СПОСОБ И СИСТЕМА КОНТРОЛЯ НАЛИЧИЯ КОНТАКТА КОЛЕС ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С РЕЛЬСОВЫМИ ПУТЯМИ
METHOD AND SYSTEM FOR VEHICLE WHEELS CONTACT WITH RAILTRACKS MONITORING

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и предназначено для контроля наличия контакта колес транспортных средств (далее ТС), в частности специального самоходного подвижного состава на комбинированном ходу (далее ССПС-КХ), а также рельсовых автобусов, при эксплуатации их на малодеятельных участках железных дорог пригородного и межобластного сообщения с рельсовыми путями.
Применяемые в настоящее время на железных дорогах России и за рубежом для управления движением поездов на станциях и перегонах системы централизации и автоблокировки в качестве датчиков определения местоположения подвижных составов, в большинстве случаев, используют нормально разомкнутые рельсовые цепи. Местоположение подвижного состава определяется посредством шунтирования его колесными парами данной рельсовой цепи. При движении специальных самоходных подвижных составов и рельсовых автобусов, а также автомобилей на комбинированном ходу, оборудованных направляющими катками для движения по рельсовому пути, по малодеятельным железнодорожным путям поверхность рельсов которых подвержена налету ржавчины, возможно нарушение шунтирования рельсовых цепей, что приводит к фиксированию ложной свободности и выключению кодирования рельсовой цепи, что создает угрозу безопасности движения. Усугубляет ситуацию конструкция катков, не имеющих надежного контакта с осью.
Известен способ шунтирования рельсовых цепей, реализованный в устройстве для шунтирования рельсовых цепей (патент РФ на изобретение №2326783, ОАО «Метровагонмаш», 2006 г.), содержащем два опорных элемента для крепления к раме тележки ТС двух подпружиненных рычажных систем подвешивания щеточных узлов, к которым подвешены щеточные узлы с металлическими щетками, электрически соединенные между собой проводом и образующие ветвь цепи электрического контура. Для реализации способа на ТС устанавливают пару устройств для шунтирования. При движении ТС по рельсам образуют электрический контур парой граничных рельсов, к которым подключают ветви цепей путем введения в контакт щеток с головками рельсов посредством подпружиненной рычажной системы подвешивания щеточных узлов. С путевых устройств передают по контуру сигналы контроля рельсовых цепей. Контролируют замкнутость электрического контура. При наличии шунта (замкнутости электрического контура) на путевое приемное устройство рельсовой цепи не поступает сигнал контроля рельсовой цепи и в рельсовую цепь навстречу движения ТС включают кодовый сигнал автоматической локомотивной сигнализации. При разрыве электрического контура сигнал контроля рельсовой цепи на вход путевого приемного устройства поступает, по его наличию делают вывод об отсутствии ТС на рельсах в месте контроля и кодовый сигнал автоматической локомотивной сигнализации из рельсовой цепи выключают. Способ позволяет при наличии шунта непрерывно отслеживать станционными устройствами местоположение ТС и на основании этих данных осуществлять диспетчеризацию и маршрутиризацию. Однако при потере шунта фиксируется ложная свободность пути, что может привести к разрешению формирования опасного маршрута, допускающего попутное или встречное столкновение. Способ не предусматривает возможность контролировать наличие контакта между колесами и рельсами (а также между щетками и рельсами, электрическим проводом и щеточными узлами) и оповещать машиниста о потере контакта для оперативного устранения неисправности, что снижает безопасность движения.
Известна система предотвращения столкновения подвижного состава, содержащая подвижную аппаратуру (патент РФ на изобретение №2326783, ОАО «Метровагонмаш», 2006 г.), установленную на колесной тележке ТС с возможностью образования контура при подключении к рельсовым путям, соединенную с аппаратурой контроля разрыва контура (станционной), включающей: путевые устройства, предназначенные для генерирования по рельсам и приема контрольных сигналов, соединенные с рельсовыми путями и станционными устройствами для диспетчеризации и маршрутиризации. При этом подвижная аппаратура включает установленные на колесную тележку ТС два устройства образования контура (устройства для шунтирования), каждое из которых содержит два снабженных щетками щеточных узла, электрически соединенных между собой посредством провода, образующих ветвь цепи электрического контура, подвешенных при помощи двух пружинных рычажной системы подвешивания щеточных узлов посредством опорных кронштейнов к колесной тележке транспортного средства, контур образуют подключением контрольной и основной ветвей цепи к рельсовым путям посредством введения в контакт щеток с головками рельсов. Осуществляют контроль замкнутости контура аппаратурой контроля разрыва контура, для чего с путевых устройств в рельсовые пути генерируют сигналы контроля рельсовых цепей. При наличии замкнутости контура на приемное путевое устройство рельсовой цепи не поступает сигнал контроля рельсовой цепи и в рельсовую цепь навстречу движения ТС включают кодовый сигнал автоматической локомотивной сигнализации, при разрыве контура сигнал контроля рельсовой цепи на вход путевого приемного устройства поступает, станционные устройства фиксируют отсутствие ТС на рельсах в месте контроля, и путевые устройства кодовый сигнал автоматической локомотивной сигнализации из рельсовой цепи выключают, станционные устройства отслеживают местоположение ТС и на основании этих данных осуществляют диспетчеризацию и маршрутиризацию. В системе отсутствует возможность контроля наличия контакта колес с рельсами, а также, в случае потери контакта не предусмотрена возможность оповещения водителя.
