Устройство контроля электромеханического состояния изолирующего стыка

Полезная модель относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики, может использоваться для контроля механического и электрического состояния изолирующего стыка.
Известно устройство контроля величины сопротивления изолирующих стыков в рельсовых цепях, содержащее передатчик, положительный выход которого подключен к токопроводящей перемычке, подключенной к первой рельсовой нити первой рельсовой цепи и ко второй рельсовой нити смежной рельсовой цепи, отличающееся тем, что в него дополнительно введены блок индикации и регистрации величин сопротивления изолирующих стыков, первый и второй согласующие сопротивления, одни выводы которых объединены и подсоединены к отрицательному выходу передатчика, другой вывод первого согласующего сопротивления подсоединен к первой рельсовой нити смежной рельсовой цепи и одному выводу входа блока индикации и регистрации, другой вывод входа которого подсоединен ко второй рельсовой нити первой рельсовой цепи и другому выводу второго согласующего сопротивления (Патент РФ №2288127, B61L 23/00, G01R 27/02, опубл. 27.11.2006 Бюл. №33, «Устройство контроля величины сопротивления изолирующих стыков», авторы Тарасов Е.М., Куров М.Б., Шорохов Н.С.и др.).
Недостатком данного устройства является низкая безопасность движения поездов ввиду отсутствия непрерывного мониторинга состояния изолирующих стыков.
Известно устройство для контроля схода изолирующих стыков, содержащее генератор контрольной частоты, связанный через согласующий блок с источником сигналов рельсовой цепи, и дроссель-трансформатор, подключенный к рельсам по одну сторону от изолирующих стыков, блок сравнения, с выходом которого связан исполнительный элемент и один из входов которого через блок согласования связан с рельсами по другую сторону от изолирующих стыков, отличающееся тем, что с целью повышения надежности, оно снабжено выходным разделительным трансформатором, а блок сравнения содержит сравнивающий трансформатор, конденсатор и резистор, причем одна и другая обмотки выходного разделительного трансформатора соединены последовательно согласно, включены между согласующим блоком и источником сигналов рельсовой цепи, а последовательно встречно с ним через резистор и конденсатор включена одна из обмоток, которой образован второй вход блока сравнения, сравнивающего трансформатора, другой обмоткой которого образован выход блока сравнения, а третьей обмоткой, включенной встречно с первой, образован первый вход блока (Патент РФ №1799785, B61L 23/16, опубл. 07.03.1993 Бюл. №9, «Устройство для контроля схода изолирующих стыков», авторы Подгайченко М.С., Соболев Ю.В. и др.).
Недостатком данного устройства является низкая безопасность движения поездов ввиду отсутствия непрерывного мониторинга состояния изолирующих стыков.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение безопасности движения поездов, за счет непрерывного мониторинга механического и электрического состояния изолирующих стыков, а так же возможности своевременного обнаружения предотказных состояний и кратковременных электрических пробоев.
Технический результат достигается тем, что в устройство контроля электромеханического состояния изолирующего стыка содержащего изолирующий стык, состоящий из двух рельсов, изолирующей прокладки, изолирующих накладок и креплений дополнительно введены блок усиления-сравнения и оцифровки, содержащий: операционный усилитель и аналого-цифровой преобразователь, блок вычислений, блок памяти, три бесконтактных токовых датчика, причем один выполнен с возможностью размещения в изолирующей прокладке между смежными рельсами, с выхода которого сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь блока усиления-сравнения и оцифровки, а другие два датчика выполнены с возможностью закрепления на противоположных рельсах и размещены под смежными рельсами, импульсы тока с которых попадают на входы операционного усилителя блока усиления-сравнения и оцифровки, при этом блок усиления-сравнения и оцифровки выходом соединен с входом блока вычислений, выход блока вычислений соединен с блоком памяти и выполнен с возможностью передачи сигналов в линию связи.
Введение операционного усилителя блока усиления-сравнения и оцифровки, аналого-цифрового преобразователя, блока вычислений, блока памяти, трех бесконтактных токовых датчика обеспечивают контроль изолирующего стыка, его мониторинг и в совокупности безопасность движения поездов.
