устройство контроля проследования отцепа

Формула изобретения

1. Устройство контроля проследования отцепа, содержащее уложенные в призме пути вдоль концов шпал и в шпальных ящиках две индуктивные петли из отрезков многожильного кабеля, подключенный к индуктивным петлям напольный двухканальный электронный блок, каждый из каналов которого содержит генератор импульсов постоянного тока и приемник-анализатор отраженных сигналов, различающий в паузах между импульсами сигналы от различных частей транспортных средств, причем генератор импульсов постоянного тока подсоединен к индуктивной петле, подключенной к приемнику-анализатору отраженных сигналов, содержащее также схему занятости стрелочного участка отцепом, анализатор направления движения отцепа и счетчик вагонов в отцепе, отличающееся тем, что одна индуктивная петля укладывается до стрелки, другая после стрелки, длина каждой из индуктивных петель больше максимального расстояния между колесами соседних вагонов, но меньше минимальной базы вагона, расстояние между индуктивными петлями меньше минимальной базы вагона, общая длина индуктивных петель соответствует установленной длине стрелочного участка, а выходы приемников-анализаторов отраженных сигналов подключены к входам схемы занятости стрелочного участка, анализатора направления движения отцепа и счетчика вагонов в отцепе.

2. Устройство контроля проследования отцепа, содержащее уложенные в призме пути вдоль концов шпал и в шпальных ящиках две индуктивные петли из отрезков многожильного кабеля, подключенный к индуктивным петлям напольный двухканальный электронный блок, каждый из каналов которого содержит генератор импульсов постоянного тока и приемник - анализатор отраженных сигналов, различающий в паузах между импульсами сигналы от различных частей транспортных средств, причем генератор импульсов постоянного тока подсоединен к индуктивной петле, подключенной к приемнику-анализатору отраженных сигналов, содержащее также схему занятости стрелочного участка отцепом, анализатор направления движения отцепа и счетчик вагонов в отцепе, отличающееся тем, что одна индуктивная петля укладывается до стрелки, другая после стрелки, длина каждой из индуктивных петель больше максимального расстояния между колесами соседних вагонов, но меньше минимальной базы вагона, расстояние между индуктивными петлями меньше минимальной базы вагона, общая длина индуктивных петель соответствует установленной длине стрелочного участка, при этом в устройство введены постовой электронный блок, соединенный двухпроводной кабельной линией с напольным двухканальным электронным блоком, устройство электропитания напольного блока постоянным током со стороны постового блока, устройство передачи информации от напольного блока к постовому путем манипуляции величиной питающего тока с определенной частотой и скважностью, содержащее в напольном блоке два приемника-анализатора отраженных сигналов, шифратор, генератор, электронное реле, а в постовом блоке - оптопару, дешифратор, схему занятости стрелочного участка, анализатор направления движения отцепа, счетчик вагонов в отцепе, причем в напольном двухканальном электронном блоке выходы приемников-анализаторов отраженных сигналов подключены к входу шифратора, выход шифратора подключен к входу генератора, выход генератора подключен к входу электронного реле, выходом включенного в кабельную линию, а в постовом блоке включенная входом в кабельную линию оптопара выходом подключена к дешифратору, выходы дешифратора подключены к входам схемы занятости стрелочного участка отцепом, анализатора направления проследования отцепа и счетчика вагонов в отцепе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и может быть использовано для регистрации проследования отцепа по стрелочному участку пути на сортировочной горке.

Для предотвращения перевода стрелки под подвижным составом стрелочные путевые участки оборудуются рельсовыми цепями (РЦ), рельсовыми датчиками прохода колес (РДК), фотоэлектрическими устройствами (ФЭУ) и радиотехническими датчиками (РТД) [1]. Причем на одной стрелке могут устанавливаться все перечисленные устройства, что обусловлено тем, что все они имеют недостатки, которые при определенных условиях могут вызвать перевод стрелки под подвижным составом.

Недостатком РЦ является возможность потери шунта при загрязненных рельсах и ложная свободность стрелочного участка под длиннобазными вагонами, что приводит к возможности перевода стрелки под подвижным составом.

