Локомотивный приемник электрических сигналов рельсовых цепей

Полезная модель относится к устройствам для приема высокочастотных и низкочастотных сигнальных токов, протекающих по рельсам железнодорожных путей, и может быть применена в отрасли железнодорожного транспорта.
Известен приемник электрических сигналов рельсовых цепей, содержащий корпус, внутри которого установлен приемный индуктивный элемент, выполненный в виде отдельных обмоток для приема низкочастотного и высокочастотного сигналов рельсовых цепей, соединенных с электронной платой [RU129471, дата публикации: 27.06.2013 г.,B61L1/02].
Недостатком известного технического решения является невозможность проведения контрольных мероприятий по определению работоспособности приемного индуктивного элемента,что может привести к снижению надежности приемника электрических сигналов рельсовых цепей.
В качестве прототипа выбран локомотивный приемник электрических сигналов рельсовых цепей, содержащий корпус, внутри которого расположены электрически соединенные блок управления иприемный индуктивный элемент, представленный обмоткой с сердечником, выполненной с возможностью приема низкочастотных и высокочастотных электрических сигналоврельсовых цепей, и содержащий передающую контрольную обмотку [RU2383460C1, дата публикации: 10.03.2010 г., МПК:B61L25/00].
Преимуществом прототипа перед известным техническим решением является возможность периодического контроля работоспособности обмотки, выполненной с возможностью приема низкочастотных и высокочастотных электрических сигналов рельсовых цепей за счет принудительного наведения в ней индукционного тока передающей контрольной обмоткой, за счет чего повышается надежность приемного индуктивного элемента.Однако недостатком прототипа является высокий риск одновременной потери возможности приема и низкочастотных и высокочастотных сигналов рельсовых цепей приемным индуктивным элементом, обусловленный тем, что прием сигналов обоих типов обеспечивается только одной обмоткой, выход из строя которой влечет за собой выход из строя всего приемного индуктивного элемента, что в значительной степени снижает надежность приемного индуктивного элемента.При этом, утрата возможности приема одновременно и низкочастотного и высокочастотного сигналов рельсовых цепей может привести к несвоевременному осведомлению машиниста локомотива о наличии другого локомотива на путях и о необходимости осуществления экстренной остановки локомотива, или о запрещающем сигнале путевого светофора, в результате чего повышается риск возникновения аварийноопасной ситуации на железной дороге.
Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, заключается в необходимости улучшения эксплуатационных характеристик локомотивного приемника электрических сигналов рельсовых цепей.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении надежности приемного индуктивного элемента локомотивного приемника электрических сигналов рельсовых цепей.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Локомотивный приемник электрических сигналов рельсовых цепей содержит корпус и электрически соединенные между собой электронную плату и приемный индуктивный элемент с сердечником, выполненный с возможностью приемавысокочастотного и низкочастотного сигналов рельсовых цепей и содержащий передающую контрольную обмотку. В отличие от прототипа, приемный индуктивный элемент содержит обмотку для приема низкочастотных сигналов рельсовой цепи и обмотку для приема высокочастотных сигналов рельсовой цепи.
Приемный индуктивный элемент обеспечивает возможность передачи сигналов токов, протекающих по ходовым рельсам, на электронную плату и содержит обмотки для приема низкочастотных и высокочастотных сигналов рельсовых цепей и сердечник. Электрическое соединение компонентов приемного индуктивного элемента и электронной платы может обеспечиваться посредством соединительных элементов, которые могут быть разъемно или неразъемно присоединены к обмоткам и электронной плате.При этом соединительные элементы могут быть представлены проводами, кабелями, дорожками из токопроводящего материала и т.д.
Обмотка для приема низкочастотных сигналов рельсовых цепей обеспечивает возможность приема сигналов рельсовых цепей частотой от 25 Гц до 1 кГц, позволяя принимать сигнальные токи автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия частотой не менее 25 Гц. Обмотка для приема высокочастотных сигналов рельсовых цепей обеспечивает возможность приема сигналов рельсовых цепей частотой от 5 до 35 кГц, позволяя принимать сигналы системы автоматического управления торможением поездов частотой 19,6 кГц.Указанная компоновка обмоток для приема сигналов рельсовых цепей обеспечивает сохранение возможности приема индуктивным элементомодного из типа сигналов в случае выхода из строялибо обмотки для приема низкочастотного сигнала,либо обмотки для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей, что повышает надежность приемного индуктивного элемента.
