СПОСОБ И МОБИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ЦЕЛОСТНОСТИ РЕЛЬСОВЫХ НИТЕЙ Российский патент 2020 года по МПК B61L23/16 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики и может быть использовано для контроля целостности рельсовых нитей РН.

Уровень техники

Известен способ контроля целостности РН, заключающийся в измерении величины напряжения приемного конца рельсовой цепи РЦ, и при снижении напряжения ниже порогового значения РН фиксируется неисправной [Устройства автоматики телемеханики и связи. Часть I. Шалягин Д.В., Цыбуля Н.А., Косенко С.С., Волков А.А. и др. - М.: Маршрут, 2006 (стр. 168-171)].

Недостатком способа является то, что при изломе РН и отсутствии устойчивого гальванического разрыва контролировать неисправность РЦ не представляется возможным. Строительство и эксплуатация рельсовых цепей сопряжено со значительными затратами.

Известно устройство автоматической локомотивной сигнализации АЛС со стационарными и мобильными компонентами. Стационарные устройства контролируют состояние рельсовых цепей перед поездом и передают информацию на локомотив. Мобильные устройства воспринимают эту информацию, управляют локомотивным светофором, контролируют превышение допустимой скорости, бдительность машиниста и останавливают поезд при возникновении опасной ситуации. Передача информации на локомотив осуществляется с участием РЦ и локомотивных приемных катушек ПК [Леонов А.А. Техническое обслуживание автоматической локомотивной сигнализации. - М.: Маршрут, 1982].

Недостатком устройства является то, что ПК находятся перед первой колесной парой на расстоянии 150 мм от головки рельса. Это связано с тем, что защитная локомотивная решетка («метельник») находится на подрессоренной части локомотива и не защищает нижнюю часть локомотива от соударения с посторонними предметами.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа для устройства.

Известен способ контроля целостности рельсовых нитей (УКЦРН), заключающийся в измерении текущего напряжения приемного конца РЦ и сравнении его с пороговым значением, а также сравнении токов РН одного пути, измеренные в разные моменты времени [Полевой Ю.И. Методы и устройства контроля местонахождения объекта в системе управления подвижным составом: дис.…докт. техн. наук / Ю.И. Полевой. - Самара: СамГУПС, 2013. - 454 с.]. Если токи в РН отличаются на величину больше допустимого значения, то РЦ считается неисправной.

Недостатком способа является то, что при изломе РН и отсутствии устойчивого гальванического разрыва контролировать неисправность РЦ не представляется возможным. Кроме того, строительство и эксплуатация РЦ цепей сопряжено со значительными материальными затратами.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа для способа.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом, на достижение которого направлено техническое решение, является повышение достоверности контроля целостности РН.

Способ контроля целостности рельсовых нитей заключающийся в сравнении величины тока рельсах с нормативным значением, при превышении которого фиксируется излом рельсовой нити, отличающийся тем,

что локомотивные приемные катушки с Г-образными сердечниками крепятся к неподрессоренным узлам и размещаются между локомотивным тележками на расстоянии 10-20 мм от головок рельсов, что в условиях вибрации позволяет обеспечить контроль неисправности рельсовой нити по величине тягового тока по поврежденному рельсу в отсутствии гальванического разрыва между концами поврежденного рельса;

форма сердечника и его близость к рельсовой нити создают благоприятные условия для наведения ЭДС в катушках, при этом на величину наведенной ЭДС влияет не только значение тока в рельсовой нити, но и русло тока - центр перемещения потока электронов вдоль рельсовой нити, который при изломе рельса смещается от центра (центра тяжести поперечного сечения);

зависимость величины ЭДС от величины тока и русла его протекания (расстояние от русла до сердечника) позволяет определить излом рельса в условиях, когда сохраняется гальванический контакт между концами изломанного рельса;

в ЭВМ сравнивается разница ЭДС от тягового тока (его гармоник и др. помех) в рельсах с пороговым значением, при превышении которого фиксирует повреждение рельсовой нити;

результаты контроля целостности рельсовых нитей позволяют предотвратить опасную ситуацию или снизить тяжесть ее последствий для идущего поезда;

устройство контроля целостности рельсовых нитей монтируется на каждой локомотивной секции, а в сочетании с аналогичными устройствами, расположенными в хвостовой части поезда, позволяют обеспечить безопасность движения поезду, идущему в след;

контроль достоверной работы устройства осуществляется за счет пятиметровых продольных низкоомных шунтов, подсоединенных к одному из рельсов через каждые 100 м (они же являются датчиками пикетных меток).

