнала прохождения колесной пары введен токочувствительный элемент с подключенным к нему параллельно пороговым устройством, обеспечивается возможность фиксации резкого падения тока в цепи при появлении выходного сигнала путевого датчика и формирования выходного сигнала устройства.

Благодаря заявленным связям между узлами устройства, а также благодаря расположению вблизи датчика управляемого ключа, накопителя энергии и стабилизатора напряжения, а источника питания и индикатора прохождения колесной пары - дистанционно по отношению к датчику обеспечивается возможность передачи информации о прохождении колесной пары по линии электропитания. При этом, поскольку в предлагаемом устройстве фиксации прохождения колесной пары передача информации из путевого датчика о прохождении колесной пары осуществляется при разомкнутой цепи питания, это снижает количество каналов доступа сигналов помех в путевой датчик, в частности, по цепи электропитания устройства, поскольку в этом случае полностью разрывается связь путевого датчика с дистанционными устройствами. В результате повышается как надежность работы устройства, так и достоверность выходного сигнала.

При этом, предлагаемое устройство при размещении его на месте эксплуатации не требует установки дополнительных фильтров помех и настройки, так как фильтрация помех осуществляется фильтром источника питания как по цепи питания, так и по цепи передачи информации, что придает устройству универсальность.

Таким образом, предлагаемое устройство фиксации прохождения колесной пары при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности, достоверности выходного сигнала и обеспечении универсальности устройства.

Предлагаемое изобретение, путевой датчик фиксации колесной пары, используемое в устройстве фиксации прохождения колесной пары, решает задачу создания соответствующего путевого датчика, осуществление которого обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении достоверности выходного сигнала, в снижении зависимости достоверности выходного сигнала от скорости движения состава, в повышении надежности, в обеспечении универсальности.

Сущность изобретения заключается в том, что в путевой датчик фиксации колесной пары, включающий датчик фиксации движения колеса, выполненный с возможностью формирования на выходе частотно-зависимого сигнала при прохождении колеса, выход высокочастотного генератора импульсов, высокочастотный генератор импульсов, первый счетчик, первый и второй регистры, дополнительно введены схема сравнения, формирователь сигнала прохождения колесной пары, устройство контроля остановки колеса и схема управления, при этом выход датчика движения колеса, выход высокочастотного генератора импульсов и выход устройства контроля остановки колеса соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами схемы управления, первый и второй выходы которой соединены соответственно со счетным входом и входом установки в ноль первого счетчика, выход которого соединен с информационным входом первого регистра и первым входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом второго регистра, вход которого соединен с выходом первого регистра, третий вход схемы сравнения является входом опроса, а первый и второй выходы схемы сравнения соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя сигнала прохождения колесной пары, первый выход которого является выходом путевого датчика, а второй выход соединен со входом устройства контроля остановки колеса, при этом третий и четвертый выходы схемы управления соединены соответственно со входами записи в регистры, а пятый выход соединен со входом сигнала опроса схемы сравнения, при этом схема управления содержит делитель частоты, формирователь пачки импульсов, формирователь сигналов управления, четвертый элемент И, элемент ИЛИ, при этом вход делителя частоты является первым входом схемы управления, первая группа выходов делителя соединена с группой входов формирователя пачки импульсов, вторая группа выходов соединена с группой входов формирователя сигналов управления, первый выход соединен с первым входом формирователя сигналов управления, а второй выход делителя соединен с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого и второй вход формирователя сигналов управления являются соответственно вторым и третьим входами схемы управления, а выход четвертого элемента И соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого является первым выходом схемы управления, при этом первый выход формирователя сигналов управления соединен с управляющим входом формирователя пачки импульсов, а выходы формирователя сигналов управления со второго по пятый являются выходами соответственно со второго по пятый схемы управления, кроме того, выход формирователя пачки импульсов соединен со вторым входом элемента ИЛИ. Кроме того, схема сравнения содержит компаратор и первый и второй элементы И, при этом первый и второй входы компаратора являются соответственно первым и вторым входами схемы сравнения, первый и второй выходы компаратора соединены с первыми входами элементов И, вторые входы которых соединены со входом опроса схемы сравнения, а выходы элементов И являются соответственно первым и вторым выходами схемы сравнения. При этом, формирователь сигнала прохождения колесной пары содержит первый и второй одновибраторы и триггер, при этом входы одновибраторов соответственно являются первым и вторым входами формирователя, выход второго одновибратора является первым выходом формирователя, а выход первого одновибратора - вторым выходом формирователя, кроме того, выход первого одновибратора соединен со входом установки триггера, выход которого соединен с входом установки второго одновибратора, выход которого, кроме того, соединен с входом установки в исходное состояние триггера. Устройство контроля остановки колеса содержит таймер и третий элемент И, при этом вход таймера является входом устройства контроля и соединен, кроме того, с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом таймера, а выход элемента И является выходом устройства контроля. Формирователь пачки импульсов содержит первый дешифратор, схему пять И и пятый элемент И, соединенные последовательно, при этом входы дешифратора являются группой входов формирователя, второй вход пятого элемента И - управляющим входом, а его выход - выходом формирователя пачки импульсов. Формирователь сигналов управления содержит второй и третий дешифраторы, второй счетчик, первую и вторую схемы четыре И и шестой и седьмой элементы И, выходы которых являются третьим и четвертым выходами формирователя, при этом входы второго дешифратора являются группой входов формирователя сигналов управления, первый выход второго дешифратора - первым выходом формирователя, второй выход - пятым выходом, а третий выход - вторым выходом формирователя, четвертый выход дешифратора соединен с первыми входами шестого и седьмого элементов И, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих схем четыре И, входы которых соединены с соответствующими группами выходов третьего дешифратора, входы которого соединены с выходами второго счетчика, вход установки в ноль которого является вторым входом формирователя сигналов управления, а счетный вход является первым входом формирователя сигналов управления.

