СПОСОБ РАБОТЫ ЛИНЗОВОГО СВЕТОФОРА С ДВУХНИТЕВОЙ ЛАМПОЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF WORK OF LENS TRAFFIC LIGHT WITH DOUBLE-STRANDED LAMP AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики и может быть использовано в светофорах.
Известен способ работы линзового светофора с двухнитевой лампой, включающий контроль целостности нитей лампы и подачу напряжения на одну из нитей, проводящую электрический ток [Пат. РФ 2300809, МПК G08G 1/095, 2007].
Недостатками аналога являются:
- недоиспользование рабочего ресурса лампы из-за того, что смена двухнитевых ламп с контролем переключения на резервную нить производится при перегорании основной нити или по плановому времени (раз в квартал), поэтому лампа вырабатывает по существу не более половины ресурса,
- сложность конструкции, реализующей способ и большое энергопотребление.
Прототипом является способ работы линзового светофора с двухнитевой лампой, включающий контроль целостности нитей лампы и подачу напряжения на одну из нитей, способную проводить электрический ток, при этом подачу напряжения осуществляют на нити поочередно при каждом включении лампы [Пат. РФ 2493605, МПК G08G 1/095, 2013].
Недостатками прототипа являются:
- ограниченные функциональные возможности, обусловленные контролем только одной перегоревшей нити;
- неудобство в эксплуатации, вызванное отсутствием возможности дистанционного контроля состояния сигнальных ламп.
Задачей изобретения является упрощение конструкции, расширение функциональных возможностей и улучшение эксплуатационных характеристик.
Задача решается тем, что в способе работы линзового светофора с двухнитевой лампой, включающем контроль целостности нитей лампы и поочередную подачу напряжения на нити, способные проводить электрический ток при каждом включении лампы, контроль целостности нити осуществляют при включении лампы посредством подачи на нее напряжения питания и последующего формирования первого информационного сигнала в случае целостности обеих нитей.
Первый информационный сигнал используют для предотвращения подачи напряжения на неработающую в данный момент нить лампы. При нарушении целостности обеих нитей формируют второй информационный сигнал. При подаче напряжения питания осуществляют и контроль наличия последнего на сигнальной лампе. Длительность второго информационного сигнала делают большей длительности первого. Первый информационный сигнал формируют с задержкой. При наличии напряжения на сигнальной лампе формируют третий информационный сигнал. При наличии напряжения на сигнальной лампе формируют третий информационный сигнал, длительность которого делают большей первого, но меньше продолжительности второго.
Устройство для осуществления способа работы линзового светофора с двунитевой лампой, содержащее источник переменного напряжения, трансформатор, три диода, элемент ИЛИ, по два элемента И и реле, одно из которых поляризованное с двумя обмотками, одни концы которых соединены с землей, а другие - с выходами элементов И, одни входы которых соответственно подключены к катодам первого и второго диодов, аноды которых соответственно соединены с замкнутым и разомкнутым контактами поляризованного реле, перекидной контакт которого соединен с землей, а другие объединены и соединены с выходом первого элемента ИЛИ, первый вход которого через нормально замкнутые контакты реле соединен с катодом третьего диода, анод которого подключен через вторичную обмотку трансформатора к земле и к объединенным концам нитей сигнальной лампы, другие концы нитей которой соединены соответственно с замкнутым и разомкнутым контактами поляризованного реле, обмотка реле и первичная обмотка трансформатора соединены последовательно и подключены к источнику переменного напряжения, дополнительно снабжено вторым элементом ИЛИ, входы которого соответственно подключены к выходам элементов И, а выход соединен с первым информационным выходом устройства, со вторым входом первого элемента ИЛИ и с катодом третьего диода.
Выход первого элемента ИЛИ соединен со вторым информационным выходом. Необъединенные концы нитей ламп других сигнальных огней светофора соответственно соединены с замкнутым и разомкнутым контактами поляризованного реле, причем третий вход первого элемента ИЛИ соединен с нормально замкнутыми контактами реле этой лампы.
Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.
Осуществление контроля целостности нити при включении лампы посредством подачи на нее напряжения питания и последующего формирования первого информационного сигнала в случае целостности обеих нитей позволяет сразу в момент включения проверять исправность нитей лампы данного сигнального огня. Это улучшает эксплуатационные характеристики.
Использование первого информационного сигнала для предотвращения подачи напряжения на неработающую в данный момент нить лампы повышает надежность работы за счет повышения стабильности временного интервала переключения нитей, задаваемого в прототипе емкостью конденсатора, который исключен.
Формирование при нарушении целостности обеих нитей второго информационного сигнала расширяет функциональные возможности и повышает эксплуатационные характеристики.
Осуществление при подаче напряжения питания контроля наличия последнего на сигнальной лампе повышает надежность, расширяет функциональные возможности и повышает эксплуатационные характеристики.
Выполнение длительности второго информационного сигнала большей длительности первого позволяет лучше распознавать эти информационные сигналы, что повышает эксплуатационные характеристики.
Формирование первого информационного сигнала с задержкой использовать для передачи информации один канал, что повышает эксплуатационные характеристики.
Формирование при наличии напряжения на сигнальной лампе третьего информационного сигнала позволяет проверить целостность цепи питания лампы, что расширяет функциональные возможности и повышает эксплуатационные характеристики.
Формирование при наличии напряжения на сигнальной лампе третьего информационного сигнала, длительность которого делают больше длительности первого, но меньше продолжительности второго позволяет лучше различать информационные сигналы, что повышает эксплуатационные характеристики.
Снабжение устройства вторым элементом ИЛИ, входы которого соответственно подключены к выходам элементов И, а выход соединен с информационным выходом устройства, со вторым входом первого элемента ИЛИ и с катодом третьего диода позволяет повысить надежность за счет исключения конденсатора и расширяет функциональные возможности.
Соединение выхода первого элемента ИЛИ со вторым информационным выходом расширяет функциональные возможности.
Соединение необъединенных концов нитей ламп других сигнальных огней светофора соответственно с замкнутым и разомкнутым контактами поляризованного реле и подключение третьего входа первого элемента ИЛИ к нормально замкнутым контактам реле этой лампы позволяет упростить конструкцию и повысить ее надежность за счет возможности контроля одним устройством всех ламп светофора и управление ими.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема устройства светофора.
Устройство содержит лампу 1 с нитями 2, 3, одни концы которых соединены между собой, с анодом диода 4 и с землей через вторичную обмотку трансформатора 5, первичная обмотка которого через реле 6 соединена с источником переменного напряжения. Другие концы нитей соответственно подсоединены к анодам диодов 7, 8 и контактам 9, 10 поляризованного реле 11, перекидной контакт 12 которого соединен с землей. Одни концы обмоток I и II поляризованного реле соединены с землей, а другие - с выходами элементов И 13, 14, одни входы которых соответственно подключены к катодам диодов 7 и 8, а другие объединены и соединены с выходом элемента ИЛИ 15, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 16, входы которого соответственно подключены к выходам элементов И 13, 14, а второй вход через нормально замкнутые контакты 17 реле 6 соединен с катодом диода 4. Выходы элементов ИЛИ 15, 16 могут быть подключены соответственно к информационным выходам 18, 19 или/и к первому входу и через элемент задержки 20 ко второму входу элемента ИЛИ 21, выход которого является информационным выходом 22.
Способ реализуют следующим образом.
В исходном состоянии, когда лампа 1 светофора выключена, напряжение на трансформаторе 5 отсутствует, реле 6 и 11 обесточены, при этом контакты реле 6 находятся в замкнутом состоянии, а реле 11, имеющее механическую память, - в одном из двух положений. Для определенности положим, что перекидной контакт 12 находится в верхнем положении, т.е. контакты 9 и 12 замкнуты. Также будем считать, что при подаче напряжения на обмотку I реле 11 происходит замыкание контактов 9 и 12, а при возбуждении обмотки II - замыкаются контакты 10 и 12.
