СИСТЕМА И СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ РЕЛЬСОВОГО ПУТИ ИЛИ ПРЕПЯТСТВИЯ НА НЕМ Российский патент 2012 года по МПК B61L23/00 

Область техники

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к обнаружению размыва рельсового пути, смещения рельсового пути, проседающих шпал и/или автомобиля, стоящего на переезде.

Уровень техники изобретения

Рельсовый путь обычно имеет пару стальных рельсов, установленных на перпендикулярно к ним расположенных шпалах, лежащих на балластном материале. Многие рельсовые пути находятся в удаленной местности, где - если не известно о какой-либо аварии, которая могла повредить путь - оперативное определение состояния пути может быть затруднено. Например, рельсовый путь может повредиться от ливней или других стихийных явлений, таких как землетрясение, в результате которых рельсы могут сместиться. Смещение может быть обусловлено сдвигом шпал и/или перемещением балластного материала. В других случаях, например, когда рельсовые пути находятся вблизи водоемов, балластный материал может сместиться или в нем может произойти размыв, в результате чего сместятся шпалы и поэтому рельсы. Смещение рельсового пути может также произойти из-за нарушений, вызванных действиями людей, например при столкновении баржи с опорой или опорами моста.

Аналогично, в случае значительного проседания шпал, особенно цементных шпал, рельсовый путь может получить повреждение из-за биения шпал об балласт. Причиной проседания шпал является плохое состояние балластного материала (щебня) под шпалами. При прохождении колеса по такой шпале она продавливается в щебень. После прохождения колеса через такую шпалу она поднимается из щебня. Это опускание и подъем шпалы может иметь ход величиной в несколько дюймов. Для деревянных шпал допускается значительное перемещение такого рода. Но в случае использования бетонных шпал это проседание в щебень вызывает медленное скалывание цемента с нижней поверхности шпалы, что в конечном счете приводит к преждевременному выходу из строя шпалы.

Еще один тип происшествий, являющихся причиной схода с рельсов поездов и/или смертей: автомобили (легковые, грузовики, автобусы и др.), остановившиеся на железнодорожном переезде. Несмотря на то, что машинисты еще заранее могут хорошо увидеть автомобиль на пути, но в некоторых случаях нет достаточного времени, чтобы замедлить и/или остановить поезд. Если автомобиль остановлен уже на самом переезде шлагбаумом, то в этом случае он сможет освободить переезд, только сломав его с разгона. Но большинство водителей это не делают.

Если в поезде есть волочащийся вагон, ставший таким из-за неисправности колес или вследствие того, что его колеса вышли из колеи по причине сместившегося рельса, то такие случаи не всегда становятся заметными сразу. Если это происшествие остается незамеченным, то может произойти сход с рельсов всего поезда.

Упомянутые случаи повреждения рельсового пути, блокирование рельсового пути и/или неисправности вагона в поезде могут стать причиной схода поезда с рельсов. Что касается повреждения рельсового пути, то в настоящее время самый оптимальный вариант обнаружения изменений рельсового пути заключается в проведении визуальной проверки. Даже при проведении визуальной проверки существующее или предстоящее смещение рельсового пути может остаться незамеченным или нераспознанным вовремя - в зависимости от характера происшедшего повреждения и/или частоты проводимых проверок.

Сущность изобретения

Изобретение направлено на обеспечение системы и способа обнаружения размыва рельсового пути, сместившегося рельсового пути, проседающих шпал и/или стоящего на переезде автомобиля. В этих случаях сведения об этих происшествиях передаются в соответствующее место, чтобы предотвратить следование поезда к такому участку пути.

Для этой цели разработана система для определения возможностей данного рельсового пути обеспечить подвижному составу возможность безопасного следования по нему путем обнаружения изменений среды вблизи рельсового пути. Эта система содержит датчик для обнаружения магнитного поля вблизи рельсового пути и для формирования данных, характеризующих магнитное поле. Частью этой системы также является процессор для обработки поступающих от датчика данных, идентифицирующих изменения магнитного поля вблизи рельсового пути. Еще один компонент системы: устройство связи, сообщающееся с процессором и передающее указания, характеризующие изменения среды вблизи рельсового пути, сказывающиеся на способности рельсового пути обеспечивать надежное следование подвижного состава по нему.

Также обеспечен способ определения способности рельсового пути обеспечивать надежное следование подвижного состава по нему путем обнаружения изменений среды вблизи рельсового пути. Способ включает в себя этап обнаружения магнитного поля вблизи рельсового пути. Способ также включает в себя этапы формирования данных, характеризующих магнитное поле, и идентификации изменений магнитного поля вблизи рельсового пути. Способ также включает в себя этапы передачи указаний, характеризующих изменения среды вблизи рельсового пути, сказывающиеся на возможностях обеспечения подвижному составу надежного следования по нему.