Технический результат достигается следующим образом. Выполнение датчика фиксации движения колеса с возможностью формирования на выходе частотно-зависимого сигнала обеспечивает возможность слежения за движением колеса по изменению частоты выходного сигнала с датчика. Благодаря тому, что выход датчика фиксации движения колеса соединен с первым входом схемы управления, второй вход которой соединен с выходом высокочастотного генератора, а первый выход - со счетным входом первого счетчика, обеспечивается возможность слежения за изменением частоты контролируемого сигнала - сигнала с выхода датчика фиксации - путем измерения и контроля его длительности. При этом, использование генератора высокочастотных импульсов обеспечивает минимальный дискрет заполнения измеряемого временного интервала, что повышает достоверность выходного сигнала.

Схема управления организует работу путевого датчика фиксации колесной пары. При этом, благодаря делителю частоты на входе схемы управления, сигналы для управления, а также контролируемый сигнал схема формирует из выходного сигнала датчика фиксации движения колеса. Использование делителя частоты позволяет разнести рабочие частоты управляющих и контролируемого сигналов: частота следования управляющих сигналов значительно выше частоты контролируемого сигнала.

Кроме того, поскольку выходной сигнал датчика фиксации движения колеса является исходным для сигналов, организующих работу устройства, это обеспечивает возможность автоматического изменения их рабочих частот в динамике в соответствии с изменением частоты выходного сигнала с датчика. В результате повышается надежность работы датчика, а также повышается достоверность выходного сигнала.

При этом, благодаря тому, что контролируемый сигнал переведен на более низкие частоты - упрощается контроль за изменением его частоты, так как обеспечивается возможность повышения точности измерения его длительности путем возможности увеличения количества импульсов заполнения высокочастотного генератора.

Формирование управляемых сигналов в более высокочастотном диапазоне, по сравнению с контролируемым сигналом, позволяет организовать управление работой устройства в течение второго полупериода следования контролируемого сигнала, т.е. после окончания измерения его длительности, а также путем выбора соотношений между их частотами формировать управляющие сигналы в реальном масштабе времени в определенной последовательности.

Последнее достигается благодаря использованию в формирователе сигналов управления дешифраторов. Благодаря связи со второй группой выходов делителя второй дешифратор формирует на своих выходах управляющие сигналы в соответствующей последовательности: разрешение переписи в регистры, разрешение ввода в первый счетчик пачки импульсов, сигнал опроса схемы сравнения, сигнал установки в ноль первого счетчика.

Третий дешифратор, благодаря связи входов с выходами второго счетчика, счетный вход которого является вторым входом формирователя и соединен с первым выходом делителя частоты, формирует на своих выходах код управляющих сигналов, из которых далее элементы четыре И и шестой и седьмой элементы И формируют поочередно сигналы разрешения записи в первый и второй регистры.

Благодаря связи второго выхода делителя частоты, на котором формируется контролируемый сигнал, с первым входом элемента И, второй вход которого является вторым входом схемы управления и соединен с выходом высокочастотного генератора, а выход через элемент ИЛИ соединен со счетным входом первого счетчика, последний считает количество импульсов, уложившихся в первый полупериод контролируемого сигнала, т. е. измеряет его длительность. Хранение информации о результатах измерений обеспечивают первый, а затем второй регистры.

