УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ЧИСЛА СБОЕВ В РАБОТЕ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛОКОМОТИВНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте, в частности к устройствам для автоматической локомотивной сигнализации.
Уровень техники
Известна автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного типа (АЛСН), содержащая установленные на локомотиве приемные катушки, локомотивный приемник, дешифратор, измеритель скорости. Дешифратор подключен к локомотивному светофору и тормозной системе (Леонов А.А. Техническое обслуживание автоматической локомотивной сигнализации, М.: Транспорт, 1982, 255 с.).
На работу АЛСН в значительной степени оказывают влияние различные помехи как аддитивного, так и мультипликативного характера. С внедрением современного железнодорожного тягового подвижного состава возрастает влияние аддитивной помехи от тягового тока, протекающего наряду с сигнальным током (полезным сигналом) в рельсах под приемными катушками. Также возрастает влияние импульсных помех, возникающих при скачкообразных изменениях величин тягового тока в рельсах.
Основным достоинством известной автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа является снижение влияния от токов помех, протекающих в рельсах, за счет такого включения приемных катушек, при котором электродвижущие силы (ЭДС), наводимые в них от сигнального тока, складываются, а ЭДС помехи - вычитаются. При этом следует отметить, что полная компенсация помехи достигается лишь в том случае, когда одинаковыми оказываются как величины тока помехи в рельсах, так и собственные параметры приемных катушек (индуктивность, добротность) и их геометрическое положение относительно рельсов: высоты подвеса относительно уровня головки рельса и смещения относительно оси своего ходового рельса.
На основе вышеизложенного, влияние помехи на локомотивный приемник возможно в трех случаях: во-первых, при различной величине тягового тока в рельсах, во-вторых, при различном положении приемных катушек как относительно оси ходового рельса, так и при различной высоте подвеса относительно уровня головки рельса и, в-третьих, при различных параметрах приемных катушек (добротности, индуктивности).
В первом случае говорят об асимметрии тягового тока в рельсовой линии. Компенсация такой помехи производится путем технического обслуживания тяговой сети. Во втором и третьем случаях компенсации помехи на входе локомотивного приемника добиваются за счет симметрирования приемных катушек, т.е. подбора параметров или корректировки положения относительно ходовых рельсов пары приемных катушек таким образом, чтобы наведенные в каждой из них ЭДС различались между собой не более чем на 5%.
Таким образом, к недостаткам рассматриваемой АЛСН следует отнести то, что компенсация помехи во втором и третьем случаях в условиях эксплуатации возможна лишь частично. Это связано в первую очередь с явлением боковой качки подвижного состава, а также с движением в кривых. В этих случаях геометрическое положение приемных катушек относительно ходовых рельсов значительно изменяется. При этом помеха на входе локомотивного приемника может достигать значительных уровней и приводить к большому числу сбоев в работе АЛСН. Это, в свою очередь, может приводить к необоснованным экстренным торможениям и, как следствие, к экономическим издержкам, связанным с простоем подвижного состава и т.п.
Известно приемное устройство для локомотивной сигнализации (А.с. 652014, B61L 25/06, 15.03.79, Бюл. №10), содержащее локомотивные катушки, расположенные на различных сердечниках, подключенные через амплитудный ограничитель к сумматору, который на выходе снабжен полосовым фильтром. При этом с целью повышения помехоустойчивости, оно снабжено дополнительными катушками, расположенными на одном сердечнике с основными катушками, причем каждая основная катушка, расположенная на одном сердечнике, соединена встречно с дополнительной катушкой, расположенной на другом сердечнике, а пары, образованные основной и дополнительной катушками, соединены между собой согласно.
Основным достоинством известного приемного устройства для локомотивной сигнализации является компенсация помех на входе локомотивного приемника, возникающих за счет боковой качки. Однако, указанное устройство имеет и существенный недостаток, заключающийся в том, что за счет индуктивной связи между рельсом и приемной катушкой при воздействии импульсных помех в последних наводятся значительные скачки ЭДС, что может приводить к снижению помехоустойчивости работы локомотивной сигнализации за счет искажения принимаемых кодовых комбинаций.