Краткое описание фигур чертежей

Признаки и преимущества изобретения поясняются в приводимом ниже описании в совокупности с прилагаемыми фигурами чертежей, на которых:

Фиг.1 показывает приводимое в качестве примера осуществление изобретения;

Фиг.2 показывает приводимые в качестве примера осуществления изобретения, в сообщении со служебным объектом и с поездом; и

Фиг.3 показывает приводимые в качестве примера осуществления изобретения, используемые для нескольких целей в разных местоположениях вдоль рельсового пути.

Подробное описание изобретения

Фиг.1 показывает приводимое в качестве примера осуществление изобретения. Показано, что блок 10 датчика имеет датчик 12 со встроенным процессором 14. Датчик 12 является векторным датчиком 12, таким как векторный магнитометр Honeywell HMC2003. Датчик 12 измеряет низкие значения напряженности магнитного поля по осям Х, Y, Z и выполнен с возможностью обнаружения изменений вне данного диапазона магнитного поля вокруг датчика. Согласно предпочтительному осуществлению изобретения датчик формирует аналоговый сигнал, и заземление используется как эталонное магнитное поле.

Процессор 14 сообщает показания магнитного поля между датчиком 12, подключенным к процессору, и множеством датчиков 12 и путевым устройством, или устройством связи 16, и/или локомотивом 18. Связь может осуществляться по промышленным стандартным сетям, таким как, например, контроллерная зональная сеть («КЗС»). КЗС является электронным промышленным стандартным основным протоколом, применяемым для связи между встроенными процессорами. Связь можно также осуществлять между путевым устройством 16, поездом 20 и служебным объектом или депо 22 (Фиг.2). Связь может также осуществляться (не показано) между путевым устройством 16 и железнодорожным оборудованием, выполненным с возможностью предотвращения движения поезда к рельсовому пути, на котором обнаружено изменение магнитного поля.

В каждой комбинации 10 или блоке датчика/процессора: процессор также выполнен с возможностью преобразования сигнала от датчика 12 в цифровую форму. В зависимости от конкретного применения блок 10 датчика/процессора используется, согласно приводимому ниже более подробному описанию, для обработки сигнала в процессоре 14 посредством определенного программно-реализованного алгоритма 24 фильтрации для дополнительного снижения шума. По командам от путевого устройства 16 процессор 14 будет также измерять выходные сигналы от датчика 12 и запоминать эти измерения как нулевое эталонное значение, используемое как эталон для обнаруживаемых изменений магнитного поля.

Фиг.3 показывает приводимые в качестве примера виды использования блоков 10 датчика/процессора с рельсовым путем 30. В зависимости от его предполагаемого назначения блок 10 датчика/процессора установлен либо в балластном материале 32, прикреплен к шпалам 33 и/или установлен в зоне 34 переезда. В предпочтительном осуществлении, при любом применении, блоки 10 установлены через определенные интервалы, определяющие величину нужного охвата.

Согласно этой фигуре путевое устройство 16 связано с датчиками 12 через посредство процессора 14 каждого датчика по сети 40, 41 связи. Связь между блоками 10 датчика/процессора и путевым устройством 16 может осуществляться по беспроводной сети 40 связи, проводной сети 41 и/или по комбинации этих обеих сетей. Путевое устройство 16 дает команду датчикам 12 выдать нулевой эталонный выходной сигнал 45 и связаться с поездом 20 и/или депо 22 по радио и/или согласно другим протоколам связи. Разрешающая способность обнаружения будет определяться в зависимости от числа установленных блоков датчика/процессора.

Несмотря на многочисленность видов использования данного изобретения, несколько видов непосредственного использования следующие: если установить сеть согласно изобретению в зоне автомобильного переезда рельсового пути 34 или на железнодорожном переезде, то будет обеспечена возможность обнаружения автомобилей в зоне 34 переезда при приближении поезда 20 к зоне 34 переезда. Эта возможность будет обеспечена за счет того, что датчик(и) 12 будет обнаруживать изменение магнитного поля в зоне 34 переезда. В этом виде применения изобретения, при использовании отдельной комбинации 10 датчика/процессора: процессор 14 обрабатывает фильтром 47 нижних частот выходной сигнал датчика, чтобы устранять шумовую помеху. Частота среза фильтра НЧ достаточно высокая, чтобы обеспечить возможность обнаружения объектов, идущих по зоне 34 переезда, особенно если объекты останутся в зоне 34 переезда.

