Патент на изобретение №2341395

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и телемеханике и предназначено для использования при осуществлении регулирования движения поездов применимо к рельсовым цепям с комплексными входными сопротивлениями с емкостной составляющей. Способ контроля состояния рельсовых цепей состоит в том, что для определения пороговых напряжений занятия и освобождения рельсовой цепи находят максимальное напряжение в шунтовом и контрольном режимах и минимальное напряжение в нормальном режиме при неблагоприятном стечении обстоятельств. При этом используют дополнительные шунты, сопротивление которых <<0,06 Ом. Пороговое напряжение занятия выбирают с запасом больше наибольшего из значений напряжений, полученных в шунтовом и контрольном режимах, и с запасом меньше минимального напряжения в нормальном режиме. Пороговое напряжение освобождения определяют из порогового напряжения занятия с учетом коэффициента возврата, равного 0,9-0,95. Техническим результатом изобретения является повышение надежности контроля состояния рельсовой цепи. 3 ил.

Изобретение относится к железнодорожной технике, а именно к железнодорожной автоматике и телемеханике для регулирования движения поездов.

Известен способ контроля свободного состояния рельсовой линии по патенту РФ №2025358, кл. B61L 23/16, заключающийся в том, что в рельсовую линию на одном конце подают сигнал переменного тока, а на другом конце контролируют изменение сигнала в зависимости от координаты поездного шунта и по характеру изменения сигнала фиксируют освобождение путевого участка.

Недостатком этого способа является то, что при интенсивном выпадении осадков и понижении сопротивления изоляции возможен ложный контроль состояния путевых участков.

Известен также способ контроля состояния путевых участков по патенту РФ №2263040, кл. B61L 23/16, заключающийся в том, что в рельсовую линию на одном конце подают сигнал переменного тока тональной частоты, а на другом конце фиксируют приемником текущее значение сигнала и сравнивают его с пороговыми значениями, соответствующими пороговым напряжениям занятия и освобождения, в случае превышения порогового напряжения занятия над текущим значением сигнала фиксируют занятие путевого участка, а в случае превышения текущего значения сигнала над пороговым напряжением освобождения фиксируют освобождение путевого участка, пороговое напряжение занятия получают умножением коэффициента снижения напряжения при наложении шунта, который зависит от значения сопротивления изоляции, на произведение зафиксированного текущего значения сигнала, являющегося опорным напряжением рассматриваемого путевого участка, в момент вступления поезда на смежный путевой участок при свободном другом смежном путевом участке на коэффициент высыхания балласта с учетом продолжительности времени занятия трех смежных путевых участков, а пороговое напряжение освобождения определяют умножением порогового напряжения занятия на коэффициент запаса шунтового режима, причем коэффициенты высыхания, снижения напряжения и запаса принимают в функциях сопротивления изоляции.

Недостатком этого способа является то, что при комплексных входных сопротивлениях концов рельсовой цепи (РЦ) с емкостной составляющей возможны невыполнение шунтового и контрольного режимов и ложный контроль состояния путевых участков в нормальном режиме, так как пороговые напряжения занятия и освобождения определяются в условиях не наихудших шунтовой чувствительности и чувствительности к обрыву рельсовой нити, а также не учитывается понижение напряжения вследствие неблагоприятной поездной обстановки в нормальном режиме.

Под неблагоприятной поездной обстановкой в нормальном режиме следует понимать наличие поездных шунтов на соседних со смежными РЦ, комбинация координат которых (шунтов) приводит к понижению напряжения на приемнике контролируемой РЦ по сравнению с отсутствием шунтов.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Задачей, на достижение которой направлено заявляемое изобретение, является определение фиксированных пороговых напряжений занятия и освобождения на основе данных шунтового, контрольного и нормального режимов при неблагоприятном стечении обстоятельств.