Наиболее близким аналогом является устройство автоматической локомотивной сигнализации (RU 2653658, B61L 23/24, 11.05.2018, Бюл. №14). Устройство автоматической локомотивной сигнализации содержит установленные на локомотиве локомотивный приемник, выход которого соединен с первым входом дешифратора, второй вход которого подключен к измерителю скорости, а выходы дешифратора подключены к локомотивному светофору и электропневматическому клапану. На локомотиве устанавливаются также два аналоговых датчика Холла, расположенные над рельсами перед передней осью локомотива, которые подключены на вход локомотивного приемника и соединены последовательно таким образом, чтобы напряжения на входе приемника от полезного сигнала на выходе датчиков суммировались, а напряжения от помехи - вычитались. Оно взято за прототип.
Указанное устройство автоматической локомотивной сигнализации, несмотря на достоинство, связанное с исключением возникновения высокочастотных гармоник на входе локомотивного приемника, возникавших за счет индуктивной связи между рельсом и приемной катушкой, имеет существенный недостаток, связанный с отсутствием компенсации помехи от асимметрии, вызванной различным положением датчиков Холла относительно оси ходового рельса, а также различной высотой их подвеса относительно уровня головки рельса при «боковой качке» подвижного состава.
Раскрытие полезной модели
Технический результат, на который направлена данная полезная модель, заключается в снижении числа сбоев в работе автоматической локомотивной сигнализации.
Технический результат достигается тем, что известное устройство для снижения числа сбоев в работе автоматической локомотивной сигнализации, содержащее установленные на подвижном составе локомотивный приемник, дешифратор, измеритель скорости, локомотивный светофор, электропневматический клапан, первый и второй аналоговые датчики Холла, расположенные над соответственно первым и вторым ходовыми рельсами перед передней осью подвижного состава на одной высоте относительно уровня головки рельса перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, формируемого токами в соответствующих ходовых рельсах, дополнительно содержит установленные на подвижном составе третий и четвертый аналоговые датчики Холла, расположенные над соответственно первым и вторым ходовыми рельсами перед передней осью подвижного состава на одной высоте относительно уровня головки рельса перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, формируемого токами в соответствующих ходовых рельсах. Пластины первого и третьего аналоговых датчиков Холла размещены симметрично относительно оси первого ходового рельса, а пластины второго и четвертого аналоговых датчиков Холла размещены симметрично относительно оси второго ходового рельса. При этом аналоговые датчики Холла соединены между собой попарно: первый с четвертым, второй с третьим - последовательно и таким образом, что напряжения от полезного сигнала от датчиков в паре складываются, а от помехи - вычитаются. Пары аналоговых датчиков Холла: первый и четвертый, второй и третий - включены между собой последовательно таким образом, что напряжения от полезного сигнала складываются, а от помехи - вычитаются, и подключены на вход локомотивного приемника.
При этом первый, второй, третий и четвертый аналоговые датчики Холла установлены таким образом, что их пластины параллельны осям ходовых рельсов.
При этом первый, второй, третий и четвертый аналоговые датчики Холла расположены под углом в сорок пять градусов относительно осей соответствующих им ходовых рельсов.
Краткое описание чертежей
Сущность полезной модели поясняется чертежами на фиг. 1-3.
На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства для снижения числа сбоев в работе автоматической локомотивной сигнализации, содержащего первый аналоговый датчик Холла 1, второй аналоговый датчик Холла 2, третий аналоговый датчик Холла 3, четвертый аналоговый датчик Холла 4, одноименные зажимы которых обозначены звездой, при этом первый и третий аналоговые датчики Холла включены между собой последовательно таким образом, что напряжения от полезного сигнала, формируемые ими, складываются, а от помехи - вычитаются; второй и четвертый аналоговые датчики Холла включаются между собой последовательно таким образом, что напряжения от полезного сигнала, формируемые ими также складываются, а от помехи - также вычитаются. При этом, пары, образованные между собой первым и третьим, а также вторым и четвертым датчиками Холла подключены ко входу локомотивного приемника 5 и соединены между собой последовательно таким образом, что напряжения на входе локомотивного приемника от полезного сигнала суммируются, а напряжения от помехи - вычитаются. Выход локомотивного приемника 5 соединен с одним входом дешифратора 6. Измеритель скорости 7 подключен своим выходом к другому входу дешифратора 6. Первый выход дешифратора 6 соединен со входом электропневматического клапана 8, а второй выход дешифратора - со входом локомотивного светофора 9.
