Устройство контроля проследования колесных пар, тележек вагонов, вагонов и локомотивов железнодорожного подвижного состава
Полезная модель относится к области железнодорожной автоматики и предназначена для использования в качестве средства контроля проследования рельсового железнодорожного подвижного состава (колесных пар, тележек вагонов, вагонов и локомотивов). Устройство контроля проследования колесных пар, тележек вагонов, вагонов и локомотивов состоит из индуктивного кабельного шлейфа, приемника-анализатора сигналов, состоящего из полосового фильтра, усилителя, пикового детектора, фильтра нижних частот и релейного элемента. Индуктивный кабельный шлейф размещается по периметру контролируемой зоны участка железнодорожного пути. Он играет роль катушки индуктивности и является чувствительным элементом устройства. Устройство питается от генератора импульсов постоянного тока, создавая в окружающем пространстве переменное электромагнитное поле. При отсутствии подвижного состава электронный блок выделяет сигнал свободности контролируемого участка пути, который ставит под ток путевое реле. При проследовании подвижного состава электромагнитное поле взаимодействует с металлическими массами транспортных средств, в результате чего электронный блок выделяет сигнал проследования подвижного состава, который выключает путевое реле. Индуктивный кабельный шлейф не имеет гальванической связи с рельсами. В зависимости от размера индуктивного шлейфа возможно различать и подсчитывать колесные пары, тележки вагонов, вагоны и локомотивы подвижного состава.
Технический результат заявляемого устройства состоит в надежной защите его от воздействий паразитных токов, протекающих в рельсовых цепях, и получении большой информативности сигналов, с помощью которых можно распознавать и вести подсчет числа осей, числа тележек вагонов, числа вагонов и локомотивов подвижного состава.
Полезная модель относится к области железнодорожной автоматики и предназначена для использования в качестве средства контроля проследования рельсового железнодорожного подвижного состава (колесных пар, тележек вагонов, вагонов и локомотивов).
Известна изолированная рельсовая цепь, предназначенная для контроля проследования рельсового подвижного состава по заданному короткому участку пути. Она содержит изолирующие стыки, подключенные к рельсам источник питания и путевое реле. Недостатком этого устройства является необходимость наличия изолирующих стыков, которые могут разрушить целостность действующих рельсовых цепей автоблокировки или электрической централизации.
Известен индуктивно-проводной датчик, содержащий индуктивный шлейф, электронный блок и путевое реле [Карюкин С.Е. Индуктивно-проводной датчик. «Автоматика, связь, информатика», 1998, №8, с.10-12]. Индуктивный шлейф размещается внутри колеи на шпалах и крепится к ним с помощью уголков и шурупов. Индуктивный шлейф при этом является катушкой индуктивности и чувствительным элементом датчика. Индуктивный шлейф питается от электронного блока переменным током и создает в окружающем пространстве переменное электромагнитное поле. При отсутствии подвижного состава электронный блок выделяет сигнал свободности контролируемого участка пути, который ставит под ток путевое реле. При проследовании подвижного состава электромагнитное поле взаимодействует с металлическими массами транспортных средств, в результате чего электронный блок выделяет сигнал проследования подвижного состава, который выключает путевое реле. Индуктивный шлейф не имеет гальванической связи с рельсами, его длина находится в пределах 6 м. Недостатком этого устройства является недостаточная точность контроля прохождения длинно-базовых транспортных средств из-за слабой индуктивной связи между индуктивным шлейфом и металлическими массами вагонов и слабая помехозащищенность от паразитных токов в рельсовых цепях.
Прототипом заявляемой полезной модели является датчик проследования рельсового подвижного состава [Патент на полезную модель №33077, заявка №2003107301 от 2003.03.24]. Это устройство в качестве чувствительного элемента имеет индуктивный шлейф, который выполняется из типового кабеля с заданным числом жил.
Концы кабеля заведены в путевую коробку, а жилы концов кабеля соединены на клеммах коробки таким образом, что образуют заданное число витков катушки индуктивности. Недостатком указанного устройства также является его чувствительность к паразитным токам в рельсовых цепях.