Формирователь пачки импульсов, группа входов которого соединена с первой группой выходов делителя частоты, формирует фиксированное число N импульсов. Связь управляющего входа формирователя с первым выходом формирователя сигналов управления, а выхода формирователя - со вторым входом элемента ИЛИ обеспечивает разрешение записи в счетчик пачки из N импульсов после окончания измерений длительности контролируемого сигнала. В результате, каждый раз после измерения длительности очередного импульса в начале второго полупериода следования импульсов контролируемого сигнала к содержимому счетчика добавляются N импульсов. Текущее значение выходной информации счетчика (соответствующее измеренному значению длительности очередного импульса плюс N импульсов) устанавливается на первом входе схемы сравнения, благодаря введению соответствующей связи. Поскольку первый и второй регистры обеспечивают прием и хранение информации о предыдущем состоянии счетчика и установку ее на втором входе схемы сравнения, обеспечивается возможность сравнения предыдущего значения частоты выходного сигнала с датчика с последующим значением. Это позволяет посредством схемы сравнения зафиксировать увеличение или уменьшение частоты следования импульсов с выхода датчика фиксации: повышение частоты соответствует приближению колеса, а понижение частоты - сходу колеса. Благодаря связи входа сигнала опроса с соответствующим выходом схемы управления, схема сравнения обеспечивает формирование на своих первом и втором выходах результатов сравнения: сигналов "больше" или "меньше", по сигналу опроса, формируемому каждый раз после установки информации на ее входах. При этом, результат сравнения предыдущего содержимого счетчика с текущим не может быть больше N. Иначе говоря, абсолютное значение изменения частоты следования импульсов контролируемого сигнала за период, то есть порог срабатывания путевого датчика, фиксировано и ограничено количеством импульсов в пачке, добавленной к содержимому счетчика из формирователя пачки импульсов, т. е. число N определяет заданный допустимый процент изменения измеряемой частоты. При этом, поскольку порог срабатывания задан фиксированным числом импульсов, которое постоянно и не зависит от дестабилизирующих факторов, обеспечивается автоматическая адаптация путевого датчика к последним. В частности, уход частот генераторов высокочастотного и генератора в датчике фиксации движения колеса не имеет отрицательных последствий. В результате повышается надежность работы и достоверность выходного сигнала.

Возможность задания фиксированного порога срабатывания путевого датчика позволяет повысить чувствительность датчика и снизить зависимость достоверности выходного сигнала от скорости движения состава, в частности при трогании с места или торможении, что повышает надежность работы путевого датчика и достоверность выходного сигнала.

Введение связей выходов схемы сравнения со входами формирователя сигнала прохождения колесной пары обеспечивает возможность формирования на выходе устройства соответствующего сигнала при прохождении колеса. При этом формирователь приводится в рабочее состояние сигналом с выхода "меньше" за счет связи второго выхода схемы сравнения со входом первого одновибратора в формирователе. При этом первый одновибратор выходным сигналом обеспечивает запуск триггера, который приводит в рабочее состояние второй одновибратор и управляет работой устройства контроля остановки колеса.

Устройство контроля остановки колеса запрещает запись в регистры за счет связи с третьим входом схемы управления при прохождении колеса. Это обеспечивает возможность фиксации на втором входе схемы сравнения (во втором регистре) информации о состоянии счетчика до приближения колеса. Благодаря этому дальнейшее сравнение с зафиксированной информацией во втором регистре текущих состояний счетчика (с учетом количества импульсов начальной установки) позволяет зафиксировать уменьшение частоты контролируемого сигнала до соответствующей сходу колеса. Введение устройства контроля остановки колеса обеспечивает возможность фиксации колеса при его остановке в зоне действия датчика, не нарушая режима автоматической адаптации к дестабилизирующим факторам, что повышает надежность работы устройства и достоверность выходного сигнала.

При сходе колеса схема сравнения обеспечивает формирование сигнала "больше" на первом выходе, по которому, благодаря связи с первым входом второго одновибратора, последний формирует на выходе путевого датчика сигнал о сходе колеса и этим же сигналом через триггер устанавливается в исходное состояние. Связь соответствующего выхода схемы управления с входом установки в ноль первого счетчика обеспечивает возможность установки устройства в исходное состояние.

Таймер в устройстве контроля остановки колеса за счет связи с его входом по сигналу с выхода первого одновибратора формирует на втором входе элемента И импульс заданной длительности, превышающей длительность сигнала с выхода первого одновибратора. В результате, обеспечивается возможность контроля остановки колеса при сходе более заданного времени на датчике фиксации движения колеса. По истечении этого времени устройство контроля остановки колеса снимает запрет записи в регистры, благодаря чему путевой датчик формирует на выходе сигнал фиксации прохождения колеса и устанавливается в режим ожидания приближения колеса. В результате после трогания поезда с места повторная фиксация колеса исключается. Таким образом, введение устройства контроля остановки колеса позволяет исключить повторную фиксацию колесной пары при остановке колеса на путевом датчике при сходе, что повышает надежность работы и достоверность выходного сигнала.

В случае остановки колеса на путевом датчике при наезде, то есть до прохождения середины колеса, после трогания с места колесо посчитается, благодаря тому, что устройство контроля обеспечивает фиксацию информации во втором регистре, соответствующей прохождению середины колеса; выходной сигнал с путевого датчика формируется за счет возможности сравнения текущего состояния счетчика с зафиксированным во втором регистре. В результате повышается надежность путевого датчика и достоверность выходного сигнала.

Кроме того, поскольку предлагаемый путевой датчик фиксирует прохождение колесной пары, это исключает необходимость привязки к конструкциям вагонов, что делает путевой датчик универсальным. Выполнение путевого датчика с возможностью автономной обработки входной информации и с возможностью формирования на выходе сигнала, констатирующего факт прохождения колесной пары, повышает помехозащищенность устройства, а следовательно, надежность и достоверность выходного сигнала. Возможность задания требуемого порога срабатывания путевого датчика путем простого добавления определенного количества импульсов к содержимому счетчика, соответствующему частоте контролируемого сигнала с датчика фиксации движения колеса, исключает необходимость в дополнительных средствах для настроек и регулировок путевого датчика в процессе эксплуатации. Это также придает устройству универсальность, поскольку, например, позволят исключить влияние головки рельса после установки путевого датчика на рельс.