ФЭУ могут давать ложную свободность от различных бликов при проходе светло- и свежеокрашенных вагонов, а также ложную занятость при снегопадах, тумане и т.п. При установке ФЭУ и РТД требуется выдержать габарит приближения строений, что не всегда можно выполнить. Датчики прохода колес РДК не всегда имеют требуемую надежность работы при всех реальных условиях эксплуатации, а также подвержены разрушению рабочими органами путевых машин (снегоочистителей и др.).

Известен индуктивно-проводной датчик [1], не содержащий вышеуказанных недостатков. Индуктивный шлейф, являющийся чувствительным элементом датчика, устанавливается вблизи стрелочного электропривода внутри колеи на шпалы и крепится к ним с помощью уголков и шурупов. Индуктивный шлейф подключен к электронному блоку, установленному в трансформаторном ящике вне колеи. Электронный блок соединен четырехжильным кабелем с релейным помещением (постом ЭЦ), в котором размещается путевое реле и первичный источник электропитания.

Датчик работает на принципе воздействия металлических масс вагонов на индуктивный шлейф.

Известен датчик проследования рельсового подвижного состава, содержащий уложенную в призме пути вдоль концов шпал и в шпальных ящиках индуктивную петлю, выполненную из отрезка многожильного кабеля, подключенную к электронному блоку, установленному в трансформаторном ящике вне колеи [2].

По сравнению с индуктивным шлейфом [1] индуктивная петля имеет следующие преимущества:

- простота конструкции (применяется отрезок типового кабеля);

- скрытность;

- существенное повышение чувствительности к днищу вагона за счет увеличения размеров (размер стороны индуктивной петли не менее длины шпалы, т.е. не менее 2,5 м).

Известен многофункциональный датчик счета осей, в котором электропитание напольного блока и передача информации о проходе колес осуществляются только по одной кабельной паре [3]. Электропитание напольного блока осуществляется импульсами постоянного тока с постоянной скважностью, равной 2, и частотой, зависящей от положения колеса относительно чувствительного элемента датчика, причем частота тока задается со стороны напольной аппаратуры датчика.

Преимущество этого датчика по сравнению с индуктивно-проводным датчиком [1] заключается в следующем:

- сокращение числа жил соединительного кабеля в два раза (с 4 до 2);

- передача большого спектра частот сигнала от напольного оборудования к постовому, что создает предпосылки к передаче большого объема информации.

Однако основным недостатком индуктивно-проводного датчика [1], как и вообще всех автогенераторных датчиков, является то, что величина полезного сигнала составляет небольшую долю (иногда доли процента) от величины амплитуды автоколебаний, что делает полезный сигнал весьма уязвимым от изменения внешних условий эксплуатации индуктивного шлейфа и электронного блока, в том числе от изменения температуры окружающего воздуха, изменения напряжения питания и т.д.

Для устранения этого недостатка автогенераторных систем в индуктивно-проводном датчике [1] применяется устройство автоподстройки и контроля, которое поддерживает стабильную амплитуду колебаний автогенератора на заданном уровне. Схема автоподстройки блокируется при занятости контролируемого участка вагоном, чтобы избежать ложной автоподстройки при занятости участка.

Но автоподстройка может привести к очень неприятным последствиям. Так, при неполном заходе вагона на контролируемый участок не выдается сигнал занятости участка и не происходит блокирования схемы автоподстройки, эта схема подгонит сигнал автогенератора под требуемый начальный уровень. При дальнейшем движении вагона отсчет сигнала будет вестись от нового начального уровня, что может привести к ложной свободности участка при проходе днища вагона.

Известно устройство контроля проследования железнодорожного подвижного состава, основанное на использовании метода переходных процессов [4]. Это устройство не содержит звена автоподстройки и свободно от вышеуказанного недостатка. Оно, как и индуктивно-приводной датчик [1], содержит размещенный на пути индуктивный шлейф и подключенный к нему электронный блок. Но электронный блок не содержит генератора автоколебаний, а включает генератор импульсов постоянного тока и приемник-анализатор отраженных сигналов, различающий в паузах между импульсами сигналы различных частей подвижных единиц. Выход генератора импульсов постоянного тока подключен к индуктивному шлейфу, который подключен к входу приемника-анализатора отраженных сигналов.

