Устройство для диагностирования состояния элементов токопроводящих рельсовых стыков

Устройство для диагностирования состояния элементов токопроводящих рельсовых стыков

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и телемеханике и может быть использовано при техническом обслуживании рельсовых цепей.

Известно устройство для измерения сопротивления токопроводящих стыков, содержащее отчетно-регистрирующее устройство и три рельсовых контакта, смонтированных на фиксированных расстояниях друг от друга, подключаемых к рельсам первый и второй контакты - по разные стороны токопроводящего стыка и второй и третий к участку рельса фиксированной длины и соединенных с неполным измерительным мостом [1].

Устройство это неудобно для практического использования, так как требует проведения манипуляций по уравновешиванию моста, а его невысокая точность определяется влиянием на результаты измерения переходного сопротивления между контактами и рельсами, сравнимого с измеряемым сопротивлением, величина которого имеет порядок от десятых долей до единиц миллиом.

Известно также устройство для измерения сопротивления токопроводящих стыков, дополнительно снабженное делителем напряжения, пороговым элементом, переключателем режимов, усилителем с регулируемым коэффициентом усиления, операционными усилителями и блоком сигнализации [2]. Недостатком этого устройства является ограниченность его функциональных возможностей, так как оно обеспечивает контроль и измерение общего сопротивления стыка, но не дает возможности увеличения глубины контроля до отдельного элемента стыка.

Протекающий по рельсам ток растекается в токопроводящих стыках по трем элементам: по накладкам, а также по основному и дублирующему стыковым соединителям. При наличии достаточных запасов по электропроводности одного или двух элементов третий элемент стыка, даже будучи в неработоспособном состоянии, может в целом не влиять на работоспособность стыка. Следовательно, строго говоря, стык в этом случае находится в предотказном состоянии, но на контроль общего электрического сопротивления стыка это состояние не влияет.

Повышение выше нормы электрического сопротивления токопроводящего рельсового стыка может быть вызвано неисправностью одного его элемента. Контроль только общего электрического сопротивления стыка в этом случае не дает возможности определить, какой именно вид ремонтных работ требуется проводить на неисправном стыке. Этим определяется необходимость обеспечения возможности контроля состояния токопроводящих стыков с глубиной до каждого его элемента.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства контроля состояния токопроводящих стыков.

Поставленная цель достигается тем, что устройство дополнительно снабжено двумя измерительными катушками, четырьмя делителями напряжения, тремя пороговыми элементами, тремя блоками сигнализации, сумматором, алгебраическим сумматором (вычитателем), многополюсным переключателем, потенциометром с тремя дискретными выводами и тремя операционными усилителями, через третий из которых, к одному из входов сумматора и к первому входу четвертого делителя напряжения подключена измерительная катушка, устанавливаемая на основной рельсовый соединитель; через четвертый операционный усилитель к другому выводу сумматора и к первому входу пятого делителя напряжения подключена другая измерительная катушка, устанавливаемая на дублирующий стыковой соединитель; потенциометр через многополюсный переключатель подключен ко второму входу второго делителя напряжения, первый вход которого подключен к выходу первого операционного усилителя, а выход - через пятый операционный усилитель соединен с первым входом алгебраического сумматора (вычитателя), второй, инверсный вход которого подключен к выходу сумматора, а выход - к первому входу третьего делителя напряжения; вторые входы третьего, четвертого и пятого делителей напряжения подключены к выходу второго делителя напряжения, а выходы третьего, четвертого и пятого делителей напряжения подключены соответственно через второй, третий и четвертый пороговые элементы ко второму, третьему и четвертому блокам сигнализации.

На чертеже дана структурная схема устройства.

Токопроводящий стык 1 между рельсами 2 и 3 содержит накладки 4, основной 5 и дублирующий 6 стыковые рельсовые соединители.

Измерительные катушки (или токовые клещи) 7 и 8 устанавливаются соответственно на основной 5 и дублирующий 6 рельсовые стыковые соединители.

Блок 9 сигнализации о неисправности токопроводящего стыка подключен к выходу первого делителя напряжения 10 через первый пороговый элемент 11 и усилитель с регулируемым коэффициентом усиления 12, ко второму, управляющему входу которого подключен переключатель режимов 13. Сигнал с рельсовых контактов 14 и 15, подключенных к участку рельса 2 длиной l_о, через первый операционный усилитель 16 подается на второй вход первого делителя напряжения 10. На первый вход первого делителя напряжения 10 через второй операционный усилитель 17 подается сигнал с контактов 15 и 18, подключенных соответственно к рельсам 2 и 3 по разные стороны стыка 1 на его границах. К выходу первого делителя напряжения 10 подключен также регистратор состояния стыка 19.

