Способ контроля целостности рельсовой линии и устройство для его осуществления

Способ контроля целостности рельсовой линии и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к организации и управлению движением на железных дорогах, а именно к средствам техники безопасности, путем контроля механического состояния пути, устанавливаемым вдоль маршрута следования поездов.

Известны устройства непрерывного контроля целостности рельсов, которые устанавливают к началу контролируемой рельсовой линии, включающие источник электропитания, а с рельсами конца участка контролируемой рельсовой линии соединено контрольное реле (Котляренко Н.Ф. и др. Путевая блокировка и авторегулировка. М.: Транспорт, 1983. С.99, рис.4.23). Несмотря на непрерывный контроль за состоянием целостности рельсов, это техническое решение не обеспечивает достаточно надежного контроля их целостности из-за того, что функционирование подобной рельсовой цепи в существенной степени зависит от состояния погодных условий и балласта верхнего строения пути, так как последние в определенных условиях становятся токопроводящими, что искажает результаты измерений. Кроме того, данный способ и устройство позволяют проводить контроль на ограниченном участке рельсовой линии.

Известно устройство контроля целостности рельсов, которое обеспечивает более надежный контроль за их состоянием, где к головкам контролируемых рельсов прикрепляют металлические полосы, по которым протекает контрольный ток, а его наличие контролируется соответствующим контрольным реле (Пат. РФ №2333124, МПК B61L 32/04. Тильк И.Г., Ляной В.В., Сергеев Б.С., Сергеев P.O. - Опубл. 10.09.2008, Бюл. №25). Недостатком этого устройства является высокая стоимость его практической реализации из-за необходимости введения и прикрепления ко всем контролируемым рельсам металлических полос и их изоляции от шеек рельсов.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению являются способ и устройство использования зондирующих электрических импульсов, посылаемых в контролируемую короткозамкнутую рельсовую линию, и последующего измерения электрических параметров импульсов тока через определенные интервалы времени, а устройство импульсного зондирования включает генератор импульсов напряжения, токовый резистор, аналого-цифровой преобразователь, контроллер, устройство управления и индикации (Грачев Г.Н., Муратова Л.И., Гуменик М.Б. Новый метод построения и расчета рельсовых цепей // Транспорт. Наука, техника, управление / ВИНТИ РАН. - 1994, №9. - С.13, рис.1, С.15, рис.3).

Недостатками этого способа и устройства являются невысокая точность определения целостности рельсовой линии при ее значительной длине, а также сложность и громоздкость математических расчетов сопротивления рельсовой линии.

Целью изобретения является повышение надежности определения целостности рельсов при значительных длинах контролируемой рельсовой линии, а также исключение влияния электрических характеристик балласта верхнего строения пути на результаты измерения.

Указанная цель достигается тем, что в устройство введены формирователь импульсов, ключ, конденсатор, дифференцирующее и пороговое устройства.

Сущность изобретения по п.1 заключается в том, что на конце участка рельсовой линии устанавливают короткозамкнутую перемычку, а в начало рельсовой линии подают непрерывную серию импульсов напряжения длительностью t_и с паузой t_п, при этом должно выполняться условие

T=(t_и+t_п)<<τ,

где T - период повторения импульсов напряжения,

τ - постоянная времени изменений электрических характеристик балласта верхнего строения пути,

измеряют амплитуду импульсов тока, возникающего в рельсовой линии, через интервал t₀, преобразуют этот ток в напряжение, определяют производную напряжения во времени, сравнивают полученную производную напряжения с ее пороговым значением, по результатам сравнения делают заключение о наличии повреждения рельсов рельсовой линии, а сущность изобретения по п.2 заключается в том, что в него введены формирователь импульсов, ключ, конденсатор, дифференцирующее и пороговое устройства, при этом к первому контакту генератора импульсов напряжения также подключен вход формирователя импульсов, управляющих ключом, выход которого соединен с управляющим входом ключа, а ключ первым контактом подключен к точке соединения второго вывода токового резистора с рельсовой линией, вторым контактом ключа присоединен к точке соединения первого вывода конденсатора и входа дифференцирующего устройства, выход которого соединен с входом порогового устройства, причем первый вывод токового резистора и второй контакт генератора импульсов напряжения подключен к второму выводу конденсатора и к общим выводам дифференцирующего и порогового устройств, а также устройства управления и индикации, выход порогового устройства соединен с входом устройства управления и индикации.

