ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЕ УСТРОЙСТВО БЕЗОПАСНОСТИ И СООТВЕТСТВУЮЩИЙ СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК B61L23/00 

Настоящее изобретение относится к железнодорожному устройству безопасности, содержащему волновод.

Наличие препятствий на железнодорожных путях может поставить под угрозу безопасность пассажиров железнодорожного транспортного средства, движущегося по железнодорожному пути. Изобретение находит свое применение для обнаружения таких препятствий, в частности, в ситуациях, когда обычные устройства обнаружения оказываются неэффективными. Например, на криволинейных участках железнодорожного пути обычный радар оказывается бесполезным, если линия визирования не открыта.

В документе АТ 406616 В описано железнодорожное устройство безопасности, содержащее волновод, при этом рельс железнодорожного пути и воздушная линия питания железнодорожного транспортного средства электрическим током образуют волновод. В волновод направляют электромагнитную волну, которая распространяется в направлении перемещения упомянутого транспортного средства. Препятствие, находящееся на железнодорожном пути, отражает часть электромагнитной волны в сторону железнодорожного транспортного средства, которое содержит средства, выполненные с возможностью анализа отраженной волны и идентификации наличия препятствия.

Однако это решение не является удовлетворительным.

Действительно, в устройстве безопасности, описанном в АТ 406616 В, электромагнитная волна, распространяющаяся в волноводе, подвергается двойному возмущению по причине плохого качества волновода и из-за наличия мачт, расположенных вдоль железнодорожного пути и поддерживающих воздушную линию. Это выражается в больших потерях, например, порядка 30 дБ/км, и в сильных отражениях сигнала, маскирующих объект, подлежащий обнаружению. Понятно, что большие потери и паразитные отражения сказываются на эффективности обнаружения и на надежности такого устройства безопасности.

Изобретение призвано предложить железнодорожное устройство безопасности вышеупомянутого типа, отличающееся тем, что волновод содержит электропроводящую полосу и электропроводящий кабель, которые расположены между рельсами железнодорожного пути, выполненного с возможностью обеспечения движения железнодорожного транспортного средства, при этом полоса и кабель расположены друг против друга на расстоянии друг от друга параллельно продольной оси рельсов и разделены слоем диэлектрического материала, предпочтительно воздуха, при этом кабель электрически изолирован от провода питания железнодорожного транспортного средства электрическим током.

Действительно, в таком устройстве электромагнитное поле, распространяющееся в волноводе, является удерживаемым вблизи волновода: благодаря этому, электромагнитное поле практически не подвергается ослаблению и почти не испытывает влияния от наличия мачт, что позволяет уменьшить потери волновода и повысить надежность устройства безопасности.

Согласно частным вариантам выполнения, изобретение имеет один или несколько следующих отличительных признаков, взятых отдельно или в любой технически возможной комбинации:

- устройство содержит бортовой модуль, установленный на железнодорожном транспортном средстве, при этом бортовой модуль содержит приемо-излучающее устройство, выполненное с возможностью излучения, соответственно приема, электромагнитной волны, переданной в волновод, соответственно электромагнитной волны, отраженной от него;

- бортовой модуль содержит каскад анализа отраженной электромагнитной волны, выполненный с возможностью обнаружения наличия препятствия на пути;

- поперечная протяженность полосы в плоскости, ортогональной к продольной оси путей, по существу превышает поперечную протяженность кабеля в упомянутой ортогональной плоскости;

- в любой плоскости, ортогональной к продольной оси путей и содержащей колесную ось железнодорожного транспортного средства, волновод находится под упомянутой колесной осью железнодорожного транспортного средства;

- полоса содержит верхнюю сторону, обращенную вверх, при этом кабель расположен над верхней стороной полосы;

- устройство содержит электрический диполь, электрически соединенный одним из своих полюсов с полосой и другим из своих полюсов с кабелем;

- сопротивление диполя отличается от характеристического сопротивления волновода;

- устройство содержит множество электрических диполей, при этом каждый диполь электрически соединен одним из своих полюсов с полосой и другим из своих полюсов с кабелем;

- диполи расположены друг за другом вдоль продольной оси рельсов с равномерным интервалом;

- по меньшей мере, два диполя имеют одинаковое сопротивление;

- устройство содержит устройство-преобразователь частоты, расположенный вблизи одноуровневого переезда через железнодорожный путь, при этом устройство-преобразователь частоты отсоединено от волновода, когда одноуровневый переезд открыт, и электрически соединено с волноводом между кабелем и полосой, когда одноуровневый переезд закрыт;

- устройство-преобразователь частоты является устройством-удвоителем частоты, предпочтительно диодным мостом.