Таким образом, предлагаемый путевой датчик фиксации колесной пары, который используется в заявляемом устройстве фиксации прохождения колесной пары, при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении достоверности выходного сигнала, в снижении зависимости достоверности выходного сигнала от скорости движения состава и в повышении надежности.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства фиксации прохождения колесной пары; на фиг. 2 - блок-схема путевого датчика фиксации колесной пары, используемого в устройстве фиксации прохождения колесной пары; на фиг. 3 - блок-схема схемы управления.

Устройство фиксации прохождения колесной пары содержит путевой датчик фиксации прохождения колесной пары 1, управляемый ключ 2, индикатор сигнала прохождения колесной пары 3, источник питания 4, накопитель энергии 5 и стабилизатор напряжения 6. Путевой датчик 1, стабилизатор напряжения 6, накопитель энергии 5 и управляемый ключ 2 размещены вблизи рельса в зоне движения реборды колеса. Источник питания 4 и индикатор сигнала прохождения колесной пары 3 размещены дистанционно от рельса. При этом выход путевого датчика подключен к управляемому входу ключа 2, выход которого и первый вход источника питания 4 подключены соответственно ко второму и первому входам накопителя энергии 5. Выходы накопителя 5 подключены ко входам стабилизатора напряжения 6. Второй выход источника питания 4 подключен к входу управляемого ключа 2 через индикатор сигнала прохождения колесной пары 3. Второй выход индикатора 3 является выходом устройства.

Индикатор 3 сигнала прохождения колесной пары содержит пороговое устройство 7 и токочувствительный элемент 8, который подключен параллельно входу порогового устройства 7, выход которого является вторым выходом индикатора 3, входом и первым выходом которого являются соответственно вход и выход токочувствительного элемента 8.

Накопитель 5 энергии может быть выполнен в виде конденсатора требуемой емкости.

В качестве токочувствительного элемента 8 может быть применен резистор.

Путевой датчик 1 фиксации колесной пары содержит датчик фиксации движения колеса 9, выполненный с возможностью формирования на выходе частотно-зависимого сигнала при прохождении колеса; высокочастотный генератор импульсов 10, первый счетчик 11, первый регистр 12, второй регистр 13, схему сравнения 14, формирователь сигнала прохождения колесной пары 15, устройство контроля остановки колеса 16 и схему управления 17. Выход датчика 9 движения колеса, выход генератора 10 и выход устройств 16 контроля остановки колеса соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами схемы управления 17, первый и второй выходы которой соединены соответственно со счетным входом 18 и входом 19 установки в ноль первого счетчика 11, выход которого соединен с информационным входом первого регистра 12 и первым входом 20 схемы сравнения 14, второй вход 21 которой соединен с выходом второго регистра 13, вход которого соединен с выходом первого регистра 12. Третий вход схемы сравнения 14 является входом опроса 22, а первый 23 и второй 24 выходы схемы сравнения 14 соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя сигнала прохождения колесной пары 15, первый выход 25 которого является выходом путевого датчика, а второй выход соединен со входом устройства контроля остановки колеса 16. Третий и четвертый выходы схемы управления соединены соответственно со входами записи в регистры, а пятый выход соединен со входом 22 сигнала опроса схемы сравнения 14.

Схема сравнения 14 содержит компаратор 26, первый 27 и второй 28 элементы И, при этом первый и второй входы компаратора 26 являются соответственно первым 20 и вторым 21 входами схемы 14. Первый и второй выходы компаратора 26 соединены с первыми входами элементов И 27, 28, вторые входы которых соединены со входом опроса 22 схемы 14. Выходы элементов И 27, 28 являются соответственно первым 23 и вторым 24 выходами схемы сравнения 14.

Формирователь сигнала прохождения колесной пары 15 содержит первый 29 и второй 30 одновибраторы и триггер 31. Входы одновибраторов 29, 30 соответственно являются первым и вторым входами формирователя, выход второго одновибратора является первым выходом формирователя 15, выход второго одновибратора 30 - первым выходом 25, а выход первого одновибратора 29 - вторым выходом формирователя 15. Выход первого одновибратора 29 соединен со входом установки триггера 31, выход которого соединен с входом установки второго одновибратора 30, выход которого, кроме того, соединен с входом установки в исходное состояние триггера 31.

Устройство контроля остановки колеса 16 содержит таймер 32 и третий элемент И 33. Вход таймера 32 является входом устройства контроля 16 и соединен, кроме того, с первым входом первого элемента И 33, второй вход которого соединен с выходом таймера 32, а выход элемента И 33 является выходом устройства контроля 16.