Технический результат заключается в повышении безопасности нахождения ТС на рельсовых путях за счет применения способа контроля наличия контакта колес с рельсовыми путями, как при движении на малодеятельных железнодорожных путях, где поверхность рельсов подвержена налету ржавчины, так и при экстренном торможении с применением песка.
Технический результат также заключается в создании системы, позволяющей повысить уровень безопасности движения ТС, в частности рельсовых автобусов и автомобилей на комбинированном ходу на железнодорожных путях за счет контроля наличия контакта колес с рельсовыми путями и своевременного оповещения водителя ТС в случае отсутствия контакта.
Целью предлагаемого изобретения является создание способа и системы контроля наличия контакта колес ТС типа ССПС-КХ с рельсовыми путями водителем (машинистом), в частности рельсовых автобусов и автомобилей на комбинированном ходу на железнодорожных путях с рельсами, а следовательно, и безопасности движения легких транспортных средств за счет контроля целостности электрического контура устройством контроля разрыва контура, установленным на ТС, и выдачи водителю сигнала оповещения о потере контакта колес с рельсами в аппаратуру оповещения, установленную в кабину ТС.
Технический результат достигается тем, что способ контроля наличия контакта колес ТС с рельсовыми путями (далее СПОСОБ), при котором образуют электрический контур парой граничных рельсов, к которым подключают основную и контрольную ветви цепей контура путем введения в контакт щеток с головками рельсов, передают по образованному электрическому контуру контрольные сигналы, осуществляют контроль замкнутости электрического контура, при этом контроль наличия контакта колес с рельсовыми путями осуществляют устройством контроля разрыва электрического контура (УКРЭК), установленным на ТС при пропускании по контуру электрического тока (контрольных сигналов), при этом на вход устройства обработки (УО) подают сигнал с генератора контрольных сигналов (ГКС) о его включении, по контуру генерируют контрольные сигналы определенной частоты до момента, когда контрольный сигнал не достигает входа устройства обработки (УО), подают ток по первичной обмотке первого трансформатора (ТР1), наводят ЭДС во вторичной обмотке второго трансформатора (ТР2) и на входе приемного устройства (ПУ), посредством устройства обработки обрабатывают сигналы на его входе: в случае наличия сигнала о включении генератора и отсутствии контрольного сигнала с приемного устройства определяют и фиксируют разрыв электрического контура, формируют и выдают сигнал на аппаратуру оповещения водителя в кабину ТС.
Предпочтительно по контуру генерировать контрольные сигналы частотой в диапазоне от 100 до 2000 Гц.
Технический результат также достигается тем, что СПОСОБ осуществляется в системе контроля наличия контакта колес ТС с рельсовыми путями (далее СИСТЕМА), содержащей подвижную аппаратуру, установленную на колесной тележке транспортного средства, соединенную с аппаратурой контроля разрыва электрического контура, причем подвижная аппаратура содержит основное и контрольное устройства образования электрического контура, включающие соответственно основную и контрольную ветви цепей электрического контура, каждая из которых образована парой снабженных щетками, электрически соединенных между собой щеточных узлов, установленных на колесную тележку транспортного средства посредством подпружиненных рычажных систем подвешивания щеточных узлов, при этом основное и контрольное устройства образования электрического контура установлены на транспортное средство с возможностью образования электрического контура посредством подключения контрольной и основной ветвей к рельсовым путям путем введения в контакт щеток с головками рельсов, отличающаяся тем, что аппаратура контроля разрыва электрического контура включает аппаратуру оповещения водителя, установленную в кабине ТС, соединенную с устройством контроля разрыва электрического контура (УКРЭК), установленным на колесной тележке ТС, введенным в образованный электрический контур и содержащим первый трансформатор (ТР1), к первичной обмотке которого подключен генератор контрольных сигналов (ГКС), электрически соединенный с устройством обработки УО с возможностью образования цепи контроля наличия сигнала о включении генератора, вторичная обмотка первого трансформатора (ТР1), как и первичная обмотка второго трансформатора (ТР2), включена в контрольную ветвь цепи электрического контура, к вторичной обмотке второго трансформатора (ТР2) подключен вход приемного устройство (ПУ), выход которого соединен с входом устройством обработки (УО), выполненным с возможностью подключения к аппаратуре оповещения водителя, установленной в кабине транспортного средства.
