Локомотивный приемник электрических сигналов рельсовых цепей

Полезная модель относится к устройствам для приема высокочастотных и низкочастотных сигнальных токов, протекающих по рельсам железнодорожных путей, и может быть применена в отрасли железнодорожного транспорта.
Известен локомотивный приемник, содержащий приемный индуктивный элемент в виде катушки, выполненной с возможностью приема низкочастотных и высокочастотных сигналов рельсовых цепей и модуля внешних устройств, электрически соединенного с приемным индуктивным элементом [RU2248899, дата публикации: 27.03.2005 г., МПК:B61L25/04].
Известен локомотивный приемник электрических сигналов рельсовых цепей, содержащий приемный индуктивный элемент, представленный катушкой, выполненной с возможностью приема сигналов рельсовых цепей высокой и низкой частоты, и блок обработки сигналов, электрически соединенный с приемным индуктивным элементом [KR101953096, дата публикации: 28.02.2019 г., МПК:B61L1/18, B61L27/00, G01R15/18].
Общим недостатком известных устройств является высокий риск одновременной потери возможности приема и низкочастотных, и высокочастотных сигналов рельсовых цепей, обусловленный тем, что прием сигналов обоих типов обеспечивается одной катушкой, выход из строя которой влечет за собой выход из строя всего приемного индуктивного элемента, что в значительной степени снижает надежность известных устройств и может привести к аварийной ситуации на железной дороге.
В качестве прототипа выбран приемник электрических сигналов рельсовых цепей, содержащий корпус, внутри которого установлен приемный индуктивный элемент, выполненный в виде обмотки для приема низкочастотного сигнала рельсовых цепей, установленной на сердечник, и отдельно установленной обмотки для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей, не имеющей сердечника, соединенные с электронной платой [RU129471, дата публикации: 27.06.2013 г.,B61L1/02].
Преимуществом прототипа перед известными устройствами является его более высокая надежность, обусловленная тем, что возможность приема низкочастотных и высокочастотных сигналов рельсовых цепей обеспечивается разными обмотками, что позволяет при выходе из строя одной обмотки продолжать получать сигналы другого типа другой обмоткой, позволяя снизить риск возникновения аварийной ситуации на железной дороге. Однако недостатком прототипа являются высокий риск нарушения структурной целостности обмотки для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей, а также высокий риск смещения обмотки для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей относительно обмотки для приема низкочастотных сигналов рельсовых цепей или корпуса приемника при изготовлении приемного индуктивного элемента или эксплуатации приемника на локомотиве из-за отсутствия жесткой фиксации пространственного положения обмотки для приема высокочастотных сигналов рельсовых цепей в приемном индуктивном элементе относительно других элементов конструкции приемника, вследствие чего может произойти искажение принимаемых сигналов рельсовых цепей, либо значительное ухудшение надежности приема сигналов рельсовых цепей, и в значительной степени снижает надежность приемного индуктивного элемента, тем самым ухудшая надежность локомотивного приемника электрических сигналов рельсовых цепей.
Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, заключается в необходимости улучшения эксплуатационных характеристик локомотивного приемника электрических сигналов рельсовых цепей.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении надежности приемного индуктивного элемента локомотивного приемника электрических сигналов рельсовых цепей.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Локомотивный приемник электрических сигналов рельсовых цепей содержит корпус и электрически соединенные между собой электронную плату и приемный индуктивный элемент, представленный обмотками для приема высокочастотного и низкочастотного сигналов рельсовых цепей и сердечником. В отличие от прототипа обмотки для приема высокочастотного и низкочастотного сигналов рельсовых цепей установлены на сердечник.
Приемный индуктивный элемент обеспечивает возможность передачи сигналов токов, протекающих по ходовым рельсам, на электронную плату и содержит обмотки для приема высокочастотного и низкочастотного сигналов рельсовых цепей и сердечник. Электрическое соединение приемного индуктивного элемента и электронной платы может обеспечиваться посредством соединительных элементов, которые могут быть разъемно или неразъемно присоединены к обмоткам и электронной плате. При этом соединительные элементы могут быть представлены проводами, кабелями, дорожками из токопроводящего материала и т.д.