Схема управления 17 содержит делитель частоты 34, формирователь сигналов управления 35, формирователь пачки импульсов 36, четвертый элемент И 37, элемент ИЛИ 38. Вход делителя частоты 34 является первым входом схемы управления 17, первая группа выходов делителя 34 соединена с группой входов формирователя пачки импульсов 36, вторая группа выходов соединена с группой входов формирователя сигналов управления 35, первый выход соединен с первым входом формирователя сигналов управления 35, а второй выход делителя 34 соединен с первым входом четвертого элемента И 37, второй вход которого и второй вход формирователя сигналов управления 35 являются соответственно вторым и третьим входами схемы управления 17. Выход четвертого элемента И 37 соединен с первым входом элемента ИЛИ 38, выход которого является первым выходом схемы управления 17. Первый выход формирователя сигналов управления 35 соединен с управляющим входом формирователя пачки импульсов 36, а выходы формирователя сигналов управления 35 со второго по пятый являются выходами соответственно со второго по пятый схемы управления 17. Кроме того, выход формирователя пачки импульсов 36 соединен со вторым входом элемента ИЛИ 38.

Формирователь сигналов управления 35 содержит второй 39 и третий 40 дешифраторы, второй счетчик 41, первую 42 и вторую 43 схемы четыре И, шестой 44 и седьмой 45 элементы И, выходы которых являются третьим и четвертым выходами формирователя сигналов 35. Входы второго дешифратора 39 являются группой входов формирователя сигналов управления 35, первый выход второго дешифратора 39 - первым выходом формирователя 35, второй выход - пятым выходом, а третий выход - вторым выходом формирователя 35. Четвертый выход дешифратора 39 соединен с первыми входами шестого 44 и седьмого 45 элементов И, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих схем 42, 43 четыре И, входы которых соединены с соответствующими группами выходов третьего дешифратора 40, входы которого соединены с выходами второго счетчика 41, вход установки в ноль которого является вторым входом формирователя сигналов управления 35, а счетный вход является первым входом формирователя сигналов управления 35.

Формирователь пачки импульсов 36 содержит первый дешифратор 46, схему пять И 47 и пятый элемент И 48, соединенные последовательно, при этом входы дешифратора 46 являются группой входов формирователя 36, второй вход пятого элемента И 48 - управляющим входом, а его выход - выходом формирователя пачки импульсов.

Датчик фиксации движения колеса 9 может быть выполнен аналогично известным техническим решением, например аналогично описанному в патенте, РФ, N 2089424, B 61 L 1/16, 10.09.97, и содержит индуктивность 49 и формирователь частотно-зависимого сигнала по величине индуктивности - генератор импульсов 50. При этом индуктивность 49 является элементом колебательного контура генератора 50.

Делитель частоты может быть выполнен в виде многоразрядного двоичного счетчика.

Цепи питания путевого датчика 1 не показаны.

Устройство фиксации прохождения колесной пары работает следующим образом. В исходном состоянии управляемый ключ 2 замкнут. Электропитание от источника 4 поступает через индикатор сигнала прохождения колесной пары 3, ключ 2 в накопитель энергии 5, например конденсатор, и далее - на вход стабилизатора напряжения 6 и в цепи питания путевого датчика 1. Пороговое устройство имеет порог срабатывания, близкий к нулевому уровню падения напряжения на токочувствительном элементе 8. Поэтому при замкнутом ключе сигнал на выходе индикатора 3 отсутствует. При срабатывании путевого датчика 1 (зафиксировано прохождение колесной пары) на его выходе формируется сигнал, который воздействует на управляющий вход ключа 2 и размыкает его на время длительности выходного сигнала.

Резкое снижение значения протекающего тока через токочувствительный элемент 8 приводит к резкому падению напряжения на нем, что инициирует срабатывание порогового устройства 7. На выходе порогового устройства 7 формируется импульс, информирующий о прохождении колесной пары. На время размыкания цепи питания накопитель энергии 5 поддерживает напряжение на входе стабилизатора. При этом, емкость накопителя энергии выбирают таким образом, чтобы при размыкании цепи питания запас накопленной энергии обеспечивал сохранение входного напряжения стабилизатора 6 в пределах допусков в течение длительности выходного импульса путевого датчика 1.

По окончании длительности выходного сигнала с путевого датчика 1 ключ 2 восстанавливает цепь питания и устройство приходит в исходное состояние.

Путевой датчик фиксации колесной пары 1, который используется в устройстве фиксации прохождения колесной пары, работает следующим образом.

Рассмотрим работу путевого датчика 1 в режиме ожидания. После включения питания в режиме ожидания на выходе датчика фиксации движения колеса 9 формируется последовательность импульсов с параметрами, обусловленными параметрами колебательного контура генератора 50, в том числе и собственными параметрами индуктивности 49. Последовательность импульсов поступает на первый вход схемы управления 17, на второй вход которой поступает последовательность высокочастотных импульсов с генератора 10.

Работой элементов схемы путевого датчика управляет схема управления 17, которая работает следующим образом.

Делитель частоты 34 по входному сигналу с выхода датчика 9 формирует выходной сигнал в параллельном коде. Для контроля изменения частоты выходного сигнала с датчика 9 фиксации движения колеса используют выходной сигнал делителя 34 с наименьшей частотой следования импульсов, который делитель 34 формирует на втором выходе.