На фиг.1 приведена схема устройства контроля целостности рельсовой линии, а на фиг.2 представлена временная диаграмма функционирования устройства для случая, когда электрические характеристики рельсовой линии не зависимы от внешних факторов, на фиг.3 - временные диаграммы работы устройства при изменениях характеристик рельсовой линии, вызванных, например, погодными условиями, на фиг.4 - временные диаграммы работы устройства при возникновении резкого и значительного изменения характеристик рельсовой линии, что соответствует излому рельса.

Схема устройства для осуществления способа по п.1 включает генератор импульсов напряжения 1, который первым своим контактом подключен к рельсу в начале участка рельсовой линии 3, а вторым контактом через токовый резистор 2 подключен к другому рельсу в начале участка рельсовой линии 3, которая короткозамкнута перемычкой 9 на конце, устройство управления и индикации 10, при этом к первому контакту генератора импульсов напряжения 1 также подключен вход формирователя импульсов 8, управляющих ключом 4, выход которого соединен с управляющим входом ключа 4, а ключ 4 первым контактом подключен к точке соединения второго вывода токового резистора 2 с рельсовой линией 3, вторым контактом ключа 4 присоединен к точке соединения первого вывода конденсатора 5 и входа дифференцирующего устройства 6, выход которого соединен с входом порогового устройства 7, причем первый вывод токового резистора 2 и второй контакт генератора импульсов напряжения 1 подключен к второму выводу конденсатора 5 и к общим выводам дифференцирующего 6 и порогового 7 устройств, а также устройства управления и индикации 10, выход порогового устройства 7 соединен с входом устройства управления и индикации 10.

Временные диаграммы фиг.2, 3 и 4 содержат эпюры выходного напряжения генератора импульсов напряжения 1 U_Г(t), эпюры импульсов тока, протекающих через токовый резистор 2 в рельсовую линию 3, I(t), эпюры выходного напряжения формирователя импульсов t₀-U_ф.и.(t), управляющего работой ключа 4, эпюры U_С(t) показывают формы напряжения на конденсаторе 5, выходное напряжение дифференцирующего устройства 6 показывают эпюры , а выходной сигнал устройства контроля целостности рельсовой линии 3 показан на эпюрах h(t).

Способ и устройство контроля целостности рельсовой линии работает следующим образом.

Рассмотрим первый случай, когда электрические характеристики рельсовой линии не зависят от внешних факторов (фиг.2). Импульсы выходного напряжения генератора импульсов напряжения 1 E_Г длительностью импульса t_и и паузы t_п (эпюра U_Г(t), фиг.2) через токовый резистор 2 поступают на рельсовую линию 3. Вследствие этого в последней появляются импульсы тока (эпюра I(t), фиг.2), форма и амплитуда которых определяется электрическими характеристиками только рельсовой линии 3. Так как на этом этапе рассмотрения принято, что эти характеристики не меняются во времени, то и форма и амплитуда установившегося тока I_уст этих импульсов неизменна. Сформированные формирователем импульсов 8 импульсы t₀ (эпюра U_ф.и.(t), фиг.2) подключают напряжение токового резистора 2 к конденсатору 5, которое в этом случае меняться не будет (эпюра U_С(t), фиг.2), поэтому производная от этого напряжения будет что соответствует нулевому сигналу на выходе дифференцирующего устройства 6 (эпюра фиг.2). Это обусловливает нулевой уровень сигнала на выходе порогового устройства 7 (эпюра h(t), фиг.2).

