УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а именно к устройствам для идентификации элементов железнодорожного пути, таких как стрелочные переводы, пересечения, переезды, съезды, а так же стрелочных остряков, усовиков, контррельсов, крестовин, и может быть использована в компьютеризированных путеизмерительных вагонах - лабораториях.
Известны устройства идентификации объектов и искусственных сооружений железнодорожного пути (патенты на полезные модели: №44624, 48507, 53642 МКИ 8 В61К 9/08, Е01В 35/00), позволяющие идентифицировать объекты и искусственные сооружения железнодорожного пути по признаку поперечной асимметрии рельсовых нитей, образующих в совокупности стрелочные переводы, рельсовые пересечения, переезды, съезды, мосты и тоннели. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения положения оси колесной пары вагона-путеизмерителя относительно оси рельсовой колеи (патент на полезную модель №54572, МКИ 8 В61К 9/08, Е01В 35/00 от 26.02.2006 г.), позволяющее определять поперечную асимметрию положения рельс в колее относительно оси колесной пары вагона-путеизмерителя.
При всех достоинствах известного, принятого за прототип, устройства следует отметить его ограниченные функциональные возможности, связанные с идентификацией таких элементов железнодорожного пути как остряки, контррельсы, крестовины и т.п.
Техническим результатом, на достижение которого направлено создание данной полезной модели, является расширение функциональных возможностей и повышение эффективности идентификации за счет определения координат и последовательности сигналов для определения положения остряков,
контррельсов, крестовин и т.п. путем определения степени асимметрии рельсовой колеи в продольном направлении.
Поставленный технический результат достигается тем, что в устройство для идентификации элементов железнодорожного пути, содержащее два первичных вихретоковых преобразователя, каждый из которых включает в себя автогенератор, обмотку возбуждения и по две измерительные обмотки, два идентичных измерительных канала, каждый из которых содержит, соответственно, блок согласования и последовательно соединенные смеситель и операционный усилитель, при этом один выход каждого из автогенераторов соответствующего первичного вихретокового преобразователя соединен с обмоткой возбуждения соответствующего первичного вихретокового преобразователя, а другой выход каждого из автогенераторов подключен к одному из входов смесителя соответствующего измерительного канала, выходы каждой из двух встречно включенных измерительных обмоток каждого соответствующего первичного вихретокового преобразователя связаны с входом соответствующего блока согласования, выход соответствующего смесителя связан с входом соответствующего операционного усилителя, выходы операционных усилителей соответствующих измерительных каналов подключены к входам блока обработки данных, - в него, дополнительно в каждый измерительный канал введены блок коррекции и электронный потенциометр, при этом выход блока согласования соответствующего измерительного канала соединен с одним входом блока коррекции, выход которого соединен со вторым входом соответствующего смесителя, а вход электронного потенциометра соответствующего измерительного канала соединен с выходом блока обработки данных, а выход электронного потенциометра соответствующего измерительного канала соединен с вторым входом соответствующего блока коррекции.
Каждая из обмоток возбуждения соответствующего первичного вихретокового преобразователя выполнена в виде одного или нескольких витков
из токопроводящего материала, например, из алюминиевой шины, и расположена в плоскости, ортогональной плоскости, проходящей через вершины головок рельсов.
Измерительные обмотки каждого из первичных вихретоковых преобразователей расположены в плоскости ортогональной к плоскости, в которой расположены их обмотки возбуждения, а именно в плоскости их нижних витков и симметрично относительно осей симметрии обмоток возбуждения.
На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства;
на фиг.2 представлена топология выполнения измерительных обмоток 7, 8 первичного вихретокового преобразователя 1 и измерительных обмоток 9, 10 первичного вихретокового преобразователя 2;
на фиг.3 представлено взаимное расположение обмоток возбуждения 5, 6 и измерительных обмоток 7, 8 и 9, 10 первичных вихретоковых преобразователей 1, 2 (фиг.1) относительно рельса правой (левой) рельсовой нити.