Объектом изобретения является также способ обнаружения препятствия на железнодорожном пути, по которому движется железнодорожное транспортное средство, при этом железнодорожное транспортное средство содержит описанное выше железнодорожное устройство безопасности, отличающийся тем, что содержит следующие этапы:

- излучение бортовым модулем железнодорожного транспортного средства электромагнитной волны в волновод в виде переданной волны;

- ожидание приема бортовым модулем электромагнитной волны, отраженной препятствием, присутствующим на железнодорожном пути;

- передача тревожного сигнала в случае приема такой отраженной волны.

Объектом изобретения является также способ обнаружения закрытия одноуровневого переезда через железнодорожный путь, по которому движется железнодорожное транспортное средство, при этом железнодорожное транспортное средство содержит описанное выше железнодорожное устройство безопасности, отличающийся тем, что содержит следующие этапы:

- излучение бортовым модулем электромагнитной волны в волновод в виде волны запроса;

- ожидание приема бортовым модулем электромагнитной волны ответа с частотой, преобразованной относительно частоты волны запроса;

- передача тревожного сигнала в случае неполучения такой волны ответа по истечении заранее определенного времени.

Изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - вид сбоку железнодорожного транспортного средства на железнодорожном пути, содержащего железнодорожное устройство безопасности в соответствии с изобретением.

Фиг. 2 - вид в сечении по плоскости II-II элементов, показанных на фиг. 1.

Фиг. 3 - вид сбоку железнодорожного транспортного средства на железнодорожном пути, содержащего железнодорожное устройство безопасности в соответствии с изобретением, при этом на упомянутом пути находится препятствие.

Фиг. 4 - вид сверху элементов, показанных на фиг. 3.

Фиг. 5 - график сигнала, принимаемого бортовым модулем устройства безопасности, показанного на фиг. 3 и 4, в зависимости от расстояния относительно железнодорожного транспортного средства.

Фиг. 6 - вид сбоку железнодорожного транспортного средства, находящегося на железнодорожном пути с одноуровневым переездом и содержащего железнодорожное устройство безопасности в соответствии с изобретением.

Фиг. 7 - вид сбоку элементов, показанных на фиг. 6, после закрытия одноуровневого переезда.

Железнодорожное устройство 5 безопасности выполнено с возможностью обнаружения металлических препятствий на железнодорожном пути 10.

Как показано на фиг. 1 и 2, устройство 5 безопасности содержит волновод 15. Устройство 5 безопасности дополнительно содержит бортовой модуль 20, установленный на железнодорожном транспортном средстве 25. Железнодорожное транспортное средство 25 выполнено с возможностью движения по железнодорожному пути 10.

Железнодорожный путь 10 содержит два рельса 30, проложенные вдоль продольной оси Х-Х.

Кроме того, железнодорожный путь 10 содержит вертикальные мачты 35, расположенные через равномерные интервалы вдоль рельсов 30. Мачты 35 поддерживают контактную линию 40, содержащую провод питания 42, выполненный с возможностью питания железнодорожного транспортного средства 25 электрическим током.

Волновод 15 содержит электропроводящую полосу 45 и электропроводящий кабель 50, расположенные между рельсами 30 железнодорожного пути 10.

Например, рельсы 30, мачты 35 и полоса 45 соединены электрически и находятся по существу под одинаковым электрическим потенциалом. Например, полоса 45 находится под таким же потенциалом, что и земля 52. Например, кабель 50 электрически изолирован от электрического питания железнодорожного транспортного средства 25.

В варианте полоса 45 электрически изолирована от рельсов 30 и от мачт 35.

И полоса 45, и кабель 50 проходят вдоль оси, по существу параллельной продольной оси Х-Х рельсов.