Управляющие сигналы формируют из выходных сигналов делителя 34, частота следования которых значительно выше частоты контролируемого сигнала. Например, четыре младших разряда с первой группы выходов поступают в формирователь пачки импульсов 36, а следующие четыре разряда со второй группы выходов поступают на группу входов формирователя 35 сигналов управления. При этом соотношение частот управляющих сигналов и частоты контролируемого сигнала выбирают таким образом, чтобы обеспечить возможность управления работой устройства во втором полупериоде контролируемого сигнала.

Контролируемый сигнал поступает на первый вход четвертого элемента И 37, на второй вход которого поступает последовательность высокочастотных импульсов с выхода генератора 10. С выхода элемента И 37 через первый вход элемента ИЛИ 38 последовательность высокочастотных импульсов с первого выхода схемы управления 17 поступает на счетный вход первого счетчика 11, который считает их за время, равное длительности контролируемого импульса.

Во втором полупериоде следования контролируемого сигнала формирователь сигналов управления 35 формирует в определенной временной последовательности сигналы, организующие работу путевого датчика 1.

В начале второго полупериода на четвертом выходе второго дешифратора 39 формируется сигнал разрешения переписи информации с выхода счетчика 11 в регистры 12 и 13. При этом формирование сигналов разрешения записи в регистры осуществляется следующим образом. На счетный вход второго счетчика 41, который является первым входом формирователя сигналов управления 35, поступает последовательность импульсов с первого выхода делителя 34. При этом, дешифратор 40 поочередно формирует на первой и второй группе выходов информацию в параллельном коде, из которой схемы четыре И 42 и 43 поочередно формируют выходные сигналы, поступающие далее на вторые входы элементов И 44 и 45. Второй дешифратор 39 в начале второго полупериода формирует на четвертом выходе сигнал разрешения переписи информации из первого регистра 12 во второй 13, который устанавливается на первых входах элементов И 44 и 45. При появлении выходного сигнала со схемы четыре И 42 на третьем выходе схемы управления 17 элемент И 44 формирует сигнал разрешения записи содержимого счетчика 11 в регистр 12. Затем, при появлении информации на выходе схемы четыре И 43 элемент И 45 формирует на четвертом выходе схемы 17 управления сигнал разрешения записи во второй регистр 13. В результате, на втором входе схемы сравнения 14 устанавливается информация о содержимом счетчика 11.

После этого, также в начале полупериода второй дешифратор 39 формирует на первом выходе сигнал разрешения ввода в счетчик 11 пачки импульсов из формирователя 36.

Последовательность импульсов с выхода формирователя 36 поступает через второй элемент ИЛИ 38 на счетный вход первого счетчика 11 и суммируется с его содержимым. Содержимое счетчика 11, увеличенное на N импульсов, устанавливается на первом входе 20 схемы сравнения 14.

Формирователь пачки импульсов 36 работает следующим образом. На группе входов первого дешифратора 46 устанавливается информация с первой группы выходов делителя частоты 34. Дешифратор 46 формирует на выходах код, который схема пять И 47 преобразует в сигнал в виде импульса. Сигналы с выхода схемы пять И 47 поступают на первый вход элемента И 48. При установке на втором входе элемента И 48 сигнала разрешения ввода пачки импульсов в счетчик 11 на выходе элемента И 48 формируется последовательность импульсов, например пять импульсов.

После сигналов разрешения записи в регистры 12, 13 и разрешения ввода пачки импульсов второй дешифратор 39 в схеме управления 17 формирует на втором выходе (пятом выходе схемы управления 17) сигнал опроса схемы сравнения 14, который поступает на соответствующий вход 22 схемы 14. По сигналу опроса схема 14 производит сравнение информации, установившейся на ее первом входе, с информацией на втором входе и формирует на первом 23 выходе сигнал "больше", так как на первом входе установилось двоичное число на N больше. Сравнение сигналов в схеме 14 осуществляет компаратор 26. В этом случае результирующий сигнал устанавливается на его первом выходе. По сигналу опроса элемент И 27 формирует на первом выходе схемы 14 результат сравнения "больше", который устанавливается на первом входе формирователя сигнала прохождения колесной пары 15. В этом случае состояние формирователя 15 и устройства контроля остановки колеса не изменяется. Сигнал на выходе 25 формирователя 15 отсутствует.

После сигнала опроса во втором полупериоде контролируемого сигнала в схеме управления 17 на третьем выходе дешифратор 39 формирует сигнал установки в ноль счетчика 11.

Далее в режиме ожидания порядок работы устройства повторяется. При этом всегда на первом 20 входе схемы сравнения 14 устанавливается информация о текущем состоянии первого счетчика 11 плюс фиксированное число импульсов из формирователя 36, а на втором входе схемы 14 устанавливается информация о предыдущем состоянии счетчика 11.

При приближении колеса в зону взаимодействия с катушкой 49 частота генератора 50 постепенно повышается. Соответственно уменьшается длительность выходных импульсов датчика фиксации движения колеса 9, а следовательно уменьшается и количество импульсов высокочастотного заполнения.

При уменьшении количества импульсов высокочастотного заполнения на величину, превышающую значение N, в результате сравнения схемой 14 входных сигналов выходной сигнал устанавливается на втором выходе компаратора 26. В этом случае по сигналу опроса второй элемент И 28 формирует сигнал "меньше", который устанавливается на втором 24 выходе схемы 14.

