УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ НАТЯЖЕНИЯ КОНТАКТНОЙ СЕТИ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ

Настоящая полезная модель относится к области технической диагностики инфраструктуры железных дорог, а именно, к мониторингу деформации контактной сети.
Известна «СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ И УДАЛЕННОГО МОНИТОРИНГА КОНТАКТНОЙ СЕТИ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ» [патент на полезную модель RU 100967, опубл. 10.01.2011], включающая размещенные на анкерных опорах контактной сети консоли, несущий трос, струны, контактный провод, грузокомпенсирующие устройства несущего троса и контактного провода и содержащая датчики параметров технического состояния элементов контактной сети, причем на участках несущего троса и контактного провода, расположенных непосредственно за роликами блоков грузокомпенсирующих устройств и/или над гирляндами грузов грузокомпенсирующих устройств, которые размещены на анкерных опорах контактной сети, по всей длине контактной сети стационарно закреплены блоки сбора и передачи информации, при этом каждый блок сбора и передачи информации содержит комплект датчиков параметров технического состояния элементов контактной сети, включающий датчики виброакустики и вибродиагностики элементов контактной сети, датчик магнитного поля и датчик температуры, а также автономный источник питания, микропроцессорное устройство для первичной аналого-цифровой обработки информации с датчиков блока, устройство радиосвязи между блоком и размещаемым на узловой станции промежуточным концентратором информации СДУМ, который соединен посредством проводной и/или беспроводной связи с единым концентратором информации о состоянии элементов контактной сети железной дороги.
В сущности, известная система представляет собой устройство контроля натяжения контактной сети, содержащее измерительный блок (блок сбора и передачи информации), включающий датчик технического состояния провода контактной сети, закрепленного на контролируемой опоре, и блок сбора и обработки информации (единый концентратор информации), соединенный с измерительным блоком.
Это известное техническое решение выбирается в качестве прототипа, так как оно имеет наибольшее число существенных признаков, совпадающих с существенными признаками заявляемой полезной модели.
Однако этот прототип имеет существенные недостатки, а именно: сложность в эксплуатации, обусловленная сложностью конструкции и сложностью его установки на месте проведения контроля, поскольку датчики технического состояния необходимо расположить по всей длине несущего троса и контактного провода непосредственно за роликами блоков грузокомпенсирующих устройств и/или над гирляндами грузов грузокомпенсирующих устройств, размещенных на анкерных опорах контактной сети. Кроме того каждый измерительный блок содержит множество датчиков, таких как: датчики виброакустики и вибродиагностики элементов контактной сети, датчик магнитного поля и датчик температуры, что также усложняет процесс его закрепления.
Задачей настоящей полезной модели является создание нового устройства контроля натяжения контактной сети с достижением следующего технического результата: упрощение его эксплуатации за счет упрощения его конструкции и установки на месте проведения контроля.
Поставленная задача решена за счет того, что в известном устройстве контроля натяжения контактной сети, содержащем по меньшей мере один измерительный блок, включающий датчик технического состояния провода контактной сети, закрепленного на опорах контролируемой контактной сети, и блок сбора и обработки информации, соединенный с измерительным блоком, согласно настоящей полезной модели, датчик технического состояния провода выполнен с возможностью его установки на подвижном ролике компенсаторной подвески упомянутого провода и представляет собой датчик измерения углов поворота упомянутого ролика.
Таким образом, это заявляемое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет упростить эксплуатацию за счет упрощения его конструкции и установки на месте проведения работ, благодаря выполнению датчика технического состояния с возможностью его установки непосредственно на подвижном ролике компенсаторной подвески провода контактной сети и применению в качестве него датчика измерения углов поворота упомянутого ролика, а также за счет упрощения процесса определения величины деформации провода, поскольку нет необходимости учитывать, например, сложные эталонные базы виброакустических картин состояния провода, как это делается в прототипе.
Сущность заявляемой полезной модели и возможность ее практической реализации поясняется приведенным ниже описанием и чертежами.
Фиг. 1 - Общий вид опоры с контактной сетью железной дороги.
Фиг. 2 - Ролик компенсаторной подвески с установленным на нем измерительным блоком устройства контроля натяжения контактной сети железной дороги.
Устройство контроля натяжения контактной сети (Фиг. 1, 2) содержит по меньшей мере один измерительный блок 1, соединенный с помощью беспроводной связи с блоком (на чертеже не показано) сбора и обработки информации.
