СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЦЕЛОСТНОСТИ РЕЛЬСОВОЙ ЛИНИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF CONTROLLING TRACK INTEGRITY AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к организации и управлению движением на железных дорогах, а именно к средствам техники безопасности, путем контроля механического состояния пути, устанавливаемым вдоль маршрута следования поездов.
Известны устройства непрерывного контроля целостности рельсов, которые устанавливают к началу контролируемой рельсовой линии, включающие источник электропитания, а с рельсами конца участка контролируемой рельсовой линии соединено контрольное реле (Котляренко Н.Ф. и др. Путевая блокировка и авторегулировка. М.: Транспорт, 1983. С.99, рис.4.23). Несмотря на непрерывный контроль за состоянием целостности рельсов, это техническое решение не обеспечивает достаточно надежного контроля их целостности из-за того, что функционирование подобной рельсовой цепи в существенной степени зависит от состояния погодных условий и балласта верхнего строения пути, так как последние в определенных условиях становятся токопроводящими, что искажает результаты измерений. Кроме того, данный способ и устройство позволяют проводить контроль на ограниченном участке рельсовой линии.
Известно устройство контроля целостности рельсов, которое обеспечивает более надежный контроль за их состоянием, где к головкам контролируемых рельсов прикрепляют металлические полосы, по которым протекает контрольный ток, а его наличие контролируется соответствующим контрольным реле (Пат. РФ №2333124, МПК B61L 32/04. Тильк И.Г., Ляной В.В., Сергеев Б.С., Сергеев P.O. - Опубл. 10.09.2008, Бюл. №25). Недостатком этого устройства является высокая стоимость его практической реализации из-за необходимости введения и прикрепления ко всем контролируемым рельсам металлических полос и их изоляции от шеек рельсов.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению являются способ и устройство использования зондирующих электрических импульсов, посылаемых в контролируемую короткозамкнутую рельсовую линию, и последующего измерения электрических параметров импульсов тока через определенные интервалы времени, а устройство импульсного зондирования включает генератор импульсов напряжения, токовый резистор, аналого-цифровой преобразователь, контроллер, устройство управления и индикации (Грачев Г.Н., Муратова Л.И., Гуменик М.Б. Новый метод построения и расчета рельсовых цепей // Транспорт. Наука, техника, управление / ВИНТИ РАН. - 1994, №9. - С.13, рис.1, С.15, рис.3).
Недостатками этого способа и устройства являются невысокая точность определения целостности рельсовой линии при ее значительной длине, а также сложность и громоздкость математических расчетов сопротивления рельсовой линии.
Целью изобретения является повышение надежности определения целостности рельсов при значительных длинах контролируемой рельсовой линии, а также исключение влияния электрических характеристик балласта верхнего строения пути на результаты измерения.
Указанная цель достигается тем, что в устройство введены формирователь импульсов, ключ, конденсатор, дифференцирующее и пороговое устройства.
и
п
Сущность изобретения по п.1 заключается в том, что на конце участка рельсовой линии устанавливают короткозамкнутую перемычку, а в начало рельсовой линии подают непрерывную серию импульсов напряжения длительностью t с паузой t, при этом должно выполняться условие
и
п
T=(t+t)<<τ,
где T - период повторения импульсов напряжения,
τ - постоянная времени изменений электрических характеристик балласта верхнего строения пути,
0
измеряют амплитуду импульсов тока, возникающего в рельсовой линии, через интервал t, преобразуют этот ток в напряжение, определяют производную напряжения во времени, сравнивают полученную производную напряжения с ее пороговым значением, по результатам сравнения делают заключение о наличии повреждения рельсов рельсовой линии, а сущность изобретения по п.2 заключается в том, что в него введены формирователь импульсов, ключ, конденсатор, дифференцирующее и пороговое устройства, при этом к первому контакту генератора импульсов напряжения также подключен вход формирователя импульсов, управляющих ключом, выход которого соединен с управляющим входом ключа, а ключ первым контактом подключен к точке соединения второго вывода токового резистора с рельсовой линией, вторым контактом ключа присоединен к точке соединения первого вывода конденсатора и входа дифференцирующего устройства, выход которого соединен с входом порогового устройства, причем первый вывод токового резистора и второй контакт генератора импульсов напряжения подключен к второму выводу конденсатора и к общим выводам дифференцирующего и порогового устройств, а также устройства управления и индикации, выход порогового устройства соединен с входом устройства управления и индикации.
На фиг.1 приведена схема устройства контроля целостности рельсовой линии, а на фиг.2 представлена временная диаграмма функционирования устройства для случая, когда электрические характеристики рельсовой линии не зависимы от внешних факторов, на фиг.3 - временные диаграммы работы устройства при изменениях характеристик рельсовой линии, вызванных, например, погодными условиями, на фиг.4 - временные диаграммы работы устройства при возникновении резкого и значительного изменения характеристик рельсовой линии, что соответствует излому рельса.