Одновибратор 29 в формирователе 15 запускается и передним фронтом выходного импульса взводит триггер 31, который в свою очередь приводит в ждущий режим второй одновибратор 30. Одновременно выходной импульс первого одновибратора 29 поступает на вход устройства 16 контроля остановки колеса и запускает таймер 32. Таймер 32 формирует импульс заданной длительности S и устанавливает его на втором входе третьего 33 элемента И. На первом входе элемента И 33 устанавливается выходной импульс первого одновибратора 29. На выходе элемент И 33 формирует импульс запрета записи в регистры 12 и 13, который поступает на вход установки в ноль второго счетчика 41, который является третьим входом схемы управления 17. При этом на выходах второго счетчика 41 устанавливается нулевой код.

Это позволяет сохранить во втором регистре 13 информацию о состоянии содержимого счетчика 11 на момент формирования устройством 16 сигнала запрета записи в регистры 12, 13.

В результате, на втором 21 входе схемы сравнения 14 фиксируется содержимое второго регистра 13, при сравнении с которым на выходе 24 впервые установился сигнал "меньше". Далее состояние второго 21 входа схемы 14 не изменяется, а на первом 20 входе последовательно устанавливается изменяющаяся информация о текущем содержимом счетчика 11 плюс N импульсов в пачке. Схема 14 сравнивает текущее содержимое счетчика 11 плюс N импульсов с зафиксированным состоянием регистра 13. До тех пор, пока на втором выходе 24 схема 14 по каждому очередному сигналу опроса формирует сигнал "меньше", первый одновибратор 29 находится в режиме запуска и формирует выходной импульс на устройство контроля 16, сохраняя режим работы регистров 12 и 13.

После прохождения середины колеса при его удалении значение частоты выходного сигнала с датчика 9 движения колеса постепенно понижается. При понижении частоты до исходного значения схема сравнения 14 по сигналу опроса формирует на выходе 23 сигнал "больше", что приводит к срабатыванию второго одновибратора 30.

При этом одновибратор 30 на выходе 25 формирователя 15 формирует сигнал прохождения колесной пары. Одновременно этим же сигналом одновибратор 30 устанавливает триггер 31 в исходное состояние. Триггер 31 сбрасывает одновибратор 30 в исходное состояние. Длительность выходного импульса формирователя 15 определятся расчетными параметрами одновибратора 30.

Одновременно по сигналу "меньше" со схемы сравнения 14 приходит в исходное состояние первый одновибратор 29 и снимает сигнал со входа устройства 16 контроля остановки колеса, которое в свою очередь снимает сигнал запрета записи с регистров 12 и 13. В результате снимается сигнал установки в ноль со второго счетчика 41 и он переходит в обычный режим работы. Далее схема переходит в режим ожидания следующей колесной пары.

В случае остановки колеса в зоне действия датчика до прохождения середины при трогании состава с места устройство продолжит цикл работы и зафиксирует это колесо.

В случае остановки колеса в зоне действия датчика 9 в момент или после прохождения середины схема сравнения 14 продолжает формировать на втором 24 выходе по каждому сигналу опроса сигнал "меньше", поддерживая тем самым в взведенном состоянии одновибратор 29, который инициирует работу устройства контроля остановки колеса. Поскольку таймер 32 формирует на втором входе элемента И импульс заданной длительности S, то по истечении этого времени устройство контроля 16 снимает сигнал запрета записи в регистры 12 и 13. В результате устройство переходит в режим ожидания и схема сравнения 14 снимает с выхода 24 сигнал "меньше". Поскольку триггер 31 взведен, то по первому сигналу "больше" одновибратор 30 формирует на выходе 25 сигнал прохождения колесной пары и устанавливается в исходное состояние. В результате, при сходе колеса выходной импульс повторно не формируется. Следующий выходной импульс путевой датчик 1 формирует при сходе очередного колеса.

