Разветвленная кабельная петлевая рельсовая цепь для ограждения блок-участков разветвленных рельсовых путей в системах централизации и автоблокировки автоматики и телемеханики железнодорожного транспорта

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и может быть использовано для контроля состояния рельсовых цепей в устройствах систем автоматической блокировки и электрической сигнализации. Разветвленная кабельная петлевая рельсовая цепь состоит из системы расположенных поблизости друг от друга кабельных петлевых датчиков контроля занятости рельсовых блок-участков. Кабельные петлевые датчики размещены на поверхности или внутри грунта рельсового пути на определенной глубине. Они укладываются между шпалами рельсового пути и выходят за его пределы на определенную величину. Длина кабельной петли определяется размером базы транспортного средства. Каждая кабельная петля расположена вдоль рельсового пути между изолирующими стыками, не пересекаясь с соседней. Токи в этих петлях, протекая по ним, образуют электромагнитные поля со встречным направлением. Количество кабельных петель соответствует количеству и конфигурации изолированных друг от друга разветвленных рельсовых путей. Концы кабельной петли заводятся в путевой ящик, жилы концов кабеля на клеммной колодке соединяются определенным образом, образуя катушку индуктивности с определенным числом витков. Применение кабельных петлевых рельсовых цепей позволяет снизить энергопотребление. 13 ил.

 

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и может быть использовано для контроля состояния рельсовых цепей в устройствах систем автоматической блокировки и электрической сигнализации.

Рельсовые цепи в существующей системе железнодорожной автоматики представляют собой электрическую цепь, состоящую из двух ходовых рельсов, ограниченных по краям изолирующими стыками и имеющими на одном крае приемник тока, на другом - источник питания. Весь путь делится на отдельные участки, по которым подаются сигналы соответствующие допустимым скоростям движения по контролируемому блок-участку. Принцип подачи сигналов частотно-кодовый, каждой частоте в рельсовой цепи соответствует строго допустимая скорость /1/.

Существует много разработок в области железнодорожной автоматики, направленных на то, чтобы создавать надежные устройства контроля занятости контролируемых блок-участков с помощью датчиков контроля прохода колесных пар и единиц подвижного состава. Они имеют различные принципы действия и имеют определенные достоинства, но между тем, и много недостатков. Это заставляет искать все новые принципы контроля занятости контролируемых блок-участков рельсовых цепей.

Наиболее близкими по технической сущности являются устройство контроля проследования железнодорожного подвижного состава /2/ и датчик проследования рельсового подвижного состава /3/. Устройство содержит расположенный на пути индуктивный шлейф и подключенный к нему электронный блок, включающий генератор импульсов постоянного тока и приемник-анализатор отраженных сигналов. Приемник-анализатор различает в паузах между импульсами сигналы колес, тележек и подвижных единиц. Выход генератора импульсов постоянного тока подключен к индуктивному шлейфу. Индуктивный шлейф подключен к входу приемника-анализатора отраженных сигналов.

Устройство /3/ представляет собой размещенный на железнодорожном пути индуктивный шлейф с подключенным к нему электронным блоком. Индуктивный шлейф выполнен из промышленного кабеля с заданным числом жил. Концы кабеля заведены в путевую коробку, жилы концов кабеля соединены на клеммах путевой коробки таким образом, что образуют заданное число витков катушки индуктивности. Индуктивный шлейф взаимодействует с металлическими массами транспортных средств. При этом используется метод переходных процессов, для чего в качестве источника питания индуктивного шлейфа применен генератор импульсов постоянного тока. В качестве узла обработки сигналов применен приемник-анализатор отраженных сигналов. Выход генератора импульсов постоянного тока подключен к индуктивному шлейфу. Индуктивный шлейф подсоединен ко входу приемника-анализатора отраженных сигналов, который может содержать выходы сигналов прохода колесных пар, тележек и поездов (отцепов, отдельных транспортных средств). Генератор непрерывно генерирует импульсы постоянного тока. Эти импульсы поступают в индуктивный шлейф, в результате чего последний генерирует в окружающее пространство импульсы постоянного магнитного поля. При отсутствии в окрестностях индуктивного шлейфа транспортных средств импульсы магнитного поля уходят в окружающее пространство, а в паузах между импульсами на вход приемника-анализатора сигналы не поступают или поступают постоянные по величине отраженные сигналы от проводящих предметов окружающего фона (в основном, от рельсов). При появлении на блок-участке, контролируемым индуктивным шлейфом, транспортного средства импульсы постоянного магнитного поля будут проникать в металлические предметы (колесные пары, тележки, днища транспортных средств и др.). В результате этого в паузах между импульсами эти предметы будут излучать уменьшающееся во времени магнитное поле, которое вызовет появление импульсов напряжения на индуктивном шлейфе и входе приемника-анализатора отраженных сигналов. Самые большие по амплитуде отраженные сигналы поступают от колесных пар, от тележек сигналы будут меньше, от днищ транспортных средств - еще меньше. Приемник-анализатор отраженных сигналов различает сигналы от колес, тележек и поездов (отцепов или отдельных транспортных средств) и может распределять эти сигналы по отдельным выходам.

Недостатком исполнения устройства контроля за проследованием железнодорожного подвижного состава /3/ и датчика проследования рельсового подвижного состава /4/ является то, что они не в полной мере используют свойства петли многожильного промышленного кабеля. По существу, сама кабельная петля при особом ее размещении и правильно подобранных расчетных параметрах, может полностью выполнять функции рельсовой цепи в различных вариантах ее исполнения.

Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является повышение надежности и выполнение, позволяющее избежать динамических нагрузок на рельс от подвижного состава, избежать влияния паразитных токов рельсовых цепей, быть простым по своему исполнению в эксплуатации, иметь универсальное многофункциональное исполнение кабельных петель, работать в сложных эксплуатационных условиях.

Технический результат достигается тем, что кабельный петлевой датчик контроля прохода подвижного состава (далее КПД) представляет собой кабельную петлю, изготовленную из многожильного промышленного кабеля, уложенную в земляном полотне между рельсами железнодорожного пути. Петля имеет ширину не менее длины шпалы, длину не менее чем максимальная база транспортного средства, чтобы над петлей обязательно находилась хотя бы одна ось. Кабель укладывается по ширине поперек пути под рельсами в шпальном ящике, а по длине вдоль пути за пределами шпал. Концы кабеля заведены в путевой ящик, жилы концов кабеля на клеммах путевой коробки соединены таким образом, чтобы образовать катушку индуктивности с заданным числом витков.

Разветвленная кабельная петлевая рельсовая цепь для ограждения блок-участков разветвленных рельсовых путей в системах централизации и автоблокировки автоматики и телемеханики железнодорожного транспорта состоит из системы расположенных поблизости друг от друга кабельных петлевых датчиков контроля занятости рельсовых блок-участков 2. Кабельные петлевые датчики расположены таким образом, что лежат либо на поверхности грунта, либо размещены внутри грунта рельсового пути. При этом промышленный кабель, из которого выполнен кабельный петлевой датчик, лежит между шпалами рельсового пути и выходит за его пределы не более чем половина ширины колеи рельсового пути. Ширина кабельной петли не меньше длины шпалы. Длина кабельной петли не менее максимальной базы транспортного средства. Заглубление кабельной петли в грунт составляет не более 10 см от поверхности шпал. Каждая кабельная петля расположена вдоль рельсового пути между изолирующими стыками. Кабельные петли не заходят друг на друга. Токи в кабельных петлях протекают таким образом, что электромагнитные поля соседних кабельных петель имеют встречное направление. Количество кабельных петель соответствует количеству изолированных друг от друга рельсовых цепей разветвленных рельсовых путей и в точности соответствуя конфигурации этих рельсовых путей. Концы кабельной петли заводятся в путевой ящик. Жилы концов кабеля на клеммной колодке соединяются таким образом, чтобы образовать катушку индуктивности с числом витков не более трех.

На фиг.1 изображено оборудование контрольного блок-участка кабельным петлевым датчиком. На фиг.2 показан вариант укладки промышленного многожильного кабеля на поверхности пути. На фиг.3 показан вариант укладки кабеля при заглублении. На фиг.4 показан вариант укладки кабеля согласно правилам технической эксплуатации (далее ПТЭ). На фиг.5 представлен пример организации ограждения контролируемых блок-участков с применением кабельного петлевого датчика на бесстрелочном участке пути. На фиг.6 представлен пример организации ограждения контролируемого блок-участка с применением кабельного петлевого датчика на участке пути с одной стрелкой. На фиг.7 представлен пример организации ограждения контролируемого блок-участка с применением кабельного петлевого датчика на двухстрелочном участке пути с остряками стрелок, направленными в одну сторону. На фиг.8 представлен пример организации ограждения контролируемого блок-участка с применением кабельного петлевого датчика на двухстрелочном участке пути с остряками стрелок, направленными в противоположные стороны. На фиг.9 дана схема укладки кабельных петель при путевом развитии для горловин малой станции. На фиг.10 дана схема укладки кабельных петель при перекрестном съезде. На фиг.11 дана схема укладки кабельных петель при путевом развитии для разнесенного съезда (U-образное корыто). На фиг.12 дан пример организации электропитания кабельных петлевых датчиков и передачи данных по общей индивидуальной двухпроводной линии. На фиг.13 дан пример организации электропитания кабельных петлевых датчиков и передачи данных по двум групповым двухпроводным линиям. На представленных фиг.1-13 приняты следующие цифровые обозначения: 1 - напольный электронный блок; 2 - кабельная петля; 3 - длина блок-участка, огороженного петлей; 4- расстояние от контура укладки кабельной петли до края шпалы; 5 - путевой ящик; 6 - шпала; 7 - рельс; 8 - расстояние выхода контура укладки кабельной петли за пределы шпал; 9 - глубина укладки кабеля; 10 - конец шпалы; 11 - асбоцементная труба; 12 - защитная шпала; 13 - границы изолированных стыков; 14 - подключение линий электропитания и передачи данных к посту электрической централизации; 15 - двухпроводная линия передачи данных; 16 - индивидуальная двухпроводная линия электропитания и передачи данных; 17 - двухпроводная линия электропитания.

Кабельные петлевые датчики возможно применять по трем вариантам укладки кабеля. Первый вариант (фиг.2) предусматривает укладку кабеля на поверхности пути. На поверхности пути кабельная петля может укладываться временно, например, при повреждении заглубленной петли. Второй вариант (фиг.3) предусматривает укладку кабеля при небольшом заглублении. Небольшое заглубление кабеля возможно в тех случаях, когда вероятность повреждения кабеля относительно мала. Третий вариант укладки кабельной петли (фиг.4) предусматривает укладку кабеля при заглублении согласно правилам ПТЭ. Концы кабельной петли 2 заводятся в путевой ящик 5, а жилы концов кабеля на клеммной колодке соединяются так, чтобы образовать катушку индуктивности с указанным числом витков. Опыт показал, что число витков должно быть не более 3. Концы катушки индуктивности заводятся в напольный электронный блок 1. Напольный электронный блок содержит генератор импульсов постоянного тока (не показан) и приемник-анализатор отраженных сигналов (не показан), который в паузах между импульсами принимает отраженные сигналы от деталей подвижных единиц: колес, тележек, днищ вагонов и др. Генератор импульсов непрерывно генерирует импульсы постоянного тока. Импульсы постоянного тока поступают в кабельную петлю 2, в результате чего эта петля генерирует в окружающее пространство импульсы постоянного магнитного поля. При отсутствии в окрестностях кабельной петли транспортных средств импульсы постоянного магнитного поля уходят в окружающее пространство, и в паузах между импульсами на вход приемника-анализатора поступают постоянные по величине отраженные сигналы от токопроводящих предметов окружающего фона (в основном от рельсов). При появлении в окрестностях кабельной петли транспортного средства импульсы постоянного магнитного поля будут проникать в металлические предметы (колесные пары, тележки, днища транспортных средств и др.). В результате этого в паузах между импульсами эти предметы будут излучать импульсы уменьшающегося во времени магнитного поля, которые вызовут появление импульсов напряжения на кабельной петле и входе приемника-анализатора. По уровню сигнала на выходе приемника-анализатора принимается решение о занятости контролируемого участка подвижными единицами. Датчик, представляющий собой кабельную петлю 2, показывает занятость участка пути при заходе первой колесной пары первой подвижной единицы на эту петлю и показывает свободность участка при сходе последней колесной пары последней подвижной единицы с кабельной петли. Работа кабельного петлевого датчика от направления движения подвижных единиц (поезда) не зависит. Частота повторения импульсов генератора может находиться в пределах от десятков герц до одного килогерца. Скважность импульсов может находиться в пределах от 2 до нескольких десятков. Ток в импульсе может находиться в пределах от единиц ампер до десятков ампер. При испытаниях кабельной петли на реальном ж.д. пути установлено, что вполне работоспособна петля длиной до 100 м. Технически осуществимы надежно функционирующие кабельные петли длиной до нескольких сотен метров. Примеры организации контролируемых участков пути различной конфигурации с применением кабельных петлевых датчиков представлены на фиг.5, 6 и 7. Во всех представленных случаях можно использовать сплошной кабель без разрезов. Рельсовая цепь для контроля занятости блок-участка состоит из кабельного петлевого датчика, представляющего собой кабельную петлю 1, системы кабелей связи, блоков централизации и блокировки. Кабельный петлевой датчик контролирует проход и (или) счет колесных пар и (или) единиц железнодорожного подвижного состава. Система кабелей связи уложена между рельсами ж.д. пути в земляном полотне. Она позволяет определить положение поезда на перегоне и посылает сигналы на светофор, блоки централизации и блокировки. Рельсовая цепь имеет разветвленную структуру; она состоит из нескольких кабельных петлевых датчиков: контроля прохода, счета колесных пар и единиц подвижного состава. Эти датчики расположены в земляном полотне междурельсового пространства. В рельсовую цепь входят также кабельные петлевые датчики для определения направления движения железнодорожных вагонов.

Технический эффект состоит в том, что рельсовая цепь работоспособна даже при отсутствии питания обычных рельсовых цепей в условиях любых аварийных или чрезвычайных ситуаций. Предлагаемая рельсовая цепь позволяет ограждать стрелочные переводы (и) или переезды от несанкционированного движения одного или группы единиц подвижного состава. Кабельный петлевой датчик контроля прохода, счета колесных пар и единиц железнодорожного подвижного состава, входящий в состав рельсовой цепи, состоит из петли промышленного многожильного кабеля 2. Кабель размещен между рельсами 7 в земляном полотне железнодорожного рельсового пути, приемника и передатчика сигналов, формируемых при взаимодействии металлических корпусов подвижного состава с электромагнитным полем, создаваемым кабелем, дешифратора и анализатора полученных сигналов, источника питания, представляющего собой генератор импульсов постоянного тока.

Представленная информация дает основание сделать вывод о том, что разработан совершенно новый вид разветвленной кабельной рельсовой цепи, позволяющий открыть новое направление развития техники контроля свободности (занятости) участка ж.д. пути. Описанное устройство кабельного петлевого датчика кабельного петлевого датчика прошло успешно все виды испытаний согласно ГОСТ 16504-81: исследовательские; лабораторные; определительные; натурные. Были проведены частично испытания: механические; климатические; электромагнитные в условиях действия реальных электромагнитных помех. На основании этих испытаний сделан вывод о том, что петлевые датчики могут работать без ошибок в реальных условиях эксплуатации.

Основной технический результат заявляемого технического решения заключается в том, что по сравнению с обычными рельсовыми цепями рельсовые цепи, построенные на основе кабельных петель, не нуждаются в изолирующих стыках, дроссель-трансформаторах и рельсовых перемычках. Они способны работать при низком сопротивлении балласта, причем сопротивление балласта на работу кабельной петли влияния не оказывает. Сигнал прохода тележек над кабельной петлей по времени на порядок длиннее сигнала прохода колеса над рельсовым датчиком, что способствует увеличению его помехозащищенности и упрощению передачи информации. Кабельная петля отличается простотой и практически не требует технического обслуживания в течение многих лет. Для кабельных петлевых датчиков тележек и вагонов кабельные петли имеют небольшие размеры и требуют минимума объема земляных работ. КПД по уровню сигнала позволяют определять проход локомотивов (локомотив дает сигнал почти в 2 раза больше вагона). Все это позволит применять эти датчики в тех случаях, когда организуются короткие контролируемые участки ж.д. пути, например, на сортировочных станциях, в аппаратуре контроля букс (ПОНАБ, ДИСК, КТСМ), горловинах малых станций. Особо короткие, в несколько метров, кабельные петлевые датчики могут успешно применяться как датчики контроля прохода тележек и вагонов в системах организации контролируемых участков ж.д. пути по счету тележек и (или) вагонов и могут составить сильную конкуренцию рельсовым датчикам контроля прохода колес. Напряжение питания кабельных петлевых рельсовых цепей невелико, несколько десятков вольт. Поэтому применение кабельных петлевых рельсовых цепей позволяет значительно снизить энергопотребление. После включения питания рельсовые цепи сразу готовы к работе и не нуждается в каких-либо проверках его состояния. Кабельные петли просты и дешевы, по стоимости гораздо дешевле традиционных рельсовых цепей.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Ильенков В.И., Бауман В.Э., Янкин П.М. «Эксплуатационные основы устройств железнодорожной автоматики и телемеханики, 2 изд., - М., 1970 г.

2. Патент России на изобретение №2248898, кл. МКИ B61L 1/00, 1/16.

3. Патент России на полезную модель №33077, кл. МКИ B61L 1/16.

Разветвленная кабельная петлевая рельсовая цепь для ограждения блок-участков разветвленных рельсовых путей в системах централизации и автоблокировки автоматики и телемеханики железнодорожного транспорта, состоящая из системы расположенных поблизости друг от друга кабельных петлевых датчиков контроля занятости рельсовых блок-участков, отличающаяся тем, что кабельные петлевые датчики расположены таким образом, что лежат на поверхности или внутри грунта рельсового пути таким образом, что промышленный кабель, из которого выполнен кабельный петлевой датчик, лежит между шпалами рельсового пути и выходит за его пределы не более чем на половину ширины колеи рельсового пути; ширина кабельной петли не меньше длины шпалы; длина кабельной петли не менее максимальной базы транспортного средства; заглубление кабельной петли в грунт не превышает 10 см от поверхности шпал; каждая кабельная петля проложена вдоль рельсового пути между изолирующими стыками; кабельные петли не заходят друг на друга; токи в кабельных петлях протекают таким образом, что электромагнитные поля соседних кабельных петель имеют встречное направление; количество и конфигурация кабельных петлевых рельсовых цепей соответствуют количеству и конфигурации ограждаемых блок-участков разветвленных рельсовых путей; концы кабельной петли заводятся в путевой ящик; жилы концов кабеля на клеммной колодке соединяются таким образом, чтобы образовать катушку индуктивности с числом витков не более трех.