Генератор импульсов непрерывно генерирует импульсы постоянного тока, которые поступают к индуктивному шлейфу. В результате протекания по шлейфу импульсов постоянного тока он излучает в окружающее пространство импульсы постоянного магнитного поля. Когда в окрестностях шлейфа нет транспортных средств, на шлейф и вход приемника отраженных сигналов поступают постоянной величины отраженные сигналы от окружающих металлических предметов (в основном от рельсов), причем амплитуда этих сигналов отсчитывается от нуля. При изменении внешних факторов амплитуда сигналов изменяется пропорционально. Например, при изменении напряжения питания на 10% амплитуда сигнала тоже изменится на 10%, что практически не повлияет на работу устройства.

При появлении в окрестностях шлейфа транспортного средства импульсы постоянного магнитного поля будут проникать в металлические предметы (колесные пары, тележки, днища вагонов), в результате чего в паузах между импульсами эти части вагонов будут излучать в окружающее пространство электромагнитные импульсы, которые вызовут появление импульсов напряжения на индуктивном шлейфе и входе приемника-анализатора отраженных сигналов.

Амплитуда сигналов от различных частей вагонов отсчитывается от нуля и может изменяться только пропорционально изменению внешних факторов, что существенно снижает отрицательное действие внешних факторов и делает ненужным устройство подстройки.

Устройство [4] содержит наибольшее число общих признаков и является прототипом изобретения.

Прототип имеет ряд недостатков. Так, в нем отсутствуют указания на размеры индуктивного шлейфа, что делает невозможным использование его для контроля проследования отцепа с одновременным определением числа вагонов в отцепе. В прототипе не предусмотрена также возможность определения направления движения отцепа и возможность передачи информации на дальние расстояния.

Заявляемое устройство контроля проследования отцепа содержит уложенные в призме пути вдоль концов шпал и в шпальных ящиках две индуктивные петли из отрезков многожильного кабеля, подключенный к индуктивным петлям напольный двухканальный электронный блок. Каждый из каналов этого блока содержит генератор импульсов постоянного тока и приемник-анализатор отраженных сигналов, различающий в паузах между импульсами сигналы от различных частей транспортных средств. Генератор импульсов постоянного тока подсоединен к индуктивной петле, подключенной к приемнику-анализатору отраженных сигналов. Устройство содержит также схему занятости стрелочного участка отцепом, анализатор направления движения отцепа и счетчик вагонов в отцепе. Причем одна индуктивная петля укладывается до стрелки, другая - после стрелки. Длина каждой из индуктивных петель больше максимального расстояния между колесами соседних вагонов, но меньше минимальной базы вагона. Расстояние между индуктивными петлями меньше минимальной базы вагона, общая длина индуктивных петель соответствует установленной длине стрелочного участка. Выходы приемников-анализаторов отраженных сигналов подключены параллельно к входам схемы занятости стрелочного участка, анализатора направления движения отцепа и счетчика вагонов в отцепе.

В частном случае выполнения, при передаче информации на дальние расстояния, устройство содержит подключенный к индуктивным петлям напольный электронный блок, соединенный двухпроводной кабельной линией с постовым электронным блоком, устройство электропитания напольного блока постоянным током со стороны постового блока. Кроме того, устройство содержит аппаратуру передачи информации от напольного блока к постовому путем манипуляции величиной питающего тока с определенной частотой и скважностью. В напольном блоке имеется два приемника-анализатора отраженных сигналов, шифратор, генератор, электронное реле, а постовом блоке - оптопара, дешифратор, схема занятости стрелочного участка, анализатор направления движения отцепа, счетчик вагонов в отцепе. В напольном электронном блоке выходы приемников-анализаторов отраженных сигналов подключены к входу шифратора, выход шифратора подключен к входу генератора. Выход генератора подключен к входу электронного реле, выходом включенным в кабельную линию. В постовом блоке оптопара включена входом в кабельную линию, а выходом - к дешифратору. Выходы дешифратора подсоединены к входам схемы занятости стрелочного участка отцепом, анализатора направления проследования отцепа и счетчика вагонов в отцепе.

