УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ ЛИНИИ ПИТАНИЯ
MONITORING DEVICE OF STATE OF RAILWAY POWER SUPPLY LINE

Настоящее изобретение относится к устройству для мониторинга состояния железнодорожной линии питания (также называемой контактной линией или подвесной линией), когда упомянутая линия питания находится в контакте с головкой пантографа транспортного средства для подачи энергии питания в упомянутое транспортное средство.
Устройство для мониторинга состояния железнодорожной линии питания известно из предшествующего уровня техники, в частности из JP 2001-235310. Это устройство содержит камеру для отслеживания параметров, обозначающих рабочие возможности упомянутой линии питания.
Описанное в документе JP 2001-235310 транспортное средство содержит пантограф, в котором предусмотрен измерительный элемент, содержащий опору, и ползун, предназначенный для скользящего перемещения вдоль линии питания. Ползун соединен с опорой посредством пружин. Каждый из ползуна и опоры содержит инфракрасный источник света, таким образом, что камера должна регистрировать относительное положение источников света в вертикальном направлении.
Поскольку измерительный элемент расположен между пантографом и линией питания, такой пантограф нельзя использовать во время коммерческого обслуживания из-за проблем с безопасностью, в частности из-за риска электрического удара.
Одна из целей изобретения состоит в том, чтобы преодолеть этот недостаток с помощью устройства для мониторинга состояния железнодорожной линии питания, простого для воплощения, которое позволяет использовать пантограф во время коммерческого обслуживания при выполнении мониторинга состояния линии питания.
С этой целью изобретение относится к устройству для мониторинга состояния железнодорожной линии питания, когда линия питания находится в контакте с головкой пантографа транспортного средства, для подачи питания в упомянутое транспортное средство, причем упомянутое устройство содержит камеру для мониторинга параметров, обозначающих рабочие возможности упомянутой линии питания. Кроме того, устройство содержит отражающий элемент, содержащий структуру, расположенную на головке пантографа, причем камера установлена на транспортном средстве для регистрации положения структуры относительно вертикального направления.
Такой отражающий элемент может быть расположен на головке пантографа без какого-либо изменения этого пантографа, так что упомянутый пантограф все еще можно использовать для подачи питания в транспортное средство. Таким образом, изобретение позволяет отслеживать состояние подачи питания на железной дороге во время коммерческого обслуживания железнодорожных транспортных средств.
Кроме того, любое железнодорожное транспортное средство может быть оборудовано таким устройством мониторинга. Таким образом, благодаря оборудованию нескольких поездов регулярного обращения, работающих на железной дороге, становится возможным постоянно отслеживать состояние железнодорожной линии питания.
Другие свойства устройства мониторинга в соответствии с изобретением являются следующими:
- устройство содержит средство расчета, предназначенное для обработки упомянутых, отслеживаемых параметров, для определения, изменяются ли упомянутые параметры относительно опорных значений, и для определения, обозначают ли изменения повышенный риск нарушения работоспособности упомянутой линии питания;
- устройство содержит систему глобальной навигации, предназначенную для локализации дефекта в линии питания, когда средство расчета определяет, что существует риск нарушения работоспособности;
- средство расчета предназначено для расчета ускорения вертикальных перемещений головки пантографа путем сравнения последовательных снимков и расчета силы, которую пантограф прикладывает к линии питания, на основе этого ускорения;
- камера выполнена в виде линейной камеры с возможностью, по меньшей мере, 1000 измерений в секунду;
- структура отражающего элемента содержит, по меньшей мере, две горизонтальные полоски, изготовленные из светоотражающего материала;
- камера содержит подвижный объектив, выполненный с возможностью изменения его наклона или сдвига;
- устройство содержит инфракрасный источник света, направленный в направлении отражающего элемента, и камера содержит фильтр, настроенный на ту же длину волны, что и инфракрасный источник света.
Изобретение также относится к пантографу, имеющему головку, предназначенную для контакта с железнодорожной линией питания, содержащему отражающий элемент, имеющий структуру.
Изобретение также относится к транспортному средству, имеющему пантограф, содержащий головку пантографа, предназначенную для контакта с железнодорожной линией питания, для подачи питания в упомянутое транспортное средство, транспортное средство содержит устройство, раскрытое выше.