Выход первого операционного усилителя 16 соединен также с первым входом второго делителя напряжения 20, второй вход которого через многополюсный переключатель 21 соединен с потенциометром 22. Выход второго делителя напряжения 20 подключен ко вторым входам третьего 23, четвертого 24 и пятого 25 делителей напряжения, а также, через пятый операционный усилитель 26, к одному из входов алгебраического сумматора (вычитателя) 27, соединенного другим, инверсным входом с выходом сумматора 27, а выходом - с первым входом третьего делителя напряжения 23. Один вход сумматора 28 соединен с первым входом четвертого делителя напряжения 24 и через третий операционный усилитель 29 - с измерительной катушкой 7, а второй вход сумматора 27 соединен с первым входом пятого делителя напряжения 25 и через четвертый операционный усилитель 30 - с измерительной катушкой 8.

Выход третьего делителя напряжения 23 через второй пороговый элемент 31 соединен со вторым блоком сигнализации 32, выход четвертого делителя напряжения 24 через третий пороговый элемент 33 соединен с третьим блоком сигнализации 34, а выход пятого делителя напряжения 25 через четвертый пороговый элемент 35 соединен с четвертым блоком сигнализации 36.

Устройство работает следующим образом.

Перед подключением устройства к токопроводящему стыку 1 и к рельсам 2 и 3 переключателем 21 устанавливается тип рельсов, уложенных в путь, - Р50, Р65 или Р75. На переключателе режимов 13, определяющем величину коэффициента усиления усилителя 12, устанавливаются тип рельсов и длина l_о участка рельса 2 между рельсовыми контактами 14 и 15.

Для проведения диагностики устройство подключается рельсовыми контактами 15 и 18 к рельсам 2 и 3 по разные стороны стыка 1 на его границах, а рельсовым контактом 14 - на границе участка рельса 2 фиксированной длины l_о. Измерительные катушки 7 и 8 фиксируются соответственно на основном 5 и дублирующем 6 рельсовых стыковых соединителях.

В результате на вход первого операционного усилителя 16 с контактов 14 и 15 подается напряжение U_o с участка рельса 2 длиной l_o. На вход второго операционного усилителя 17 с рельсовых контактов 15 и 18 подается напряжение U_cT, равное падению напряжения на токопроводящем стыке 1 от тока в рельсах I_р. Следовательно,

где Z_cT - сопротивление токопроводящего стыка;

z_p - удельное электрическое сопротивление одного метра сплошного рельса.

Напряжение на выходе первого делителя напряжения 10 с учетом (1) и (2):

где К_у1, К_у2 - коэффициенты усиления соответственно операционных усилителей 16 и 17;

- коэффициент пропорциональности.

Следовательно, напряжение на выходе первого делителя напряжения 10 пропорционально электрическому сопротивлению Z_cT стыка 1, что позволяет отградуировать шкалу регистратора состояния стыка 19 в единицах электрического сопротивления стыка 1. Порог срабатывания первого элемента 11 регулируется так, чтобы напряжение на его выходе появлялось тогда, когда сопротивление стыка становится больше допускаемой величины. В таком случае срабатывает блок сигнализации 9, извещая о неисправности контролируемого стыка.

Напряжение, снимаемое с потенциометра 22, пропорционально произведению z_p·l_о, где z_p берется в соответствии с типом рельсов 2 и 3. Когда напряжение на выходе второго делителя напряжения 20:

пропорционально току в рельсах 2 и 3.

Напряжение на выходе измерительной катушки 7, пропорциональное току I_cco в основном стыковом соединителе 5, после усиления третьим операционным усилителем 29 подается на первый вход четвертого делителя напряжения 24, на второй вход которого подается напряжение с выхода второго делителя напряжения 20. Напряжение на выходе четвертого делителя напряжения 24 с учетом коэффициента усиления К_у3 третьего операционного усилителя 29 и коэффициента пропорциональности К_о между током I_cco в основном стыковом рельсовом соединителе 5 и напряжением на измерительной катушке 7:

пропорционально относительному фактическому значению тока в основном стыковом соединителе где

Уровень срабатывания третьего порогового элемента 33 построен так, что если относительное фактическое значение тока в основном соединителе будет меньше установленного нормативного значения, то на выходе порогового элемента 33 появляется напряжение, достаточное для срабатывания третьего блока сигнализации 34, извещающего о неисправности основного рельсового стыкового соединителя.