Схема устройства для осуществления способа по п.1 включает генератор импульсов напряжения 1, который первым своим контактом подключен к рельсу в начале участка рельсовой линии 3, а вторым контактом через токовый резистор 2 подключен к другому рельсу в начале участка рельсовой линии 3, которая короткозамкнута перемычкой 9 на конце, устройство управления и индикации 10, при этом к первому контакту генератора импульсов напряжения 1 также подключен вход формирователя импульсов 8, управляющих ключом 4, выход которого соединен с управляющим входом ключа 4, а ключ 4 первым контактом подключен к точке соединения второго вывода токового резистора 2 с рельсовой линией 3, вторым контактом ключа 4 присоединен к точке соединения первого вывода конденсатора 5 и входа дифференцирующего устройства 6, выход которого соединен с входом порогового устройства 7, причем первый вывод токового резистора 2 и второй контакт генератора импульсов напряжения 1 подключен к второму выводу конденсатора 5 и к общим выводам дифференцирующего 6 и порогового 7 устройств, а также устройства управления и индикации 10, выход порогового устройства 7 соединен с входом устройства управления и индикации 10.
Г
0
ф.и.
С
Временные диаграммы фиг.2, 3 и 4 содержат эпюры выходного напряжения генератора импульсов напряжения 1 U(t), эпюры импульсов тока, протекающих через токовый резистор 2 в рельсовую линию 3, I(t), эпюры выходного напряжения формирователя импульсов t-U(t), управляющего работой ключа 4, эпюры U(t) показывают формы напряжения на конденсаторе 5, выходное напряжение дифференцирующего устройства 6 показывают эпюры , а выходной сигнал устройства контроля целостности рельсовой линии 3 показан на эпюрах h(t).
Способ и устройство контроля целостности рельсовой линии работает следующим образом.
Г
и
п
Г
уст
0
ф.и.
С
Рассмотрим первый случай, когда электрические характеристики рельсовой линии не зависят от внешних факторов (фиг.2). Импульсы выходного напряжения генератора импульсов напряжения 1 E длительностью импульса t и паузы t (эпюра U(t), фиг.2) через токовый резистор 2 поступают на рельсовую линию 3. Вследствие этого в последней появляются импульсы тока (эпюра I(t), фиг.2), форма и амплитуда которых определяется электрическими характеристиками только рельсовой линии 3. Так как на этом этапе рассмотрения принято, что эти характеристики не меняются во времени, то и форма и амплитуда установившегося тока I этих импульсов неизменна. Сформированные формирователем импульсов 8 импульсы t (эпюра U(t), фиг.2) подключают напряжение токового резистора 2 к конденсатору 5, которое в этом случае меняться не будет (эпюра U(t), фиг.2), поэтому производная от этого напряжения будет  что соответствует нулевому сигналу на выходе дифференцирующего устройства 6 (эпюра  фиг.2). Это обусловливает нулевой уровень сигнала на выходе порогового устройства 7 (эпюра h(t), фиг.2).
и
п
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
С
В случае плавного изменения электрических характеристик рельсовой линии 3, связанных с изменением электрических характеристик балласта верхнего строения пути, например, климатическими воздействиями, соответствует временным диаграммам, приведенным на фиг.3. В данном случае наибольшее влияние оказывает увеличение сопротивления балласта верхнего строения пути, связанного с похолоданием, высыханием балласта верхнего строения пути и тому подобное. При этом амплитуда импульсов тока, протекающих через токовый резистор 2, будет уменьшаться (эпюра I(t), фиг.3). Однако, если частота следования импульсов генератора импульсов напряжения 1 велика и лежит в пределах сотен герц, единиц килогерц, то при этом будет выполняться условие: (t+t)<<τ, где τ - постоянная времени изменения электрических характеристик верхнего строения пути. Тогда разница между значениями тока I, I, I, I и I будет относительно мала (эпюра I(t), фиг.3), что обусловит соответственно небольшую разницу в напряжениях U, U, U, U и U на конденсаторе 5 (эпюра U(t), фиг.3). Это обуславливает небольшое значение величины производной  (эпюра  фиг.3). Очевидно, что если выполняется условие , то сигнал на выходе порогового устройства 7 будет отсутствовать (эпюра h(t), фиг.3).
1
2
1
2
С
Рассмотрим случай резкого изменения электрических характеристик рельсовой линии 3, что соответствует временным диаграммам, приведенным на фиг.4. Здесь происходит резкое уменьшение электрических характеристик рельсовой линии, что показано уменьшением тока с величины I до значения I (эпюра I(t), фиг.4). При этом произойдет уменьшение величины напряжения на конденсаторе 5 с величины U до значения U (эпюра U(t), фиг.4), а величина производной  увеличится. Если выполняется условие  (эпюра , фиг.4), то это обусловит появление сигнала на выходе порогового устройства 7 (эпюра h(t), фиг.4).
Таким образом, предлагаемый способ контроля целостности рельсовой линии позволяет осуществлять определение не только амплитудных параметров импульсов тока в рельсовой линии 3, но и временных, что выявляется путем использования функции дифференцирования электрического сигнала . Известно (Котляренко Н.Ф. и др. Путевая блокировка и авторегулировка. М.: Транспорт, 1983, 408 с.), что временная разница в изменении электрических параметров рельсовой линии определяет не только целостность рельсовой линии, но и вид неисправности рельсов.
Так как в предлагаемом способе измеряют производную напряжения на конденсаторе от времени , то повышается точность и надежность измерения и обуславливает увеличение длины участка рельсовой линии.