Обмотки для приема высокочастотного и низкочастотного сигналов рельсовых цепей установлены на сердечник, что подразумевает расположение каждой обмотки на сердечнике, за счет чего снижается риск деформирования или относительного смещения обмоток в приемном индуктивном элементе при изготовлении или монтаже приемного индуктивного элемента, или эксплуатации приемника, тем самым повышая надежность приемного индуктивного элемента. При этом для дополнительного повышения надежности приемного индуктивного элемента за счет уменьшения количества конструктивных элементов, обмотки для приема высокочастотного и низкочастотного сигналов рельсовых цепей могут быть установлены на одном общем сердечнике. При этом обмотки могут быть установлены на расстоянии, составляющем от 1 до 15% от длины сердечника, что снижает риск возникновения взаимной индукции между обмотками приемного индуктивного элемента, тем самым дополнительно повышая его надежность. В случае если расстояние между обмотками будет составлять менее 1%, то будет увеличиваться величина взаимной индукции между обмотками, что приведет к искажению сигнала рельсовой цепи. В случае если расстояние между обмотками для приема сигнала рельсовых цепей составляет более 15%, то в значительной степени будет увеличиваться длина приемного индуктивного элемента и как следствие соединительных электрических элементов обмоток и электронной платы, повышая риск их повреждения при установке приемного индуктивного элемента в корпус. Обмотки могут быть зафиксированы на сердечнике посредством клеевого или резьбового соединения, либо посредством фрикционного взаимодействия и др.
Приемный индуктивный элемент может содержать дополнительные обмотки для приема высокочастотного и низкочастотного сигналов рельсовых цепей, которые могут быть установлены на сердечник симметрично относительно поперечной плоскости, проходящей через центр длины сердечника, под чем подразумевается то, что с обеих сторон от поперечной плоскости могут быть установлены не менее, чем по одной дополнительной обмотке для приема высокочастотного и низкочастотного сигналов рельсовых цепей, что повышает надежность приемного индуктивного элемента за счет обеспечения возможности наведения индукционных токов в дополнительных обмотках при выходе из строя основных обмоток. При этом для снижения риска ухудшения надежности приема сигналов рельсовых цепей при движении локомотива по криволинейному участку железной дороги дополнительная обмотка для приема низкочастотного сигнала рельсовых цепей может быть установлена в центральной части сердечника равноудаленно от центра его длины, а дополнительная обмотка для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей может быть установлена на конце сердечника равноудаленно от дополнительной обмотки для приема низкочастотного сигнала рельсовых цепей. При этом для дополнительного снижения риска ухудшения надежности приема сигналов рельсовых цепей при поперечном перемещении приемника в крайние положения относительно рельса при движении локомотива по криволинейному участку железной дороги основная обмотка приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей может быть установлена между основной и дополнительной обмотками приема низкочастотного сигнала рельсовых цепей.
Обмотки для приема высокочастотного и низкочастотного сигналов рельсовых цепей обеспечивают возможность создания индукционного тока в приемном индуктивном элементе при взаимодействии с электромагнитным полем ходового рельса. Обмотки могут быть выполнены из токопроводящего материала (меди, алюминия и т.д.). При этом обмотки дополнительно могут быть покрыты изоляцией из лака, фторопласта, пленки и т.д. Обмотки могут содержать каркасы, которые могут быть выполнены в виде трубок, имеющих форму внутренней поверхности ответную форме сердечника, что дополнительно повышает надежность приемного индуктивного элемента. Каркасы могут быть выполнены из материалов, обладающих достаточной механической и электрической прочностью, например, из пластика, керамики, кабельной бумаги, электрокартона, гетинакса и т.д. Каркасы могут содержать буртики, снижающие вероятность соскальзывания обмотки с каркаса, что дополнительно повышает надежность приемного индуктивного элемента. Обмотки для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей обеспечивают возможность приема сигналов рельсовых цепей частотой от 5 до 35 кГц. Обмотки для приема низкочастотного сигнала рельсовых цепей обеспечивают возможность приема сигналов рельсовых цепей частотой от 25 Гц до 1 кГц.
