СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ
METHOD OF CONTROL OF RAIL CIRCUIT STATE

Изобретение относится к железнодорожной технике, а именно к железнодорожной автоматике и телемеханике для интервального регулирования движения поездов.
Известен способ контроля свободного состояния рельсовой линии по патенту РФ №2025358. кл. B61L 23/16, заключающийся в том, что в рельсовую цепь (РЦ) на одном конце подают сигнал переменного тока, а на другом конце периодически контролируют изменение сигнала в зависимости от координаты поездного шунта и по величине сигнала фиксируют состояние путевого участка.
Недостатком этого способа является то, что при медленном движении поезда и ненадлежащей чистоте поверхности качения первой колесной пары или головки рельса возможно неустойчивое занятие рельсовой цепи.
Известен также способ контроля состояния рельсовых цепей по патенту РФ №2341395, кл. B61L 23/16, заключающийся в том, что в рельсовую линию на одном конце подают сигнал переменного тока, а на другом конце текущее значение напряжения сигнала сравнивают с пороговыми значениями напряжения занятия и освобождения, в случае превышения порогового напряжения занятия над текущим значением напряжения фиксируют занятие рельсовой цепи, а в случае превышения текущего значения напряжения над пороговым напряжением освобождения фиксируют освобождение рельсовой цепи. При комплексных входных сопротивлениях концов рельсовой цепи с емкостной составляющей для определения пороговых напряжений занятия и освобождения находят максимальное напряжение в шунтовом и контрольном режимах и минимальное напряжение в нормальном режиме. Для определения максимального напряжения в шунтовом режиме на среднюю часть контролируемой рельсовой цепи накладывают нормативный шунт, на смежные рельсовые цепи накладывают дополнительные шунты, сопротивление которых много меньше 0,06 Ом. Меняя координаты наложения каждого из трех шунтов, фиксируют наибольшее значение напряжения на контролируемой рельсовой цепи при максимальном сопротивлении изоляции рельсовой линии. Для определения максимального напряжения в контрольном режиме в средней части контролируемой рельсовой цепи имитируют обрыв рельсовой нити. На смежные рельсовые цепи накладывают дополнительные шунты, меняя координаты наложения шунтов и координату обрыва рельсовой нити, фиксируют наибольшее значение напряжения на контролируемой рельсовой цепи при минимальном сопротивлении изоляции рельсовой линии. Для определения минимального напряжения в нормальном режиме на соседние со смежными рельсовыми цепями накладывают дополнительные шунты, меняя координаты наложения шунтов, фиксируют наименьшее значение напряжения на контролируемой рельсовой цепи при минимальном сопротивлении изоляции рельсовой линии, пороговое напряжение занятия выбирают из условия
Umax⋅Кз<Uз<Umin/Кз, где
Uз - пороговое напряжение занятия;
Umax - наибольшее из значений напряжения, полученных в шунтовом и контрольном режимах;
Umin - минимальное напряжение в нормальном режиме;
Кз - коэффициент запаса, который учитывает колебания напряжения источника питания, влияние помех и других факторов, равный 1,0-1,3,
пороговое напряжение освобождения определяют из выражения
Uo=Uз/Кв, где
Uo - пороговое напряжение освобождения;
Кв - коэффициент возврата, обеспечивающий путевому приемнику релейную передаточную характеристику, равный 0,9-0,95.
Недостатком этого способа является отсутствие правила определения порогового напряжения занятия рельсовой цепи между найденными верхней и нижней границами. Произвольная же установка порога занятия при медленном движении поезда и ненадлежащей чистоте поверхности качения первой колесной пары или головки рельса может привести к неустойчивой занятости рельсовой цепи.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Задачей, на достижение которой направлено заявляемое изобретение, является определение такого положения шунта и соответствующего ему значения напряжения на контролируемой РЦ при ее занятии, которые почти не зависят от вариаций сопротивления шунта. Такое положение шунта существует при комплексных входных сопротивлениях концов рельсовой цепи с емкостной составляющей. Выбор положения шунта и соответствующего ему значения напряжения в качестве порогового напряжения занятия уменьшает риск неустойчивой занятости рельсовой цепи при медленном движении поезда и ненадлежащей чистоте поверхности качения первой колесной пары.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности контроля состояния РЦ и, как следствие, повышение безопасности движения поездов.
Способ контроля состояния рельсовой цепи, заключающийся в том, что в рельсовую линию на одном конце подают сигнал переменного тока, на другом конце текущее значение напряжения сигнала сравнивают с пороговыми значениями напряжений занятия и освобождения, для определения которых при комплексных входных сопротивлениях концов рельсовой цепи с емкостной составляющей находят нижнюю и верхнюю границы пороговых напряжений занятия и освобождения.
На середину смежной бесстыковой рельсовой цепи, первой по ходу движения поезда, накладывают нормативный шунт, а на контролируемой РЦ фиксируют значение напряжения Uш1. В непосредственной близости от первого шунта накладывают второй нормативный шунт, фиксируют значение напряжения Uш2. Повторяют измерения Uш1 и Uш2, последовательно меняя координату наложения шунтов в направлении к контролируемой РЦ, находят значение Uш12, при котором выполняется условие Uш1=Uш2.
Пороговое напряжение занятия выбирают из условия:
Uз=Uш12, если Uнг<Uш12<Uвг;
Uз=Uнг, если Uш12≤Uнг;
Uз=Uвг, если Uш12≥Uвг,
где Uнг - нижняя граница порогового напряжение занятия,
Uвг - верхняя граница порогового напряжение занятия.
