СПОСОБ И 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.

Уровень техники

Известен способ и устройство контроля целостности рельсовых нитей, заключающийся в измерении текущего напряжения приемного конца рельсовой цепи и сравнении его с пороговым значением. Пороговым значением является усредненное значение нескольких измерений напряжений приемного конца в нормальном режиме (принцип работы относительной рельсовой цепи). При снижении текущего напряжения приемного конца ниже порогового значения фиксируется занятое или неисправное состояние рельсовой цепи [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].

Недостатком способа и устройства является необходимость оборудования железнодорожного участка рельсовыми цепями.

Известен способ контроля целостности рельсовых нитей, заключающийся в контроле текущего тока питающего конца и сравнении его с пороговым значением. Контроль осуществляется посредством рельсовой линии, концы которой закорочены шунтами, а питание подается от середины током тональной частоты [Патент 2671605 (РФ). Способ контроля состояний путевого участка двухчастотной рельсовой цепи/ Полевой Ю.И., Горелик А.В. - Опубл. 02.11. 2018 Бюл. №31, МПК В61L 23/16].

Недостатком способа является необходимость оборудования железнодорожного участка рельсовыми цепями.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом, на достижение которого направлено техническое решение, является осуществление контроля целостности рельсовых нитей и свободности путевого участка за хвостом поезда с мобильного устройства, расположенного на одноосной тележке, прицепленной к хвостовому вагону. Передача информации по радиосвязи на станцию приема о состоянии путевых участков за хвостом поезда и передача информации по радиосвязи на локомотивы о состоянии впередилежащих участков позволяет отказаться от использования напольного перегонного оборудования (светофоров, рельсовых цепей, дроссель-трансформаторов и др.) и кабеля.

Способ контроля целостности рельсовых нитей, заключающийся в том, что рельсовая линия, закороченная на одном конце шунтом, питается от генератора тональной частоты, отличающийся тем, что в качестве шунта используются колесные пары хвостового вагона ХВ;

к этому шунту подсоединяется один вывод генератора, другой вывод которого подсоединяется через две параллельно встречно включенные обмотки контрольного трансформатора КТ к полуосям колесной пары прицепной тележки ТЛ, между которыми установлен изолятор;

из-за встречного включения обмоток на третьей обмотке КТ не наводится ЭДС, что указывает на исправное состояние рельсовых нитей;

при повреждении одной из рельсовых нитей на третьей обмотке КТ наводится ЭДС - сигнал неисправности рельсовой нити, этот сигнал поступает на вычислительную машину тележки ЭВМТ, которая с помощью приемника ГЛОНАСС ПГЛ фиксирует координату места повреждения и формирует приказ для передачи по радиосвязи на станцию приема;

для проверки исправности устройства контроля целостности рельсовых нитей через каждые сто метров к одному из рельсов подсоединяется низкоомный обводной соединитель длиной пять метров, с помощью которого имитируется повреждение рельса, при этом на станцию приема передается информация о координате соединителя, которая воспринимается как сигнал исправной работы устройства контроля целостности рельсовых нитей;

принимаемый сигнал позволяет определить координату местонахождения хвостового вагона и направление движения поезда.

Устройство контроля целостности рельсовых нитей УК, работающее на сравнении двух значений напряжений, отличающееся тем, что сравниваются значения ЭДС в первой и второй катушках контрольного трансформатора КТ, включенные встречно и последовательно рельсам, рельсовой цепи РЦ, образованной рельсовыми нитями, колесными парами хвостового вагона ХВ и прицепной тележки;

при движении поезда мобильная рельсовая цепь - контрольный участок КУ - смещается вместе с поездом;

при перемещении ХВ по КУ с поврежденным рельсом ЭДС в первой и второй катушках различаются, что вызывает наведение ЭДС в третьей катушке и инициирует сигнал о повреждении рельсовой нити;

реализация КУ осуществляется с участием генератора рельсовой цепи ГРЦ, приемника рельсовой цепи ПРЦ, контрольного трансформатора КТ, которые установлены на одноосной тележке, прицепленной к ХВ через изолированный от тележки фрагмент автосцепки тележки, полуоси колесной пары тележки изолированы друг от друга, а одна из полуосей изолирована от корпуса тележки;