Согласно этому виду применения путевое устройство 16 принимает сигнал от датчика (не показан) переезда и указывает, что поезд 20 приближается и ограждение переезда находится в действии. Путевое устройство 16 связывается с системой переезда, выясняя, есть ли на нем автомобили, при помощи блока 10 датчика/процессора и также передает эту информацию локомотиву 20. Согласно еще одному предпочтительному осуществлению путевое устройство 16 выполнено с возможностью постоянного информирования детектора переезда о состоянии переезда. Если на рельсовом пути 30 находится автомобиль, то через путевое устройство 16 в приближающийся поезд 20 посылается предупредительный сигнал. Согласно еще одному предпочтительному осуществлению блок 10 датчика/процессора установлен на ограждающем шлагбауме переезда. Когда шлагбаум 51 опускается при приближении поезда 20: если магнитное поле вокруг него стало другим или, иначе говоря, если на рельсовом пути обнаружен автомобиль, то шлагбаум автоматически поднимется, чтобы автомобиль смог уехать с зоны переезда, не ломая шлагбаум 51.

Еще одно применение изобретения: обнаружение смещенного рельса и другое: обнаружение проседающей шпалы. Перемещение шпалы 33 в трех направлениях обнаруживается при помощи настоящего изобретения с использованием геомагнитного поля как эталона. Смещенный рельс также можно обнаружить до того, как поезд приблизится к данной части рельсового пути. Согласно этому применению путевое устройство 16 обрабатывает выходной сигнал датчика фильтром 47 нижних частот с достаточно высокой частотой среза фильтра, чтобы обеспечить возможность обнаружения перемещения шпалы для всех скоростей поезда. Путевое устройство 16 сообщает о состоянии рельсового пути в депо 22. Если обнаружено изменение состояния рельсового пути, в частности изменение на месте шпалы 33, то помимо сообщения об этом изменении в депо 22 будет также отправлен предупредительный сигнал локомотивам 18, приближающимся к данному участку рельсового пути 30. Сигнал 45, сообщаемый приближающимся поездам 20, может быть предупредительным сигналом, речевым сообщением и пр. Сигнал 45 можно также отправить другому железнодорожному оборудованию, такому как оборудование централизации (не показано), чтобы остановить движение к обнаруженному смещенному рельсовому пути.

Согласно еще одному применению, если колеса 52 одного из вагонов 54 локомотива 18 неисправны, например, если колеса 52 потеряли колею, то для обнаружения этой проблемы используется настоящее изобретение. Поскольку металл колес 52 вагона 54, вероятно, контактирует со шпалами 33 или касается боковой стороны рельсов 57, то произойдет изменение магнитного поля, т.к. магнитное поле вокруг не находящихся на рельсах колесах 52 изменится по сравнению с другими вагонами 54 поезда 20. В этом случае изобретение обнаружит изменение магнитного поля, вызванное находящимися не на рельсах колесами 52.

Согласно еще одному его применению настоящее изобретение используется для обнаружения размыва балласта 32. При помощи сети блоков 10 датчика/процессора, помещенных в балласте 32 с определенными интервалами, можно определить смещение железнодорожного балласта 32 по изменению магнитного поля, происшедшему из-за перемещения балласта 32. Процессор 14 обрабатывает выходной сигнал датчика 12 алгоритмом 47 фильтрации очень низких частот, чтобы устранять ложные сигналы. Выходные сигналы блока 10 датчика/процессора контролируются путевым устройством 16, которое направит команды в процессор 14. Процессоры 14 сообщают изменения, обнаруживаемые в магнитном поле, путевому устройству 16. Путевое устройство 16 направляет - речевым сообщением и соответствующей сигнализацией и пр. - предупреждающий сигнал и/или сообщение 45 о состоянии в приближающийся поезд 20, направляет сообщение в железнодорожный служебный объект 22 или сообщение в такое оборудование контролирования сигналов, как оборудование централизации, чтобы блокировать движение поезда по данному участку рельсового пути.

Несмотря на то, что изобретение было изложено как осуществление, считающееся в настоящее время предпочтительным, специалистам в данной области техники будут очевидными многие его варианты и модификации. Соответственно предполагается, что изобретение не ограничивается этим определенным поясняющим осуществлением, и его следует истолковывать полностью в рамках идеи и объема прилагаемой формулы изобретения.

