СПОСОБ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ НАРУШЕНИЯ ТОКОСЪЁМА Российский патент 2021 года по МПК B60M1/12 B60L5/00 G01J3/30 

Изобретение относится к электрифицированному железнодорожному транспорту и может быть использовано для определения опасности процессов, происходящих при нарушениях взаимодействия контактной подвески и токоприемников электроподвижного состава, путем спектрального анализа излучения, возникающего при дугообразовании и перегрузочном искрении, которые сопровождают отрывы токоприемников от контактного провода контактной подвески.

Контактная подвеска во взаимодействии с токоприемниками электроподвижного состава должна обеспечивать бесперебойный токосъем при движении поездов с установленной скоростью и в заданных климатических условиях. При нарушениях токосъема возникают дугообразование или перегрузочное искрение между полозом токоприемника электроподвижного состава и контактным проводом контактной подвески. Нарушение токосъема возникает по следующим причинам: неисправность контактной подвески (нарушение регулировки, жесткие точки, дефекты монтажа и эксплуатации и др.), появление на контактной сети гололеда, неисправности токоприемников электроподвижного состава (нерасчетное нажатие, износ, трещины, сколы токосъемных пластин и др.). Эти нарушения токосъема, сопровождающиеся искрением или дугообразованием, вызывают разрушение контактирующих элементов, что приводит, в конечном счете, к аварийному режиму на электрифицированном транспорте связанным с пережогом и обрывом контактного провода.

С точки зрения технической диагностики контактной сети и реальной ее эксплуатации необходимо регистрировать нарушения токосъема, их вид и степень воздействия на контактный провод.

Известен способ, в котором в качестве критерия качества токосъема используются так называемые коэффициент искрения и удельное число искрений [1]. Для реализации способа используется видеокамера, записывающая на протяжении всего обследуемого участка контактной подвески процесс токосъема и, соответственно, его нарушения с последующим покадровым анализом полученных данных. При дальнейшем анализе рассчитывается длительность отдельного искрения t_{искр q}, с:

где n_ки - число кадров, подряд расположенных с наличием искрения;

ƒ_к - частота кадров, Гц;

q - порядковый номер зарегистрированного искрения.

Затем проводят вычисление коэффициента искрения по всему обследуемому участку K_искр:

где t_общ - длительность периода движения, принятого для расчета, с;

р - число искрений.

После проводят вычисление удельного числа искрений км^-1:

где N_искр - число искрений на длине пройденного пути, принятого для расчета удельного числа искрений;

L_общ - длина пройденного пути, принятого для расчета удельного числа искрений, км.

Этот способ выбран в качестве прототипа.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение следующих недостатков прототипа:

- коэффициент искрения и удельное число искрений по всему диагностируемому участку представляются интегральными параметрами и являются характеристиками всего участка целиком, то есть не дают никакой информации о конкретных дефектах, местах их расположения и соответственно о степени опасности воздействия конкретного нарушения токосъема на контактный провод;

- регистрация только длительности отдельно взятого нарушения в общем случае не свидетельствует о степени влияния на контактирующие элементы;

- неспособность учитывать вид нарушения токосъема (дугообразование или перегрузочное искрение);

- невозможность оценить степень опасности того или иного дефекта с точки зрения термического воздействия на контактный провод;

- низкая с точки зрения технического диагностирования достоверность и надежность определения искрений, связанная с возможным пропуском цифровой камерой кратковременных нарушений токосъема.

При возникновении нарушения токосъема, сопровождающегося дугообразованием или искрением, происходит испарение материала контактного провода. Таким образом в плазме дуги появляются ионы вещества, из которого состоит контактный провод. Причем, чем больше концентрация этого вещества в плазме, тем больше материала было испарено, то есть вынесено из контактного провода. Чем больше материала было вынесено из контактного провода, тем больше произошло его изнашивание и разупрочнение. Соответственно, опасность влияния нарушения токосъема на контактный провод зависит от количества вынесенного материала, причем, чем больше это количество, тем опаснее произошедшее нарушение токосъема.

Известно, что различные методы спектрального анализа позволяют получать значения концентраций вещества, находящегося в плазме, на основе регистрации интенсивности спектральных линий этого вещества.

Решение технической задачи достигается тем, что при осуществлении способа происходит прием излучения от дуговых, искровых или иных разрядных или тепловых процессов, в том числе перегрузочных искрений, возникающих при нарушениях токосъема, при этом получают спектр излучения, содержащий спектральные линии вещества материала контактного провода, с измерением интенсивности I^* спектральной линии вещества. После чего значение полученной интенсивности I^* спектральной линии вещества сравнивают с несколькими определенными заранее порогами I_j, где j - уровень опасности нарушения, принимающий значения 0, 1, …, n, причем если I_j≤I^*<I_j+1, то принимается решение об уровне опасности j.