Для включения сигнальной лампы 1 подают напряжение на первичную обмотку трансформатора 5, с вторичной обмотки которого оно поступает на обе исправные нити 2, 3, через диод 4, выполняющий функцию выпрямителя, и нормально замкнутые контакты 17 на первый вход элемента 15, формируя на информационном выходе 18 и объединенных входах элементов И 13, 14 высокий потенциал. Через нить 3 переменное напряжение поступает на диод 8 и выпрямляется им, в результате чего на соответствующем входе элемента И 14 формируется логическая единица (лог. 1). Наличие на обоих входах элемента 14 лог. 1 приводит к появлению на его выходе высокого уровня напряжения, которое поступает на обмотку II реле 11, через элемент ИЛИ 16 на информационный выход 19 и на второй вход элемента ИЛИ 15. Подача напряжения на первичную обмотку трансформатора 5 вызывает также срабатывание реле 6 и размыкание его контактов 17. Заметим, что время срабатывания реле 6 должно быть больше времени включения диода 8, элемента И 14 и элемента ИЛИ 16. Поскольку нить 2 лампы через контакты 9, 12 замкнута на землю, то по ней потечет ток, разогревая ее. Одновременно в результате действия лог. 1 будет разогреваться и нить 3. Даже при малой длительности действия лог. 1 и относительно небольшом входном токе этого элемента нить 3 будет нагреваться, так как вольфрам (материал нити) имеет низкую удельную теплоемкость, благодаря чему создаются более благоприятные условия входа нити в рабочий режим при последующем включении сигнального огня. Поступающее с выхода элемента И 14 на обмотку II реле 11 напряжение приводит к срабатыванию этого реле, вызывающему размыкание контактов 9, 12 и замыкание контактов 10, 12, в результате чего нить 3 оказывается подключенной к земле, и лампа загорается. При этом на выходах элементов 14, 16, выходе 19 и соответствующем входе элемента ИЛИ 15 формируется логический ноль (лог. 0). Обмотка II реле 11 обесточивается, его контакты за счет механической памяти остаются в замкнутом состоянии и могут находиться в нем сколь угодно долго до тех пор, пока на обмотку I не поступит напряжение. В результате вторичную обмотку трансформатора 5 по существу нагружает только лампа 1. Если к моменту прихода указанного лог. 0 на вход элемента 15 контакты 17 реле 6 уже разомкнулись, то на выходе этого элемента, объединенных входах элементов 13, 14 и на выходе 18 появится низкий уровень напряжения. Если контакты 17 еще не разомкнулись, то на объединенных входах элементов 13, 14 будет присутствовать лог. 1, однако элемент И 13 не может переключиться в состояние единицы, так как на другом его входе после размыкания контактов 9 и 12 лог. 1. Это объясняется тем, что, как известно, сопротивление нагретой нити лампы на порядок больше, чем холодной. Нагретая в момент включения нить 2 лампы имеет большое сопротивление, поэтому получается своеобразный делитель напряжения с зависимым от температуры нити коэффициентом деления. Одно плечо делителя образовано сопротивлением нити, а другое - входным сопротивлением элемента И 13. При нагретой нити этот коэффициент таков, что на соответствующем входе элемента И лог. 0, а при холодной - лог. 1. Поэтому на выходе элемента 13 сразу после переключения контактов не появится высокий уровень напряжения, что привело бы к возбуждению обмотки I и возврату контактов в исходное положение. К моменту остывания нити контакты 17 должны разомкнуться, что приведет к появлению лог. 0 на объединенных входах элементов 13, 14 и будет способствовать неизменному состоянию элементов устройства после остывания нити 2. Заметим, если длительности, равной одной полуволне напряжения, недостаточно для срабатывания реле 11, то нужно параллельно обмотке включить конденсатор, накапливающий напряжение.