Группа изобретений относится к железнодорожному транспорту. Система для определения способности рельсового пути обеспечивать безопасное прохождение железнодорожного подвижного состава по нему путем обнаружения изменений среды вблизи рельсового пути содержит датчик для обнаружения магнитного поля вблизи рельсового пути и для формирования данных, характеризующих магнитное поле, процессор для обработки поступающих от датчика данных, чтобы идентифицировать изменения магнитного поля вблизи рельсового пути, и устройство связи, сообщающееся с процессором, для передачи указаний, характеризующих изменения среды вблизи рельсового пути. В способе обнаруживают магнитное поле вблизи рельсового пути, формируют данные, характеризующие магнитное поле, идентифицируют изменения магнитного поля вблизи рельсового пути и передают указания, характеризующие изменения среды вблизи рельсового пути. Достигается обеспечение возможности подвижному составу безопасного следования по рельсовому пути. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система для определения способности рельсового пути обеспечивать безопасное прохождение железнодорожного подвижного состава по нему путем обнаружения изменений среды вблизи рельсового пути; при этом упомянутая система содержит: датчик для обнаружения магнитного поля вблизи рельсового пути и для формирования данных, характеризующих магнитное поле; процессор для обработки поступающих от датчика данных, чтобы идентифицировать изменения магнитного поля вблизи рельсового пути; и устройство связи, сообщающееся с процессором, для передачи указаний, характеризующих изменения среды вблизи рельсового пути, сказывающиеся на способности рельсового пути обеспечивать безопасное прохождение железнодорожного подвижного состава по нему.

2. Система по п.1, в которой среда вблизи рельсового пути включает в себя изменения опоры рельсового пути, влияющие на безопасное прохождение железнодорожного подвижного состава по нему.

3. Система по п.1, в которой среда вблизи рельсового пути включает в себя объекты, появившиеся вблизи рельсового пути и которые могут быть помехой прохождению железнодорожного подвижного состава по рельсовому пути.

4. Система по п.1, в которой среда вблизи рельсового пути включает в себя объекты, появившиеся на рельсовом пути и которые могут быть помехой прохождению железнодорожного подвижного состава по рельсовому пути.

5. Система по п.1, в которой устройство связи сообщает о нарушении опоры рельсового пути по меньшей мере одному объекту из поезда, служебного объекта и железнодорожного оборудования, предотвращающего движение поезда к контролируемому рельсовому пути.

6. Система по п.1, в которой датчик установлен в балластном материале железнодорожного пути для обнаружения изменений магнитного поля вокруг балластного материала.

7. Система по п.1, в которой датчик прикреплен к железнодорожной шпале для определения перемещения шпалы.

8. Система по п.1, в которой датчик прикреплен к железнодорожной шпале, чтобы определять возникновение случая, когда колеса вагона более не находятся на рельсе.

9. Система по п.1, в которой датчик установлен в зоне, в которой автомобили пересекают железнодорожный путь, чтобы определять присутствие автомобиля на железнодорожном пути.

10. Система по п.1, в которой датчик установлен вблизи рельсового пути, чтобы определять возникновение сдвига рельса.

11. Система по п.1, в которой датчик прикреплен к шлагбауму переезда, чтобы определять наличие объекта в зоне переезда рельсового пути.

12. Система по п.11, в которой дистанционное устройство осуществляет связь с системой переезда, чтобы сообщать этой системе переезда об автомобиле, находящемся на железнодорожном пути.

13. Система по п.1, в которой датчик определяет изменения магнитного поля в нескольких направлениях.

14. Система по п.1, в которой процессор также содержит фильтр для снижения шумового сигнала, обнаруживаемого датчиком.

15. Система по п.14, в которой упомянутый фильтр содержит по меньшей мере один фильтр верхних частот и фильтр нижних частот.

16. Способ определения способности рельсового пути обеспечивать безопасное прохождение железнодорожного подвижного состава по нему путем обнаружения изменений среды вблизи рельсового пути, согласно которому: обнаруживают магнитное поле вблизи рельсового пути; формируют данные, характеризующие магнитное поле; идентифицируют изменения магнитного поля вблизи рельсового пути; и передают указания, характеризующие изменения среды вблизи рельсового пути, сказывающиеся на способности рельсового пути обеспечивать безопасное прохождение железнодорожного подвижного состава по нему.

17. Способ по п.16, согласно которому этап обнаружения магнитного поля вблизи рельсового пути также включает в себя этап обнаружения изменений в опоре рельсового пути, влияющих на способность рельсового пути обеспечивать безопасное прохождение железнодорожного подвижного состава по нему.

18. Способ по п.16, согласно которому этап обнаружения магнитного поля вблизи рельсового пути также включает в себя этап обнаружения объектов, появившихся вблизи к рельсовому пути и которые могут быть помехой прохождению железнодорожного подвижного состава по рельсовому пути.

19. Способ по п.16, согласно которому этап обнаружения магнитного поля вблизи рельсового пути также включает в себя этап обнаружения объектов, появившихся на рельсовом пути и которые могут быть помехой прохождению железнодорожного подвижного состава по рельсовому пути.

20. Способ по п.16, согласно которому этап передачи указаний, характеризующих изменения упомянутой среды, также включает в себя этап передачи при обнаружении потери опоры для рельсового пути по меньшей мере в один из поезда, служебного объекта и железнодорожного оборудования, предотвращающего движение поезда к контролируемому рельсовому пути.