Таким образом, при диагностировании учитывается каждое отдельное произошедшее нарушение токосъема, местоположение которого также фиксируется с присвоением конкретному нарушению определенного уровня опасности j.

Прием излучения от дуги необходим для непосредственной регистрации факта нарушения токосъема, а также для получения спектра и измерения интенсивности I^* спектральной линии вещества материала контактного провода.

Измеряемая интенсивности спектральной линии является параметром определяющим степень разрушающего воздействия на контактный провод, то есть степень опасности, поскольку, чем больше значение интенсивности линии, тем, соответственно, опаснее произошедшее нарушение токосъема.

Применение интенсивности спектральной линии в качестве показателя степени опасности представляется простым по смыслу, наглядным и наиболее приближенным к реальной эксплуатации подходом, поскольку косвенно отражает количество вынесенного из контактного провода вещества. Количество уровней опасности j может быть в общем случае любым необходимым.

Получение спектров излучения, а также измерение интенсивности I^* спектральной линии вещества материала контактного провода может быть получено различными методами спектроскопии, что учтено в пункте 2 формулы изобретения. Наиболее известными и зарекомендовавшими себя при проведении, в том числе дистанционных, измерений и получения спектров излучения при высоких температурах являются метод инфракрасной спектроскопии, метод оптической спектроскопии, метод ультрафиолетовой спектроскопии, метод рентгеновской спектроскопии, метод фотоэлектронной спектроскопии. Применение этих методов при реализации способа учтено в пункте 3 формулы изобретения.

Измерение времени длительности нарушения с измерением скорости движения транспортного средства необходимо для вычисления длины отрезка контактного провода, подвергшемуся разрушающему воздействию. Регистрация параметров скорости и времени длительности учтена в пункте 5 формулы изобретения.

Прием излучения от нарушений токосъема с одновременным получением спектров и измерением интенсивности I^* спектральной линии вещества материала контактного провода для оценки степени опасности и получения уровня опасности j составляют новизну и существенные отличия заявляемого изобретения, поскольку позволяют определять реальную степень опасности влияния конкретного нарушения токосъема на контактный провод, а значит, повысить точность и качество диагностирования.

Предлагаемый способ выполняется с помощью известных технических средств.

Литература

1. ГОСТ 32793-2014. Токосъем токоприемником железнодорожного электроподвижного состава. Номенклатура показателей качества и методы их определения [Текст]. - Введ. 2015-09-01. - М.: Стандартинформ, 2015. - 20 с.

Изобретение относится к контролю качества взаимодействия контактного провода и токоприемников электроподвижного состава. Способ спектрального определения степени опасности нарушения токосъема заключается в том, что производят прием излучения от дуговых, искровых или иных разрядных или тепловых процессов, в том числе перегрузочных искрений, возникающих при нарушениях токосъема. Получают спектр излучения, содержащий спектральные линии вещества материала контактного провода, с измерением интенсивности I^* спектральной линии вещества. Затем производят сравнение полученной интенсивности I^* спектральной линии вещества с несколькими определенными заранее порогами I_j, где j - уровень опасности нарушения, принимающий значения 0, 1, …, n. Причем если I_j≤I^*<I_j+1, то принимается решение об уровне опасности j. Технический результат изобретения состоит в расширении возможностей диагностирования нарушений токосъема, повышении его эффективности, достоверности и надежности. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ спектрального определения степени опасности нарушения токосъема, при котором происходит прием излучения от дуговых, искровых или иных разрядных или тепловых процессов, в том числе перегрузочных искрений, возникающих при нарушениях токосъема, отличающийся тем, что при осуществлении способа получают спектр излучения, содержащий спектральные линии вещества материала контактного провода, с измерением интенсивности I^* спектральной линии вещества и затем производят сравнение полученной интенсивности I^* спектральной линии вещества с несколькими определенными заранее порогами I_j, где j - уровень опасности нарушения, принимающий значения 0, 1, …, n, причем если I_j≤I^*<I_j+1, то принимается решение об уровне опасности j.

2. Способ по п. 1, при котором получение спектра и измерение интенсивности I^* спектральной линии вещества материала контактного провода производят методами спектроскопии.

3. Способ по любому из пп. 1, 2, при котором получение спектра производят одним из следующих методов: метод инфракрасной спектроскопии; метод оптической спектроскопии; метод ультрафиолетовой спектроскопии; метод рентгеновской спектроскопии; метод фотоэлектронной спектроскопии.

4. Способ по любому из пп. 1-3, при котором фиксируется местоположение произошедшего нарушения токосъема.

5. Способ по любому из пп. 1-4, при котором производят измерение длительности произошедшего нарушения и скорости движения транспортного средства для определения длины области износа.