Изобретение относится к области управления движением на железных дорогах. Устройство фиксации прохождения колесной пары включает путевой датчик фиксации прохождения колесной пары, размещенный вблизи рельса в зоне движения реборды колеса, источник питания и стабилизатор напряжения. Стабилизатор напряжения размещен вблизи датчика. Выход путевого датчика подключен к управляемому входу ключа. Выходы накопителя энергии подключены ко входам стабилизатора напряжения. Источник питания подключен к входу управляемого ключа через индикатор сигнала прохождения колесной пары, второй выход которого является выходом устройства. Путевой датчик включает датчик фиксации движения колеса, генератор импульсов, счетчики, регистры, схему сравнения, устройство контроля остановки колеса и схему управления. Техническим результатом является снижение зависимости выходного сигнала от скорости. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство фиксации прохождения колесной пары, включающее путевой датчик фиксации прохождения колесной пары, размещенный вблизи рельса в зоне движения реборды колеса, и размещенный дистанционно источник питания, а также стабилизатор напряжения, отличающееся тем, что стабилизатор напряжения размещен вблизи датчика, при этом дополнительно введены размещенные вблизи датчика управляемый ключ и накопитель энергии и размещенный дистанционно индикатор сигнала прохождения колесной пары, при этом выход путевого датчика подключен к управляемому входу ключа, выход которого и первый выход источника питания подключены соответственно ко второму и первому входам накопителя энергии, выходы которого подключены ко входам стабилизатора напряжения, второй выход источника питания подключен к входу управляемого ключа через индикатор сигнала прохождения колесной пары, второй выход которого является выходом устройства. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что индикатор сигнала прохождения колесной пары содержит пороговое устройство и токочувствительный элемент, который подключен параллельно входу порогового устройства, выход которого является вторым выходом индикатора, входом и первым выходом которого являются соответственно вход и выход токочувствительного элемента. 3. Путевой датчик фиксации колесной пары, включающий датчик фиксации движения колеса, выполненный с возможностью формирования на выходе частотнозависимого сигнала при прохождении колеса, высокочастотный генератор импульсов, первый счетчик, первый и второй регистры, отличающийся тем, что дополнительно введены схема сравнения, формирователь сигнала прохождения колесной пары, устройство контроля остановки колеса и схема управления, при этом выход датчика движения колеса, высокочастотного генератора и выход устройств контроля остановки колеса соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами схемы управления, первый и второй выходы которой соединены соответственно со счетным входом и входом установки в ноль первого счетчика, выход которого соединен с информационным входом первого регистра и первым входом схемы сравнения, второй вход которой соединен с выходом второго регистра, вход которого соединен с выходом первого регистра, третий вход схемы сравнения является входом опроса, а первый и второй выходы схемы сравнения соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя сигнала прохождения колесной пары, первый выход которого является выходом путевого датчика, а второй выход соединен со входом устройства контроля остановки колеса, при этом третий и четвертый выходы схемы управления соединены соответственно со входами записи в регистры, а пятый выход соединен со входом сигнала опроса схемы сравнения, при этом схема управления содержит делитель частоты, формирователь пачки импульсов, формирователь сигналов управления, четвертый элемент И, элемент ИЛИ, при этом вход делителя частоты является первым входом схемы управления, первая группа выходов делителя соединена с группой входов формирователя пачки импульсов, вторая группа выходов соединена с группой входов формирователя сигналов управления, первый выход соединен с первым входом формирователя сигналов управления, а второй выход делителя соединен с первым входом четвертого элемента И, второй вход которого и второй вход формирователя сигналов управления являются соответственно вторым и третьим входами схемы управления, а выход четвертого элемента И соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого является первым выходом схемы управления, при этом первый выход формирователя сигналов управления соединен с управляющим входом формирователя пачки импульсов, а выходы формирователя сигналов управления со второго по пятый являются выходами соответственно со второго по пятый схемы управления, кроме того, выход формирователя пачки импульсов соединен со вторым входом элемента ИЛИ. 4. Путевой датчик по п.3, отличающийся тем, что схема сравнения содержит компаратор и первый и второй элементы И, при этом первый и второй входы компаратора являются соответственно первым и вторым входами схемы сравнения, первый и второй выходы компаратора соединены с первыми входами элементов И, вторые входы которых соединены со входом опроса схемы сравнения, а выходы элементов И являются соответственно первым и вторым выходами схемы сравнения. 5. Путевой датчик по п.3, отличающийся тем, что формирователь сигнала прохождения колесной пары содержит первый и второй одновибраторы и триггер, при этом входы одновибраторов соответственно являются первым и вторым входами формирователя, выход второго одновибратора является первым выходом формирователя, а выход первого одновибратора - вторым выходом формирователя, кроме того, выход первого одновибратора соединен со входом установки триггера, выход которого соединен с входом установки второго одновибратора, выход которого, кроме того, соединен с входом установки в исходное состояние триггера. 6. Путевой датчик по п. 3, отличающийся тем, что устройство контроля остановки колеса содержит таймер и третий элемент И, при этом вход таймера является входом устройства контроля и соединен, кроме того, с первым входом третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом таймера, а выход элемента И является выходом устройства контроля. 7. Путевой датчик по п. 3, отличающийся тем, что формирователь пачки импульсов содержит первый дешифратор, схему пять И и пятый элемент И, соединенные последовательно, при этом входы дешифратора являются группой входов формирователя, второй вход пятого элемента И - управляющим входом, а его выход - выходом формирователя пачки импульсов. 8. Путевой датчик по п.3, отличающийся тем, что формирователь сигналов управления содержит второй и третий дешифраторы, второй счетчик, первую и вторую схемы четыре И и шестой и седьмой элементы И, выходы которых являются третьим и четвертым выходами формирователя, при этом входы второго дешифратора являются группой входов формирователя сигналов управления, первый выход второго дешифратора - первым выходом формирователя, второй выход - пятым выходом, а третий выход - вторым выходом формирователя, четвертый выход дешифратора соединен с первыми входами шестого и седьмого элементов И, вторые входы которых соединены с выходами соответствующих схем четыре И, входы которых соединены с соответствующими группами выходов третьего дешифратора, входы которого соединены с выходами второго счетчика, вход установки в ноль которого является вторым входом формирователя сигналов управления, а счетный вход является первым входом формирователя сигналов управления.