один из выводов выхода ГРЦ соединен с автосцепкой, а через корпус вагона и колесные пары - с обоими рельсами, другой вывод через первую и вторую катушки, полуоси колесной пары тележки соединен с первым и вторым рельсами;

при поврежденном рельсе токи в рельсах и катушках неодинаковые, что приводит к появлению ЭДС в третьей катушке;

ПРЦ фиксирует превышение ЭДС в третьей катушки над пороговым значением и воздействует на ЭВМ тележки, которая с помощью приемника ГЛОНАС ПГЛ определяет координату места повреждения, и с помощью радиостанции РСТ передает информацию на станцию приема;

для проверки исправности УК через каждые сто метров к одному из рельсов подсоединяется низкоомный обводной соединитель длиной пять метров, с помощью которого имитируется повреждение рельса, при этом на станцию приема передается информация о координате соединителя, которая воспринимается как сигнал исправной работы КУ;

принимаемый сигнал позволяет определить координату местонахождения хвостового вагона и направление движения поезда;

питание и обогрев приборов и узлов КУ осуществляется от аккумуляторной батареи, полюса которой соединены со всеми приборами ТЛ, а также - с выходом энергогенератора ЭГ, который установлен на оси колесной пары ТЛ.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема размещения приборов на тележке; на фиг. 2 - схема соединения приборов контрольного блока; на фиг. 3 - цепь включения контрольного трансформатора; на фиг. 4 - конструкция контрольного трансформатора; на фиг.5 - цепи включения обводных соединителей.

Осуществление изобретения

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

1 и 2 - первый и второй рельсы;

3 - хвостовой вагон ХВ;

4 - тележка с приборами ТЛ;

5 - контрольный блок КБ;

6 - колесная пара хвостового вагона;

7 - первая полуось с колесом тележки;

8 - вторая полуось с колесом тележки;

9 - фрагмент автосцепки хвостового вагона;

10 - фрагмент автосцепки тележки;

11 - изолятор у сцепки тележки;

12 - тяга тележки;

13 - коллектор на первой полуоси;

14 - коллектор на второй полуоси;

15 - энергогенератор ЭГ;

16 - изолятор между полуосями тележки;

17 - соединение между КБ и коллектором на первой полуоси;

18 - соединение между КБ и коллектором на второй полуоси;

19 и 20 - соединения выхода ЭГ с КБ;

21 - соединение между ГРЦ и фрагментом сцепки тележки;

22 - антенна радиостанции тележки АР;

23 - антенна приемника ГЛОНАСС на тележке АГ;

24 - выпрямитель В;

25 - аккумуляторная батарея (4 акк.);

26 - приемник ГЛОНАСС ПГЛ;

27 - радиостанция на тележке РСТ;

28 - генератор рельсовой цепи ГРЦ;

29 - контрольный трансформатор КТ;

30 - приемник рельсовой цепи ПРЦ;

31 - ЭВМ на тележке ЭВМТ;

32 - минусовой полюс;

33 - плюсовой полюс;

34 - соединение между ПГЛ и ЭВМТ;

35 - соединение между ГРЦ и КТ;

36 и 37 - соединения между КТ и ПРТ;

38 - соединение между ПРЦ и ЭВМТ;

39 - соединение между ЭВМТ и РСТ;

40, 41 и 42 - обводные соединители ОС1, ОС2 и ОС3 для снижения сопротивления рельса.

На фиг. 1, 2, 3, 4, 5 и в тексте указаны обозначения K1, К2, К3, К4, К5 - клеммы блока КБ; А, В и С - обмотки КТ; АН, АК, ВН, ВК, СН и СК - выводы обмоток КТ; РЦ - рельсовая цепь длиной 5 - 8 м, ограниченная последней колесной парой хвостового вагона и колесами тележки, прицепленной к поезду, является контрольным участком КУ; УК - устройство контроля целостности рельсовых нитей, пунктирными стрелками показаны цепи тока ГРЦ.