Передающая контрольная обмотка обеспечивает возможность созданияэлектромагнитного поля, идентичногоэлектромагнитному полю ходового рельса, для контроля работоспособности приемного индуктивного элемента, что в совокупности с применением обмоток для приема низкочастотных и высокочастотных сигналов рельсовых цепей существенно повышает надежность приемного индуктивного элемента. Количество и шаг витков передающей контрольной обмотки должны обеспечивать возможность создания электромагнитного поля контролируемого диапазона частот.
Обмотки могут быть установлены соосно на одном сердечнике, что упрощает конструкцию приемного индуктивного элемента и снижает выхода из строя его электронных компонентов, повышая его надежность.При этом передающая контрольная обмотка может быть установлена на одну из обмоток приема сигналов рельсовых цепей, что дополнительно улучшает габаритные характеристики приемного индуктивного элемента, снижая риск негативного влияния на него внешних факторов. При этом передающая контрольная обмотка может быть установлена на обмотку для приема высокочастотных сигналов рельсовых цепей, что обеспечивает возможность контроля работоспособности обмотки для приема высокочастотных сигналов системы автоматического управления торможением (САУТ) локомотива, вследствие чего снижается риск повреждения приемного индуктивного элемента под влиянием внешних факторов и повышается его надежность, за счет постоянного контроля возможности приема сигналов от САУТ. При этом обмотки для приема низкочастотных сигналов рельсовых цепей и обмотки для приема высокочастотных сигналов рельсовых цепей могут быть установлены на расстоянии, составляющем от 1%до 15% от длины сердечника, что снижает риск влияния взаимоиндукции на обмотки для приема сигналов рельсовых цепей и улучшает массогабаритные характеристики приемного индуктивного элемента, снижая риск влияния на него внешних негативных факторов, тем самым повышая его надежность. В случае, если расстояние между обмотками будет составлять менее 1%, то будет увеличиваться величина взаимной индукции между обмотками для приема низкочастотных и высокочастотных сигналов рельсовой цепи, что может привести к искажению принимаемых сигналов рельсовой цепи и может увеличить риск возникновения аварийной ситуации. В случае, если расстояние между обмотками составляет более 15%, то в значительной степени будет увеличиваться длина приемного индуктивного элемента, вследствие чего увеличивается риск разрушения приемного индуктивного элемента под влиянием внешних факторов. Обмотки могут быть зафиксированы на сердечнике посредством клеевого или резьбового соединения, либо посредством фрикционного взаимодействия с сердечником.
Обмотки могут быть представлены проволокой или проводами, уложеннымивитками и могут быть выполнены из токопроводящего материала, например, из стали, меди или алюминия. Обмотки могут содержать каркасы, которые могут быть выполнены в виде трубок, имеющих форму внутренней поверхности, ответную форме сердечника. При этом каркас может иметь любую форму поперечного сечения, например, круглую, прямоугольную, треугольную и др. и может быть однослойным или многослойным. Каркас может быть выполнен из материалов, обладающих достаточной механической и электрической прочностью, например, из пластика, керамики, кабельной бумаги, электрокартона, гетинакса и т.д. Каркас может содержать на торцах буртики, снижающие вероятность соскальзывания обмотки с каркаса.
Сердечник обеспечивает возможность концентрирования силовых магнитных линий. Сердечник может иметь любую форму поперечного сечения, например, круглую, прямоугольную, треугольную, или многоугольную.  Сердечник может быть выполнен из материалов, обладающих ферромагнитными свойствами, например, из железа, кобальта, никеля, их сплавов, электротехнической стали и т.д.
Корпус обеспечивает несущие и защитные функции приемника. Форма корпуса должна обеспечивать возможность размещения внутри негоэлектронной платы и приемного индуктивного элемента. Корпус может иметь для этого отверстия, обеспечивающие возможность установки электронной платы и приемного индуктивного элемента внутри корпуса. При этом корпус может содержать крышки, закрывающие отверстия. Корпус внутри может быть выполнен полым, что обеспечивает снижение массы приемника. При этом приемный индуктивный элемент и электронная плата могут быть закреплены внутри корпуса клеем или компаундом. Также, для дополнительного снижения массы приемника, крышкиотверстий для установки приемного индуктивного элемента могут иметь изогнутый профиль, обеспечивающий возможность фиксирования пространственного положения приемного индуктивного элемента внутри корпуса.