Технический результат изобретения выражается в предотвращении перевода стрелки под подвижным составом, особенно при проходе длиннобазных вагонов, и в повышении производительности горки из-за наличия информации о направлении движения отцепа и количества в нем вагонов.

Сопоставительный анализ заявленного технического решения с наиболее близким аналогом выявил отличия, указанные в отличительной части формулы, что свидетельствует о соответствии этого решения условию патентоспособности «новизна».

Проведенный патентный поиск в данной области техники не выявил аналогичных технических решений, обеспечивающих достигаемый технический результат и известных из уровня техники, что свидетельствует о соответствии данного технического решения условию патентоспособности «изобретательский уровень».

На фиг.1 представлена схема размещения на стрелочном участке пути индуктивных петель 1 и 2 и схема размещенного в путевом ящике двухканального электронного блока 14 с каналами 3 и 4, подключенными выходами в входам схемы занятости стрелочного участка 5, счетчика числа вагонов в отцепе 7 и анализатора направления движения отцепа 9.

На фиг.2 представлена схема одного канала 3 (4), содержащая генератор импульсов постоянного тока 11, приемник-анализатор отраженных сигналов 12, подключенные к индуктивной петле 1 (2), и пороговый элемент 13 (и 13' для канала 4).

На фиг.3 изображены временные диаграммы сигналов на выходах приемников 12 каналов 3 и 4 (U1 и U2), на выходах пороговых элементов 13 каналов 3 и 4 (а1 и а2), на выходах схемы занятости стрелочного участка отцепом 5 (Y1), на выходе порогового элемента 13', т.е. на входе счетчика вагонов в отцепе 7 (а3), анализатора направления движения отцепа 9 (Y2) при проходе по стрелочному участку отцепа из трех вагонов.

На фиг.4 представлена структурная схема частного случая выполнения устройства при передаче информации на дальние расстояния. Индуктивные петли 1 и 2 подключены к напольному электронному блоку 14, который при помощи двухжильного кабеля 15 подключен к постовому электронному блоку 16, имеющему выход к путевому реле 17 с переключающим контактом 18 и выход 19 направления движения отцепа и количества в нем вагонов.

На фиг.5 представлена схема напольного электронного блока 14. Два канала 3 и 4 напольного блока подключены к шифратору 20, который задает частоту генератору 21, определяемую комбинацией сигналов a1, a2 и а3 (фиг.3). Генератор 21 с помощью электронного ключа 22 задает частоту и скважность прерываний постоянного тока, поступающего через линию 15 с постового блока 16 к источнику питания 23 напольного блока 14.

На фиг.6 представлена схема постового электронного блока 16. Выпрямительный мост 24 подключен к линии электропитания переменным током с напряжением сети 220 В, конденсатор 25 аккумулирует выпрямленный ток, преобразователь 26 вырабатывает необходимое для блока 16 напряжение питания, оптопара 27, включенная в линию 15, служит приемником импульсных сигналов, дешифратор 28 преобразует принятую в виде разных частот информацию в сигналы, характеризующие проход отцепа по стрелочному участку, к дешифратору 28 подключено путевое реле 17, имеющее переключающий контакт 18, а также счетчик числа вагонов в отцепе 7 и анализатор направления движения отцепа 9.

На фиг.7 представлен алгоритм преобразования в дешифраторе 28 сигналов дискретных частот F0...F5 в сигналы, характеризующие проход отцепа из трех вагонов по стрелочному участку (см. фиг. 3). Сигнал Y1 соответствует занятости стрелочного участка отцепом (путевое реле 17 выключено), сигнал a1 соответствует проходу отцепа над индуктивной петлей 1, сигнал a2 соответствует проходу отцепа над индуктивной петлей 2, сигнал а3 соответствует числу вагонов в отцепе, а сигнал Y2 соответствует проходу отцепа в заданном направлении.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии одинаково работают индуктивная петля 1 с каналом 3 напольного блока и индуктивная петля 2 с каналом 4 напольного блока. В каждом канале генератор импульсов постоянного тока 11 посылает в соответствующую индуктивную петлю 1(2) с определенной частотой и скважностью импульсы постоянного тока. При протекании импульса тока по индуктивной петле 1(2) вокруг нее образуется импульс постоянного магнитного поля, который распространяется в окружающее пространство и проникает в окружающие металлические предметы. При окончании импульса тока, в паузе, начнет исчезать магнитное поле в окружающих металлических предметах, что приведет к возникновению электромагнитного импульса, который распространится в окружающее пространство, выделится на индуктивной петле 1(2) и попадет на вход приемника-анализатора 12. В приемнике-анализаторе 12 электрические импульсы детектируются и поступают на вход пороговых элементов 13. С выходов пороговых элементов, являющихся выходами приемника-анализатора 12, а значит выходами каналов 3 и 4, сигналы поступают параллельно на входы схемы занятости стрелочного участка 5 и анализатора направления проследования отцепа 9. Со второго выхода канала 4 сигналы поступают на счетчик вагонов в отцепе 7.