На фиг. 2 схематично показано взаимное положение первого ходового рельса Р1 и второго ходового рельса Р2, и первого, второго, третьего и четвертого аналоговых датчиков Холла 1-4. Пунктиром показаны силовые линии магнитного поля, формируемого в первом и втором рельсах Р1 и Р2 протекающим по ним сигнальным током (полезным сигналом). Линией, содержащей три штриха и две точки показаны: уровень головки рельса, уровень нижней грани датчиков Холла, ось первого ходового рельса и ось второго ходового рельса.
На фиг. 3 схематично показано взаимное положение первого ходового рельса Р1 и второго ходового рельса Р2, и первого, второго, третьего и четвертого аналоговых датчиков Холла 1-4 при их наклоне относительно уровня головки рельса на сорок пять градусов. Пунктиром показаны силовые линии магнитного поля, формируемого в первом и втором рельсах Р1 и Р2 протекающим по ним сигнальным током (полезным сигналом). Линией, содержащей три штриха и две точки показаны: уровень головки рельса, уровень нижнего ребра датчиков Холла, ось первого ходового рельса и ось второго ходового рельса.
Осуществление полезной модели
Устройство для снижения числа сбоев в работе автоматической локомотивной сигнализации работает следующим образом.
На подвижном составе (на локомотиве, секции моторвагонного подвижного состава, специальном самоходном подвижном составе, подвижном составе на комбинированном ходу) перед первой его осью на одинаковом расстоянии относительно уровня головки рельса к кузову (на чертежах не показан) смонтированы первый, второй, третий и четвертый аналоговые датчики Холла 1-4. Пластины аналоговых датчиков Холла 1-4 расположены перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, формируемого токами, протекающими в первом и втором ходовых рельсах Р1 и Р2. При этом первый и третий аналоговые датчики Холла 1 и 3 установлены над первым ходовым рельсом Р1, а второй и четвертый аналоговые датчики Холла 2 и 4 установлены над вторым ходовым рельсом Р2. Первый и третий аналоговые датчики Холла 1 и 3 установлены симметрично относительно оси первого ходового рельса Р1. Второй и четвертый аналоговые датчики Холла 2 и 4 установлены симметрично относительно оси второго ходового рельса Р2.
Сигнальный ток в ходовых рельсах Р1 и Р2 протекает в противоположных направлениях. Тяговый ток протекает в ходовых рельсах Р1 и Р2 в одном направлении. В соответствии с этим датчики соединены между собой следующим образом. Первый и четвертый аналоговые датчики Холла 1 и 4 соединены между собой последовательно таким образом, что напряжения помехи на их выводах вычитаются, а напряжения от полезного сигнала - складываются (фиг. 1; пара одноименных выводов аналоговых датчиков Холла 1 и 4, обозначенная звездой, соединена между собой). Второй и третий аналоговые датчики Холла 2 и 3 соединены также последовательно и таким образом, что напряжения помехи на их выводах вычитаются, а напряжения от полезного сигнала - складываются (фиг. 1; пара одноименных выводов аналоговых датчиков Холла 2 и 3, не обозначенная звездой, соединена между собой). При этом пары аналоговых датчиков Холла 1 и 4; 2 и 3 включены между собой последовательно таким образом, что напряжения на входе локомотивного приемника от полезного сигнала складываются, а напряжения от помехи - вычитаются (фиг. 1; между собой соединены разноименные выводы аналоговых датчиков Холла 3 и 4).