На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, при исправном изолирующем стыке;
на фиг. 2 приведена блок-схема устройства, при разбалансированном изолирующем стыке;
На фиг. 3 показан вариант классификации соответствия состояния нескольких изолирующих стыков по разностному сигналу-коду, где зеленым цветом отмечена область соответствующая нормальному коду состояния изолирующего стыка, желтым коду состояния периодической визуальной проверки, а красным цветом коду состояния срочного вмешательства человека.
Устройство содержит: колесную пару 1, рельс 2 и 3, изолирующую прокладку 4, изолирующие накладки 5, крепления изолирующих накладок (гайки, болты, изолирующие элементы) 6, бесконтактные токовые датчики 7, 8, 9, крепления бесконтактных датчиков 10 и 11, блок усиления-сравнения и оцифровки 12, содержащий: операционный усилитель (ОУ) 13, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 14, блок вычислений (БВ) 15, блок памяти 16, линия связи 17.
Устройство работает следующим образом. В случае отсутствия поезда на изолирующем стыке работает бесконтактный датчик 7, который реагирует на смену магнитных полюсов концов рельс в изолирующем стыке, при его электрическом пробое. Датчик 7 на выходе имеет состояние логической «1», если стык закорачивается, например металлической стружкой, то на выходе появляется логический «0». Сигнал с выхода бесконтактного токового датчика 7 поступает на АЦП 14 блока усиления сравнения и оцифровки 12, затем с его выхода на БВ 15, которая записывает его в память 16 и при необходимости или периодически, с заданным периодом, отправляет его в линию связи 17.
В случае движения поезда по изолирующему стыку колесная пара 1 действует на рельс 2, затем на рельс 3, но так как крепления изостыка 6 не разбалансировано фиг. 1, то изолирующая прокладка 4 и изолирующие накладки 5 сохраняют механическую устойчивость в рельсовой линии, тогда бесконтактные датчики 8 и 9 одинаково удалены от намагниченных подошв смежных рельс 2 и 3 расстояния между подошвой и датчиком сохраняется не изменным L1=L2, что обеспечивается креплениями 10 и 11.
Импульсы тока с выхода бесконтактных датчиков 8 и 9 с временным отставанием между амплитудами по очереди попадают на инвертирующий и неинвертирующий входы ОУ 13 блока усиления-сравнения и оцифровки 12 соответственно, где амплитуды сравниваются и их разность усиливается, затем разностный сигнал поступает с выхода ОУ 13 на вход АЦП 14, где оцифровывается, затем с выхода АЦП 13 блока усиления-сравнения и оцифровки 12 поступает на вход БВ 15 и сохраняется в блоке памяти 16, а так же, в зависимости от результатов классификации с выхода БВ 15 передается в линию связи 16. Чем больше разбалансировка креплений изолирующего стыка 6, тем больше концы рельсов 2 и 3 смещаются относительно друг друга, перетирая изолирующую прокладку 4 и изолирующие накладки 5, тем самым значительно изменяя расстояния L1 и L2 фиг. 2 между бесконтактными токовыми датчиками 8 и 9. ОУ 13 на своем выходе формирует усиленный дифференциальный сигнал пропорциональный величине разбалансировки изолирующего стыка и подает его на вход АЦП 14 блока усиления-сравнения и оцифровки 12 с выхода которого зашифрованный в цифровую форму сигнал поступает на БВ 15, которая классифицирует сигнал, записывает его в блок памяти 16 и передает с заданной периодичностью в линию связи 17. Если классификация кода сигнала покажет приближение к критическому значению, соответствующему полной разбалансировке или поступит код пробоя изостыка, то БВ 15 передаст в линию связи 17 экстренный код-сообщение с указанием состояния изолирующего стыка.
Предлагаемое устройство контроля электромеханического состояния изолирующего стыка позволяет:
- обеспечить своевременный ремонт и профилактику изолирующего стыка;
- обеспечить непрерывный мониторинг изолирующего стыка;
- повысить безопасность движения поездов на 10-15%;
- увеличить срок службы изолирующего стыка в 2-3 раза.