Корпус может содержать средства крепления к локомотиву, выполненные таким образом, чтобы при закреплении приемника плоскости витков обмоток были перпендикулярны направлению электромагнитного поля рельсовой цепи. При этом средства крепления к локомотиву могут быть выполнены таким образом, чтобы при установке приемника на локомотив поперечная плоскость, проходящая через середину длины сердечника, совпадала с продольной плоскостью, проходящей через головку ходового рельса, что дополнительно улучшает качество приема сигналов рельсовых цепей при движении локомотива по криволинейному участку железной дороги. Средства крепления могут быть представлены резьбовыми крепежными изделиями и/или отверстиями в корпусе или проушинами. Корпус может быть выполнен из металлов, их сплавов, композитных материалов и т.д. При этом корпус может иметь вставку из немагнитного материала, например, пластика, акрила или винила, обеспечивающую возможность взаимодействия приемного индуктивного элемента с электромагнитным полем ходового рельса, что также дополнительно улучшает качество приема сигналов рельсовой цепи.
Электронная плата обеспечивает возможность обработки сигналов рельсовых цепей, полученных от приемного индуктивного элемента. Электронная плата может быть представлена пластиной из текстолита или иного другого электроизоляционного конструкционного материала. Электронная плата содержит электронные компоненты, которые могут быть представлены микросхемами, элементами создания колебательного контура: дросселями, конденсаторами, резисторами и пр. Электронная плата может содержать вводы для соединения с обмотками и выводы, для соединения с внешними потребителями. При этом выводы для соединения с внешними потребителями могут быть представлены разъемами, штекерами или клеммами, которые могут быть установлены в защитные трубки.
Полезная модель может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Полезная модель обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, заключающейся в том, что приемный индуктивный элемент содержит обмотку для приема низкочастотных сигналов рельсовой цепи и обмотку для приема высокочастотных сигналов рельсовой цепи, что обеспечивает возможность при выходе из строя обмотки для приема низкочастотных сигналов рельсовой цепи продолжать принимать приемным индуктивным элементом высокочастотные сигналы рельсовой цепиза счет наличия работоспособной обмотки для приема высокочастотных сигналов рельсовой цепи, и наоборот. При этом за счет наличия передающей обмотки обеспечивается возможность оперативного выявления неработоспособности одной из обмоток для приема сигналов рельсовых цепей и принятия мер по устранению неисправности, благодаря чему обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности приемного индуктивного элемента локомотивного приемника электрических сигналов рельсовых цепей, тем самым улучшая эксплуатационные характеристики локомотивного приемника электрических сигналов рельсовых цепей.
Полезная модель обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о соответствии полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Полезная модель поясняется следующими фигурами.
Фиг.1 – Локомотивный приемник электрических сигналов рельсовых цепей содержит обмотки для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей, на которые установлены передающие контрольные обмотки, при этом одна обмотка для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей расположена в середине длины сердечника, две обмотки для приема низкочастотного сигнала и две обмотки для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей расположены симметрично относительно поперечной плоскости, проходящей через середину длины сердечника, продольный разрез.
Фиг.2 – Локомотивный приемник электрических сигналов рельсовых цепей содержит обмотки для приема низкочастотного сигнала и обмотки для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей, на которые установлены передающие контрольные обмотки, при этом одна обмотка для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей расположена в середине длины сердечника, две обмотки для приема низкочастотного сигнала и две обмотки для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей расположены симметрично относительно поперечной плоскости, проходящей через середину длины сердечника, продольный разрез.
Фиг.3 – Локомотивный приемник электрических сигналов рельсовых цепей содержит передающие контрольные обмотки, содержащие каркасы, при этом одна обмотка для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей расположена в середине длины сердечника, две передающие контрольные обмотки, две обмотки для приема низкочастотного сигнала идве обмотки для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей расположены симметрично от центра сердечника,продольный разрез.
Фиг.4 – Локомотивный приемник электрических сигналов рельсовых цепей содержитобмотки для приема низкочастотного сигнала рельсовых цепей,на которые установлены передающие контрольные обмотки, передающие контрольные обмотки, содержащие каркасы, приемный индуктивный элемент,содержащийдва сердечника, при этом на одном сердечнике установленыдве обмотки для приема низкочастотного сигнала рельсовых цепей симметрично от центра сердечника, на втором сердечнике одна обмотка для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей установлена в середине длины сердечника, две передающие контрольные обмотки и две обмотки для приема низкочастотного сигнала рельсовых цепей установлены симметрично поперечной плоскости, проходящей через середину длины сердечника, продольный разрез.