На фиг. 1 представлена электрическая схема соединений узлов и приборов мобильного УК. На фиг. 2 приведена электрическая схема соединений узлов и приборов контрольного блока КБ 5. На фиг. 3 изображена цепь включения контрольного трансформатора КТ 29.

Принцип действия способа и устройства основан на сравнении величин токов в рельсах II и 12 (фиг. 3) короткой рельсовой цепи РЦ длиной 5-8 м. Для этого к корпусу хвостового вагона ХВ 3 и к полуосям 7 и 8 колес тележки ТЛ 4 через обмотки А и С контрольного трансформатора КТ 29 подсоединяют выводы мобильного генератора ГРЦ 28 рельсовой цепи РЦ. Обмотки А и С включены встречно. В обмотке В при исправных рельсовых нитях РЦ наводится ЭДС, которая ниже порогового значения напряжения ЦП. При перемещении тележки по участку, где один из рельсов РЦ поврежден и ток по нему не протекает, на обмотке В наводится ЭДС, напряжение которой превышает ЦП. При этом мобильный ПРЦ 30 (фиг. 3 и 2) по соединениям 36 и 37 получает сигнал о возросшей ЭДС в катушке В, фиксирует его как повреждение рельсовой нити, а и по соединению 38 передает на ЭВМ тележки ЭВМТ 31 информацию о нарушении целостности рельсовой нити. ЭВМТ 31 с участием соединения 33, приемника ПГЛ 26, антенны АГ 23 фиксирует место повреждения рельсовой нити и с помощью соединения 39, радиостанции РСТ 27 и антенны АР 22 передает координату повреждения на станцию приема (на фиг. 1, 2, 3, 4 и 5 не представлена). Со станции приема информация о координате повреждения рельсовой нити и хвостового вагона передается на локомотивы всех поездов, идущих в сторону станции.

На фиг. 1-3 представлена одноосная тележка ТЛ 4 с узлами и приборами, соединенными между собой, составляющими основу мобильного УК. ТЛ 4 прицеплена к хвостовому вагону ХВ 3 и перемещается по рельсам 1 и 2. Фрагменты автосцепок ХВ 3 9 и тележки ТЛ 4 10 соединяются между собой, образуя электрическую цепь. Фрагмент 10 и тяга 12 надежно соединен между собой посредством изолятора 11, электрической цепи между фрагментом 10 и тягой 12 не создается. На тележке размещены: генератор ГРЦ 28, приемник ПРЦ 30, трансформатор КТ 29, энергогенератор ЭГ 15. Колесная пара тележки сборная. Она состоит из первой полуоси с колесом 7 и второй полуоси с колесом 8. Полуоси скреплены между собой изолятором 16 и имеют коллекторы 13 и 14 для создания электрических цепей с выводами обмоток А и С КТ 29. ГРЦ 28 соединением 21 соединен с фрагментом автосцепки 10, соединением 35 - с концами обмоток А и С КТ 29. Начала обмоток А и С соединениями 17 и 18 соединены с коллекторами 13 и 14. Колесо с полуосью 8 изолировано от корпуса ТЛ 5. ПРЦ 30 соединениями 36 и 37 соединен с обмоткой В КТ 29. ЭГ 15 посредством соединений 19 и 20 через клеммы К4 и К5 соединен с входом выпрямителя В 24, выход которого соединениями 32 и 33 соединен с полюсами аккумулятора 25. Выход ПРЦ 30 соединением 38 соединен с ЭВМТ, которая посредством выходов 34 и 39 соединена соответственно с ПГЛ 26 и РСТ 27. Другие входы ПГЛ 26 и РСТ 27 соединены с антеннами АГ 23 и АР 22 соответственно.

Сердечник КТ 29 с обмотками показаны на фиг. 4. На фиг. 5 представлены обводные соединители ОС1 40, ОС2 41 и ОСЗ 42 для осуществления контроля работы мобильного устройства.