В случае плавного изменения электрических характеристик рельсовой линии 3, связанных с изменением электрических характеристик балласта верхнего строения пути, например, климатическими воздействиями, соответствует временным диаграммам, приведенным на фиг.3. В данном случае наибольшее влияние оказывает увеличение сопротивления балласта верхнего строения пути, связанного с похолоданием, высыханием балласта верхнего строения пути и тому подобное. При этом амплитуда импульсов тока, протекающих через токовый резистор 2, будет уменьшаться (эпюра I(t), фиг.3). Однако, если частота следования импульсов генератора импульсов напряжения 1 велика и лежит в пределах сотен герц, единиц килогерц, то при этом будет выполняться условие: (t_и+t_п)<<τ, где τ - постоянная времени изменения электрических характеристик верхнего строения пути. Тогда разница между значениями тока I₁, I₂, I₃, I₄ и I₅ будет относительно мала (эпюра I(t), фиг.3), что обусловит соответственно небольшую разницу в напряжениях U₁, U₂, U₃, U₄ и U₅ на конденсаторе 5 (эпюра U_С(t), фиг.3). Это обуславливает небольшое значение величины производной (эпюра фиг.3). Очевидно, что если выполняется условие , то сигнал на выходе порогового устройства 7 будет отсутствовать (эпюра h(t), фиг.3).

Рассмотрим случай резкого изменения электрических характеристик рельсовой линии 3, что соответствует временным диаграммам, приведенным на фиг.4. Здесь происходит резкое уменьшение электрических характеристик рельсовой линии, что показано уменьшением тока с величины I₁ до значения I₂ (эпюра I(t), фиг.4). При этом произойдет уменьшение величины напряжения на конденсаторе 5 с величины U₁ до значения U₂ (эпюра U_С(t), фиг.4), а величина производной увеличится. Если выполняется условие (эпюра , фиг.4), то это обусловит появление сигнала на выходе порогового устройства 7 (эпюра h(t), фиг.4).

Таким образом, предлагаемый способ контроля целостности рельсовой линии позволяет осуществлять определение не только амплитудных параметров импульсов тока в рельсовой линии 3, но и временных, что выявляется путем использования функции дифференцирования электрического сигнала . Известно (Котляренко Н.Ф. и др. Путевая блокировка и авторегулировка. М.: Транспорт, 1983, 408 с.), что временная разница в изменении электрических параметров рельсовой линии определяет не только целостность рельсовой линии, но и вид неисправности рельсов.

Так как в предлагаемом способе измеряют производную напряжения на конденсаторе от времени , то повышается точность и надежность измерения и обуславливает увеличение длины участка рельсовой линии.

1. Способ контроля целостности рельсовой линии, включающий выбор контролируемого участка рельсовой линии, подачу в рельсовую линию импульсов напряжения, измерение амплитуды импульсов тока, протекающих в рельсовой линии, отличающийся тем, что на конце участка рельсовой линии устанавливают короткозамкнутую перемычку, а в начало рельсовой линии подают непрерывную серию импульсов напряжения длительностью t_и с паузой t_п, при этом должно выполняться условие: T=(t_и+t_п)<<τ, где Т - период повторения импульсов напряжения, τ - постоянная времени изменений электрических характеристик верхнего строения пути, измеряют амплитуду импульсов тока, возникающего в рельсовой линии, через интервал t₀, преобразуют этот ток в напряжение, определяют производную напряжения во времени, сравнивают полученную производную напряжения с ее пороговым значением, по результатам сравнения делают заключение о наличии повреждения рельсов рельсовой линии.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, включающее генератор импульсов напряжения, который первым своим контактом подключен к рельсу в начале участка рельсовой линии, а вторым контактом через токовый резистор подключен к другому рельсу в начале участка рельсовой линии, которая короткозамкнута перемычкой на конце, устройство управления и индикации, отличающееся тем, что в него введены формирователь импульсов, ключ, конденсатор, дифференцирующее и пороговое устройства, при этом к первому контакту генератора импульсов напряжения также подключен вход формирователя импульсов, управляющих ключом, выход которого соединен с управляющим входом ключа, а ключ первым контактом подключен к точке соединения второго вывода токового резистора с рельсовой линией, вторым контактом ключа присоединен к точке соединения первого вывода конденсатора и входа дифференцирующего устройства, выход которого соединен с входом порогового устройства, причем первый вывод токового резистора и второй контакт генератора импульсов напряжения подключен к второму выводу конденсатора и к общим выводам дифференцирующего и порогового устройств, а также устройства управления и индикации, выход порогового устройства соединен с входом устройства управления и индикации.