Целью создания заявляемой полезной модели является снижение чувствительности индуктивного кабельного датчика к фоновым помехам, создаваемым паразитными токами, протекающими в рельсовых цепях. Кроме того, целью является также получение большой информативности сигналов от индуктивных кабельных шлейфов, используемых в качестве чувствительных элементов.
Указанные цели достигаются тем, что к индуктивному кабельному шлейфу чувствительного элемента датчика через трансформатор подключается фоновый фильтр низких частот, а также производится варьирование длины индуктивного кабельного шлейфа.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства контроля проследования колесных пар вагонов, тележек вагонов, вагонов и локомотивов железнодорожного подвижного состава.
На фиг.2 представлены временные диаграммы работы заявляемого устройства.
На фиг.2а представлена временная диаграмма подключения к источнику постоянного питания кабельного шлейфа.
На фиг.2б представлена диаграмма подачи напряжения от источника питания на индуктивный кабельный шлейф.
На фиг.2в изображена диаграмма сигнала-ответа индуктивного кабельного шлейфа при взаимодействии с токопроводящими объектами.
На фиг.2г изображена временная диаграмма подключения индуктивного кабельного шлейфа при замыкании контакта приемника-анализатора отраженных сигналов.
На фиг.2д показано изменение напряжения на входе приемника-анализатора.
На фиг.2е изображено детектирование отфильтрованного и усиленного сигнала от контролируемого объекта.
На фиг.3 дан пример контроля прохода вагона по участку контроля, ограниченному индуктивным кабельным шлейфом.
На фиг.3а представлена схема четырехосного вагона, следующего по участку, контролируемому индуктивным кабельным шлейфом.
На фиг.3б представлена диаграмма напряжений на входе релейного элемента.
На фиг.3в дана диаграмма напряжений на выходе релейного элемента.
На фиг.4 изображен пример размещения индуктивного кабельного шлейфа на стрелочном участке горловины сортировочной горки.
На фиг.5 представлены диаграммы напряжений на входе и выходе релейного элемента для индуктивных кабельных шлейфов для контроля тележек вагонов.
На фиг.6 представлены диаграммы напряжений на входе и выходе релейного элемента для индуктивных кабельных шлейфовых (петлевых) датчиков вагонов.
На фиг.1-6 использованы следующие обозначения: 1 - индуктивный кабельный шлейф; 2 - сопротивление индуктивного кабельного шлейфа; 3 - индуктивность кабельного шлейфа; 4 - емкость индуктивного кабельного шлейфа; 5 - активное сопротивление кабельного шлейфа; 6 - контакт подключения индуктивного шлейфа к приемнику-анализатору; 7 - источник питания (импульсный генератор постоянного тока); 8 - контакт для подключения индуктивного шлейфа к источнику питания; 9 - приемник-анализатор сигналов; 10 - полосовой фильтр; 11 - усилитель сигналов; 12 - пиковый детектор; 13 - фильтр нижних частот; 14 - релейный элемент; 15 - точка подключения активного сопротивления к контактам 8 и 6; 16 - первичная обмотка трансформатора; 17 - вторичная обмотка трансформатора; 18 - период циклического подключения индуктивного шлейфа к источнику питания; 19 - время подключения индуктивного шлейфа к источнику питания; 20 - время полного разряда индуктивности; 21 - длительность ответного сигнала индуктивного шлейфа; 22 - периодичность ответных сигналов индуктивного шлейфа; 23 - длительность замыкания контакта приемника-анализатора отраженных сигналов; 24 - амплитуда сигналов на входе приемника-анализатора отраженных сигналов; 25 - амплитуда отфильтрованного, усиленного и детектированного ответного сигнала; 26 - длина индуктивного шлейфа; 27 - железнодорожный четырехосный вагон, следующий по зоне контроля индуктивного кабельного шлейфового (петлевого) датчика; 28 - амплитуда напряжения на входе релейного элемента при проследовании вагона по зоне контроля по зоне контроля индуктивного кабельного шлейфового (петлевого) датчика при заходе в эту зону первой оси колесной пары; 29 - то же для второй колесной пары вагона; 30 - то же для третьей колесной пары вагона; 31 - то же для четвертой колесной пары вагона;32 - амплитуда напряжения на входе релейного элемента при выходе первой колесной пары из зоны контроля индуктивного кабельного шлейфового (петлевого) датчика при выходе первой колесной пары вагона; 33 - то же при выходе второй колесной пары вагона; 34 - то же третьей колесной пары вагона; 35 - то же четвертой колесной пары вагона; 36 - амплитуда сигнала напряжения на выходе релейного элемента. 37 - рельсовый путь;38 -
