УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ КОНТАКТНОЙ СЕТИ

Полезная модель относится к области железнодорожной техники и может использоваться для бесконтактного контроля проводной контактной сети электрифицированных железных дорог в целях диагностики, анализа и прогнозирования ее состояния.
При эксплуатации подвижного состава на железных дорогах большое внимание уделяется контролю контактной сети. Систему контроля состояния контактной сети включают в мобильные диагностические комплексы в качестве одной из основных (например, RU 2438903 С2, 2012).
Устройства контроля контактной сети разделяются на контактные, когда с контактным проводом входит в непосредственное соприкосновение соответствующий измерительный элемент устройства, и бесконтактные, когда такого контакта нет и для измерительных целей используются излучения различного диапазона, преимущественно световые потоки. Возможно и сочетание обоих методов.
Известен, например, комплекс обработки информации вагона-лаборатории испытаний контактной сети, включающий вычислительную систему, многодискретный синхронизатор и контрольную систему, которая содержит стереотелевизионный узел для бесконтактного измерения высоты и смещения контактного провода и телевизионный узел измерения высоты фиксаторов контактного провода, также содержит модуль измерительного токоприемника с датчиками силы нажатия и вертикального ускорения, контактирующий своим полозом с контактным проводом (RU 134122 U1, 2013). В части контроля параметров контактным методом устройство не обеспечивает высокую надежность работы, а в части контроля посредством телевизионных камер достоверность результатов контроля сильно зависит от погодных условий. Кроме того, это устройство сложно по конструкции и в эксплуатации.
Устройства контроля контактной сети, работа которых основана на бесконтактном методе, например, с использованием подсветки контактного провода и анализа отраженного светового потока, являются более надежными по сравнению с контактными. Известно, например, устройство автоматического измерения износа контактного провода, содержащее электронную измерительную систему, а также веерные лазерные излучатели и приемные телевизионные камеры, размещенные на измерительном полозе токоприемника с обеспечением возможности получения изображения с использованием диффузной составляющей отраженного лазерного луча (RU 2486466 С2, 2013). Использование лазерного излучения позволяет снизить зависимость результатов контроля от состояния окружающей среды, в том числе от внешнего светового фона. Однако это устройство имеет ограниченные функциональные возможности и также сложно по конструкции и в эксплуатации. Оно не обеспечивает высокого уровня безопасности из-за близкого расстояния от контактного провода до основных узлов устройства. Поэтому это устройство недостаточно эффективно в эксплуатации.
Из известных устройств наиболее близким к предложенному является устройство контроля контактной сети, содержащее размещенные в кузове железнодорожного вагона блок электропитания, блок управления и соединенные с ним линейный осветитель, выполненный в виде расположенных в один ряд световых источников с обеспечением возможности подсветки контактного провода, блок светоприемников, включающих расположенные в один ряд снабженные светофильтрами линейные видеокамеры, и сервер (RU 2120866 С1, 1998). Основным назначением этого устройства является замер и регистрация износа контактного провода. Линейный осветитель и блок светоприемников в этом устройстве установлены на полозе токоприемника подвижной единицы и не защищены от окружающей среды. Световые источники линейного осветителя выполнены в виде светодиодов инфракрасного диапазона. Однако отсутствие защиты линейного осветителя и блока светоприемников от окружающей среды как в рабочем, так и в нерабочем режимах снижает точность контроля и надежность работы устройства, что особенно заметно при неблагоприятных атмосферных условиях (дождь, снег и др.). Стабильно высокая точность измерений не может быть достигнута также из-за того, что при движении железнодорожного вагона он из-за неровностей пути испытывает боковые перемещения (наклоны), что вносит искажения в результаты контроля. Выполнение световых источников в виде светодиодов инфракрасного диапазона, имеющих достаточно широкий спектр излучения и длину волны до 1000 мкм, затрудняет распознавание получаемых данных особенно в дневное время при наличии в процессе контроля солнечного света, а также и при наличии в окружающей среде частиц в виде тумана, капель, снежинок, пыли. Основные узлы устройства находятся вблизи высоковольтного контактного провода, что затрудняет обеспечение безопасности эксплуатации устройства и снижает точность измерений из-за электромагнитного влияния контактной сети. В целом все это не позволяет достичь высокой эксплуатационной эффективности устройства.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью, заключается в создании устройства контроля контактной сети, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в повышении эксплуатационной эффективности устройства контроля контактной сети, в том числе за счет повышения точности контроля и уровня его безопасности.