Таким образом, после подачи напряжения на трансформатор происходит переключение контактов реле 11 и работа той нити лампы, которая не была задействована в предыдущем включении сигнального огня, в результате чего достигается более полное использование ресурса работы обеих нитей лампы. При этом на выходах 18, 19 появляются импульсы, соответственно свидетельствующие о наличии питающего напряжения на лампе и исправности ее нитей накаливания.
Предположим, что после очередного переключения и замыкания контактов 9, 12 реле 11 произошло перегорание нити 2. В результате этого на входе элемента 13 присутствует лог. 0, а на соответствующем входе элемента 14 - лог. 1. Одновременно перегорание нити 2 переводит работу трансформатора 5 в режим холостого хода, в результате чего ток в его первичной обмотке значительно уменьшается, что приводит к выключению реле 6. Контакты 17 замыкаются, и на выходе элемента 15 формируется лог. 1, которая поступает на второй вход элементов 13, 14. Наличие лог. 1 на обоих входах элемента 14 приводит к его срабатыванию и возбуждению обмотки II реле 11, в результате чего происходит замыкание контактов 10 и 12. Несмотря на то, что на выходе элемента 15 присутствует лог. 1, элемент 13 остается в прежнем в нулевом состоянии, так как из-за перегоревшей нити 2 на одном его входе лог. 0. Замыкание контактов 10 и 12 приводит к включению в нагрузку вторичной обмотки трансформатора 5 нити 3, возобновлению свечения сигнального огня, возрастанию тока в первичной обмотке трансформатора и включению реле 6, контакты 17 при этом размыкаются, обмотка II реле 11 обесточивается.
При очередном включении сигнального огня перекидной контакт 12 не сможет переключиться в верхнее положение, контакты 10 и 12 по-прежнему останутся замкнутыми, так как на входах элементов 13, 14, соединенных с катодами диодов 7, 8, лог. 0. Лампа 1 теперь будет работать на оставшейся рабочей нити 3, при этом переключений реле 11 происходить не будет. На выходе элемента 16 будет лог. 0 и, следовательно, на информационном выходе 19 импульсы появляться не будут. Отсутствие этих импульсов будет свидетельствовать о перегорании одной из нитей лампы, что послужит поводом для замены лампы, которая почти полностью выработала свой ресурс.
Выход из строя обеих нитей лампы переводит работу трансформатора 5 в режим холостого хода, в результате чего ток в его первичной обмотке значительно уменьшается и реле 6 выключается. Контакты 17 замыкаются, на выходе элемента 15 и информационном выходе 18 формируется лог. 1, которая будет на последнем до момента замены лампы или до момента выключения напряжения питания, т.е. наличие импульса большой длительности (постоянного напряжения) на выходе 18 свидетельствует о перегорании обеих нитей и отсутствию свечения данного сигнального огня.
В случае необходимости информацию можно передавать и по одному каналу, для чего в схему включаются элементы 20, 21. Тогда последовательное появление на выходе 22 двух импульсов будет соответственно свидетельствовать о наличии напряжения питания на лампе и об исправности ее нитей. Отсутствие в момент включения обоих импульса указывает на неисправность цепи питания лампы (второй импульс не может сформироваться при отсутствии напряжения), а потеря второго импульса - о перегорании нити лампы. Постоянное напряжение на выходе 22 появится при перегорании обеих нитей.
Для осуществления контроля и управления работы всех лам светофора одним устройством другие лампы светофора подключают к нему так, как показано пунктиром на чертеже.
В качестве реле 11 можно использовать поляризованное, двухпозиционное реле РПС20.
Внедрение изобретения позволит практически полностью использовать рабочий ресурс лампы, контролировать выход из строя нитей накаливания, наличие напряжения на лампе (включение сигнального огня) и выдавать соответствующую информацию об этом. При этом конструкция устройства становится простой, надежной и потребляющей очень мало электрической энергии.