Под неблагоприятным стечением обстоятельств в шунтовом и контрольном режимах следует понимать совокупность значений параметров РЦ и наличие поездных шунтов на смежных РЦ, приводящих к повышению напряжения на контролируемой РЦ в соответствующем режиме до наибольшего значения. Для шунтового режима под совокупностью параметров следует понимать координаты наложения нормативного и поездных шунтов, максимальное сопротивление изоляции рельсовой линии и другие, например, колебания напряжения питания и т.д. Для контрольного режима под совокупностью параметров следует понимать координаты наложения шунтов на смежных РЦ, минимальное сопротивление изоляции рельсовой линии и другие, например колебания напряжения питания и т.д.

Под неблагоприятным стечением обстоятельств в нормальном режиме следует понимать совокупность значений параметров РЦ и наличие поездных шунтов на соседних со смежными РЦ, приводящих к понижению напряжения на контролируемой РЦ до наименьшего значения. Для нормального режима под совокупностью параметров следует понимать координаты наложения шунтов на соседних со смежными РЦ, минимальное сопротивление изоляции рельсовой линии и другие, например колебания напряжения питания и т.д.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности контроля состояния РЦ и, как следствие, повышение безопасности движения поездов.

Рассматриваются РЦ, имеющие комплексные сопротивления по концам рельсовых линий с емкостной составляющей. На таких РЦ изменение текущего напряжения при изменении координаты нормативного шунта имеет характер, описываемый кривой 2 фиг.1. Приближение шунта к контролируемой РЦ приводит сначала к понижению напряжения на приемнике (при нахождении шунта на соседней со смежной РЦ), затем к повышению напряжения на приемнике (при нахождении шунта на смежной РЦ), а затем к резкому снижению вследствие активного шунтирования точки подключения РЦ. Перемещение нормативного шунта по контролируемой РЦ приводит сначала к повышению остаточного напряжения от минимума на входе на РЦ до максимума примерно на середине РЦ и дальнейшему понижению до минимума на выходе с РЦ. При удалении нормативного шунта от контролируемой РЦ происходит повышение напряжения на приемнике (при нахождении шунта на смежной РЦ), затем снижение (при нахождении шунта на соседней со смежной РЦ) и плавное повышение до стационарного уровня нормального режима вследствие удаленности шунта от контролируемой РЦ. Наличие колебаний на РЦ при приближении и удалении шунта, а также максимум напряжения в шунтовом режиме и минимум напряжения в нормальном режиме объясняются резонансными процессами в РЦ. Шунтовая чувствительность РЦ зависит также от окружающей поездной обстановки, т.е. от наличия и местоположения поездных шунтов (шунты с сопротивлением <<0,06 Ом) на смежных РЦ. Данная ситуация характерна для сцепки или расцепления мотовозов. Существует такая комбинация координат нормативного и двух поездных шунтов на смежных РЦ, когда напряжение на контролируемой РЦ будет наибольшим, которое можно использовать для расчета нижней границы напряжения занятия.

Аналогичная картина наблюдается в контрольном режиме. Обрыв рельсовой нити имитируют на контролируемой РЦ, при этом на смежных РЦ устанавливают закорачивающие (поездные) шунты (шунты с сопротивлением <<0,06 Ом). Существует такая комбинация координаты обрыва рельсовой нити и координат шунтов на смежных РЦ, когда напряжение на путевом приемнике контролируемой РЦ будет наибольшим, которое можно использовать для расчета нижней границы напряжения занятия.

В нормальном режиме наличие поездных шунтов на соседних со смежными РЦ (кривая 3, фиг.3) приводит к понижению напряжения на путевом приемнике контролируемой РЦ. Существует такая комбинация координат шунтов на смежных РЦ, когда напряжение на путевом приемнике контролируемой РЦ будет наименьшим, которое можно использовать для расчета верхней границы напряжения занятия.

Определение максимума напряжения в шунтовом и контрольном режимах и минимума напряжения в нормальном режиме на контролируемой РЦ при неблагоприятном стечении обстоятельств является основой предлагаемого способа.