Целесообразно в качестве аппаратуры оповещения водителя использовать устройство индикации и устройство регистрации.
Целесообразно в качестве аппаратуры оповещения водителя использовать устройство регистрации и устройство выдачи звуковых сигналов.
Предпочтительно трансформаторы установить в контрольную ветвь контура с разнесением не менее одного метра между их точками подключения.
Предпочтительно использовать частоту генератора контрольных сигналов (ГКС) в диапазоне от 100 до 2000 Гц.
Подвижная аппаратура содержит основное и контрольное устройства образования электрического контура, включающие соответственно основную и контрольную ветви цепей контура, каждая из которых образована парой снабженных щетками, электрически соединенных между собой щеточных узлов, установленных на колесную тележку транспортного средства посредством подпружиненных рычажных систем подвешивания щеточных узлов, при этом основное и контрольное устройства образования контура установлены на транспортное средство с возможностью образования электрического контура посредством подключения контрольной и основной ветвей к рельсовым путям путем введения в контакт щеток с головками рельсов.
Электрический контур образуют подключением контрольной и основной ветвей цепей электрического контура к рельсовым путям посредством введения в контакт щеток с головками рельсов.
Устройство контроля разрыва электрического контура введено в образованный электрический контур и содержит первый трансформатор (ТР1) к первичной обмотке которого подключен генератор контрольных сигналов (ГКС), электрически соединенный с устройством обработки УО с возможностью образования цепи контроля наличия сигнала о включении генератора, вторичная обмотка первого трансформатора (ТР1), как и первичная обмотка второго трансформатора (ТР2), включена в контрольную ветвь цепи электрического контура, к вторичной обмотке второго трансформатора (ТР2) подключен вход приемного устройство (ПУ), выход которого соединен с входом устройством обработки (УО), выполненным с возможностью подключения к аппаратуре оповещения водителя, установленной в кабине транспортного средства.
В качестве аппаратуры оповещения водителя, установленной в кабине ТС, может быть использовано устройство регистрации и устройство индикации, а также устройство регистрации и устройство выдачи звукового сигнала, при этом звуковой сигнал может быть в виде зумма, музыки, речевых сообщений.
В качестве основного и контрольного устройств образования электрического контура могут быть использованы известные устройства, например устройства для шунтирования, каждое из которых включает пару снабженных щетками, электрически соединенных между собой посредством провода щеточных узлов, установленных на транспортное средство посредством подпружиненных рычажных систем подвешивания щеточных узлов, при этом пара электрически соединенных между собой проводом щеточных узлов, снабженных щетками, образуют ветвь цепи электрического контура.
Конструкция и принцип работы щеточных узлов с щетками широко известны, например, щеточные узлы могут быть снабжены держателем с металлическими щетками (электропроводящими) включающими в себя пять отрезков стального троса, диаметром 16 мм, закрепленных на соответствующей щеке П-образного держателя. Отрезки стального троса уложены между пластинами-зажимами, которые в свою очередь зажаты болтами между планками, приваренными к соответствующей щеке П-образного держателя.
Подпружиненные рычажные системы подвешивания щеточных узлов системы известны (Механизация работ в хозяйстве электрификации и электроснабжения железных дорог. М.: Трансиздат, 2006, с.206-207, рис.10.6.1) и широко применяются, не являются предметом заявки, поэтому в рамках настоящей заявки описаны не будут.
2
Обмотки трансформаторов 6, 8, включаемые в контрольную цепь 2, представляют собой толстый медный провод, сечением не менее 3 мм.
В качестве генератора 7 контрольных сигналов может быть использован, например, генератор прямоугольных импульсов, содержащий полосовой фильтр, аналогичный фильтру приемника и усилитель мощности. Генератор прямоугольных импульсов формирует меандр с заданной частотой, из которого полосовой фильтр выделяет синусоидальный сигнал. Сигнал усиливается усилителем мощности и подается на питающий трансформатор. Частоту генератора контрольных сигналов предпочтительно выбрать в диапазоне от 100 до 2000 Гц, поскольку на частотах этого диапазона наиболее минимальная проводимость основной и контрольной ветвей цепей электрического контура.