Контроль целостности рельсовых нитей РЦ (фиг. 3) осуществляется методом сравнения токов II и 12 протекающих по рельсам 1 и 2 от генератора ГРЦ 28, подсоединенного одним выводом к колесной паре 6 ХВ 3 через соединение 21, фрагмент сцепки тележки 10, фрагмент сцепки 9 ХВ 10, а другим выводом подсоединен через соединение 35, обмотку А и С КТ 29, связь 17 и 18 к полуосям 7 и 8. Полуось 8 изолирована от корпуса ТЛ 4 и полуоси 7. Токи рельс от последней колесной пары ХВ 3 протекают по рельсам 1 и 2 к колесной паре ТЛ 4 с полуосями 7 и 8. При исправных рельсовых нитях на участке РЦ токи рельс II и 12 равны и соответствуют токам обмоток А и С трансформатора КТ 29. При встречном включении обмоток А и С и исправных рельсах ЭДС в обмотке В КТ 29 ниже порогового значения ЦП, что фиксируется ПРЦ 30. По соединению 38 (фиг. 2) информация об исправности рельсовых нитей передается с ПРЦ 30 на ЭВМТ 31. При неисправной рельсовой нити по информации с АГ 23, ПГЛ 26, соединению 34 информация о местонахождении ПГЛ 26 фиксируется ЭВМТ

31 как место повреждения рельсовой нити. Эта информация по соединению 39, РСТ 27 и АР 22 передается на станцию приема (на фиг. 1 она не представлена).

Со станции приема информация о координате мест повреждения рельсов и координате местонахождения ТЛ 4 передается на поезда, следующие на станцию приема.

Питание всех узлов и приборов, размещенных на ТЛ 4, осуществляется от ЭГ 15, который установлен на колесной паре тележки (полуоси 7 и 8) и соединениями 19 и 20 (фиг. 1 и 2) соединен с В 24. Посредством соединений

32 и 33 к выходу В 24 подсоединен аккумулятор 25, который сглаживает пульсацию и создает резерв электроэнергии для питания узлов и приборов ТЛ 4 при остановке поезда, а также для обогрева КБ 5 в холодное время года (на фиг. 1 и 3 устройства обогрева не представлены).

Проверка исправности работы УК осуществляется путем снижения сопротивления одного рельса на участке длиной пять метров через каждые сто метров. Снижение сопротивления рельса осуществляется за счет подключения параллельно рельсу обводных соединителей ОС1 39, ОС2 40, ОС 41, … длиной пять метров. При этом ток одного рельса на 10-20% превышает ток другого, что приемником ПРЦ 30 фиксируется как повреждение рельсовой нити, и на пост ЭЦ станции приема передается сигнал о неисправности и его координате. При передаче таких сигналов через каждые сто метров они расцениваются не как неисправность рельса, а как сигналы подтверждения исправной работы мобильного УК. Эти сигналы используются для определения координат места нахождения ТЛ 4 и движения поезда в нечетном или четном направлении (ОС установлены только на одном рельсе).

