Путевой датчик
Владельцы патента RU 2372232:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный университет путей сообщения" (УрГУПС) (RU)
Изобретение относится к путевым устройствам, взаимодействующим с поездом и приводимым в действие с помощью магнитных или электрических средств. Устройство содержит магнитопровод с катушкой индуктивности, соединенной с измерительной схемой. Магнитопровод выполнен прямоугольным и размещен параллельно оси головки рельса. Длина прямоугольного магнитопровода П-образной формы определяется в зависимости от диаметра колеса подвижного состава, частоты генератора переменного напряжения и скорости движения подвижного состава. Ширина прямоугольного магнитопровода должна быть больше ширины реборды колеса подвижного состава. Катушка индуктивности прямоугольного магнитопровода связана магнитным полем с ребордой колеса и через токовый резистор подключена к генератору переменного напряжения измерительной схемы, при этом параллельно токовому резистору подключен преобразователь аналогового сигнала в логический, с которого сигнал поступает в систему счета осей. Технический результат заключается в обеспечении надежного функционирования путевого датчика. 2 ил.
Изобретение относится к организации и управлению движением поездов, а именно к путевым устройствам, взаимодействующим с поездом и приводимым в действие с помощью магнитных или электрических средств.
Известны путевые датчики, у которых сигнал фиксации проследования подвижного состава вырабатывается за счет просадки рельса относительно бетонного основания при движении колесной пары вагона над датчиком (Бухгольц В.П., Красовский Г.А., Штанке А.Э. Путевые датчики подвижного состава на рельсовом транспорте. - М.: Транспорт, 1976. - С.31, рис.6). Недостатком этого устройства является зависимость его функционирования от массы вагона, следующего над датчиком, низкая эксплуатационная надежность и высокая стоимость, обусловленная необходимостью введения бетонного основания.
Лучшими характеристиками обладают путевые датчики, основанные на прогибе рельса от воздействия массы движущегося вагона, у которых отсутствует бетонное основание (Бухгольц В.П., Красовский Г.А., Штанке А.Э. Путевые датчики подвижного состава на рельсовом транспорте. - М.: Транспорт, 1976. - С.39, рис.13). Недостатком этого устройства является значительная зависимость его функционирования от массы вагона, следующего над датчиком.
Известен также путевой датчик, принцип действия которого основан на изменении электромагнитных параметров измерительной цепи при наличии или отсутствии над датчиком реборды колесной пары вагона (Щиголев С.А., Сергеев Б.С. Анализ работы электромагнитного путевого датчика ДПЭП // Электротехника. - 2000. - №7. - С.41, рис.1). Недостатком этого устройства является недостаточная надежность работы из-за того, что электромагнитная связь катушки индуктивности путевого датчика с ферромагнитными параметрами реборды движущегося колеса недостаточна, а это снижает уровень чувствительности путевого датчика и обусловливает возможность появления сбоев в работе при счете осей подвижного состава.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является путевой датчик, обладающий большей чувствительностью за счет того, что в него введены два ферромагнитных сердечника, увеличивающие электромагнитную связь между ребордой колеса и катушками индуктивности (Бухгольц В.П., Красовский Г.А., Штанке А.Э. Путевые датчики подвижного состава на рельсовом транспорте. - М.: Транспорт, 1976. - С.45, рис.20). Недостатком этого путевого датчика является его сложность, что увеличивает стоимость датчика и эксплуатационные расходы на настройку дифференциальной системы магнитопроводов.
Целью изобретения является снижение стоимости путевого датчика и уменьшение эксплуатационных расходов на его настройку и обслуживание.
Сущность изобретения заключается в том, что магнитопровод выполнен прямоугольным и размещен параллельно оси головки рельса, длина прямоугольного магнитопровода П-образной формы определяется следующей функциональной зависимостью:
где Dк - диаметр колеса подвижного состава;
F - частота генератора переменного напряжения;
V - скорость движения подвижного состава,
ширина прямоугольного магнитопровода должна быть больше ширины реборды колеса подвижного состава, катушка индуктивности прямоугольного магнитопровода связана магнитным полем с ребордой колеса и через токовый резистор подключена к генератору переменного напряжения измерительной схемы, при этом параллельно токовому резистору подключен преобразователь аналогового сигнала в логический, с которого сигнал поступает в систему счета осей.
На фиг.1 и 2 изображены схема подключения и конструкция путевого датчика.