на фиг.4 показано устройство одиночного обыкновенного стрелочного перевода с указанием характерных зон его и вариантов (1, 2, 3, 4) маршрутов прохождения этого перевода вагоном-путеизмерителем;
на фиг.5 представлены экспериментально полученные сигналы от датчиков, установленных над правой или левой рельсовой нитью относительно направления прохождения путеизмерителем обыкновенного одиночного стрелочного перевода;
на фиг.6 представлено глухое ромбическое (косоугольное) рельсовое пересечение с указанием вариантов возможных направлений прохождения этого пересечения вагоном-путеизмерителем;
на фиг.7 представлены экспериментально полученные сигналы от соответствующих датчиков, установленных над головками рельсов соответствующей рельсовой нити.
Устройство для идентификации элементов железнодорожного пути по сигналам, характеризующим его продольную несимметрию, содержит (фиг.1) два первичных вихретоковых преобразователя 1 и 2, каждый из которых включает в себя соответствующий автогенератор 3 и 4, обмотку возбуждения 5 и 6 и по две измерительных обмотки 7, 8 и 9, 10. В устройство также входит блок обработки данных 11 и два идентичных измерительных канала, каждый из которых содержит последовательно соединенные между собой блок согласования 12, 13, блок коррекции 14, 15, смеситель 16, 17 и операционный усилитель 18, 19. При этом один из выходов автогенератора 3, 4 (фиг.1) подключен к соответствующей обмотке возбуждения 5, 6 соответствующего первичного вихретокового преобразователя 1, 2, а каждый второй выход соответствующего автогенератора 3, 4 подключен к одному из входов соответствующего смесителя 16, 17. Выходы измерительных обмоток 7, 8 первичного вихретокового преобразователя 1, включенных встречно (фиг.2), соединены с входом блока согласования 12, а выходы измерительных обмоток 9, 10 первичного вихретокового преобразователя 2, также включенных встречно, соединены с входом блока согласования 13. В качестве блоков согласования 12, 13 могут быть использованы, например трансформаторы. Выходы блоков согласования 12, 13 соединены с соответствующими входами блоков коррекции 14, 15 соответственно. Выходы блоков коррекции 14, 15 соединены соответственно с вторыми входами смесителей 16, 17, выходы которых подключены дифференциально к входам операционных усилителей 18, 19, выходы которых соединены с входами блока обработки данных 11.
Обмотки возбуждения 5 или 6 первичного вихретокового преобразователя 1 или 2 выполнены из двух витков алюминиевой шины, симметрично расположенных относительно измерительных обмоток 7, 8 или 9, 10 и включенных между собой последовательно и согласно. Измерительные обмотки 7, 8 или 9, 10 соответственно включены между собой встречно (фиг.3).
Устройство для идентификации элементов железнодорожного пути работает следующим образом.
Автогенераторы 3, 4 первичных вихретоковых преобразователей 1 и 2 (фиг.1) соответственно питают током высокой частоты обмотки возбуждения 5 и 6 соответственно. Эти обмотки размещены продольно (см. фиг.3) над рельсом соответствующей нити железнодорожного пути и по наугольнику относительно друг относительно друга. В окрестности обмоток возбуждения 5, 6 образуется электромагнитное поле, картина которого зависит от взаимного расположения обмоток возбуждения 5, 6 относительно рельса соответствующей колеи и других токопроводящих элементов железнодорожного пути. В процессе установки вихретоковых датчиков 1, 2 над головками рельсов правой и левой колеи, а также измерительных обмоток 7, 8 и 9, 10, с помощью блоков коррекции 14, 15 производится симметрирование измерительных обмоток вихретоковых датчиков относительно соответствующих обмоток возбуждения 5 и 6 и положение рельса соответствующей колеи. Признаком симметрии является близкие к нулевому значения выходных напряжений измерительных каналов вихретоковых датчиков 1, 2, установленных над головками рельсов правой и левой колеи. В процессе проезда вагона-путеизмерителя с вихретоковыми датчиками 1, 2 по таким объектам железнодорожного пути, как стрелочные переводы, пересечения, переезды и т.п., из-за влияния токопроводящих элементов конструкций указанных объектов пути таких, как рельсы отходящих путей, контррельсы, сердечники крестовин (острых и тупых), происходит нарушение симметрии, что приводит к появлению сигналов на выходах измерительных каналов вихретоковых датчиков 1 и 2. Эти сигналы носят быстропеременный характер и заметно отличаются от сигналов, обусловленных нарушением симметрии из-за изменения положения оси колесной пары относительно оси рельсовой колеи. Этот факт позволяет практически исключить влияние колесной пары вагона-путеизмерителя за счет оптимальной фильтрации и периодической автоматической подстройки симметрии блоком коррекции 14, 15.