Работу приемника-анализатора отраженных сигналов 12 характеризуют диаграммы фиг.3 на примере проследования отцепа из трех вагонов. До захода отцепа на стрелочный участок на выходе детектора приемника устанавливается напряжение, соответствующее отклику окружающих металлических предметов, в основном рельсов. На графике U1=f(t) это напряжение условно принято за 0. Этот график соответствует сигналам с индуктивной петли 1. График U2=f(t) соответствует сигналам с индуктивной петли 2.

При проходе вагонов отцепа последовательно над 1 и 2 индуктивными петлями появляются сдвинутые во времени одинаковые графики U1=f(t) и U2=f(t). Пороговые напряжения Uo1 и Uo2 пороговых элементов 13 устанавливаются меньше минимального напряжения от днищ вагонов, поэтому на выходах пороговых элементов 13 и значит на выходах каналов 3 и 4 возникают сигналы а1 и а2 прохода отцепа соответственно над индуктивными петлями 1 и 2. Сигналы а1 и а2 поступают одновременно на вход схемы занятости стрелочного участка отцепом 5 и анализатора направления движения отцепа 9. Схема 5 реализует функцию логического сложения Y1=a1 v а2. Сигнал на выходе 6 схемы 5 представлен графиком функции Y1=f(t). Этот сигнал соответствует факту занятости стрелочного участка отцепом.

Сигналы a1=f(t) и a2=f(t) одновременно поступают на входы анализатора направления проследования отцепа 9, который определяет направление проследования по фактам очередности захода отцепа на индуктивные петли 1 или 2 и схода с этих петель. На выходе 10 анализатора 9 сигнал направления проследования Y2=f(t) появляется при окончании сигнала Y1=f(t) занятости стрелочной секции. Направление проследования, с горки или на горку, может характеризоваться, например, разной длительностью сигнала Y2=f(t).

В канале 4 выход детектора подключается к входу порогового элемента 13' с пороговым напряжением Uo3 (график U2=f(t)). На выходе этого порогового элемента, являющемся выходом также и канала 4, при проходе отцепа из трех вагонов появляются четыре сигнала (график a3=f(t)), больше на единицу числа вагонов. Такая ситуация будет возникать при любом числе вагонов в отцепе благодаря тому, что длина каждой из индуктивных петель L1 и L2 больше максимального расстояния между колесами соседних вагонов, но меньше минимальной базы вагона, а расстояние между петлями L3 меньше минимальной базы вагона.

Счетчик вагонов 7 при проходе каждого отцепа вычитает единицу, благодаря чему на выходе 8 счетчика 7 число сигналов будет соответствовать числу вагонов в отцепе.

Таким образом, рассмотрен пример осуществления изобретения, подтверждающий возможность получения заявленного технического результата.

В частном случае выполнения, при передаче информации на дальние расстояния, напольный электронный блок 14 соединяется двухпроводной кабельной линией 15 с постовым электронным блоком 16. При отсутствии отцепа на стрелочном участке включено путевое реле 17 и замкнут фронтовой контакт 18, что сигнализирует о свободности стрелки. При проследовании отцепа по стрелочному участку путевое реле 17 выключается, замыкается тыловой контакт 18, что сигнализирует о занятости стрелочного участка. С выхода 19 постового блока 16 поступает информация о направлении движения отцепа и о количестве вагонов в отцепе.