Это достигается тем, что в устройство контроля контактной сети, содержащее размещенные в кузове железнодорожного вагона блок электропитания, блок управления и соединенные с ним линейный осветитель, выполненный в виде расположенных в один ряд световых источников с обеспечением возможности подсветки контактного провода, блок светоприемников, включающих расположенные в один ряд снабженные светофильтрами линейные видеокамеры в количестве преимущественно четырех, и сервер, введен связанный с блоком управления механизм компенсации наклона кузова железнодорожного вагона, выполненный в виде двух датчиков боковых перемещений, один из которых размещен с одной боковой стороны кузова железнодорожного вагона, а другой - с другой боковой стороны, при этом линейный осветитель и блок светоприемников размещены с обеспечением возможности их защиты от внешней среды в установленном на крыше кузова железнодорожного вагона снабженным узлом нагрева/охлаждения корпусе с выполненным в нем над световыми источниками рабочим щелевым отверстием, а каждый из световых источников выполнен в виде твердотельного лазерного излучателя. Каждая из линейных видеокамер может быть снабжена встроенным сигнальным микропроцессором и связанной с ним электронной диафрагмой. Каждый из датчиков боковых перемещений может быть установлен на соответствующей боковой стенке кузова железнодорожного вагона над осью колесной пары и выполнен в виде магниточувствительного элемента, связанного с подпружиненным барабаном с намотанным на него тросиком, свободный конец которого закреплен на нижней части соответствующего буксового узла колесной пары. Узел нагрева/охлаждения может включать теплообменники, подключенные к размещенной внутри кузова железнодорожного вагона холодильной машине, имеющей функцию нагрева. Корпус линейного осветителя и блока светоприемников может быть снабжен подвижной шторкой, установленной с обеспечением возможности перекрытия рабочего щелевого отверстия, при этом подвижная шторка соединена с электроприводом, связанным с сервером, а под рабочим щелевым отверстием размещено наклонное зеркало с обеспечением возможности направления принимаемого светового потока в линейные видеокамеры. Каждый из твердотельных лазерных излучателей может быть выполнен в виде лазерного полупроводникового диода.
Указанный технический результат обеспечивается в рамках реализации назначения всей представленной в независимом пункте формулы заявленной полезной модели совокупностью существенных признаков, каждый признак которой необходим, а вместе они достаточны для решения указанной технической проблемы и для достижения указанного технического результата. Предложенное устройство контроля контактной сети представляет собой одно устройство, конструктивные элементы которого, характеризуемые соответствующими существенными признаками, находятся в конструктивном единстве и функционально взаимосвязаны (находятся в конструктивно-функциональном единстве). Для возможности эксплуатации устройства они объединены в единую конструкцию и при изготовлении устройства компонуются посредством сборочных операций. Их совместное использование привело к созданию нового устройства с указанным техническим результатом.
На фиг. 1 показана структурная электронная блок-схема устройства контроля контактной сети. На фиг. 2 показан общий вид размещения корпуса с линейным осветителем и блоком светоприемников на крыше кузова железнодорожного вагона.