Способ контроля состояния РЦ, заключающийся в том, что в рельсовую линию на одном конце подают сигнал переменного тока, а на другом конце текущее значение напряжения сигнала сравнивают с пороговыми значениями напряжения занятия и освобождения, в случае превышения порогового напряжения занятия над текущим значением напряжения фиксируют занятие РЦ, а в случае превышения текущего значения напряжения над пороговым напряжением освобождения фиксируют освобождение РЦ. При комплексных входных сопротивлениях концов РЦ с емкостной составляющей для определения пороговых напряжений занятия и освобождения находят максимальное напряжение РЦ в шунтовом и контрольном режимах при неблагоприятном стечении обстоятельств и минимальное напряжение в нормальном режиме при неблагоприятном стечении обстоятельств.

Для определения максимального напряжения в шунтовом режиме на среднюю часть контролируемой РЦ накладывают нормативный шунт, на смежные РЦ накладывают дополнительные (поездные) шунты, меняя координаты наложения каждого из трех шунтов, фиксируют наибольшее значение напряжения на контролируемой РЦ при максимальном сопротивлении изоляции рельсовой линии 50 Ом·км (Аркатов В.С. и др. Рельсовые цепи магистральных железных дорог, М., 1992).

Для определения максимального напряжения в контрольном режиме в средней части контролируемой РЦ имитируют обрыв рельсовой нити, на смежные РЦ накладывают дополнительные шунты с сопротивлением <<0,06 Ом, меняя координаты наложения шунтов и координату обрыва рельсовой нити, фиксируют наибольшее значение напряжения на контролируемой РЦ при минимальном сопротивлении балласта 1 Ом·км (то же).

Для определения минимального напряжения в нормальном режиме на соседние со смежными РЦ накладывают дополнительные шунты, меняя координаты наложения шунтов, фиксируют наименьшее значение напряжения на контролируемой РЦ при минимальном сопротивлении балласта 1 Ом·км (то же). Пороговое напряжение занятия выбирают из условия

UmaxК₃33,

где U₃ – пороговое напряжение занятия;

Umax – наибольшее из максимальных значений напряжения, полученных в шунтовом и контрольном режимах;

Umin – минимальное напряжение в нормальном режиме при неблагоприятном стечении обстоятельств;

К₃ – коэффициент запаса, который учитывает колебания напряжения источника питания, влияние помех и других факторов, равный 1,0-1,3.

Пороговое напряжение освобождения определяют из выражения

U_o=U₃/Kв,

где U_o – пороговое напряжение освобождения;

Кв – коэффициент возврата, обеспечивающий путевому приемнику релейную передаточную характеристику, равный 0,9-0,95.

На фиг.1-3 представлены графики, рассчитанные для РЦ системы «Движение» (Кузнецов С.В. и др. Система «Движение»: стационарная аппаратура, центральный пост и единая система радиосвязи. Современные технологии автоматизации, 2001, №2). Несущая частота сигнала контроля рельсовой линии 4262 Гц.

На фиг.1 приведены графики изменения напряжения на РЦ в зависимости от координаты нормативного шунта: без шунтов на смежных РЦ (кривая 1); с шунтами на смежных РЦ (кривая 2). Из графиков следует, что максимум напряжения в шунтовом режиме при установке шунтов на смежных РЦ в 1,5 раза превышает аналогичный максимум без установки дополнительных шунтов.

На фиг.2 приведены графики изменения напряжения на РЦ в контрольном режиме в зависимости от координаты обрыва рельсовой нити: без шунтов на смежных РЦ (кривая 1); с шунтами на смежных РЦ (кривая 2). Из графиков следует, что максимум напряжения в контрольном режиме при установке шунтов на смежных РЦ в 5,6 раза превышает аналогичный максимум без установки дополнительных шунтов.

На фиг.3 приведены графики изменения напряжения на РЦ в зависимости от координаты наложения поездного шунта: без шунтов на соседних со смежными РЦ (кривая 1); с шунтами на соседних со смежными РЦ (кривая 2) и график уровня напряжения на РЦ в нормальном режиме (кривая 3). Из графиков следует, что минимум напряжения в нормальном режиме при установке шунтов на соседних со смежными РЦ составляет 63% от уровня напряжения в нормальном режиме без установки шунтов.