Измерительный блок 1 включает внутренний источник (на чертеже не показано) питания, энергонезависимую память (на чертеже не показано), микроконтроллер (на чертеже не показано), приемопередатчик (на чертеже не показано) с антенной (на чертеже не показано) для связи с блоком (на чертеже не показано) сбора и обработки, датчик 2 температуры, датчик 3 технического состояния провода 4 контактной сети, закрепленного на опорах 5 контролируемой контактной сети.
Датчик 2 температуры предназначен для измерения температуры внутри измерительного блока 1.
Блок 1 выполнен с возможностью его установки на подвижном ролике 6 компенсаторной подвески упомянутого провода 4, например, с помощью винтов 7. Датчик 3 представляет собой датчик измерения углов поворота ролика 6. При этом измерительный блок 1 может быть установлен в ролик 6 компенсаторной подвески несущего и/или контактного провода. На конце провода 4, идущего через ролик 6, закреплен груз 8 компенсатора.
В качестве внутреннего источника (на чертеже не показано) питания применяют, например, аккумуляторную батарею.
Все элементы измерительного блока 1 расположены и зафиксированы в герметичном контейнере, представляющим собой цельную конструкцию, выполненную из высокопрочного и влагоустойчивого пластика с образованными полостями для размещения элементов блока 1, после монтажа которых, полости заполняют герметичным материалом.
Число измерительных блоков 1 определяется исходя из 1-2 шт. на один анкерный участок (максимально 1600 м), и в зависимости от общей длины контролируемого участка контактной сети.
Блок (на чертеже не показано) сбора и обработки представляет собой сервер, в котором происходит сбор, накопление, обработка и анализ измерительных данных, полученных от каждого измерительного блока 1.
Блок (на чертеже не показано) сбора и обработки может быть дополнительно соединен с базовой станцией (на чертеже не показано), которая выполнена с возможностью принимать информацию от измерительных блоков 1 и включает антенну (на чертеже не показано) и приемопередатчик (на чертеже не показано) для связи с измерительными блоками 1, антенну (на чертеже не показано) и приемопередатчик (на чертеже не показано) для связи с ручным считывателем (на чертеже не показано), микропроцессор (на чертеже не показано), внутренний источник (на чертеже не показано) питания и соединенный с ним автономный источник (на чертеже не показано) питания, в качестве которого применен ветряной генератор или солнечная батарея. Все элементы базовой станции (на чертеже не показано) расположены и зафиксированы на монтажной плите (на чертеже не показано), которая прикреплена к задней стенке герметичного корпуса (на чертеже не показано), закрытого крышкой (на чертеже не показано), изготовленного из металла или высокопрочного и влагоустойчивого пластика и выполненного с возможностью закрепления на путевом столбе (на чертеже не показано) (опоре), расположенного в непосредственной близости к контролируемому участку контактной сети.
Ручной считыватель (на чертеже не показано) выполнен с возможностью получать информацию от базовой станции (на чертеже не показано) посредством беспроводной радиоволновой связи малого радиуса действия с низким энергопотреблением, например, Bluetooth.
Ручной считыватель (на чертеже не показано), получающий информацию от базовой станции (на чертеже не показано), состоит из микропроцессора (на чертеже не показано), внутренней памяти (на чертеже не показано), приемопередатчика (на чертеже не показано) для связи с базовой станцией (на чертеже не показано), клавиатуры (на чертеже не показано) и дисплея (на чертеже не показано). Ручной считыватель (на чертеже не показано) предназначен для получения информации с базовой станции (на чертеже не показано), которая осуществляет сбор данных с каждого измерительного блока 1. Ручной считыватель (на чертеже не показано) выполнен с возможностью получения информации, обработки ее с помощью специального установленного программного обеспечения, отображения на экране дисплея (на чертеже не показано) в удобном и понятном для сотрудника железной дороги виде. Причем ручной считыватель (на чертеже не показано) имеет возможность считывать и отображать информацию как за заданный период времени наблюдений, так и позволяет получать и отображать информацию в режиме реально времени (с частотой 1 ГЦ, т.е. 1 раз в секунду). Кроме того, ручной считыватель (на чертеже не показано) при необходимости можно подключить к блоку (на чертеже не показано) сбора и обработки и передать на него все полученный от базовой станции (на чертеже не показано) данные.
Заявляемое устройство применяют следующим образом.