На фиг.1 изображен рельс 1, по которому движется колесо подвижного состава 2 с ребордой 3. Параллельно оси головки рельса 1 расположен прямоугольный магнитопровод 4 с намотанной на нем катушкой индуктивности 5. Катушка индуктивности 5 подключена к входам измерительной схемы 6, которая состоит из генератора переменного напряжения 7, соединенного через токовый резистор 8 с выводами катушки индуктивности 5, а параллельно токовому резистору 8 подключен преобразователь аналогового сигнала в логический 9. Катушка индуктивности 5 связана магнитным полем 10 с ребордой 3 колеса 2 подвижного состава. Выход преобразователя 9 подключен к системе счета осей подвижного состава 11.
На фиг.2 приведен разрез по А-А фиг.1 с идентичной нумерацией элементов.
Путевой датчик работает следующим образом.
Существует два состояния схемы путевого датчика. Первое из них соответствует отсутствию колеса 2 над магнитопроводом 4. Во втором состоянии над магнитопроводом 4 присутствует колесо 2 и его реборда 3 влияет на величину суммарного магнитного сопротивления магнитной цепи, образованного магнитопроводом 4, ребордой 3 и воздушными зазорами между магнитопроводом 4 и ребордой 3. Индуктивность катушки 5 зависит от значения этого магнитного сопротивления и от напряженности магнитного поля, показанного силовыми линиями 10. Очевидно, что наличие реборды 3 или ее отсутствие будет определять величину индуктивности катушки 5, что и является признаком проследования колеса над зоной действия путевого датчика. Использование в путевом датчике П-образной формы магнитопровода 4 снижает величину магнитного сопротивления магнитной цепи, образованной магнитопроводом и ребордой 3 колеса 2.
Ток в последовательной цепи, состоящей из катушки индуктивности 5 и токового резистора 8 измерительной схемы 6, определяется величиной индуктивности катушки 5 и выходным напряжением генератора переменного напряжения 7 схемы 6. Падение переменного напряжения на токовом резисторе 8 поступает на вход преобразователя 9 аналогового сигнала в логический. Изменения тока, протекающего через резистор 8, фиксируются преобразователем 9 и преобразуются в логический сигнал на выходе измерительной схемы 6 таким образом, чтобы нулю или единице соответствовало наличие или отсутствие колеса над зоной действия путевого датчика. Полученный логический сигнал передается в систему счета осей подвижного состава 11.
Выбор длины lдл магнитопровода 4 определяется следующими факторами. С одной стороны для обеспечения максимальной магнитной связи между катушкой индуктивности 5 и ребордой 3 колеса 2 необходимо, чтобы все расстояния по длине lдл между любой точкой магнитопровода 4 и ребордой 3 были минимальными. Теоретически это может быть выполнимо при условии, когда Dк=lдл, где Dк - диаметр колеса 2. Если диаметр Dк недостаточно велик, то максимальная магнитная связь будет иметь место при уменьшении lдл. Однако уменьшение lдл, при равных значениях частоты F переменного напряжения генератора 7, приводит к уменьшению длительности выходного импульса измерительной схемы 6, что может привести к сбоям в работе датчика при больших скоростях V следования подвижного состава. При этом значение длины магнитопровода может быть определено следующей функциональной зависимостью:
.
Оно показывает, что при уменьшении диаметра Dк колеса 2 желательно уменьшение длины магнитопровода lдл, а увеличение скорости V вызывает необходимость увеличения длины lдл магнитопровода 4, которая при этом может быть уменьшена путем увеличении частоты F.
Величина ширины lш магнитопровода должна удовлетворять условию: lш>lрб, где lрб - ширина реборды колеса. Это определяется разбросом ширины реборды 3 колеса 2 и колебаниями ее расположения относительно рельса 1 в процессе прохождения подвижного состава над магнитопроводом 4.
Следовательно, путем применения одного прямоугольного магнитопровода П-образной формы и выбора его соответствующих конструктивных параметров обеспечивается надежное функционирование путевого датчика.
Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает снижение стоимости путевого датчика и уменьшение эксплуатационных расходов.
Путевой датчик, включающий магнитопровод с катушкой индуктивности, соединенной с измерительной схемой, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен прямоугольным и размещен параллельно оси головки рельса, длина прямоугольного магнитопровода П-образной формы определяется следующей функциональной зависимостью:
,
где Dк - диаметр колеса подвижного состава;
F - частота генератора переменного напряжения;
V - скорость движения подвижного состава,
ширина прямоугольного магнитопровода должна быть больше ширины реборды колеса подвижного состава, катушка индуктивности прямоугольного магнитопровода связана магнитным полем с ребордой колеса и через токовый резистор подключена к генератору переменного напряжения измерительной схемы, при этом параллельно токовому резистору подключен преобразователь аналогового сигнала в логический, с которого сигнал поступает в систему счета осей.