Мобильное устройство контроля целостности рельсовых нитей содержащее рельсовую линию, с которой индуктивно связаны локомотивные приемные катушки, которые воспринимают аналоговый сигал с пути и передают его на вход усилителя, затем - на вход выпрямителя и, наконец, на - вход аналого-цифрового преобразователя, с выхода которого цифровой сигнал поступает на первый вход локомотивной ЭВМ, отличающееся тем, что

сигналом, за счет которого наводится ЭДС в приемных катушках, является тяговый ток и его гармоники;

приемные катушки с Г-образным сердечником закреплены за неподрессоренную часть локомотива между локомотивными тележками на расстоянии 10-20 мм от головок рельсов;

расположение приемных катушек в непосредственной близости к рельсам делает устройство контроля более чувствительным не только к величине тока в рельсах, но и к руслу тока в рельсах, что позволяет фиксировать повреждение рельсовой нити, которое не сопровождается нарушением электрической цепи;

при движении локомотива возникает вибрация рельс, которая способствует обнаружению повреждения рельсов;

контроль исправной работы устройств обнаружения места повреждения рельсовой нити осуществляется с участием медных (низкоомных) продольных пятиметровых шунтов, которые подключены к рельсам через каждые 100 м пути, шунты имитируют повреждение рельсовой нити;

координаты шунтов записаны в памяти локомотивной ЭВМ, что позволяет отличить воздействие шунтов от повреждений рельсовой нити;

ко второму входу локомотивной ЭВМ подсоединен выход приемника ГЛОНАСС, с участием которого по радиосвязи (через локомотивную и станционную ЭВМ) на станцию приема передается информация о координате места повреждения рельсовой нити.

Описание чертежей

На фиг. 1 показана схема соединения приборов и узлов устройства контроля целостности рельсовых нитей; на фиг. 2 - структурная схема преобразователя напряжения, на фиг.3 - расположение приемной катушки и ее сердечника над головкой рельса.

На фиг. 1, 2 и 3 приведены следующие обозначения:

1 - локомотив Л;

2 - станционная радиостанция РСС;

3 и 4 - первый и второй рельсы;

5 и 6 -низкоомные пятиметровые продольные шунты;

7 - локомотивная радиостанция РСЛ;

8 - приемник ГЛОНАСС ПГЛ;

9 - преобразователь напряжения ПН;

10 - локомотивная электронно-вычислительная машина ЭВМЛ;

11 и 12 - первая и вторая колесные пары первой тележки локомотива (секции локомотива);

13 и 14 - третья и четвертая колесные пары второй тележки локомотива (секции локомотива);

15 и 16 - первая и вторая приемные катушки ПК;

17 - канал радиосвязи между локомотивной радиостанцией РСЛ и станционной РСС;

18 - шина двухсторонней связи между ЭВМЛ и РСЛ;

19 - шина связи между ПГЛ и ЭВМЛ;

20 и 21 - соединения между ПН, второй и первой ПК;

22 - шина связи между ПН и ЭВМЛ;

23 - усилитель У;

24 - выпрямитель В;

25 - аналого-цифровой преобразователь АЦП;

26 и 27 - соединения между У и В;

28 и 29 - соединения между В и АЦП;

30 - колесо колесной пары 12;

31 - сердечник приемной катушки 15.

В описании работы устройства представлены следующие сокращения: АЛС - автоматическая локомотивная сигнализация;

ПК - приемная катушка;

РН - рельсовая нить;

РЦ - рельсовая цепь;

УКЦРН - устройство контроля целостности рельсовых нитей;

ЭВМЛ - локомотивная электронно-вычислительная машина;

ЭВМС - станционная электронно-вычислительная машина;

ЭЦ - пост электрической централизации.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 показана схема соединения приборов и узлов контроля целостности рельсовых нитей. На посту электрической централизации ЭЦ, впереди лежащей станции (пост на фиг. 1 не представлен), размещена станционная радиостанция РСС 2, которая по каналу радиосвязи 17 получает информацию с локомотивной радиостанции РСЛ 7 локомотива Л 1 о координатах мест повреждения РН. Повреждение обнаруживается с участием ПК 15 и 16 (фиг.3), соединений 20 и 21, ПН 9 (фиг. 1), шины связи 22 и локомотивной электронно-вычислительной машины ЭВМЛ 10. В момент обнаружения повреждения посредством ПГЛ 8, шины 19, ЭВМЛ 10 фиксирует координату места повреждения и по двухсторонней шине связи 18 передает информацию на РСЛ 7. Катушки 15 и 16 включены встречно относительно направления тягового тока, и суммарная ЭДС при исправных рельсовых нитях незначительна. При повреждении одного из рельсов на участке суммарная ЭДС возрастает, т.к. при отсутствии цепи по одному из рельсов ЭДС наводится только в одной из ПК, а при изломе одного рельса, в отсутствии гальванического разрыва, русло протекающего тока (русло -совокупность точек в плоскостях сечений рельса, примерно соответствующие центрам тяжести сечений) смещается от центра и суммарная наведенная ЭДС обоих ПК возрастает. При этом фиксируется координата повреждения, определяемая с помощью ПГЛ 8, которая передается на пост ЭЦ. Наведенная ЭДС (фиг. 2) в ПК 15 и ПК 16 по соединениям 20 и 21 передается на усилитель У 23, затем по соединениям 26 и 27 - на выпрямитель В 24, далее по соединениям 28 и 29 - на аналого-цифровой преобразователь АЦП 25, и, наконец, по шине 22 - на ЭВМЛ 10.