Все составные блоки устройства хранятся и транспортируются к месту проведения измерений совместно. Непосредственно перед проведением работ по контролю состояния контактной сети железнодорожного пути определяют критические анкерные участки и соответственно компенсаторные ролики 6, в которых непосредственно будут установлены измерительные блоки 1. Базовую станцию (на чертеже не показано) и ручной считыватель (на чертеже не показано) блока (на чертеже не показано) сбора и обработки располагают непосредственно вблизи контролируемой сети.
С помощью датчика 2 отслеживают изменение температуры внутри корпуса измерительного блока 1 относительно его температуры в первоначальном положении и определяют расчетное значение деформации провода 4 в зависимости от изменения этой температуры.
При возникновении деформации провода 4 происходит поворот ролика 6 на определенный угол, при этом на основании данных измерений датчика 3 отслеживают этот угол поворота ролика 6.
Данные измерений от каждого измерительного блока 1 передаются через базовую станцию (на чертеже не показано) или ручной считыватель (на чертеже не показано) в блок (на чертеже не показано) сбора и обработки. По полученным данным определяют величину сжатия или растяжения контролируемого провода 4, например, следующим образом.
теор.
Расстояние от груза 8 до земли 5 B определяется по формуле:
теор.
0
л
ан
корп.
B=B+(K*L)/2*T, где
0
корп.
B - справочная величина необходимого для безопасной эксплуатации контактной сети расстояния при T=0 C°;
л
K - коэффициент линейного теплового расширения провода 4 (медь или сталь);
ан
L - длина анкерного участка (длина провода 4);
корп.
T - температура корпуса (примерно равная температуре окружающей среды).
Величина деформации L провода 4 в зависимости от изменения угла поворота ролика 6 определяется по формуле:
L=(πR*£)/360, где
R - радиус ролика 6, £ - угол поворота ролика 6
текущ.
Таким образом, текущее расстояние от груза 8 до земли B, определяется следующим образом:
текущ.
0
B=B+L.
текущ.
теор.
На основании результатов измерений делают выводы о текущем состоянии провода 4, а проводя периодические измерения, контролируют его состояние с течением времени. Основной задачей такого контроля является не допустить такого растяжения провода 4, при котором груз 8 компенсатора окажется ниже, чем за 20 см от земли, и его сжатия, при котором груз 8 окажется выше, чем за 20 см до ролика 6. Поэтому при |B-B|<0,2 м - блок (на чертеже не показано) сбора и обработки выдает информационный сигнал, например, на отображающем дисплее, специальных светодиодных индикаторах или устройстве вывода информации на бумаге (принтер, факс), о том, что деформация провода 4 в пределах нормы (например, в словесной форме или в виде цветового сигнала зеленого цвета). При
текущ.
теор.
текущ.
теор.
0,2<|B-B|<0,4 - выдается предупреждающий сигнал (например, в словесной форме или в виде цветового сигнала желтого цвета). При |B-B|>0,4 - выдается тревожный сигнал (например, в словесной форме или в виде цветового сигнала красного цвета), который свидетельствует о возможном обрыве, провисе или другом нештатном событии, требующем анализа и устранение проблемы.
л
0
ан
корп
-6
-1
Пример расчета при K=17*10°C (медь), B=151 см, L=630 м, T=30°C.
теор.
0
л
ан
корп
-6
Тогда B=B+(K*L)/2*T=151+(17*10*630)/2*30=151,16 см.
Поворот ролика 6 (угол изменения) составил 40°, т.е. £=40°, R=10 см.
текущ.
0
Деформация провода 4 L=(πR*£)/360=(3,14*10*40)/360=3,5 см, соответственно B=B+L=151+3,5=154,5 см.
текущ.
теор.
Осуществляют сравнительный анализ и определяют состояние деформации на предмет безопасности |B-B|=154,5-151,16=3,34 см, это <0,2 м, следовательно, деформация в пределах нормы.
При этом время проведения контроля определяется исходя из требований заказчика (РЖД) за контролем того или иного участка на определенное время, для сбора данных и понимания характера образования деформации провода 4 контактной сети, скорости деформации, размера явления. Это необходимо для принятия решения по устранению проблемы или дальнейшему наблюдению до достижения критического состояния, не позволяющего гарантировать безопасность железнодорожного движения.
Таким образом, достигается технический результат заявляемой полезной модели, а именно: упрощение эксплуатации за счет упрощения конструкции и установки на месте проведения контроля.