Другие аспекты и преимущества изобретения будут понятны из следующего описания, которое представлено в качестве примера со ссылкой на чертежи, на которых представлено следующее:
фиг.1 - транспортное средство, оборудованное устройством в соответствии с изобретением, схематично;
фиг.2 - устройство, установленное на транспортном средстве по фиг.1, схематично;
фиг.3 - вид спереди отражающего элемента устройства по фиг.2.
Ниже, со ссылкой на фиг.1, будет описано транспортное средство 10, предназначенное для работы на железной дороге 12.
Транспортное средство 10 представляет собой электрический поезд, который содержит, по меньшей мере, один пантограф 14, предназначенный для съема тока с линии 16 питания железной дороги 12, также называемой цепной линией 16, для подачи питания в электрический поезд 10. С этой целью пантограф 14 содержит головку 14А пантографа, предназначенную для контакта с линией 16 питания и скольжения вдоль этой линии 16 питания. Пантограф 14 также содержит шарнирно сочлененный рычаг 14В, предназначенный для удержания головки 14А пантографа. Шарнирно сочлененный рычаг 14В действует как пружина, которая прижимает головку 14А пантографа к линии 16 питания.
С целью технического обслуживания важно отслеживать параметры, обозначающие рабочие возможности упомянутой линии 16 питания, в частности, для детектирования дефектов линии 16 питания. Отслеживаемый в настоящее время параметр представляет собой силу, которую пантограф 14 прикладывает к линии 16 питания, которая может быть определена по перемещениям головки 14А пантографа относительно вертикального направления.
С этой целью транспортное средство 10 оборудовано устройством 18 для отслеживания состояния железнодорожной линии 16 питания, когда упомянутая линия 16 питания находится в контакте с головкой 14А пантографа.
Устройство 18 отслеживания содержит отражающий элемент 20, показанный на фиг.2, расположенный на головке 14А пантографа. Отражающий элемент 20 предпочтительно приклеен к головке 14А пантографа. Например, отражающий элемент 20 выполнен в виде отражающей наклейки.
Следует учесть, что отражающий элемент 20 можно легко установить или заменить на головке 14А пантографа, и это не требует конструктивных изменений головки 14А пантографа. Кроме того, поскольку никакое механическое напряжение не приложено к отражающему элементу 20, упомянутый отражающий элемент 20 требует редкого технического обслуживания.
Отражающий элемент 20 содержит пассивную структуру 22 и не содержит какого-либо излучающего элемента. Например, структура 22 содержит, по меньшей мере, две горизонтальные полоски 24, изготовленные из светоотражающего материала, то есть материала, выполненного с возможностью отражать падающие лучи света так, что каждый отраженный луч света отражается приблизительно в противоположном направлении соответствующего падающего луча света.
Перемещения горизонтальных полосок 24 относительно вертикального направления являются теми же, что и перемещения головки 14А пантографа относительно этого вертикального направления. Таким образом, становится возможным отслеживать перемещения головки пантографа 14А путем отслеживания перемещения структуры 22.
С этой целью устройство 18 мониторинга также содержит камеру 26, расположенную на транспортном средстве 10. Камера 26 фокусируется на головке 14А пантографа для регистрации положения структуры 22 относительно вертикального направления.
Предпочтительно, камера 26 представляет собой линейную камеру, то есть камеру, датчики которой выровнены вдоль вертикального направления, так что она получает только линейные снимки.
Камера 26 представляет собой камеру с высоким разрешением, таким образом, что она может детектировать перемещения структуры 22 с приращениями менее чем 1 миллиметр. Таким образом, мониторинг перемещений головки 14А пантографа является очень точным.
Камера выполнена таким образом, что снимает, по меньшей мере, 1000 снимков в секунду. Поскольку каждый снимок соответствует участку линии 16 питания, большое количество снимков в секунду позволяет отслеживать участки линии 16 питания, которые очень близки друг другу, даже на высокой скорости транспортного средства 10. Таким образом, благодаря такой высокой частоте выборки устройство 18 мониторинга можно использовать в высокоскоростном транспортном средстве 10.
Кроме того, камера 26 содержит подвижный объектив с возможностью наклона и сдвига. Наклон представляет собой движение объектива таким образом, что плоскость объектива наклоняется относительно плоскости датчиков камеры. Сдвиг представляет собой движение объектива параллельно плоскости датчиков. Движения наклона и сдвига гарантируют достаточную глубину резкости для получения четких изображений структуры 22.