Для реализации предлагаемого способа на этапе настройки РЦ расчетным и/или экспериментальным образом находят максимальные значения напряжения в шунтовом и контрольном режимах при неблагоприятном стечении обстоятельств. Для точного решения задачи получения экстремального значения напряжения в РЦ при вариации до восьми параметров автор использовал подпрограмму Optimizer в пакете OrCad 9,2. Найденные расчетные значения координат проверяются экспериментально путем установки шунтов и корректировкой их местоположения с использованием портативной радиосвязи между тоннелем и аппаратной. Полученные данные измерений используют для вычисления порогов напряжения занятия и освобождения для каждой РЦ. Вычисленные значения порогов заносятся в память аппаратуры РЦ. При проследовании поезда, сцепке, расцепке, нахождении подвижной единицы в местах отстоя РЦ гарантированно занимается и освобождается даже при самой неблагоприятной поездной обстановке и наихудших параметрах РЦ (сопротивлении изоляции, напряжении питания). При изломе рельса в любом месте РЦ гарантировано занимается даже при самой неблагоприятной поездной обстановке и наихудших параметрах РЦ (сопротивлении изоляции, напряжении питания). В нормальном режиме при нахождении подвижных единиц на соседних со смежными РЦ на контролируемой РЦ просадка напряжения не вызывает ложной занятости.

Предложенный способ позволяет существенно повысить достоверность контроля состояния РЦ. Найденные таким способом пороговые значения позволяют наилучшим образом реализовать преимущества рельсовой цепи с комплексными входными сопротивлениями концов рельсовой цепи с емкостной составляющей.

Формула изобретения

Способ контроля состояния рельсовой цепи, заключающийся в том, что в рельсовую линию на одном конце подают сигнал переменного тока, а на другом конце текущее значение напряжения сигнала сравнивают с пороговыми значениями напряжения занятия и освобождения, в случае превышения порогового напряжения занятия над текущим значением напряжения фиксируют занятие рельсовой цепи, а в случае превышения текущего значения напряжения над пороговым напряжением освобождения фиксируют освобождение рельсовой цепи, отличающийся тем, что при комплексных входных сопротивлениях концов рельсовой цепи с емкостной составляющей для определения пороговых напряжений занятия и освобождения находят максимальное напряжение в шунтовом и контрольном режимах и минимальное напряжение в нормальном режиме при неблагоприятном стечении обстоятельств, для определения максимального напряжения в шунтовом режиме на среднюю часть контролируемой рельсовой цепи накладывают нормативный шунт, на смежные рельсовые цепи накладывают дополнительные шунты, сопротивление которых «0,06 Ом, меняя координаты наложения каждого из трех шунтов, фиксируют наибольшее значение напряжения на контролируемой рельсовой цепи при максимальном сопротивлении изоляции рельсовой линии, для определения максимального напряжения в контрольном режиме в средней части контролируемой рельсовой цепи имитируют обрыв рельсовой нити, на смежные рельсовые цепи накладывают дополнительные шунты, меняя координаты наложения шунтов и координату обрыва рельсовой нити, фиксируют наибольшее значение напряжения на контролируемой рельсовой цепи при минимальном сопротивлении изоляции рельсовой линии, для определения минимального напряжения в нормальном режиме на соседние со смежными рельсовыми цепями накладывают дополнительные шунты, меняя координаты наложения шунтов, фиксируют наименьшее значение напряжения на контролируемой рельсовой цепи при минимальном сопротивлении изоляции рельсовой линии, пороговое напряжение занятия выбирают из условия

Umax·Kз

где Uз – пороговое напряжение занятия;

Umax – наибольшее из значений напряжения, полученных в шунтовом и контрольном режимах;

Umin – минимальное напряжение в нормальном режиме при неблагоприятном стечении обстоятельств;

Kз – коэффициент запаса, который учитывает колебания напряжения источника питания, влияние помех и других факторов, равный 1,0-1,3, пороговое напряжение освобождения определяют из выражения

Uo=Uз/Kв,

где Uo – пороговое напряжение освобождения;

Kв – коэффициент возврата, обеспечивающий путевому приемнику релейную передаточную характеристику, равный 0,9-0,95.

РИСУНКИ

з