Сердечник обеспечивает возможность концентрирования силовых магнитных линий. Сердечник может иметь любую форму поперечного сечения, например круглую, прямоугольную, треугольную, многоугольную. Сердечник может быть выполнен цельным и может быть образован из пластин. Сердечник может быть выполнен из материалов, обладающих ферромагнитными свойствами, например из железа, кобальта, никеля, их сплавов, электротехнической стали и т.д.
Электронная плата обеспечивает возможность обработки сигналов рельсовых цепей, полученных от приемного индуктивного элемента. Электронная плата может быть представлена пластиной из текстолита или иного электроизоляционного конструкционного материала. Электронная плата содержит электронные компоненты, которые могут быть представлены микросхемами, элементами создания колебательного контура: дросселями, конденсаторами, резисторами и пр. Электронная плата может содержать вводы для соединения с обмотками и выводы, для соединения с внешними потребителями. При этом выводы для соединения с внешними потребителями могут быть представлены разъемами, штекерами или клеммами, которые могут быть установлены в защитные трубки.
Корпус обеспечивает несущие и защитные функции. Форма корпуса должна обеспечивать возможность размещения в нем электронной платы и приемного индуктивного элемента. Корпус может иметь для этого отверстия, обеспечивающие возможность установки электронной платы и приемного индуктивного элемента внутри корпуса. При этом корпус может содержать крышки, закрывающие отверстия. При этом приемный индуктивный элемент может быть закреплен внутри корпуса клеем или компаундом, что снижает риск смещения обмоток внутри приемного индуктивного элемента и дополнительно повышает его надежность. Также для повышения надежности фиксации приемного индуктивного элемента внутри корпуса приемника, крышки отверстий для установки приемного индуктивного элемента могут иметь изогнутый профиль, обеспечивающий возможность дополнительного фиксирования пространственного положения приемного индуктивного элемента.
Корпус может содержать средства крепления к локомотиву, выполненные таким образом, чтобы при закреплении приемника плоскости витков обмоток были перпендикулярны направлению электромагнитного поля рельсовой цепи. При этом средства крепления к локомотиву могут быть выполнены таким образом, чтобы при установке приемника на локомотив поперечная плоскость, проходящая через середину длины сердечника, совпадала с продольной плоскостью, проходящей через головку ходового рельса. Средства крепления могут быть представлены резьбовыми крепежными изделиями и/или отверстиями в корпусе или проушинами. Корпус может быть выполнен из металлов, их сплавов, композитных материалов и т.д. При этом корпус может иметь вставку из немагнитного материала, например пластика, акрила или винила, обеспечивающего возможность взаимодействия приемного индуктивного элемента с электромагнитным полем ходового рельса.
Полезная модель может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Полезная модель обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, заключающейся в том, что обмотки для приема высокочастотного и низкочастотного сигналов рельсовых цепей установлены на сердечник, что позволяет за счет расположения каждой обмотки на сердечнике жестко зафиксировать их структуру и пространственное положение, и снизить риск деформирования обмоток или относительного смещения обмоток при монтаже приемного индуктивного элемента или эксплуатации приемника на локомотиве, снижая риск искажения принимаемого сигнала или потери возможности приема сигнала приемным индуктивным элементом, тем самым обеспечивая достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности приемного индуктивного элемента локомотивного приемника электрических сигналов рельсовых цепей, улучшая эксплуатационные характеристики локомотивного приемника электрических сигналов рельсовых цепей.