Заявляемый способ наиболее эффективен в обычной, часто повторяющейся ситуации занятия поездом впередилежащей рельсовой цепи в отсутствие влияния посторонних шунтов от впереди идущего состава.
На чертеже представлены расчетные графики изменения напряжения на РЦ при изменении координаты поездного шунта. Кривая 1 иллюстрирует уровень напряжения на РЦ при изменении координаты шунта сопротивлением 0,01 Ом. Кривая 2 (ломаная) моделирует остаточное напряжение на РЦ при проследовании короткой транспортной единицей рельсового участка с нестабильным переходным сопротивлением колесо-рельс. Кривая 2 рассчитана для шунта, сопротивление которого от точки к точке меняется от 0,01 Ом до 0,12 Ом и наоборот. Для наглядности рассмотрено не двукратное, а более чем десятикратное изменение сопротивления шунта.
Особенность РЦ, имеющих по концам рельсовых линий комплексные сопротивления с емкостной составляющей, состоит в том, что при приближении поездного шунта напряжение на приемнике РЦ вследствие резонансных эффектов сначала увеличивается, а затем, вблизи границы РЦ, резко уменьшается, достигая минимума на точке подключения. При перемещении шунта по РЦ остаточное напряжение в шунтовом режиме имеет невыраженный максимум примерно на середине РЦ. Чем качественнее шунт, тем выше поднимается напряжение при приближении шунта к РЦ и тем ниже опускается остаточное напряжение при нахождении шунта непосредственно на РЦ. В силу того, что более качественный шунт при приближении к РЦ вызывает увеличение напряжения, а при следовании по РЦ вызывает уменьшение напряжения на приемнике, очевидно, что между указанными положениями шунтов существует точка «стабильного» шунта Uстаб, в которой изменение активного сопротивления шунта не вызывает количественного изменения напряжения на РЦ. На чертеже в этой точке происходит инверсия ломаной кривой 2 относительно кривой 1. В точке «стабильного» шунта Uстаб и в ее окрестности напряжение на приемнике РЦ практически не зависит от более чем десятикратного изменения активного сопротивления шунта. Общий наклон кривых 1 и 2 в точке «стабилизации» в основном определяется изменением реактивной составляющей комплексного сопротивления РЦ при перемещении шунта. Таким образом, если в точке «стабильного» шунта установить пороговое напряжение занятия рельсовой цепи Uз, соответствующая ему зона дополнительного шунтирования (ЗДШ) и весь процесс занятия РЦ будут дополнительно защищены эффектом «стабилизации» от шунтового «дребезга» - некачественного шунта от короткой и легкой транспортной единицы. Как видно по кривой 2, на чертеже эффект «стабильного» шунта присущ не только точке Uстаб, но «работает» также и в некоторой области, прилегающей к этой точке. Если на конкретной рельсовой цепи Uстаб находится выше верхней границы установки порогов Uвг, то пороговое напряжение занятия устанавливается равным верхней границе, если Uстаб находится ниже нижней границы установки порогов Uнг, то пороговое напряжение занятия устанавливается равным нижней границе. В этом случае эффект «стабилизации» также защищает рельсовую цепь от шунтового «дребезга».
Предлагаемый способ может быть реализован, например, на рельсовых цепях системы «Движение». (С.В. Кузнецов и др., Система «Движение»: стационарная аппаратура, центральный пост и единая система радиосвязи, Современные технологии автоматизации, №2, 2001). Для реализации предлагаемого способа путем установки типовых шунтов экспериментально находят точку, в которой изменение сопротивления шунта не приводит к изменению напряжения на РЦ. Для этого в районе предполагаемой зоны дополнительного шунтирования накладывают сначала один типовой шунт сопротивлением 0,06 Ом, затем, в непосредственной близи от первого - второй. В обоих случаях фиксируют уровни напряжения на рельсовой цепи Uш1 и Uш2. Если напряжение с одним шунтом Uш1 больше, чем с двумя шунтами Uш2, измерения повторяются с переносом шунтов на 1 метр от контролируемой РЦ. Если напряжение с одним шунтом Uш1 меньше, чем с двумя шунтами Uш2, измерения повторяются с переносом шунтов на 1 метр в направлении к контролируемой рельсовой цепи. С каждым последующим измерением разница в значениях напряжения Uш1 и Uш2 будет уменьшаться. Указанные измерения повторяются до тех пор, пока напряжение Uш1 не станет равным напряжению Uш2, это и есть точка «стабилизации» шунта Uстаб, изображенная на чертеже. Пороговое напряжение занятия рельсовой цепи устанавливается равным найденному напряжению Uш12=Uш1=Uш2, если оно находится между верхней Uвг и нижней Uнг границами установки пороговых напряжений для данной РЦ. Если найденное напряжение Uш12 находится выше верхней границы установки порогов, пороговое напряжение занятия рельсовой цепи устанавливается равным Uвг. Если найденное напряжение Uш12 находится ниже нижней границы установки порогов Uнг, пороговое напряжение занятия рельсовой цепи устанавливается Uнг. При следовании подвижной единицы с нестабильным шунтом вследствие загрязнения поверхности качения колесных пар или рельс в зоне дополнительного шунтирования нестабильность сопротивления шунта будет компенсироваться нечувствительностью рельсовой цепи к изменению активного сопротивления шунта в момент изменения состояния РЦ.
Предложенный способ позволяет существенно повысить достоверность контроля состояния РЦ. Найденное таким способом пороговое значение напряжения занятия рельсовой цепи позволяет минимизировать неустойчивость состояния рельсовой цепи при ее занятии и освобождении, что приводит к повышению надежности контроля состояния РЦ и, как следствие, повышению безопасности движения поездов.