Фиг.5 – Обмотка для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей с установленной на ней передающей контрольной обмоткой, продольный и поперечный разрезы.
Фиг.6 – Обмотка для приема низкочастотного сигнала рельсовых цепей с установленной на ней передающей контрольной обмоткой, продольный и поперечный разрезы.
Локомотивный приемник электрических сигналов рельсовых цепей содержит корпус 1, электронную плату 2 и приемный индуктивный элемент, представленный сердечником 3 и обмотками 4 для приема высокочастотного и обмотками 5 для приема низкочастотногосигнала рельсовых цепей. В разных вариантах исполненияприемный индуктивный элемент содержит передающую контрольную обмотку 6 высокочастотного диапазона ипередающую контрольную обмотку 7 низкочастотного диапазона.Обмотки 4 и 5 содержат соответственно каркасы 8 и 9,электрические выводы 10 и 11 и входы 12 и 13. Обмотки 6 и 7 содержат соответственно электрические выводы 14 и 15 и входы 16 и 17.
Электронная плата 2 электрически соединена с приемным индуктивным элементом посредством проводов (не показаны на фигурах). Передающая контрольная обмотка 6 приемного индуктивного элемента электрически соединена с электронной платой 3 посредством проводов.
Полезная модель работает следующим образом.
Локомотивный приемник электрических сигналов рельсовых цепей изготавливается и собирается на предприятии-изготовителе.Локомотивный приемник электрических сигналов рельсовых цепей располагается перпендикулярно ходовому рельсу, устанавливается над ходовым рельсом таким образом, чтобы середина его длины на прямом участке железнодорожного пути была расположена над центром ходового рельса, а обмотки 4 и 5 приемного индуктивного элемента находились в электромагнитном поле, создаваемым передаваемым по рельсам электрическим кодовым сигналом локомотивной сигнализации. Далее над вторым ходовым рельсом на локомотив по аналогии с предыдущим локомотивным приемником устанавливается второй локомотивный приемник,после чего электронные платы 2 локомотивных приемников электрически соединяются с аппаратурой локомотива (не показана на фигурах), и локомотив вводится в эксплуатацию.
В процессе эксплуатации локомотив движется по железнодорожному полотну, по рельсам которого протекают сигнальные токиавтоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия(АЛСН), частотой 25, 50, 75 или 175 Гц и сигнальные токи системы автоматического управления торможением поездов (САУТ) частотой 19,6, 27,0 или 31,0 кГцПри этом за счет протекания сигнального тока через рельсы образуется переменное магнитное поле, в котором перемещаются локомотивные приемники. При этом в обмотках 4 для приема высокочастотныхсигналов рельсовых цепей и обмотках 5для приема низкочастотныхсигналов рельсовых цепейнаводятся индукционные токи. За счет сердечника 3 локомотивного приемника осуществляется концентрация силовых магнитных линий в зоне расположения локомотивного приемника, при этом, за счет симметрии относительно поперечной плоскости, проходящей черезсередину длины сердечника, а также за счет расположения середины его длины над центром ходового рельса, при движении по криволинейному железнодорожному полотну (т.е. при повороте ходовых рельсов вправо или влево) происходит отдаление обмоток 4 и 5для приема токов высокой и низкой частоты, расположенных с одной стороны локомотивного приемника, в сторону от ходового рельса, при этом происходит соразмерное приближение обмоток 4 и 5, расположенных с другой стороны локомотивного приемника, к ходовому рельсу.
Индукционные токи, наведенныев обмотках 4 и 5, через провода текут на электронную плату 2. На электронной плате 2 осуществляется усиление сигнала посредством микросхем, после чего осуществляется фильтрация токов посредством конденсаторов, обеспечивающих шунтирование высокочастотных помех, в результате чего полученные электрические сигналы, несущие информацию о кодах в рельсовых цепях АЛСН и путевых устройств САУТ, посредством проводов передаются в аппаратуру локомотива.
Для проверки электрических параметров обмоток 4 и 5 приемного индуктивного элемента локомотивного приемника электрических сигналов рельсовых цепей на контрольную обмотку 6 или 7 подается электрический ток, за счет чего в обмотках 4 или 5, наводится индукционный ток, после чего производится сопоставительный анализ полученных от обмоток 6 и 7 сигналов , на основе которого делается вывод об исправности обмоток 4 или 5.
Таким образом обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности приемного индуктивного элемента локомотивного приемника электрических сигналов рельсовых цепей, тем самым повышается надежность локомотивного приемника электрических сигналов рельсовых цепей.