Кабель 50 расположен напротив полосы 45 на расстоянии от полосы 45. Полоса 45 имеет верхнюю сторону 55, обращенную вверх. Кабель 50 подвешен над верхней стороной 55. Полоса 45 и кабель 50 разделены слоем диэлектрического материала, например, воздуха, или вставкой из диэлектрического материала.

Расстояние между кабелем 50 и полосой 45 определяют таким образом, чтобы избежать повреждения кабеля при прохождении железнодорожного транспортного средства 25. Например, расстояние между кабелем 50 и полосой 45 является таким, что кабель 50 не входит в контакт с колесными осями железнодорожного транспортного средства 25 и находится под колесными осями железнодорожного транспортного средства 25.

Такой волновод характеризуется потерями менее 10 дБ/км, в частности, менее 5 дБ/км, например, менее 2 дБ/км.

Волновод 15 содержит, по меньшей мере, один электрический диполь 60, показанный на фиг. 1.

Диполь 60 электрически соединен одним из свих полюсов с полосой 45 и другим из своих полюсов с кабелем 50.

Диполи 60 волновода 15 расположены через равномерные интервалы, например, через каждые 0,5-6 км.

Сопротивление диполя 60 отличается, например, от характеристического сопротивления волновода 15.

Бортовой модуль 20 содержит приемо-излучающее устройство 65, выполненное с возможностью излучения, соответственно приема, электромагнитной волны в волновод 15, соответственно из него.

Бортовой модуль 20 дополнительно содержит каскад 70 анализа электромагнитной волны, принимаемой приемо-излучающим устройством 65 из волновода 15.

Во время работы бортовой модуль 20 излучает электромагнитную волну в волновод 15 при помощи приемо-излучающего устройства 65. Такая электромагнитная волна является, например, радиочастотной волной. Предпочтительно длина электромагнитной волны является очень малой относительно протяженности волновода вдоль продольной оси Х-Х. В частности, протяженность волновода вдоль продольной оси Х-Х превышает в десять раз длину электромагнитной волны.

Электромагнитная волна распространяется вдоль волновода 15 в виде переданной электромагнитной волны.

Если сопротивление диполя 60 отличается от характеристического сопротивления волновода 15, диполь отражает в сторону железнодорожного транспортного средства 25 часть переданной волны в виде отраженной электромагнитной волны.

В определенный момент, мощность отраженной волны в зависимости от расстояния относительно железнодорожного транспортного средства 25 показана на фиг. 5, например, в виде кривой 75.

В отсутствии препятствия на железнодорожном пути 10 каскад 70 анализа обнаруживает характеристический сигнал волновода 15 и сопротивления диполя 60. Этот сигнал соответствует участку кривой 75, заключенному между абсциссами 0 м и 360 м.

Наличие препятствия 80, показанного на фиг. 3 и 4, на железнодорожном пути 10 локально искажает сопротивление волновода 15. Искажение, создаваемое препятствием 80, выражается в изменении профиля отраженной мощности. Искажение соответствует участку кривой 75, заключенному между абсциссами 360 м и 370 м.

Искажение выражается также в ослаблении мощности, отраженной участком волновода 15, более удаленным от железнодорожного транспортного средства 25, чем препятствие 80, что показано в виде участка кривой 75, заключенного между абсциссами 370 м и 480 м.

Отраженную волну принимает приемо-излучающее устройство 65 и анализирует каскад 70 анализа. Каскад 70 анализа обнаруживает искажение волны, отраженной препятствием 80, и выдает тревожный сигнал, адресованный машинисту и/или средствам остановки железнодорожного транспортного средства 25. Тревожный сигнал включает в себя, например, расстояние, на котором находится препятствие 80.

Согласно другому варианту выполнения, сопротивление диполя 60 равно характеристическому сопротивлению волновода 15. Электромагнитная волна, переданная в волновод 15, отражается в сторону железнодорожного транспортного средства 25 только в случае наличия препятствия 80 на железнодорожном пути 10.

Согласно другому варианту выполнения, волновод 15 содержит диполь 60 начала линии, который отмечает начало отслеживаемой зоны, и диполь 60 конца линии, который отмечает конец отслеживаемой зоны. Эти диполи предназначены, в частности, для проверки нормальной работы устройства.