Напряжение на выводах аналоговых датчиков Холла 1-4, прямо пропорционально величине тока, формирующего магнитное поле вокруг рельсов, поэтому дифференцирование сигнала и помехи, в отличие от случая с приемными катушками, не происходит. Таким образом, исключается формирование значительного уровня помехи на входе локомотивного приемника 5.
При горизонтальном перемещении кузова локомотива, возникающем, например, при движении в кривой, пары аналоговых датчиков Холла 1 и 4, 2 и 3 оказываются смещены относительно оси соответствующих ходовых рельсов Р1 или Р2. При этом меняется величина магнитного поля, проходящего через пластину каждого из аналоговых датчиков Холла. Например, при смещении кузова вправо величина напряжения на выводах аналоговых датчиках Холла 2 и 3 уменьшится, а на выводах аналоговых датчиков Холла 1 и 4 увеличится (фиг. 2, 3). При этом в каждой из пар аналоговых датчиков Холла 1 и 4, 2 и 3 уровень помехи за счет их схемного включения равен нулю, так как на выводах каждого из аналоговых датчиков Холла в паре будут напряжения помехи одинаковой величины, но противоположного знака. Таким образом, при любых горизонтальных перемещениях кузова уровень помехи на входе локомотивного приемника 5 равен нулю.
При боковой качке изменяется расстояние между нижней гранью аналоговых датчиков Холла и уровнем головки рельса. Например, если аналоговые датчики Холла 1 и 3 оказались ближе к первому ходовому рельсу Р1, то аналоговые датчики Холла 2 и 4 оказываются дальше от ходового рельса Р2. При этом на выводах каждой из пар аналоговых датчиков Холла 1 и 4, 2 и 3 имеют место напряжения помехи равной величины, но противоположного знака. Таким образом, на входе локомотивного приемника 5 уровень помехи равен нулю.
Работа остальных узлов происходит в штатном режиме работы АЛС (фиг. 1). Сигнал с датчиков Холла 1-4 поступает на вход локомотивного приемника 5. С его выхода сигнал в виде последовательности видеоимпульсов поступает на один вход дешифратора 6. На другой вход дешифратора 6 поступает информация о фактической скорости движения подвижного состава от измерителя скорости 7. Дешифратор 6 в зависимости от принимаемой кодовой комбинации и фактической скорости движения управляет показаниями на локомотивном светофоре 9 и, в случае превышения скорости, выдает управляющий сигнал на вход электропневматического клапана 8, после чего происходит остановка поезда темпом экстренного торможения.
При этом существует два варианта геометрического положения аналоговых датчиков Холла. В первом случае (фиг. 2) пластины аналоговых датчиков Холла 1-4 расположены параллельно осям первого и второго ходовых рельсов Р1 и Р2. Расстояние между пластиной датчика и осью соответствующего ходового рельса (для аналоговых датчиков Холла 1 и 3 -ходового рельса Р1, для аналоговых датчиков Холла 2 и 4 - ходового рельса Р2) одинаково. Во втором случае (фиг. 3) пластины аналоговых датчиков Холла расположены под углом в сорок пять градусов к соответствующей оси ходового рельса. При этом расстояние от соответствующей оси ходового рельса до ближайшего ребра пластины аналогового датчика Холла также одинаково. За счет этого обеспечивается возможность монтажа для различного подвижного состава в зависимости от компоновки оборудования, располагаемого в зоне расположения аналоговых датчиков Холла 1-4.
Предлагаемое устройство для снижения числа сбоев в работе автоматической локомотивной сигнализации снижает влияние асимметрии расположения датчиков Холла относительно оси ходового рельса при боковой качке железнодорожного подвижного состава, а также при горизонтальном смещении его кузова относительно оси пути (и осей ходовых рельсов соответственно) при движении в кривых, что позволяет снизить уровень помехи на входе локомотивного приемника, и, как следствие, снизить число сбоев в работе автоматической локомотивной сигнализации.