Напряжение на выходе измерительной катушки 8 пропорционально току I_ccp в резервном стыковом соединителе с коэффициентом пропорциональности К_р, поэтому напряжение на выходе четвертого операционного усилителя 30, имеющего коэффициент усиления К_у4 тоже пропорционально этому току с коэффициентом пропорциональности К_у4·К_р. Тогда напряжение на выходе пятого делителя напряжения 25:

пропорционально относительному значению тока в резервном стыковом соединителе 6, где

Уровень срабатывания четвертого порогового элемента 35 настраивается так, чтобы при уменьшении относительного значения тока в резервном стыковом соединителе ниже допускаемой величины четвертый пороговый элемент срабатывал и включал четвертый блок сигнализации 36, извещающий о неисправности дублирующего стыкового соединителя 6.

Коэффициент усиления K₅ пятого операционного усилителя 26 подбирается так, чтобы выполнялось условие K_y5·K_y1=К_у3·К_о=К_у4·К_р. Тогда напряжение на выходе пятого операционного усилителя 26:

После суммирования выходных сигналов третьего 29 и четвертого 30 операционных усилителей сумматором 28 и вычитания результата суммирования из сигнала второго делителя напряжения получим на выходе алгебраического сумматора (вычитателя) 27:

Деление этого напряжения на напряжение, полученное на выходе второго делителя напряжения 20, дает следующий результат на выходе третьего делителя напряжения 23:

Следовательно, напряжение на выходе третьего делителя напряжения 23 пропорционально относительному текущему значению тока в накладках 4. Уровень срабатывания второго порогового элемента 31 настраивается так, что при снижении относительной величины тока I_н в накладках 4 ниже установленного нормативного уровня на выходе порогового элемента 31 появляется напряжение, достаточное для срабатывания второго блока сигнализации 32, извещающего при этом о неисправности накладок.

Предложенное устройство универсально и пригодно для токопроводящих стыков как при наличии дублирующих рельсовых стыковых соединителей, так и при их отсутствии. Наличие или отсутствие дублирующих соединителей не требует какой-либо перестройки устройства.

Экспериментальные исследования опытного макета заявляемого устройства в лабораторных эксплуатационных условиях показали, что по сравнению с устройством аналогичного назначения (прототип) устройство обеспечивает достоверную диагностику состояния элементов токопроводящего стыка, не требуя выполнения каких-либо манипуляций, кроме установки измерительных катушек на основной и дублирующий стыковые рельсовые соединители.

Источники информации

1. Аркатов B.C., Кравцов Ю.А., Степенский Б.М. Рельсовые цепи. Анализ работы и техническое обслуживание. - М.: Транспорт, 1990. - 295 с.

2. Авторское свидетельство №1792861, кл. В 61 L 23/16. Стыкоизмеритель для электрифицированных железнодорожных линий / В.И.Шаманов, К.С.Мухамеджанов, Л.В.Никулин, В.Л.Михалдык, Б.М.Ведерников.

Устройство для диагностирования состояния элементов токопроводящих рельсовых стыков, содержащее рельсовые контакты, первый из которых подключен к рельсам по одну сторону стыка, а второй и третий контакты - по другую сторону стыка вдоль рельсовой линии, второй и третий контакты через первый операционный усилитель подключены ко второму входу делителя напряжения, а первый и второй контакты через второй операционный усилитель подключены к первому входу делителя напряжения, выход которого подключен к регистратору состояния стыка и через усилитель с регулируемым коэффициентом усиления и пороговый элемент - к блоку сигнализации, второй управляющий вход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления соединен с переключателем режимов, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, оно снабжено двумя измерительными катушками, четырьмя делителями напряжения, тремя пороговыми элементами, тремя блоками сигнализации, сумматором, алгебраическим сумматором (вычитателем), многополюсным переключателем, потенциометром с тремя дискретными выводами и тремя операционными усилителями, через третий из которых, к одному из входов сумматора и к первому входу четвертого делителя напряжения подключена измерительная катушка, устанавливаемая на основной рельсовый соединитель, через четвертый операционный усилитель к другому выводу сумматора и к первому входу пятого делителя напряжения подключена другая измерительная катушка, устанавливаемая на дублирующий стыковой соединитель, потенциометр через многополюсный переключатель подключен ко второму входу второго делителя напряжения, первый вход которого подключен к выходу первого операционного усилителя, а выход - через пятый операционный усилитель соединен с первым входом алгебраического сумматора (вычитателя), второй инверсный вход которого подключен к выходу сумматора, а выход - к первому входу третьего делителя напряжения, вторые входы третьего, четвертого и пятого делителей напряжения подключены к выходу второго делителя напряжения, а выходы третьего, четвертого и пятого делителей напряжения подключены соответственно через второй, третий и четвертый пороговые элементы ко второму, третьему и четвертому блокам сигнализации.