Исправность устройства контроля целостности рельсовых нитей осуществляется за счет подключения к одному из рельсов пятиметровых шунтов через каждые 100 м. При проходе локомотива над рельсом 3 с таким шунтом (5, 6 на фиг. 3) ЭДС в ПК 15 (фиг. 1) будет меньше, чем в ПК 16, т.к. часть тока рельса 3 протекает по шунту. УКЦРН фиксирует повреждение рельсовой нити и передает информацию на пост ЭЦ станции приема. Станционная ЭВМ (на фиг. 1, 2 и 3 ЭВМ не показана) ЭВМС воспринимает эту информацию как сигнал исправной работы УКЦРН, т.к. принятые координаты совпадают с координатами установки шунтов 5, 6,…, которые хранятся в памяти ЭВМС.

Соединение узлов УКЦРН осуществляется следующим образом. Одноименные выводы (начало, начало) локомотивных ПК 15 и ПК 16 соединены между собой, сумма ЭДС обоих ПК от тяговых токов по исправных рельсах 3 и 4 составляет менее 10% от суммы ЭДС при неисправном рельсе. Другие концы катушек (конец, конец) по соединениям 20 и 21 подключены к входу ПН 9 (выводы 1 и 2). По шине 22 с выхода ПН 9 передается цифровой сигнал на первый вход (вывод 1) ЭВМЛ 10, на второй вход которой (вывод 2) по шине 19 поступает информация с ПГЛ 8 о координате местонахождения локомотива Л 1. По шине двухсторонней связи 18 с выхода (третий вывод) ЭВМЛ 10 эта информация передается на вход РСЛ 7, а затем - по связи 17 на вход РСС 2. Выводы 1 и 2 ПН 9 соединены с выводами 1 и 2 У 23, выводы 3 и 4 которого по соединениям 26 и 27 - с выводами 1 и 2 В 24, выводы 3 и 4 которого по соединениям 28 и 29 - с выводами 1 и 2 АЦП, выход 3 которого соединен с выводами 3 (шина 22) ПН 9.

Особенности конструкции и работы УКЦРН.

ПК с Г-образными сердечниками крепятся к неподрессоренным узлам Л 1 и размещаются между тележками на расстоянии 10-20 мм от головок рельсов, что, в условиях вибрации, позволяет обеспечить контроль неисправности рельсовой нити при протекании тягового тока по поврежденному рельсам (смещается русло протекания тока) в отсутствии гальванического разрыва между концами поврежденного рельса.

Форма сердечника и его близость к рельсовой нити создают благоприятные условия для наведения ЭДС в катушке. На величину наведенной ЭДС влияет не только величина тока в рельсовой нити, но и русло тока - центр перемещения потока электронов вдоль рельсовой нити, который при изломе рельса смещается от центра (от центра тяжести поперечного сечения).

Зависимость величины ЭДС от величины тока и русла его протекания (расстояние от русла до сердечника) позволяет определить излом рельса в условиях, когда сохраняется гальванический контакт между концами изломанного рельса.

При движении локомотива возникает вибрация рельс, которая способствует обнаружению повреждения рельса.

ЭВМ сравнивает разницу ЭДС от тягового тока (его гармоник и др. помех) в рельсах с пороговым значением, при превышении которого фиксирует повреждение рельсовой нити.

Результаты контроля целостности рельсовых нитей позволяют предотвратить опасную ситуацию или снизить тяжесть последствий идущему поезду.

УКЦРН монтируется на каждой локомотивной секции, а в сочетании с аналогичными устройствами АУ, расположенными в хвостовой части поезда, позволяют обеспечить безопасность движения поезду, идущему в след. АУ имеет дополнительный генератор для создания тока под ПК хвостового вагона. Если тяговая подстанция для питания тяговых моторов локомотива находится впереди поезда, то под хвостовым вагоном (в отсутствии поездов двигающихся вслед) тяговый ток отсутствует.

