СПОСОБ И УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ЦЕЛОСТНОСТИ РЕЛЬСОВЫХ НИТЕЙ
METHOD AND DEVICE FOR MONITORING THE INTEGRITY OF TRACK RAILS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики и может быть использовано для контроля целостности рельсовых нитей.
Уровень техники
Известен способ контроля целостности рельсовой нити в отсутствие гальванического разрыва в месте излома заключающийся в том, что ток, протекающий по рельсу, наводит ЭДС в приемной катушке, а питание рельсовой линии осуществляется от генератора тональной частоты,
мобильный генератор устанавливается на подвижной единице, выход которого через низкоомные шины соединяется с угольными щетками, которые трутся о бандажи колесных пар разных тележек одной подвижной единицы, ток от генератора через низкоомные шины, щетки и бандажи колесных пар замыкается по рельсу между колесными парами, над которыми размещаются приемные катушки;
над головкой рельса размещаются две пары приемных катушек, первая из которых размещается на одной координате, но разных частях головки рельса (левая и правая), вторая - на разных координатах на расстоянии одного метра, катушки каждой пары включены встречно;
в случае повреждения рельса, которое создает асимметрию тока в рельсах, т.е. русло протекающего тока смещается в левую или правую часть рельса (головки и подошвы), то возникает результирующая ЭДС в первой паре приемных катушек, которая, при превышении порогового значения, указывает на излом рельса в плоскости перпендикулярной движению поезда;
в случае повреждения рельса, которое создает асимметрию тока в рельсах, т.е. русло протекания тока смещается в верхнюю или нижнюю часть рельса, то возникает результирующая ЭДС во второй паре приемных катушек, которая при превышении порогового значения указывает на излом рельса в плоскости параллельной движению поезда, такая ситуация возникает если одна из катушек находится над местом излома рельса, другая - над исправным рельсом;
русло протекания тока это линия, которая проходит через точки в сечениях рельса, через которые протекает сосредоточенный ток, величина которого соответствует току, протекающему по всей площади сечения рельса;
русло тока соответствует линии, протекание тока по которой вызывает такое же магнитное поле вокруг рельса, как и протекающий ток по всей площади поперечного сечения рельса [Патент. 2712361 (РФ). Способ контроля целостности рельсовой нити в отсутствие гальванического разрыва в месте излома / Полевой Ю.И., Горелик А.В. - Опубл. 28.01.2020 Бюл. №4, МПК B61L 23/16].
Недостатком способа является то, что при повреждении цепи катушек или появлении второго русла в месте повреждения рельса может отсутствовать фиксация контроля целостности рельсовых нитей.
Представленный способ выбран в качестве прототипа.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом, на достижение которого направлено техническое решение, является повышение достоверности контроля целостности рельсовых нитей в месте излома
Способ контроля целостности рельсовых нитей, заключающийся в том, что ток, протекающий по рельсам от мобильного генератора тональной частоты ГТЧ, наводит ЭДС в двух парах приемных катушек, которые размещены под хвостовым вагоном ХВ на расстоянии 10-15 мм над головкой рельса, первая пара приемных катушек находится на одной координате над левом и правом краем головки рельса, вторая пара приемных катушек - на разных координатах на расстоянии 1 м друг от друга, каждая катушка имеет отдельный сердечник, четыре катушки устанавливают над каждым рельсом, отличающийся тем, что катушки каждой пары включены встречно и одна из катушек имеет в два раза больше витков, чем другая, если наводимые ЭДС в катушках первой и второй пары отличаются в два раза, то рельсовые нити под катушками исправны;
в случае повреждения рельсовой нити русло тока в рельсе может смещаться влево или вправо в головке или/и подошве рельса, и суммарно наведенная ЭДС в первой паре катушек, может отличаться более чем на 15 процентов от нормативного значения, то это может фиксироваться излом;
в случае повреждения рельсовой нити русло тока в рельсе может смещаться вверх или вниз рельса, суммарно наведенная ЭДС во второй паре катушек, может отличаться более чем на 15 процентов от нормативного значения, то это так же может фиксироваться излом;