Коррекция симметрии обеспечивается за счет соответствующего включения в блок 14, 15 электронных потенциометров, автоматически включающихся в работу при плавном появлении недопустимой асимметрии и отключающихся при ее устранении.
В таблицах 1, 2, 3, 4 представлены причины появления и знаки сигналов на выходах измерительных каналов вихретоковых датчиков 1 и 2, которые соответствуют характерным зонам при прохождении вагона-путеизмерителя через одиночный обыкновенный стрелочный перевод, представленный на фиг.4, по каждому из возможных маршрутов прохождения вагона-путеизмерителя.
На фиг.5 представлены записи сигналов на выходе измерительных каналов вихретоковых датчиков 1 и 2 соответствующей колеи, полученные для каждого из возможных маршрутов движения вагона-путеизмерителя через одиночный обыкновенный стрелочный перевод. Анализ представленных сигналов позволяет заключить, что с их помощью возможно однозначно идентифицировать направление прохождения вагона-путеизмерителя (противошерстное или пошерстное), а так же маршрут движения и основные линейные параметры стрелочного перевода, через который прошел вагон-путеизмеритель. Это утверждение справедливо для любого типа одиночного стрелочного перевода (симметричного одностороннего, разностороннего несимметричного).
На фиг.6 представлено ромбическое (косоугольное) рельсовое пересечение с указанием возможных направлений движения через него вагона-путеизмерителя. На фиг.7 приведены записи выходных сигналов измерительных каналов вихретоковых датчиков, установленных над головками рельсов соответствующих нитей.
Анализ сигналов, представленных на фиг.7, позволяет заключить, что они однозначно идентифицируют маршрут движения вагона-путеизмерителя через пересечение, указанное на фиг.6, а также позволяют количественно характеризовать стороны ромба глухого пересечения (фиг.6), вычислить длину
Табл. 1 Маршрут 1 (противошерстное движение по прямолинейному участку пути).
Зона
стрелка
Соединительные пути
Крестовинная часть
Рельс. нить
Левая
+ остряк отжат, отвод рельса.
+→0
+ контррельс
Правая
+ остряк прижат, отвод рельса.
+→0
- усовик+ сердечник крестовины
Табл. 2 Маршрут 2 (пошерстное движение по прямолинейному участку пути).
Зона
Стрелка
Соединительные пути
Крестовинная часть
Рельс. нить
Левая
- остряк прижат, подвод рельс.
0→-1→0
+ усовик- сердечник крестовины
Правая
- остряк отжат, подвод рельс.
0→-1→0
- контррельс
Табл. 3 Маршрут 3 (противошерстное движение по криволинейному участку пути).
Зона
Стрелка
Соединительные пути
Крестовинная часть
Рельс. нить
Левая
- остряк прижат, отвод рельс.
-1→0
+ усовик- сердечник кретовины
Правая
- остряк отжат, отвод рельс.
-1→0
- контррельс
Табл. 4 Маршрут 4 (пошерстное движение по криволинейному участку пути).
Стрелка
Соединительные пути
Крестовинная часть.
Рельс. нить
Левая
+ остряк прижат, подвод рельс
0→1→0
+ контррельс
Правая
+ остряк отжат, подвод рельс.
0→1→0
+ сердечник крестовины
большой диагонали, полную длину соответствующего пересечения и параметры его крестовин.
Поскольку одиночные стрелочные переводы и косоугольные пересечения являются базовыми объектами железнодорожного пути, из которых образуются съезды обычные и перекрестные и другие объекты железнодорожного пути, то очевиден вывод о том, что указанные объекты железнодорожного пути можно однозначно идентифицировать по сигналам, обусловленным продольной несимметрией при прохождении вагона-путеизмерителя с вихретоковыми датчиками 1, 2, рассмотренными выше, через комбинацию железнодорожных объектов из одиночных стрелочных переводов и глухих косоугольных рельсовых пересечений.