Контроль достоверной работы УКЦРН осуществляется с участием пятиметровых продольных низкоомных шунтов, подсоединенных к одному из рельсов через каждые 100 м (они же являются датчиками пикетных меток).

К входу локомотивной ЭВМ подсоединяется выход приемника ГЛОНАСС, с участием которого по радиосвязи (через локомотивную и станционную радиостанции) на поста ЭЦ станции приема передается информация о координате места повреждения РН.

Способ и мобильное устройство контроля целостности рельсовых нитей осуществляется сравнением тяговых токов в рельсовых нитях между тележками локомотива. Над рельсами размещены приемные катушки с Г-образным сердечником на расстоянии 10-20 мм над головкой рельса. Обмотки катушек включены встречно, поэтому при исправных рельсовых нитях суммарная ЭДС не превышает 10% от аналогичной ЭДС при поврежденной рельсовой нити. Если одна из рельсовых нитей неисправна, то суммарная ЭДС увеличивается выше порогового значения, в этот момент фиксируется местонахождение локомотива, и на пост ЭЦ станции приема по радиоканалу передается информация о координате места повреждения. Обеспечивается технический результат, заключающийся в повышении достоверности контроля целостности рельсовых нитей. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ контроля целостности рельсовых нитей, заключающийся в сравнении величины тока в рельсах с нормативным значением, при превышении которого фиксируется излом рельсовой нити, отличающийся тем, что локомотивные приемные катушки с Г-образными сердечниками крепятся к неподрессоренным узлам и размещаются между локомотивными тележками на расстоянии 10-20 мм от головок рельсов, что в условиях вибрации позволяет обеспечить контроль неисправности рельсовой нити по величине тягового тока по поврежденному рельсу в отсутствие гальванического разрыва между концами поврежденного рельса;

форма сердечника и его близость к рельсовой нити создают благоприятные условия для наведения ЭДС в катушках, при этом на величину наведенной ЭДС влияет не только значение тока в рельсовой нити, но и русло тока - центр перемещения потока электронов вдоль рельсовой нити, который при изломе рельса смещается от центра рельса;

зависимость величины ЭДС от величины тока и русла его протекания позволяет определить излом рельса в условиях, когда сохраняется гальванический контакт между концами изломанного рельса;

в ЭВМ сравнивается разница ЭДС от тягового тока в рельсах с пороговым значением, при превышении которого фиксируют повреждение рельсовой нити;

результаты контроля целостности рельсовых нитей позволяют предотвратить опасную ситуацию или снизить тяжесть последствий для идущего поезда;

устройство контроля целостности рельсовых нитей монтируется на каждой локомотивной секции, а в сочетании с аналогичными устройствами, расположенными в хвостовой части поезда, позволяют обеспечить безопасность движения поезду, идущему вслед;

контроль достоверной работы устройства осуществляется за счет пятиметровых продольных низкоомных шунтов, подсоединенных к одному из рельсов через каждые 100 м.

2. Мобильное устройство контроля целостности рельсовых нитей, содержащее рельсовую линию, с которой индуктивно связаны локомотивные приемные катушки, которые воспринимают аналоговый сигал с пути и передают его на вход усилителя, затем на вход выпрямителя и, наконец, на вход аналого-цифрового преобразователя, с выхода которого цифровой сигнал поступает на первый вход локомотивной ЭВМ, отличающееся тем, что

сигналом, за счет которого наводится ЭДС в приемных катушках, является тяговый ток и его гармоники;

приемные катушки с Г-образным сердечником закреплены за неподрессоренную часть локомотива между локомотивными тележками на расстоянии 10-20 мм от головок рельсов;

расположение приемных катушек в непосредственной близости к рельсам делает устройство контроля более чувствительным не только к величине тока в рельсах, но и к руслу тока в рельсах, что позволяет фиксировать повреждение рельсовой нити, которое не сопровождается нарушением электрической цепи;

при движении локомотива возникает вибрация рельс, которая способствует обнаружению повреждения рельсов;

контроль исправной работы устройств обнаружения места повреждения рельсовой нити осуществляется с участием низкоомных продольных пятиметровых шунтов, которые подключены к рельсам через каждые 100 м пути, шунты имитируют повреждение рельсовой нити;

координаты шунтов записаны в памяти локомотивной ЭВМ, что позволяет отличить воздействие шунтов от повреждений рельсовой нити;

ко второму входу локомотивной ЭВМ подсоединен выход приемника ГЛОНАСС, с участием которого по радиосвязи на станцию приема передается информация о координате места повреждения рельсовой нити.