Полезная модель обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о соответствии полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Полезная модель поясняется следующими фигурами.
Фиг.1 - Локомотивный приемник электрических сигналов рельсовых цепей содержит обмотки для приема высокочастотного и низкочастотного сигналов рельсовых цепей с каркасами и два сердечника, выполненных из пластин, при этом две обмотки для приема низкочастотного сигнала рельсовых цепей установлены на первый сердечник симметрично относительно поперечной плоскости, проходящей через середину длины первого сердечника, две обмотки для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей установлены на второй сердечник симметрично относительно поперечной плоскости, проходящей через середину длины второго сердечника, а одна обмотка для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей установлена в центре длины второго сердечника, продольный разрез.
Фиг.2 – Локомотивный приемник электрических сигналов рельсовых цепей содержит обмотки для приема высокочастотного и низкочастотного сигналов рельсовых цепей с каркасами и цельный сердечник, при этом две обмотки для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей и две обмотки для приема низкочастотного сигнала рельсовых цепей установлены симметрично относительно поперечной плоскости, проходящей через середину длины сердечника, продольный разрез.
Фиг.3 – Локомотивный приемник электрических сигналов рельсовых цепей содержит обмотки для приема высокочастотного и низкочастотного сигналов рельсовых цепей с каркасами и цельный сердечник, при этом две обмотки для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей и две обмотки для приема низкочастотного сигнала рельсовых цепей установлены симметрично относительно поперечной плоскости, проходящей через середину длины сердечника, а одна обмотка для приема низкочастотного сигнала рельсовых цепей установлена в центре длины сердечника, продольный разрез.
Фиг.4 – Локомотивный приемник электрических сигналов рельсовых цепей содержит обмотки для приема высокочастотного и низкочастотного сигналов рельсовых цепей с каркасами и цельный сердечник, при этом две обмотки для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей и две обмотки для приема низкочастотного сигнала рельсовых цепей установлены симметрично относительно поперечной плоскости, проходящей через середину длины сердечника, а одна обмотка для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей установлена в центре длины сердечника, продольный разрез.
Фиг.5 – Локомотивный приемник электрических сигналов рельсовых цепей содержит обмотки для приема высокочастотного и низкочастотного сигналов рельсовых цепей с каркасами и сердечник, выполненный из пластин, при этом две обмотки для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей и две обмотки для приема низкочастотного сигнала рельсовых цепей установлены симметрично относительно поперечной плоскости, проходящей через середину длины сердечника, а одна обмотка для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей установлена в центре длины сердечника, продольный разрез.
Локомотивный приемник электрических сигналов рельсовых цепей содержит корпус 1 со средством вывода кабелей в виде трубки 2, со средствами крепления к локомотиву, представленными болтами 3 для установки на кронштейн (не показан на фигурах) локомотива, крышкой 4 приемного индуктивного элемента, крышкой 5 электронной платы и крышками 6 отверстий для установки приемного индуктивного элемента, электронную плату 7 с усилителями (не показаны на фигурах), полосовым фильтром (не показан на фигурах) и приемный индуктивный элемент, содержащий каркасы 8, на которые установлены обмотки 9 для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей, и каркасы 10, на которые установлены обмотки 11 для приема низкочастотного сигнала рельсовых цепей, а также сердечник 12.
Сердечник 12 установлен в корпус 1 таким образом, чтобы он располагался во впадинах крышек 6 отверстий для установки приемного индуктивного элемента, крышки 5 отверстий для установки приемного индуктивного элемента соединены с корпусом 1 посредством винтов (не указаны на фигурах), каркасы 8 и каркасы 10 установлены на сердечник 12 посредством фрикционного соединения и зафиксированы посредством компаунда 13, крышка 4 приемного индуктивного элемента закреплена посредством компаунда 13, крышка 5 электронной платы соединена с корпусом 1 посредством винтов, трубка 2 герметично соединена с крышкой 5 электронной платы посредством термоусадочной трубки 14, зафиксированной хомутами 15, микросхемы электронной платы 7 соединены с обмотками 9 для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей и обмотками 11 для приема низкочастотного сигнала рельсовых цепей с возможностью получения электрических сигналов.