В качестве приемного устройства 9 может быть использован, например, приемник, выполненный по схеме прямого усиления, который содержит входной усилитель, полосовой фильтр на гираторе и амплитудный детектор на диодах и конденсаторах. Гиратор реализует функцию высокодобротного параллельного колебательного контура, настроенного на частоту принимаемого сигнала. Амплитудный детектор выделяет постоянную составляющую принимаемого сигнала, которая поступает на вход устройства обработки УО.
В качестве устройства обработки 10 может быть использован, например, компаратор, обеспечивающий сравнение уровня на выходе амплитудного детектора с заранее заданным значением порога срабатывания. Если уровень превышает пороговое значение, на выходе компаратора формируется лог. «1», в противном случае - «0». Данный сигнал поступает на схему подключения исполнительных устройств (аппаратуры оповещения водителя).
Для исключения срабатывания устройства от посторонних сигналов введена цепь наличия контрольного сигнала в контуре, реализованная подключением генератора 7 контрольных сигналов к устройству обработки 8.
Электропитание СИСТЕМЫ осуществляется от бортовой сети специальных самоходных подвижных составов и рельсовых автобусов, а также автомобилей на комбинированном ходу с номинальным напряжением 12 или 24 В постоянного тока. Электропитание от бортовой сети 12 В производится непосредственно, а от сети 24 В через дополнительный вторичный источник электропитания.
Предлагаемые СИСТЕМА и СПОСОБ позволяют осуществлять контроль наличия контакта колес ТС типа ССПС-КХ с рельсами за счет непрерывного контроля целостности электрического контура УКРЭК, установленным на ТС, и в случае разрыва контура выдавать водителю сигнал оповещения на аппаратуру оповещения, установленную в кабине ТС.
В дальнейшем реализация и работа СИСТЕМЫ будут рассмотрены в предпочтительном варианте. Пример реализации предлагаемого способа в предлагаемой СИСТЕМЕ приведен на фигуре, где изображена схема подключения контрольной и основной ветвей цепей к рельсам с образованием электрического контура, в который включено УКРЭК.
На фигуре изображен электрический контур, образованный подключением к граничным рельсам 1 контрольной ветви 2 и основной ветви 3 цепей электрического контура, образованных электрически соединенными между собой посредством провода (не показан) щеточными узлами 4, снабженными щетками 5, предназначенными для введения в контакт с головками граничных рельсов 1. В электрический контур введено установленное на ТС устройство контроля разрыва электрического контура (УКРЭК), содержащее первый трансформатор 6 (ТР1), к первичной обмотке которого подключен генератор 7 контрольных сигналов (ГКС), электрически соединенный с устройством обработки 8 (УО) для контроля наличия в контуре контрольного сигнала. Вторичная обмотка первого трансформатора 6 (ТР1), как и первичная обмотка второго трансформатора 9 (ТР2), включена в контрольную цепь 1 электрического контура, к вторичной обмотке второго трансформатора 9 (ТР2) подключен вход приемного устройства 10 (ПУ), выход которого соединен с входом устройства обработки 8 (УО), предназначенным для обработки контрольного сигнала и сигнала о включении генератора 7 контрольного сигнала, определения и фиксации разрыва электрического контура, формирования и выдачи сигнала оповещения на аппаратуру оповещения водителя в кабину ТС, при этом устройство обработки выполнено с возможностью подключения к аппаратуре оповещения водителя, установленной в кабине ТС.
СИСТЕМА работает следующим образом.
При подаче питания генератор 7 контрольных сигналов выдает на устройство обработки 8 сигнал о включении, генерирует по электрическому контуру контрольные сигналы частотой от 100 до 2000 Гц до момента, когда контрольный сигнал не достигает входа устройства обработки 8 (УО), при этом по первичной обмотке первого трансформатора 6 течет ток, который наводит ЭДС во вторичной обмотке второго трансформатора 9 и на входе приемного устройства 10. Устройство обработки 8 обрабатывает принятые сигналы (контрольный и о включении генератора) и при наличии сигнала о включении генератора и отсутствии контрольного сигнала определяет и фиксирует разрыв электрического контура, формирует и выдает сигнал оповещения на аппаратуру оповещения водителя в кабину ТС.
Предложенные СПОСОБ и СИСТЕМА позволяют осуществлять безопасное движение ТС по рельсовым путям за счет контроля наличия контакта колес с рельсовыми путями как на малодеятельных железнодорожных путях, где поверхность рельсов подвержена налету ржавчины, так и при экстренном торможении с применением песка и оповещения водителя ТС о потере контакта между колесами ТС и рельсовыми путями либо о потере контакта между щеточными узлами и электрическим проводом.