Устройство контроля контактной сети содержит размещенные в кузове 1 железнодорожного вагона блок электропитания (на чертежах не показан), блок 2 управления и соединенные с ним линейный осветитель 3, выполненный в виде расположенных в один ряд световых источников с обеспечением возможности подсветки контактного провода, блок 4 светоприемников, включающий расположенные в один ряд снабженные светофильтрами линейные видеокамеры и сервер 5. Оно содержит также связанный с блоком 2 управления механизм 6 компенсации наклона кузова 1 железнодорожного вагона, выполненный в виде двух датчиков боковых перемещений, один из которых размещен с одной боковой стороны кузова 1 железнодорожного вагона, а другой - с другой боковой стороны (на чертежах не показано). Линейный осветитель 3 и блок 4 светоприемников размещены с обеспечением возможности их защиты от внешней среды в снабженном узлом 7 нагрева/охлаждения корпусе 8 с выполненным в нем рабочим щелевым отверстием, расположенным над световыми источниками. Корпус 8 установлен на крыше кузова 1 железнодорожного вагона. Каждый из световых источников линейного осветителя 3 выполнен в виде твердотельного лазерного излучателя, преимущественно в виде лазерного полупроводникового диода. Каждый из датчиков боковых перемещений механизма 6 компенсации наклона кузова 1 установлен преимущественно на соответствующей боковой стенке кузова 1 железнодорожного вагона над осью колесной пары и выполнен, например, в виде магниточувствительного элемента, связанного с подпружиненным барабаном с намотанным на него тросиком, свободный конец которого закреплен на нижней части соответствующего буксового узла колесной пары (на чертежах не показаны).
Узел 7 нагрева/охлаждения преимущественно включает теплообменники (радиаторы, вентиляторы), подключенные к размещенной внутри кузова 1 железнодорожного вагона холодильной машине (чиллеру), имеющей функцию нагрева, при этом узел 7 нагрева/охлаждения представляет собой замкнутый посредством трубок, заполненных, например, этиленгликолем, контур, который может включать также датчики давления, датчики температуры, расширительный бачок (на чертежах не показаны). Корпус 8 линейного осветителя 3 и блока 4 светоприемников преимущественно снабжен подвижной шторкой 9, установленной с обеспечением возможности перекрытия рабочего щелевого отверстия для излучаемого световыми источниками светового потока. При этом подвижная шторка 9 соединена с электроприводом (на чертежах не показан), связанным с сервером 5, а под рабочим щелевым отверстием размещено наклонное зеркало, преимущественно линейной формы (на чертежах не показано), с обеспечением возможности направления принимаемого светового потока в линейные видеокамеры. Корпус 8 при закрытой шторке 9 (нерабочее положение) образует герметичную конструкцию. Устройство также может содержать датчик 10 пути, подключенный через синхронизатор 11 к блоку 2 управления.
Контроль контактной сети осуществляется преимущественно при движении железнодорожного вагона. Для приведения устройства в рабочее состояние на его электронные блоки и узлы подается электрическое напряжение от блока электропитания и по команде с сервера 5 открывается шторка 9 и включается линейный осветитель 3. Контактный провод подсвечивается световым потоком от твердотельных лазерных излучателей. При этом на контактном проводе образуется линия пересечения с плоскостью, в которой лежит луч этого светового потока. Отраженный световой поток после отражения наклонным зеркалом принимается линейными видеокамерами блока 4 светоприемников, светофильтры которых задерживают солнечный свет и световые потоки от других посторонних источников. Оптимальное количество линейных видеокамер в блоке 4 светоприемников - четыре, что позволяет полностью обеспечить функциональные возможности устройства. Фиксируемая линия пересечения путем программной обработки сервером 5 выделяется из полученного изображения текущего кадра линейных видеокамер. В ходе программной обработки определяются высота подвеса контактного провода, его смещение (зигзаг и вынос), степень износа и другие параметры и в дальнейшем формируются ведомости обнаруженных отклонений. При определении смещения контактного провода относительно оси пути и высоты его подвеса относительно уровня головок рельсов используется метод триангуляции. Для обеспечения высокой точности измерения этих параметров важным является исключение смещений кузова 1 железнодорожного вагона в процессе контроля. Это играет роль и с