Полезная модель работает следующим образом.
Локомотивный приемник электрических сигналов рельсовых цепей изготавливается и собирается на предприятии-изготовителе, при этом за счет расположения обмоток 9 и 11 на сердечнике 12 обеспечивается возможность расположения приемного индуктивного элемента в корпусе 1 с уменьшенным габаритным размером по высоте и ширине. Локомотивный приемник электрических сигналов рельсовых цепей располагается перпендикулярно ходовому рельсу, подвешивается над ходовым рельсом и посредством болтов 3 крепится к кронштейну перед первой колесной парой локомотива, при этом закрепление сопровождается контролем выполнения условия расположения локомотивного приемника таким образом, чтобы середина его длины на прямом участке железнодорожного пути была расположена над центром ходового рельса. При этом локомотивный приемник дополнительно закрепляется страховочными подвесками (не показаны на фигурах). Далее над вторым ходовым рельсом на локомотив по аналогии с предыдущим локомотивным приемником устанавливается второй локомотивный приемник, после чего электронные платы 7 локомотивных приемников электрически соединяются с аппаратурой локомотива (не показана на фигурах), и локомотив вводится в эксплуатацию.
В процессе эксплуатации локомотив движется по железнодорожному полотну, по рельсам которого протекают сигнальные токи автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия (АЛСН) частотой 25, 50, 75 или 175 Гц и сигнальные токи системы автоматического управления торможением поездов (САУТ) частотой 19,6, 27,0 или 31,0 кГц. При этом за счет протекания сигнального тока через рельсы образуется переменное магнитное поле, в котором перемещаются локомотивные приемники. При этом в обмотках 9 для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей и обмотках 11 для приема низкочастотного сигнала рельсовых цепей наводится индукционный ток. За счет сердечника 12 локомотивного приемника осуществляется концентрация силовых магнитных линий в зоне расположения локомотивного приемника, при этом за счет симметрии расположения обмоток относительно поперечной плоскости, проходящей через середину длины сердечника, а также за счет расположения середины длины локомотивного приемника над центром ходового рельса, при движении по криволинейному железнодорожному полотну (т.е. при повороте ходовых рельсов вправо или влево) происходит удаление обмотки 9 и обмотки 11, расположенных с одной стороны локомотивного приемника, в сторону от ходового рельса, при этом происходит соразмерное приближение обмотки 9 и обмотки 11, расположенных с другой стороны локомотивного приемника, к ходовому рельсу. В результате этого происходит стабилизация суммарной величины ЭДС на двух обмотках локомотивного приемника, равноудаленных от центра локомотивного приемника и предназначенных для измерения сигналов одной частоты (высокой или низкой) и, как следствие, происходит снижение искажений сигналов, поступающих в приемный индуктивный элемент.
Индукционные токи, наведенные в обмотках 9 для приема высокочастотного сигнала рельсовых цепей и обмотках 11 для приема низкочастотного сигнала рельсовых цепей, через провода поступают на электронную плату 7. На электронной плате 7 осуществляется усиление сигнала посредством микросхем, после чего осуществляется фильтрация токов посредством колебательных контуров полосового фильтра, обеспечивающих шунтирование высокочастотных помех, в результате чего полученные электрические сигналы, несущие информацию о кодах в рельсовых цепях АЛСН и путевых устройств САУТ, посредством проводов передаются в аппаратуру локомотива.
Таким образом, обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в улучшении массогабаритных характеристик локомотивного приемника электрических сигналов рельсовых цепей с сопутствующим сохранением его функциональных возможностей, тем самым улучшаются эксплуатационные характеристики локомотивного приемника электрических сигналов рельсовых цепей.