СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ НАРУШЕНИЯ ТОКОСЪЁМА ПО МАССЕ Российский патент 2021 года по МПК B60L5/00 B60L3/12 

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 регистрации оптического излучения, возникающего при дугообразовании и перегрузочном искрении, которые сопровождают отрывы токоприемников от контактного провода контактной подвески, а также получения значения массы материала контактного провода, которая подверглась разупрочнению.

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 или 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;

- 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;

p - 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 нагрев, разупрочнение и вынесение материала контактного провода. Под вынесением материала контактного провода подразумевается процесс, при котором часть материала вследствие тепловых эрозионных процессов выносится (исключается) из тела контактного провода. Часть материала, подвергшегося разупрочнение или вынесению, может быть охарактеризована массой. Причем, чем больше значение полученной массы, тем большая часть провода подверглась разупрочнению, а значит, тем опаснее было произошедшее нарушение токосъема, вызвавшее такой нагрев. Соответственно, опасность влияния нарушения токосъема на контактный провод может быть определена по массе вещества контактного провода, которая подверглась разупрочнению или вынесению.

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 массу m^* разупрочненного или вынесенного вещества контактного провода. После чего значение полученной массы m^* сравнивают с несколькими определенными заранее порогами m_j, где j - уровень опасности нарушения, принимающий значения 0, 1, причем если m_j≤m^*<m_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. Количество уровней опасности j может быть в общем случае любым необходимым.

Прием оптического излучения от дуги или искрения необходим для непосредственной регистрации факта нарушения токосъема, а также для измерения его длительности.

Применение массы вещества контактного провода в качестве показателя степени опасности представляется простым по смыслу, наглядным и наиболее приближенным к реальной эксплуатации подходом, поскольку отражает количество разупрочненного или вынесенного материала.

В общем случае массу материала можно получить двумя путями: по аналитическим зависимостям и посредством измерения аппаратурой.

Для аналитического расчета могут быть применены различные формулы, которые учитывают характер процесса: дугообразование или перегрузочное искрение.

Так, например, массу расплавленного материала от воздействия электрической дуги можно рассчитать по зависимости, применяемой при расчетах молниезащиты по ГОСТ Ρ МЭК 62305-1-2010 «Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 1. Общие принципы».

Также для расчета может быть применен зарекомендовавший себя в теплотехнических расчетах метод источников. Этот метод предполагает воздействие различных видов источников тепла, в том числе непрерывно действующих, распределенных и движущихся источников. Применение этого метода учтено в пункте 3 формулы изобретения. Измеряемый электрический ток является параметром определяющим степень разрушающего воздействия на контактный провод, то есть степень опасности, поскольку, чем больше ток, тем большее количество теплоты поступило в контактный провод, а значит, тем большая масса подверглась разупрочнению или вынесению. Соответственно, чем больше масса области нагрева, тем опаснее произошедшее нарушение токосъема. Измерение времени длительности нарушения необходимо для учета непосредственно времени действия электрического тока, а измерение скорости движения транспортного средства необходимо для вычисления длины отрезка контактного провода, подвергшемуся разрушающему воздействию. Таким образом, электрический ток, скорость движения электроподвижного состава и длительность нарушений токосъема необходимы для дальнейшего расчета массы области нагрева.

Также для расчета массы может быть применен метод конечных элементов, используемый для расчета параметров различных сложных теплофизических процессов. Применение этого метода учтено в пункте 4 формулы изобретения.

Пункт 5 формулы изобретения отражает ряд возможностей получения массы разупрочненного или вынесенного материала посредством применения различной измерительной техники. Так, например, измерение массы может быть получено с применением быстродействующей лазерной системой диагностики контактного провода «Износ», которая используется в измерительных вагонах-лабораториях контактной сети (ВИКС) и принцип действия которой основан на лазерном сканировании поверхности контактного провода.

Прием энергии светового потока может происходить в любом из диапазонов оптического излучения или сразу в нескольких. Способ по пункту 7 формулы изобретения конкретизирует наиболее рациональные и информативные с точки зрения технической диагностики сочетания диапазонов излучения для повышения результативности и достоверности определения опасности нарушений токосъема. Информативным можно считать сочетание ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов излучения, а наиболее информативным сочетание УФ, ИК и видимого диапазонов. Прием оптического излучения в нескольких диапазонах длин волн позволяет различить нарушение токосъема, сопровождаемое дугообразованием и сопровождаемое перегрузочным искрением. Таким образом, различенный характер процесса может быть учтен при дальнейшем расчете массы.

Регистрация оптического излучения от нарушений токосъема с получением массы разупрочненного или вынесенного материала контактного провода и вычислительные алгоритмы для расчетного показателя опасности по массе m^* и 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 определения степени опасности нарушения токосъема по массе 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. При этом получают массу разупрочненного или вынесенного вещества контактного провода, после чего значение полученной массы m* сравнивают с несколькими определенными заранее порогами m_j, где j - уровень опасности нарушения, принимающий значения 0, 1, …, n. Причем если m_j<m*<m_j+1, то принимают решение об уровне опасности j. Технический результат изобретения состоит в расширении возможностей диагностирования нарушений токосъема, повышении его эффективности, достоверности и надежности. 6 з.п. ф-лы

1. Способ определения степени опасности нарушения токосъема по массе, 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 массу разупрочненного или вынесенного вещества контактного провода, после чего значение полученной массы m* сравнивают с несколькими определенными заранее порогами m_j, где j – уровень опасности нарушения, принимающий значения 0, 1, …, n, причем если m_j≤m^*<m_j+1, то принимается решение об уровне опасности j.

2. Способ по п. 1, при котором значение массы m^* вычисляют по аналитическим зависимостям.

3. Способ по п. 2, при котором значение массы m^* вычисляют по методу источников, при этом для расчета при осуществлении способа дополнительно измеряют длительность произошедшего нарушения, скорость движения транспортного средства и значение электрического тока, протекающего в течение времени длительности нарушения.

4. Способ по п. 1, при котором значение массы m^* вычисляют по методу конечных элементов.

5. Способ по п. 1, при котором значение массы m^* получают посредством измерительной техники.

6. Способ по любому из пп. 1-5, при котором фиксируется местоположение произошедшего нарушения токосъема.

7. Способ по любому из пп. 1-6, при котором световой поток принимается в двух диапазонах оптического излучения, а именно: в ультрафиолетовом и инфракрасном, либо в трех диапазонах оптического излучения, а именно: в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном.