РЕЛЬСОВАЯ ЦЕПЬ
RAIL CIRCUIT

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и может быть использовано в системах интервального регулирования движения поездов метрополитена.
Известна рельсовая цепь по патенту №96830, содержащая рельсовую линию, к концам которой через разделительный конденсатор подключены генератор и приемник, выполненные с функциональным наложением кодирования автоматической локомотивной сигнализации. Рельсовая цепь настроена в резонанс на несущей частоте сигнала контроля рельсовой линии (КРЛ). На одном конце рельсовой линии подключен путевой дроссель. Величина индуктивности путевого дросселя обеспечивает оптимальное распределение тока сигнала автоматической локомотивной сигнализации (АЛС).
Недостатком данного устройства является невозможность подавать в рельсы низкочастотные сигналы АЛС с частотами от 75 Гц до 325 Гц через конденсаторы, настроенные в резонанс на более высокую частоту.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство по патенту №2328400 кл. B61L 23/16, принятое за прототип.
Известное устройство содержит рельсовую линию, к концам которой через последовательно соединенные конденсаторы подключены путевые генератор и приемник, выполненные с функциональным наложением высокочастотного кодирования автоматической локомотивной сигнализации с автоматическим регулированием скорости (АЛС-АРС). Величины емкостей конденсаторов удовлетворяют условиям резонанса напряжения в рельсовой цепи на несущей частоте сигнала КРЛ в нормальном режиме.
Путевой генератор с функциональным наложением высокочастотного кодирования АЛС-АРС через последовательно подключенный конденсатор подает сигнал КРЛ. На приемном конце сигнал КРЛ через последовательно подключенный конденсатор поступает на путевой приемник, совмещенный с путевым устройством кодирования АЛС-АРС. Электрическая емкость конденсаторов настроена в резонанс с индуктивностью рельсовой линии на несущей частоте сигнала КРЛ. Если текущее напряжение ниже порогового, то рельсовая цепь занята, в противном случае - свободна. При занятии рельсовой цепи под поезд подается сигнал АЛС-АРС, при этом индуктивность рельсовой петли компенсируется емкостью точки подключения, на несущей частоте сигнала АЛС-АРС.
Недостатком данного устройства является невозможность использования рельсовых цепей данного типа на одной линии с рельсовыми цепями, оборудованными устройствами АЛС-АРС с частотами от 75 Гц до 325 Гц, из-за невозможности подавать в рельсы низкочастотные сигналы требуемой мощности через последовательно соединенные конденсаторы, настроенные в резонанс на более высокую частоту. Эксплуатация двух типов рельсовых цепей на одной линии требует обязательного дооснащения поездной аппаратуры устройствами приема высокочастотных сигналов АЛС-АРС. Этот факт служит серьезным препятствием при модернизации систем интервального регулирования поездов.
Задачей заявляемого изобретения является обеспечение возможности наложения на рельсовую цепь схемы кодирования током АЛС-АРС в низкочастотном диапазоне от 75 Гц до 325 Гц.
Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого изобретения, выражается в обеспечении возможности эксплуатации резонансных рельсовых цепей с высокочастотными сигналами АЛС-АРС и рельсовых цепей с низкочастотным кодированием АЛС-АРС на одной линии без дооснащения поездной аппаратуры устройствами приема высокочастотных сигналов АЛС-АРС.
Указанный технический результат достигается тем, что рельсовая цепь, настроенная в резонанс на несущей частоте сигнала КРЛ, содержащая рельсовую линию, к концам которой через последовательно соединенные конденсаторы подключены соответственно путевые генератор и приемник, выполненные с функциональным наложением высокочастотного кодирования АЛС-АРС, дополнительно снабжена двумя симметричными ограничителями напряжения. Первый ограничитель напряжения подключен параллельно к выводам конденсатора на питающем конце, второй подключен параллельно к выводам конденсатора на приемном конце рельсовой цепи. Напряжение стабилизации каждого из ограничителей выбрано не ниже максимальной амплитуды напряжения сигнала контроля рельсовой линии на выводах соответствующего конденсатора в нормальном режиме. Путевые генератор и приемник выполнены с возможностью дополнительного наложения кодирования АЛС-АРС в низкочастотном диапазоне сигналом, представляющим собой меандр. Пороги занятия и освобождения рельсовой цепи установлены не выше напряжения на приемнике рельсовой цепи при шунтировании одного из конденсаторов в нормальном режиме.
Устройство и работа рельсовой цепи поясняются фиг.1 и фиг.2.
На фиг.1 представлен общий вид рельсовой цепи, которая включает путевой генератор с функциональным наложением кодирования АЛС-АРС в низкочастотном и в высокочастотном диапазонах 1, путевой приемник с функциональным наложением кодирования АЛС-АРС в низкочастотном и в высокочастотном диапазонах 2, рельсовая линия 3, конденсатор на питающем конце С1, конденсатор на приемном конце С2, симметричный ограничитель напряжения на питающем конце D1, симметричный ограничитель напряжения на приемном конце D2.
Предлагаемая схема рельсовой цепи имеет следующую особенность.
Резонансная схема известного устройства является относительно низковольтной, электрические сигналы генератора имеют амплитуду не выше 24 В, в рельсах ее величина не превышает 0,9 В, этого достаточно для устойчивого контроля рельсовой линии. Для получения требуемого тока низкочастотной АЛС-АРС генератор должен иметь амплитуду до 200 В, в рельсах ее величина достигает 5 В. Следовательно, если выбрать симметричные ограничители напряжения с напряжением стабилизации примерно 1В, то высокочастотные сигналы КРЛ и АЛС-АРС амплитудой до одного вольта в отсутствие наложения мощного низкочастотного сигнала АЛС-АРС будут распространяться в резонансной рельсовой цепи как в известном устройстве, обеспечивая все режимы рельсовой цепи. При наложении мощного низкочастотного сигнала АЛС-АРС ограничитель напряжения, находящийся на конце рельсовой цепи, генерирующем низкочастотный меандр, открывается и шунтирует конденсатор, формируя обходной путь для низкочастотного тока АЛС-АРС. Причем сигнал АЛС-АРС в форме меандра почти все время удерживает симметричный ограничитель напряжения открытым, а конденсатор зашунтированным. Исключение составляет лишь короткое время переключения меандра. Низкочастотный ток в форме меандра через малое сопротивление ограничителя напряжения поступает в рельсы, проходя через индуктивность рельсовой петли, частично теряет высокочастотные гармоники, а основная гармоника с частотой АЛС-АРС принимается поездом. Особым случаем является прием низкочастотного меандра с частотой 75 Гц, поскольку его ближайшая гармоника имеет частоту 225 Гц, которая входит в состав частот АЛС-АРС и может быть принята поездом. В этом случае регистрация частоты 75 Гц или суммы частот 75 Гц и 225 Гц квалифицируется как прием частоты 75 Гц.
При конденсаторе, зашунтированном ограничителем напряжения, контроль рельсовой линии будет происходить по схеме с одним конденсатором и смещением резонансной частоты в низкочастотную область.
Рельсовая цепь работает следующим образом.
В нормальном режиме электрический сигнал КРЛ от путевого генератора 1 проходит через конденсатор С1 и поступает в рельсовую линию 3. После прохождения рельсовой линии 3 сигнал через конденсатор С2 поступает на путевой приемник 2. Выполнение условия резонанса напряжения на частоте сигнала КРЛ в этом режиме обеспечивает максимум амплитуды сигнала КРЛ на выводах конденсаторов.
Напряжение сигнала КРЛ на выводах конденсаторов при этом ниже напряжения стабилизации ограничителей напряжения D1 и D2, поэтому они не влияют на работу рельсовой цепи в этом режиме. В случае целостности рельсовой линии 3 и отсутствия шунта уровень сигнала КРЛ на приемнике находится выше порога занятости, рельсовая цепь считается свободной.
Зависимость напряжения на приемнике рельсовой цепи от местоположения поездного шунта при движении поезда представлена на фиг.2. Рассмотрено движение поездного шунта по пяти рельсовым цепям РЦ1, РЦ2, РЦ3, РЦ4 и РЦ5, расположенным одна за другой. Анализируется уровень сигнала КРЛ на рельсовой цепи РЦ3. Изменение сигнала на приемнике рельсовой цепи РЦ3 в отсутствие низкочастотного сигнала АЛС-АРС представлено кривой 4. Изменение сигнала на приемнике рельсовой цепи РЦ3 при подаче низкочастотного сигнала АЛС-АРС представлено кривой 5.
При нахождении поезда на рельсовой цепи РЦ1 и занятии рельсовой цепи РЦ2 с точки подключения на границе РЦ2 и РЦ3 генерируется низкочастотный сигнал АЛС-АРС, при этом конденсатор на этой точке подключения шунтируется открытым ограничителем напряжения. Рельсовая цепь РЦ3 не занята и работает в режиме со смещенным резонансом, поэтому уровень ее снижается (кривая 5, прямой участок ab). Порог занятия рельсовой цепи устанавливается таким, чтобы при шунтировании любого из конденсаторов рельсовая цепь оставалась устойчиво незанятой.
З
CB
При подходе поезда к рельсовой цепи РЦ3 уровень сигнала на ее приемнике вследствие шунтирования первой колесной парой поезда уменьшается и становится ниже порога занятия U рельсовой цепи (кривая 5, спадающий участок be). После занятия рельсовой цепи РЦ3 подача низкочастотного сигнала АЛС-АРС переносится на точку подключения между рельсовыми цепями РЦ3 и РЦ4. При этом конденсатор на этой точке шунтируется одним ограничителем напряжения, а конденсатор на точке между РЦ2 и РЦ3 освобождается от шунта другого ограничителя напряжения и поддерживает режим смещенного резонанса. Рельсовая цепь РЦ3 переходит в шунтовой режим, продолжая работать со смещенным резонансом (кривая 5, участок cd). При движении поезда и занятии следующей по ходу движения рельсовой цепи РЦ4 подача низкочастотного сигнала АЛС-АРС переносится на точку подключения между рельсовыми цепями РЦ4 и РЦ5, конденсатор на точке подключения между рельсовыми цепями РЦ3 и РЦ4 освобождается от шунтирования ограничителем напряжения. При этом рассматриваемая РЦ3 возвращается в штатный резонансный шунтовой режим, а последующее освобождение рельсовой цепи РЦ3 при удалении поезда по рельсовой цепи РЦ4 и превышения сигналом порога освобождения U рельсовой цепи РЦ3 происходит как в известном устройстве (участок de), поскольку за поездом сигнал АЛС-АРС не подается.
Рельсовая цепь может быть реализована в рамках системы «Движение» (Кузнецов С.В. и др., «Система «Движение»: стационарная аппаратура, центральный пост и единая система радиосвязи», Современные технологии автоматизации, 2001 г., №2). Особенностью работы рельсовых цепей системы «Движение» являются сравнительно высокие несущие частоты сигнала контроля рельсовой линии - 4262 Гц и сигнала кодирования АЛС-АРС - 3348 Гц. В качестве конденсаторов можно применить конденсаторы широкого класса емкостью 10÷70 мкФ. В качестве симметричного ограничителя напряжения могут быть использованы два стабистора или выпрямительных диода средней мощности, например КД203А, включенные параллельно встречно. Напряжением стабилизации такого ограничителя можно считать начало вольт-амперной характеристики диода в прямом направлении. Начало вольт-амперной характеристики кремниевых диодов смещено относительно нуля примерно на 0,7-0,8 В. При необходимости увеличения напряжения стабилизации необходимо использовать наборы последовательно соединенных диодов. В качестве путевого генератора и путевого приемника с функциональным наложением кодирования АЛС-АРС может быть использовано устройство, аналогичное приемопередатчику системы АБ-УЕ с устройствами защиты и согласования (И.В.Беляков и др., «Микропроцессорная унифицированная система автоблокировки АБ-УЕ», Автоматика, связь и информатика, 2002 г., №6).
Таким образом, введение симметричных ограничителей напряжения обеспечивает возможность наложения на рельсовую цепь схемы кодирования током АЛС-АРС в низкочастотном диапазоне от 75 Гц до 325 Гц дополнительно к высокочастотному сигналу АЛС-АРС. Это позволяет эксплуатировать резонансные рельсовые цепи с высокочастотным сигналом АЛС-АРС и рельсовые цепи с низкочастотным кодированием АЛС-АРС на одной линии без дооснащения поездной аппаратуры устройствами приема высокочастотных сигналов АЛС-АРС, что значительно упрощает модернизацию систем интервального регулирования поездов.