Предпочтительно, устройство 18 мониторинга содержит инфракрасный источник 27 света, расположенный рядом с камерой 26 и направленный к отражающему элементу 20. В этом случае камера 26 содержит фильтр, настроенный в ту же длину волны, что и источник 27 инфракрасного света, для того чтобы исключить видимый свет. Предпочтительно, длина волны инфракрасного источника 27 света приблизительно составляет 960 нм.
Таким образом, камера 26 детектирует только свет от инфракрасного источника 27 света, который отражается на отражающем элементе 20. Таким образом, на снимки камеры не влияет окружающий свет, в частности свет солнца, который имеет малую интенсивность на упомянутой длине волны.
Кроме того, устройство 18 мониторинга содержит средство 28 расчета, например компьютер с определенным специализированным программным обеспечением, подключенное к камере 26. Средство 28 расчета предназначено для обработки упомянутых отслеживаемых параметров, то есть перемещений головки 14А пантографа, для определения, изменяются ли упомянутые параметры относительно опорных значений, и определения, обозначают ли изменения повышенный риск нарушения работоспособности упомянутой линии питания.
Перед выполнением какого-либо расчета средство 28 расчета калибруют, используя опорную структуру, которая разграничивает рабочий диапазон измерений и границы упомянутого рабочего диапазона. Рабочий диапазон обычно является таким же, как и диапазон движений линии 16 питания, то есть приблизительно 1500 мм, и границы рабочего диапазона соответствуют нижнему и верхнему положениям линии 16 питания.
Как только рабочий диапазон и границы будут определены, вертикальное положение головки 14А пантографа измеряют относительно опорной структуры. Когда поезд 10 движется, это положение изменяется с течением времени.
Получая производную от измеряемого положения по времени, получают скорость головки 14А пантографа в вертикальном направлении.
a
Выполняя тот же процесс производной для скорости, получают ускорение упомянутой головки 14А пантографа в вертикальном направлении. Используя этот параметр, в соответствии со вторым законом Ньютона, становится возможным получить силу, прикладываемую головкой 14А пантографа к линии 16 питания, путем умножения упомянутого ускорения на эквивалентную массу головки пантографа, взаимодействующую с упомянутой линией питания (F=m*). Эту эквивалентную массу классически получают из статической подъемной силы пантографа.
Другой способ расчета можно использовать, когда взаимодействие между линией 16 питания и головкой 14А пантографа известно и уже смоделировано. Действительно, возможно получить дифференциальное уравнение динамического поведения головки 14А пантографа и использовать это уравнение в качестве опорного. Эти три производные в упомянутом уравнении эквивалентны вертикальному положению, скорости и ускорению.
По трем выборкам, по получаемым результатам измерений, возможно рассчитать в режиме реального времени три параметра дифференциального уравнения. Путем сравнения, находятся ли эти параметры внутри допустимых границ, обеспечивают высокоточный мониторинг.
Предпочтительно, путем отслеживания последовательного отклонения этих параметров, из-за износа линии питания и пантографа, возможно установить модель прогнозирования неисправностей. Для установления этой модели требуется выполнить большое количество измерений.
Предпочтительно, камера 26 также выполнена с возможностью детектировать электрические искры между пантографом 14 и линией питания 16, когда контакт между упомянутым пантографом 14 и упомянутой линией 16 питания прерывается.
Предпочтительно, устройство 18 мониторинга содержит систему 30 глобальной навигации (GPS), подключенную к средству 28 расчета. Таким образом, когда средство 28 расчета определяет, что имеется риск неисправности, система 30 глобальной навигации определяет положение транспортного средства 10 на железной дороге 12 для информирования отдела технического обслуживания о местоположении дефекта в линии 16 питания.
Таким образом, отдел технического обслуживания может выполнить предупредительные действия технического обслуживания на участках линии 16 питания, где был детектирован дефект, для исключения неисправностей на этих дефектных участках линии 16 питания.
Следует учесть, что поскольку устройство 18 мониторинга может быть установлено на любом транспортном средстве 10, предпочтительно установить такие устройства 18 мониторинга на нескольких транспортных средствах регулярного обращения для постоянного отслеживания состояния линии 16 питания во время коммерческого обслуживания.
Изобретение обеспечивает возможность мониторинга состояний линий 16 питания, без контакта, исключая, таким образом, проблемы, связанные с электричеством.
Изобретение не ограничено описанным выше вариантом выполнения. В частности, отражающий элемент 20 может содержать другую структуру, чем две горизонтальные полоски.