Схема напольного блока 14 представлена на фиг.5. С выходов каналов 3 и 4 на входы шифратора 20 поступают сигналы а1, а2 и а3 (фиг.3). Совокупность этих сигналов полностью описывает процессы проследования отцепа по стрелочному участку. Так, состояние сигналов

соответствует отсутствию отцепа на стрелочном участке. Состояние комбинации сигналов

B1=a1× ×

В2=a1×а2×а3

В3=a1×a2×

в4= ×а2×а3

В5= ×а2×

описывают процессы движения отцепа.

Все перечисленные возможные состояния сигналов передаются к генератору 21, который преобразует дискретные состояния сигналов в дискретные частоты колебаний выходного напряжения по закону соответствия:

В0 F0, В1 F1, В2 F2, В3 F3, В4 F4, В5 F5.

Выходные сигналы генератора 21 поступают на вход электронного ключа 22. Сигналы представляют собой импульсы прямоугольной формы со скважностью, равной 2. Электронный ключ 22 прерывает входной ток источника питания напольного блока 23 на время паузы между импульсами. Так как скважность импульсов равна 2, т.е. длительность импульса равна длительности паузы, средний входной ток источника питания 23 будет иметь постоянную величину при любой частоте прерываний тока. Постоянную величину будет иметь и импульс питающего тока, являющийся информационным элементом. Таким образом, в линии 15 будет постоянно присутствовать пульсирующий ток заданной амплитуды. Источник этого тока находится в постовом электронном блоке 16, схема которого представлена на фиг.6. Источник тока выполнен на диодном мосте 24 и сглаживающем конденсаторе 25. Преобразователь напряжения 26 питает электронные схемы блока 16.

Выпрямленный ток через линию 15 поступает для питания напольного блока 14, а прерываясь по заданным правилам электронным ключом 22, становится носителем информации. Высокое напряжение на входе источника питания 23 позволяет при заданной мощности источника 23 иметь в линии 15 незначительный по величине ток, что соответствует увеличению дальности передачи информации без существенных потерь в кабельной линии 15.

Импульсный ток в линии 15 воспринимается оптопарой 27 и преобразуется в последовательность импульсных сигналов с частотой, задаваемой генератором 21. Дешифратор 28 преобразует последовательность импульсных сигналов в логические сигналы A1, A2, A3 (фиг.7), соответствующие логическим сигналам а1, а2, а3 ( фиг.3).

Процесс преобразования поясняет фиг.7. Частота F0 соответствует исходному состоянию при отсутствии на стрелочном участке отцепа, т.е.

Частота F1 соответствует заходу отцепа на индуктивную петлю 1, т.е.

F1=A1× × и т.д.

Таким образом, дешифратор 28 полностью восстановит процесс движения отцепа по стрелочному участку.

В дешифраторе 28 реализуется функция занятости стрелочного участка отцепом (фиг.7)

Y1=a1vа2

Исполнительным органом реализации этой функции является путевое реле 17, которое включено при свободном от отцепа стрелочном участке и выключено при занятом, причем замыкание тылового контакта 18 свидетельствует о занятости стрелочного участка. Подключенный к дешифратору 28 счетчик вагонов в отцепе 7 реализует функцию N=М-1, где М - число импульсов A3 (фиг.7), а подключенный к дешифратору 28 анализатор направления движения отцепа 9 выдает сигнал направления при освобождении отцепом стрелочного участка (Y2 на фиг.7).

Таким образом, рассмотрен пример частного случая осуществления изобретения, при передаче информации на дальние расстояния, подтверждающий возможность получения заявленного технического результата.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Карюкин С.Е. «Индуктивно-проводной датчик». Автоматика, связь, информатика, 1998, №8, с.10-12.

2. Патент на полезную модель №33077 (заявка №2003107301/20 (008566) от 16.07.2003 г.).

3. Галкин О.В., Шабалин А.Н., Насонов Г.Ф. Многофункциональный датчик счета осей. Автоматика, связь, информатика, 2004, №11, с.6-9.

4. Заявка на изобретение №99103708/63 (003753) от 22.02.1999 (положительное решение о выдаче патента от 24.08.2004 г.).