концы изломанного рельса могут между собой иметь несколько гальванических контактов, т.е. могут возникать несколько русел тока, тогда предложенный вариант способа контроля может и не зафиксировать повреждение рельсовой нити;
для исключения опасной ситуации этот вариант дополняют оптическим вариантом контроля исправности рельсовых нитей; для этого от середины днища вагона на рельсы осветительными приборами ОП направляют два оптических луча и с помощью фотокамер ФК и ЭВМ создают электронное отображение рельс, которое сравнивают с эталонным;
съемку отображения делают с частотой, при которой контрольный участок, т.е. участок рельс от середины вагона до внутренних колесных пар, будет дважды зафиксирован и записан в память ЭВМ, которая затем его сравнивает с эталонным изображением;
при исправных рельсовых нитях на локомотив по радиоканалу циклически передают информацию о координате местонахождения ХВ, при обнаружении неисправности передачу этой информацию временно прекращают на 1-2 с, затем, если рельсы исправны, она возобновляется;
в объектив фотокамеры попадают и обе тележки вагона, информация о движении которых используют для определения плотности балласта и возникающих промоин под шпалами;
для контроля за состоянием верхнего строения пути (дефектов рельс, шпал, температурных выбросов пути, рихтовки рельс и других неисправностей), контактных опор, провисания контактных проводов, габаритов встречного подвижного состава и строений, переездов, освещения, переходов, мостов, тоннелей, присутствия ДСП на платформе, а так же контроля возможных опасных ситуаций за ХВ в направлении пути устанавливают еще одну фотокамеру;
полученная информация по радиосвязи передается на локомотив, затем она транслируется на ближайшие станции, а с них - на поезда, идущие вслед за хвостом поезда, что способствует повышению безопасности движения;
контроль за состоянием объектов, полученный оптическим путем, осуществляется ЭВМ (ЭВМ ХВ или/и локомотива) путем сравнения с эталонным изображением, или по нормам допустимых отклонений для каждой ситуации.
Устройство контроля целостности рельсовых нитей, имеющее короткую тональную рельсовую цепь ТРЦ под ХВ, отличается тем, что две приемные попарно и последовательно соединенные катушки (фиг. 3 и 4) включены встречно, количество витков одной из катушек в каждой паре превышает в два раза количество витков другой катушки;
каждая пара катушек посредством первого и второго узлов сопряжения УЗ1 и УЗ2 (полосовые фильтры ФП, усилители У, выпрямители В и аналого-цифровые преобразователи АЦП) подсоединена соответственно к первому и второму входу ВхР1 и ВхР2 электронно-вычислительной машине ЭВМ, которая с участием программы, хранящейся в ее памяти, фиксирует исправность/неисправность рельсовых нитей;
к входам ВхП и ВхР ЭВМ подсоединены соответственно приемник ГЛОНАСС ПГЛ и радиостанция PC, к входам ВхК1, ВхК2 и ВкК3 посредством устройств сопряжения УС, УС1 и УС2 подсоединена фотокамера ФК, первая фотокамера ФК1 и вторая фотокамера ФК2 (фиг. 5), благодаря чему ЭВМ с участием программы, хранящейся в памяти, осуществляется контроль за исправностью рельс, шпал, отсутствия температурных выбросов пути, рихтовки рельс и других изменений плана пути, контактных опор, провисания контактных проводов, габаритов встречного подвижного состава, габаритов строений, переездов, освещения, переходов, мостов, тоннелей, присутствия ДСП на платформе, а так же контроля возможных опасных ситуаций за ХВ в направлении пути, для чего установлена фотокамера ФК2 (хвостовая);
под днищем ХВ размещены осветительные приборы (фиг. 1), по отраженным лучам от которых (фиг. 2 и 6) определяют состояние рельсовых нитей под ХВ и объектов за поездом;
электропитание приборов ХВ и их обогрев (нагревательный элемент на фиг. 7 не показан) в холодное время года осуществляется с помощью энергогенератор ЭГ (фиг. 7), воздушного винта ВВ, выпрямителя В3, аккумулятора АК и электронного ключа ЭК, которым управляет ЭВМ.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена структурная схема расположения устройств контроля целостности рельсовых нитей; на фиг. 2 - схема отраженных оптических лучей от рельс; на фиг. 3 - схема расположения катушек над рельсом; на фиг. 4 - структурная схема соединения приборов хвостового вагона; на фиг. 5 - структурная схема соединения фотокамер и ЭВМ; на фиг. 6 - схема распространения оптических и отраженных лучей; на фиг. 7 - структурная схема электропитания.