горб горки; 39 - изолирующие стыки рельсового пути; 40 - путевая коробка; 41 - клеммная коробка; 42 - двухжильный кабель; 43 - электронный блок; 44 - помещение компрессорной станции; 45 - длина контура индуктивного кабельного шлейфа; 46 - первый вагон; 47 - второй вагон; 48 - диаграмма напряжений на входе релейного элемента; 49 - диаграмма напряжений на выходе релейного элемента; 50 - сигнал от прохода одной тележки первого вагона; 51 - сигнал от прохода одной тележки второго вагона; 52 - сигнал от прохода базы первого вагона; 53 - сигнал от прохода базы второго вагона.
Устройство контроля проследования колесных пар, тележек вагонов, вагонов и локомотивов имеет в своем составе индуктивный кабельный шлейф 1, подключенный к нему электронный блок, в состав которого входят приемник-анализатор сигналов 9, состоящий из фильтра нижних частот 10, усилителя сигналов 11, пикового детектора 12, релейного элемента 14. Источником питания устройства служит импульсный генератор постоянного тока 7. Индуктивный кабельный шлейф подключен к фильтру нижних частот 10 через трансформатор 17. Индуктивный кабельный шлейф 1 представлен следующими электрическими параметрами: активным сопротивлением 2, индуктивностью 3 и емкостью 4. Параллельно кабельной петле включено активное сопротивление 5.
Индуктивный кабельный шлейф 1 с помощью контакта 6 периодически на заданное время подключается к источнику постоянного питания 7, а с помощью контакта 8 периодически на заданное время подключается ко входу приемника-анализатора сигналов 9, состоящего из полосового фильтра 10, усилителя 11, пикового детектора 12, фильтра нижних частот 13 и релейного элемента 4. Таким образом, индуктивный кабельный шлейф 1 является общим элементом передатчика, состоящего из источника питания 7, контакта 6 и индуктивного кабельного шлейфа 1, и приемника-анализатора сигналов 9, состоящего из индуктивного кабельного шлейфа 1, резистора 5, контакта 8, полосового фильтра 10, усилителя сигналов 11, пикового детектора 12, фильтра низких частот 13 и релейного элемента 4. Параметры индуктивного кабельного шлейфа 2, 3 и 4 определяются длиной шлейфа, числом витков и типом кабеля. Емкость 4 индуктивного кабельного шлейфа 1 при замыкании контакта 6 заряжается практически мгновенно и не оказывает влияния на процесс протекания тока по индуктивности 3. Контакт приемника 8 на время протекания тока по индуктивности 3 разомкнут, т.е. при работе передатчика приемник отключается. После размыкания контакта 6 начинается процесс разряда индуктивности 3 кабельного шлейфа через сопротивление 5 с постоянной времени, определяемой отношением индуктивности кабельного шлейфа 3 к активному сопротивлению 5. Емкость 4 на процесс разряда индуктивности 3 влияния практически не оказывает. Контакт 8
замыкается и находится во включенном состоянии заданное время только при разомкнутом состоянии контакта 6, после разряда индуктивности 3, что исключает влияние работы передатчика на работу приемника. Полосовой фильтр 10 имеет центральную частоту пропускания около 2 кГц и надежно фильтрует помехи тока частотой 50 Гц и его гармоник, а также высокочастотные помехи. Усилитель 11 усиливает полезные сигналы до величины надежной работы пикового детектора 12. Фильтр нижних частот 13 сглаживает сигнал помех частотой 50 Гц и выше. Релейный элемент 4 срабатывает на время прохода транспортных средств над индуктивным кабельным шлейфом 1. Если токопроводящего объекта в зоне действия