Техническое решение относится к средствам контроля целостности рельсовых нитей. В способе рельсовую линию закорачивают на одном конце шунтом, питание осуществляется от генератора тональной частоты, в качестве шунта используются колесные пары хвостового вагона ХВ; к шунту подсоединяется один вывод генератора, другой вывод которого подсоединяется через две параллельно встречно включенные обмотки контрольного трансформатора КТ к полуосям колесной пары прицепной тележки ТЛ, между которыми установлен изолятор; из-за встречного включения обмоток на третьей обмотке КТ не наводится ЭДС, что указывает на исправное состояние рельсовых нитей; при повреждении одной из рельсовых нитей на третьей обмотке КТ наводится ЭДС - сигнал неисправности рельсовой нити, этот сигнал поступает на вычислительную машину тележки ЭВМТ, которая с помощью приемника ГЛОНАСС ПГЛ фиксирует координату места повреждения и формирует приказ для передачи по радиосвязи на станцию приема; для проверки исправности устройства контроля целостности рельсовых нитей через каждые сто метров к одному из рельсов подсоединяется низкоомный обводной соединитель длиной пять метров, с помощью которого имитируется повреждение рельса, при этом на станцию приема передается информация о координате соединителя, которая воспринимается как сигнал исправной работы устройства контроля целостности рельсовых нитей; принимаемый сигнал позволяет определить координату местонахождения хвостового вагона. Достигается реализация функций контроля целостности рельсовых нитей и свободности путевого участка за хвостом поезда. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ контроля целостности рельсовых нитей, заключающийся в том, что рельсовая линия, закороченная на одном конце шунтом, питается от генератора тональной частоты, отличающийся тем, что в качестве шунта используются колесные пары хвостового вагона ХВ; к этому шунту подсоединяется один вывод генератора, другой вывод которого подсоединяется через две параллельно встречно включенные обмотки контрольного трансформатора КТ к полуосям колесной пары прицепной тележки ТЛ, между которыми установлен изолятор; из-за встречного включения обмоток на третьей обмотке КТ не наводится ЭДС, что указывает на исправное состояние рельсовых нитей; при повреждении одной из рельсовых нитей на третьей обмотке КТ наводится ЭДС - сигнал неисправности рельсовой нити, этот сигнал поступает на вычислительную машину тележки ЭВМТ, которая с помощью приемника ГЛОНАСС ПГЛ фиксирует координату места повреждения и формирует приказ для передачи по радиосвязи на станцию приема; для проверки исправности устройства контроля целостности рельсовых нитей через каждые сто метров к одному из рельсов подсоединяется низкоомный обводной соединитель длиной пять метров, с помощью которого имитируется повреждение рельса, при этом на станцию приема передается информация о координате соединителя, которая воспринимается как сигнал исправной работы устройства контроля целостности рельсовых нитей; принимаемый сигнал позволяет определить координату местонахождения хвостового вагона и направление движения поезда.

2. Устройство контроля целостности рельсовых нитей УК, работающее на сравнении двух значений напряжений, отличающееся тем, что сравниваются значения ЭДС в первой и второй катушках контрольного трансформатора КТ, включенные встречно и последовательно рельсам, рельсовой цепи РЦ, образованной рельсовыми нитями, колесными парами хвостового вагона ХВ и прицепной тележки; при движении поезда мобильная рельсовая цепь - контрольный участок КУ - смещается вместе с поездом; при перемещении ХВ по КУ с поврежденным рельсом ЭДС в первой и второй катушках различаются, что вызывает наведение ЭДС в третьей катушке и инициирует сигнал о повреждении рельсовой нити; реализация КУ осуществляется с участием генератора рельсовой цепи ГРЦ, приемника рельсовой цепи ПРЦ, контрольного трансформатора КТ, которые установлены на одноосной тележке, прицепленной к ХВ через изолированный от тележки фрагмент автосцепки тележки, полуоси колесной пары тележки изолированы друг от друга, а одна из полуосей изолирована от корпуса тележки; один из выводов выхода ГРЦ соединен с автосцепкой, а через корпус вагона и колесные пары - с обоими рельсами, другой вывод через первую и вторую катушки, полуоси колесной пары тележки соединен с первым и вторым рельсами; при поврежденном рельсе токи в рельсах и катушках неодинаковые, что приводит к появлению ЭДС в третьей катушке; ПРЦ фиксирует превышение ЭДС в третьей катушки над пороговым значением и воздействует на ЭВМ тележки, которая с помощью приемника ГЛОНАС ПГЛ определяет координату места повреждения, и с помощью радиостанции РСТ передает информацию на станцию приема; для проверки исправности УК через каждые сто метров к одному из рельсов подсоединяется низкоомный обводной соединитель длиной пять метров, с помощью которого имитируется повреждение рельса, при этом на станцию приема передается информация о координате соединителя, которая воспринимается как сигнал исправной работы КУ; принимаемый сигнал позволяет определить координату местонахождения хвостового вагона и направление движения поезда; питание и обогрев приборов и узлов КУ осуществляется от аккумуляторной батареи, полюса которой соединены со всеми приборами ТЛ, а также - с выходом энергогенератора ЭГ, который установлен на оси колесной пары ТЛ.