точки зрения объективности контроля и других параметров контактной сети. Компенсацию наклона кузова 1 обеспечивает механизм 6 компенсации наклона кузова 1 с датчиками боковых перемещений, на основании электросигналов от которых сервер вносит необходимые поправки в соответствующие данные. Условие надежной работы устройства в любых погодных условиях обеспечивает размещение линейного осветителя 3 и блока 4 светоприемников в корпусе 8, снабженном узлом 7 нагрева/охлаждения. Наличие корпуса 8 позволяет также уменьшить нежелательное электромагнитное воздействие контактного провода на линейный осветитель 3 и блок 4, искажающее результаты контроля. Это влияние сводится к минимуму также за счет того, что корпус 8 размещен на крыше кузова 1 железнодорожного вагона (а не на полозе токоприемника в непосредственной близости от контактного провода). Такое размещение корпуса позволяет также обеспечить высокий уровень безопасности при эксплуатации устройства, как при его функционировании, так и при техническом обслуживании, за счет достаточной удаленности от высоковольтного контактного провода. Поэтому наличие такого корпуса 8 и такое его размещение вносит положительный вклад в повышение точности измерений и одновременно повышает уровень безопасности. Выполнение световых источников в виде твердотельных лазерных излучателей, преимущественно в виде лазерных полупроводниковых диодов, позволяет получить интенсивный световой поток в виде когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного излучения с малой длиной волны. Эти свойства лазерного излучения позволят минимизировать воздействие посторонних световых источников на результаты измерений и уменьшить влияние наличия на пути излучаемого и принимаемого светового потока атмосферных включений - пылевых частиц, капель воды, снежинок, что также способствует повышению точности измерений. Введение в устройство датчика 10 пути и синхронизатора 11 позволяет осуществить привязку получаемых данных с координатами пути. Возможность эффективной эксплуатации устройства в любых погодных условиях при обеспечении высокой точности измерений с одновременным обеспечением высокого уровня безопасности определяет высокую эксплуатационную эффективность устройства.
Пример реализации. Заявленное устройство реализовано в виде устройства контроля контактной сети «ДКС» по техническим условиям ВДМА.663500.151 ТУ (АО «Фирма ТВЕМА»), предназначенного для диагностики, анализа и прогнозирования состояния контактной сети железнодорожной инфраструктуры и позволяющего в том числе проводить измерения геометрических параметров контактной сети, динамического воздействия токоприемника, контроля дефектов контактных проводов. Оно содержит четыре высокоскоростных видеокамеры линейного сканирования фирмы Teledyne DALSA (Canada) серии BOA со встроенным программным обеспечением, снабженные фильтрами, задерживающими солнечный свет и пропускающие световой поток инфракрасного диапазона с длиной волны 850 нм, с разрешением не менее 2 мегапикселя. Содержит также блок 3 светоприемников из тридцати импульсных лазерных полупроводниковых диодов фирмы Laser Components (Germany) с длиной волны излучаемого светового потока 850 нм (соответствующей нижней границе ближнего инфракрасного диапазона), длительностью импульса 150 не и мощностью каждого диода 13 Вт. Для связи электронных блоков и узлов применен интерфейс Ethernet. Корпус 8 установлен на крыше кузова 1 специализированного железнодорожного вагона испытаний контактной сети. Испытания показали высокую точность контроля, надежность и удобство в эксплуатации и высокую безопасность для персонала, осуществляющего контроль. Устройство обеспечивает контроль контактных проводов в диапазоне их расположения по высоте от 5,4 до 6,9 м относительно уровня головок рельсов и со смещением в плане от оси пути (оси токоприемника) до 0,7 м. Скорость проведения измерений составляет от 1 до 250 км/час, частота измерений (шаг съемки) - от 20 до 200 мм, количество обследуемых проводов - до 8. Устройство позволяет измерять с высокой точностью высоту контактного провода и его остаточной части, смещение контактного провода, в том числе зигзаг и вынос, степень износа контактного провода, нахождение высоты фиксаторов.
Устройство контроля контактной сети, выполненное в соответствии с полезной моделью, имеет более высокую эксплуатационную эффективность по сравнению с известными аналогичными, оно обеспечивает высокую точность измерений, удобно, надежно и безопасно в эксплуатации.