индуктивного кабельного шлейфа нет, то при замыкании контакта 8 на вход полосового фильтра приемника 10 сигналы не поступают, нет сигналов на выходе усилителя 11, пикового детектора 12, фильтра нижних частот 13. Релейный элемент находится в состоянии, сигнализирующем отсутствие над индуктивным кабельным шлейфом 1 объекта контроля. Если в зоне контроля индуктивного кабельного шлейфа находится объект контроля, то на входе приемника будут циклически появляться сигналы треугольной формы, соответствующие той части сигнала-ответа, которая вышла за пределы разряда индуктивности 3. Амплитуда этих сигналов зависит от размеров объекта контроля, его расстояния от поверхности индуктивного кабельного шлейфа, от расположения относительно шлейфа, его формы. В рассматриваемом примере амплитуда сигнала объекта на входе 10 от захода первой колесной пары в зону контроля индуктивного шлейфа составляет порядка 20 мВ. Сигнал от воздействия контролируемого объекта на индуктивный кабельный шлейф фильтруется от помех полосовым фильтром 10, усиливается усилителем 11, детектируется пиковым детектором 12, дополнительно фильтруется от помех фильтром нижних частот 13 и поступает на вход релейного элемента 4. Релейный элемент 4 вырабатывает сигнал, характеризующий занятость контролируемого участка железнодорожного пути, ограниченного индуктивным кабельным шлейфом 1. При заходе первой оси поезда (отцепа, отдельного транспортного средства) и вырабатывает сигнал, характеризующий свободность участка железнодорожного пути при выходе последней оси поезда (отцепа, отдельного транспортного средства) из зоны контроля индуктивного кабельного шлейфа 1. На фиг.3а приведен пример проследования по зоне контроля индуктивного кабельного шлейфа длиной 25 м четырехосного вагона. На фиг.3б приведена диаграмма напряжений, имеющих место на входе релейного элемента 4, при проследовании вагона вправо. Амплитуда сигнала возрастает по мере заполнения зоны контроля индуктивного кабельного шлейфа колесными парами (1к, 2к, 3к, 4к) и убывает по мере освобождения
этой зоны колесными парами (-1к, -2к, -3к,-4к). Релейный элемент 4 вырабатывает сигнал занятости участка пути на время захода первой оси вагона в зону контроля индуктивного кабельного шлейфа и выхода последней оси вагона из этой зоны (фиг.3в). Испытывались индуктивные кабельные шлейфы длиной от 0,5 м до 100 м. Установлено, что при длине кабельных шлейфов от 0,5 м до 2,5 м хорошо различимы сигналы тележек и вагонов. При длине петель от 2,5 м до 6 м хорошо различимы сигналы прохода баз вагонов, но сливаются сигналы соседних тележек вагонов. При этой длине петель уже возможно определять проход поездов, отцепов, отдельных транспортных средств. Особенно эффективен кабельный шлейф длиной больше базы вагонов (испытан шлейф длиной 25 м), который позволил получать хороший сигнал прохода поездов и отдельных транспортных средств. Испытания позволили отработать параметры электрических схем и отработать защиту индуктивного кабельного шлейфового (петлевого) датчика от реальных электромагнитных помех, существующих на ж.д. линиях с электротягой постоянного тока. На основании испытаний сделан вывод о том, что шлейфовые кабельные (петлевые) датчики могут работать без ошибок в реальных условиях эксплуатации. Результаты испытаний коротких индуктивных кабельных шлейфовых (петлевых) датчиков представлены на фиг.5. При длине кабельного шлейфа соразмерной с расстояниями между колесными парами тележки вагона (фиг.5а) хорошо различаются тележки (группы многоосных вагонов) независимо от числа осей в них. При необходимости можно определить количество проследовавших индуктивный кабельный шлейфовый (петлевой) датчик вагонов, разделив количество тележек на два. При длине кабельной петли соразмерной с базой вагона сигналы соседних тележек вагонов сливаются в один сигнал, но хорошо различаются базы вагонов. Число проследовавших вагонов определится из условия:
Nваг=N c-l,
Где Nc - число сигналов на выходе релейного элемента.