Осуществление изобретения
На фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и в тексте приведены следующие обозначения:
ГТЧ - генератор тактовой частоты;
КУ - контрольные участки;
КУл - левый контрольный участок;
КУп - правый контрольный участок;
УЗ1 и УЗ2 - первый и второй узел сопряжения;
1, 2 и 3 - первый, второй и третий отрезки рельс;
4 - хвостовой вагон ХВ;
5 и 6 - рессоры первой и второй тележки хвостового вагона;
7, 8, 9 и 10 - колесные пары;
11 - осветительный прибор ОП (двухстороняя);
12 - фотокамера ФК (двухстороняя);
13 - приемные катушки (двухсторонние, контролирующие левый и правый участки) установлены над каждым рельсом;
14 - лыжи для подсоединения путевого генератора к рельсам (над каждым рельсом);
15 - консоль крепления приборов к корпусу вагона (установлена над каждым рельсом);
16 - соединительный кабель;
17 - электронный блок ЭБ, где размещены микроэлектронные приборы, приборы связи, питающий генератор и др. узлы (см. прототип);
18, 19, 20 и 21 - первая, вторая, третья и четвертая приемные катушки ПК1, ПК2, ПК3 и ПК4 (установлены над каждым рельсом);
22, 23, 24 и 25 - выводы приемных катушек;
26 - приемник ГЛОНАСС с антенной ПГЛ;
27 - радиостанция с антенной PC;
28 - электронно-вычислительная машина ЭВМ;
29 и 30 - первый и второй полосовые фильтры ФП1 и ФП2;
31 и 32 - первый и второй усилители У1 и У2;
33 и 34 - первый и второй выпрямители В1 и В2;
35, 36 - первый и второй аналого-цифровые преобразователи АЦП1 и АЦП2;
37 и 38 - первая и вторая фотокамеры в торце ХВ ФК1 и ФК2 (на фиг. 1 и 6 не показаны);
39 - устройство сопряжения УС;
40 - первое устройство сопряжения УС1;
41 - второе устройство сопряжения УС2;
42 - воздушный винт ВВ для вращения оси энергогенератора о встречного воздушного потока;
43 - энергогенератор ЭГ;
44 - третий выпрямитель В3;
45 - аккумулятор;
46 - электронный ключ ЭК для подачи питания на генератор тональной частоты, который питает левый и правый контрольные участка.
На фиг. 4, 5 и 7 показаны приборы 12, 26-41, 43-45, у которых слева или сверху предусмотрены входы, справа или снизу - выходы (также как и при составлении электрических схем с микросхемами). На фиг. 1-7 не представлен ГТЧ и др. приборы мобильного электрического контроля короткой рельсовой цепи под ХВ, эти схемы и сами приборы представлены в прототипе.
Способ контроля целостности рельсовых нитей, заключающийся в том, что ток, протекающий по рельсам от мобильного генератора тональной частоты ГТЧ, наводит ЭДС в двух парах приемных катушек, которые размещены под хвостовым вагоном ХВ 4 (фиг. 1) на расстоянии 10-15 мм над головкой рельса, первая пара приемных катушек ПК1 18 и ПК2 19 находится на одной координате (по маршруту движения поезда) над левом и правом краем головки рельса, вторая пара приемных катушек ПК3 20 и ПК4 21 - на разных координатах на расстоянии 1 м друг от друга, каждая катушка имеет отдельный сердечник, по две пары катушек устанавливают над каждым рельсом.
Катушки каждой пары включены встречно и одна из катушек имеет в два раза больше витков, чем другая, если наводимые ЭДС в катушках первой и второй пары отличаются в два раза, то рельсовые нити под катушками исправны.
В случае повреждения рельсовой нити русло тока в рельсе может смещаться влево или вправо в головке или/и подошве рельса, и суммарная наведенная ЭДС в первой паре катушек ПК1 18 и ПК2 19, может отличаться более чем на 15 процентов от нормативного значения, то фиксируется излом.
В случае повреждения рельсовой нити русло тока в рельсе может смещаться вверх или вниз рельса, суммарная наведенная ЭДС во второй паре катушек ПК3 20 и ПК4 21, может отличаться более чем на 15 процентов от нормативного значения, то так же фиксируется излом.
Электрический контроль целостности рельсовых нитей осуществляется с помощью приборов приведенных на фиг. 4 (см. прототип).
Концы изломанного рельса могут между собой иметь несколько гальванических контактов, т.е. могут возникать несколько русел тока, тогда предложенный вариант способа контроля может и не зафиксировать повреждение рельсовой нити.