Диполь 60 начала линии имеет сопротивление, идентичное характеристическому сопротивлению волновода 15, чтобы избегать любого отражения электромагнитной волны в начале линии.

Диполь 60 конца линии имеет сопротивление, отличное от характеристического сопротивления волновода, чтобы волна, излучаемая поездом, частично отражалась по причине этого несоответствия сопротивления и чтобы поезд мог обнаруживать отраженную волну. Основным преимуществом этого варианта выполнения является возможность подтверждения нормальной работы устройства 5 безопасности. Обычно диполь 60 представляет собой переменный резистор или цепь согласования, позволяющую корректировать уровень отражения электромагнитной волны.

Согласно варианту выполнения устройства безопасности, показанному на фиг. 6 и 7, железнодорожный путь 10 содержит одноуровневый переезд 85.

В этом случае волновод 15 дополнительно содержит устройство-преобразователь частоты 90.

Под «устройством-преобразователем частоты» следует понимать устройство, выполненное с возможностью отражения части излученной волны, которую оно принимает, в виде отраженной волны, частота которой является преобразованной частотой, отличной от частоты излученной волны. Например, преобразованная частота является частотой, равной кратному значению частоты излученной волны.

Например, устройство-преобразователь частоты 90 является устройством-удвоителем частоты, предпочтительно диодным мостом, выполненным с возможностью отражения части принимаемой им излученной волны в виде отраженной волны, преобразованная частота которой равна двойной частоте излученной волны. В предпочтительном варианте выполнения устройство-преобразователь частоты 90 является диполем-удвоителем частоты типа диода или умножителя частоты.

Когда одноуровневый переезд открыт, как показано на фиг. 6, устройство-удвоитель частоты 90 отсоединено от волновода 15. Когда одноуровневый переезд закрыт, как показано на фиг. 7, устройство-удвоитель частоты 90 электрически соединено с полосой 45, с одной стороны, и с кабелем 50, с другой стороны.

Во время работы, когда железнодорожное транспортное средство 25 находится вблизи одноуровневого переезда 85, бортовой модуль 20 излучает электромагнитную волну в волновод 15 при помощи приемо-излучающего устройства 65. Электромагнитная волна распространяется вдоль волновода 15 в виде электромагнитной волны запроса.

Если одноуровневый переезд 85 закрыт и устройство-удвоитель частоты 90 соединено с волноводом 15, как было указано выше, устройство-удвоитель частоты 90 отражает в сторону железнодорожного транспортного средства 25 часть волны запроса в виде электромагнитной волны ответа, частота которой равна двойной частоте волны запроса.

Волну ответа принимает приемо-излучающее устройство 65 и анализирует каскад 70 анализа. Каскад 70 анализа обнаруживает сигнал, частота которого равна двойной частоте волны запроса. Каскад 70 анализа выдает разрешающий сигнал, и железнодорожное транспортное средство 25 продолжает свое движение.

Если одноуровневый переезд 85 открыт и устройство-удвоитель частоты 90 отсоединено, в сторону железнодорожного транспортного средства не отражается никакая электромагнитная волна с двойной частотой по сравнению с частотой волны запроса.

Каскад 70 анализа не обнаруживает сигнала, частота которого равна двойной частоте волны запроса. В этом случае каскад 70 анализа выдает тревожный сигнал, адресованный машинисту и/или средствам остановки железнодорожного транспортного средства 25.

Техническое решение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики. Железнодорожное устройство безопасности содержит волновод, включающий электропроводящую полосу и электропроводящий кабель, которые расположены между рельсами железнодорожного пути, выполненного с возможностью обеспечения движения железнодорожного транспортного средства, при этом полоса и кабель расположены друг против друга на расстоянии друг от друга параллельно продольной оси рельсов и разделены слоем диэлектрического материала, предпочтительно воздуха. Причем кабель электрически изолирован от провода питания железнодорожного транспортного средства, в устройство введен электрический диполь, электрически соединенный одним из своих полюсов с электропроводящей полосой и другим из своих полюсов с кабелем. Достигается повышение безопасности движения поездов. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Железнодорожное устройство (5) безопасности, содержащее волновод (15), отличающееся тем, что волновод (15) содержит электропроводящую полосу (45) и электропроводящий кабель (50), которые расположены между рельсами (30) железнодорожного пути (10), выполненного с возможностью обеспечения движения железнодорожного транспортного средства (25), при этом полоса (45) и кабель (50) расположены друг против друга на расстоянии друг от друга параллельно продольной оси (Х-Х) рельсов (30) и разделены слоем диэлектрического материала, предпочтительно воздуха, при этом кабель (50) электрически изолирован от провода (42) питания железнодорожного транспортного средства (25) электрическим током, при этом устройство (5) отличается также тем, что содержит электрический диполь (60), электрически соединенный одним из своих полюсов с полосой (45) и другим из своих полюсов с кабелем (50).

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит бортовой модуль (20), установленный на железнодорожном транспортном средстве (25), при этом бортовой модуль (20) содержит приемо-излучающее устройство (65), выполненное с возможностью излучения, соответственно приема, электромагнитной волны, переданной в волновод (15), соответственно электромагнитной волны, отраженной от него.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что бортовой модуль (20) содержит каскад (70) анализа отраженной электромагнитной волны, выполненный с возможностью обнаружения наличия препятствия (80) на пути.

4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что поперечная протяженность полосы (45) в плоскости (II-II), ортогональной к продольной оси (X-X) путей, по существу превышает поперечную протяженность кабеля (50) в упомянутой ортогональной плоскости (II-II).

5. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что в любой плоскости (II-II), ортогональной к продольной оси (Х-Х) рельсов (30) и содержащей колесную ось железнодорожного транспортного средства (25), волновод (15) находится под упомянутой колесной осью железнодорожного транспортного средства (25).

6. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что полоса (45) содержит верхнюю сторону (55), обращенную вверх, при этом кабель (50) расположен над верхней стороной (55) полосы (45).

7. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что сопротивление диполя (60) отличается от характеристического сопротивления волновода (15).

8. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что содержит множество электрических диполей (60), при этом каждый диполь (60) электрически соединен одним из своих полюсов с полосой (45) и другим из своих полюсов с кабелем (50).

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что диполи (60) расположены друг за другом вдоль продольной оси (Х-Х) рельсов (30) с равномерным интервалом.

10. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что, по меньшей мере, два диполя (60) имеют одинаковое сопротивление.

11. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что, по меньшей мере, два диполя (60) имеют одинаковое сопротивление.

12. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что содержит устройство-преобразователь (90) частоты, расположенное вблизи одноуровневого переезда (85) через железнодорожный путь (10), при этом устройство-преобразователь (90) частоты отсоединено от волновода (15), когда одноуровневый переезд (85) открыт, и электрически соединено с волноводом (15) между кабелем (50) и полосой (45), когда одноуровневый переезд (85) закрыт.

13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что устройство-преобразователь (90) частоты является устройством-удвоителем частоты, предпочтительно диодным мостом.

14. Способ обнаружения препятствия (80) на железнодорожном пути (10), по которому движется железнодорожное транспортное средство (25), при этом железнодорожное транспортное средство (25) содержит железнодорожное устройство (5) безопасности по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что содержит следующие этапы:

- излучение бортовым модулем (20) железнодорожного транспортного средства (25) электромагнитной волны в волновод в виде переданной волны;

- ожидание приема бортовым модулем (20) электромагнитной волны, отраженной препятствием (80), присутствующим на железнодорожном пути (10);

- передача тревожного сигнала в случае приема такой отраженной волны.

15. Способ обнаружения закрытия одноуровневого переезда

(85) через железнодорожный путь (10), по которому движется железнодорожное транспортное средство (25), при этом железнодорожное транспортное средство (25) содержит железнодорожное устройство (5) безопасности по п. 12 или 13, отличающийся тем, что содержит следующие этапы:

- излучение бортовым модулем (20) электромагнитной волны в волновод (15) в виде волны запроса;

- ожидание приема бортовым модулем (20) электромагнитной волны ответа с частотой, преобразованной относительно частоты волны запроса;

- передача тревожного сигнала в случае неполучения такой волны ответа по истечении заранее определенного времени.