Технический результат заявляемого устройства состоит в надежной защите его от воздействий паразитных токов, протекающих в рельсовых цепях.
Заявляемое устройство прошло испытания: исследовательские; лабораторные; определительные; натурные. Частично проведены испытания: механические; климатические; электромагнитные (в условиях действия реальных электромагнитных помех).
1. Устройство контроля проследования колесных пар, тележек вагонов, вагонов и локомотивов железнодорожного подвижного состава содержит индуктивный шлейф, подключенный к нему электронный блок; индуктивный шлейф выполнен из отрезка промышленного многожильного кабеля с заданным концом жил, который является чувствительным элементом устройства; концы кабеля заведены в путевую коробку, где его жилы соединены на клеммах кабельной коробки таким образом, что образуют заданное число витков катушки индуктивности, отличающееся тем, что устройство имеет приемник-анализатор сигналов, состоящий из фонового полосового фильтра, усилителя сигналов, пикового детектора, фильтра нижних частот и релейного элемента; источником питания устройства является импульсный генератор постоянного тока; индуктивный шлейф подключен к полосовому фильтру через первичную обмотку трансформатора, а полосовой фильтр - через его вторичную обмотку; длина индуктивного кабельного шлейфа (петли) в зависимости от выполняемых устройством функций варьируется в пределах от 0,5 до 250 м; устройство позволяет различать и подсчитывать колесные оси, тележки вагонов, вагоны и локомотивы подвижного состава, которые проходят по участку железнодорожного пути, контролируемому индуктивным кабельным шлейфовым (петлевым) датчиком, являющимся основным элементом любого устройства железнодорожной автоматики и телемеханики.
2. Устройство контроля проследования колесных пар, тележек вагонов, вагонов и локомотивов железнодорожного подвижного состава по п.1, отличающееся тем, что при длине кабельной петли, соразмерной с расстоянием между колесными парами тележки вагона, различаются тележки многоосных независимо от числа осей в них; при этом количество вагонов, проследовавших зону контроля индуктивного кабельного шлейфа, определится половиной количества проследовавших тележек; это способствует производить распознавание и подсчет количества тележек и вагонов в устройствах железнодорожной автоматики.
3. Устройство контроля проследования колесных пар, тележек вагонов, вагонов и локомотивов железнодорожного подвижного состава по п.1, отличающееся тем, что при длине индуктивного кабельного шлейфа, соизмеримой с базой вагонов, различаются базы вагонов, причем число вагонов будет на единицу меньше числа сигналов на выходе релейного элемента, что позволит производить подсчет количества вагонов, проследовавших зону контроля, ограниченную индуктивным кабельным шлейфом, в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики.
4. Устройство контроля проследования колесных пар, тележек вагонов, вагонов и локомотивов железнодорожного подвижного состава по п.1, отличающееся тем, что амплитуды сигналов от локомотивов почти в два раза превышают сигналы от вагонов, что способствует их распознаванию при проходе подвижным составом зоны контроля, ограниченной индуктивным кабельным шлейфом, в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики.
5. Устройство контроля проследования колесных пар, тележек вагонов, вагонов и локомотивов железнодорожного подвижного состава по п.1, отличающееся тем, что уровень сигналов от прохода колесных пар многократно меньше уровня сигналов от прохода сигналов тележек, что способствует распознаванию числа осей, проследовавших зону контроля, ограниченную индуктивным кабельным шлейфом, в устройствах железнодорожной автоматики и телемеханики.