Для исключения опасной ситуации этот вариант дополняют оптическим вариантом контроля исправности рельсовых нитей; для этого от середины днища вагона на рельсы осветительными приборами ОП 11 (фиг. 1) направляют два оптических луча и с помощью фотокамер ФК 12 и ЭВМ 28 (фиг. 5) создают электронное отображение рельс, которое сравнивают с эталонным.
Съемку отображения делают с частотой, при которой контрольный участок, т.е. участок рельс от середины вагона до внутренних колесных пар, будет дважды зафиксирован и записан в память ЭВМ 28, которая затем его сравнивает с эталонным изображением.
При исправных рельсовых нитях на локомотив по радиоканалу циклически передают информацию о координате местонахождения ХВ 4 (фиг. 4), при обнаружении неисправности передачу этой информацию временно прекращают на 1-2 с, затем, если рельсы исправны, она возобновляется. В момент прекращения радиосигнала на локомотиве фиксируется координата местонахождения ХВ 4, которая указывает на место повреждения рельсовой нити.
В объектив фотокамеры попадают и обе тележки вагона, информация о движении которых используют для определения плотности балласта и возникающих промоин под шпалами.
Для контроля за состоянием верхнего строения пути (дефектов рельс, шпал, температурных выбросов пути, рихтовки рельс и других неисправностей), контактных опор, провисания контактных проводов, габаритов встречного подвижного состава и строений, переездов, освещения, переходов, мостов, тоннелей, присутствия ДСП на платформе, а так же контроля возможных опасных ситуаций за ХВ 4 в направлении пути устанавливают еще две фотокамеры (работе только одна камера).
Полученная информация по радиосвязи передается на локомотив, затем она транслируется на ближайшие станции, а с них - на поезда, идущие вслед за хвостом поезда, что способствует повышению безопасности движения.
Контроль за состоянием объектов, полученный оптическим путем, осуществляется ЭВМ 28 (ЭВМ ХВ или/и локомотива) путем сравнения с эталонным изображением, или по нормам допустимых отклонений для каждой ситуации.
Устройство контроля целостности рельсовых нитей имеет короткую тональную рельсовую цепь ТРЦ под ХВ 4 (фиг. 1).
Две приемные попарно и последовательно соединенные катушки (фиг. 3 и 4) включены встречно, количество витков одной из катушек в каждой паре превышает в два раза количество витков другой катушки.
Каждая пара катушек посредством первого и второго узлов сопряжения УЗ1 и УЗ2 (полосовой фильтр ФП, усилитель У, выпрямитель В и аналого-цифровой преобразователь АЦП) подключена соответственно к первому и второму входу ВхР1 и ВхР2 электронно-вычислительной машине ЭВМ 28, которая с участием программы, хранящейся в ее памяти, фиксирует исправность/неисправность рельсовых нитей.
К входам ВхП и ВхР ЭВМ 28 подсоединены соответственно приемник ГЛОНАСС ПГЛ 26 и радиостанция PC 27, к входам ВхК1, ВхК2 и ВкК3 посредством устройств сопряжения УС, УС1 и УС2 подсоединена фотокамера ФК, первая фотокамера ФК1 и вторая фотокамера ФК2 (фиг. 5), благодаря чему ЭВМ 28 с участием программы, хранящейся в памяти, осуществляется контроль за исправностью рельс, шпал, отсутствия температурных выбросов пути, рихтовки рельс и других изменений плана пути, контактных опор, провисания контактных проводов, габаритов встречного подвижного состава, габаритов строений, переездов, освещения, переходов, мостов, тоннелей, присутствия ДСП на платформе, а так же контроля возможных опасных ситуаций за ХВ в направлении пути, для чего установлены фотокамеры ФК1 37 и ФК2 38 (одна фотокамера работает при нечетном направлении движения, другая - при четном, когда ХВ находится с другой стороны состава).
Под днищем ХВ 4 размещены осветительные приборы (фиг. 1), по отраженным лучам от которых (фиг. 2 и 6) определяют состояние рельсовых нитей под ХВ 4 и объектов за поездом.
Электропитание приборов ХВ 4 и их обогрев (нагревательный элемент на фиг. 7 не показан) в холодное время года осуществляется с помощью воздушного винта ВВ 42, энергогенератора ЭГ 43, выпрямителя В3 44, аккумулятора АК 45 и электронного ключа ЭК 46, которым управляет ЭВМ 28.