Автоматическое регулирование рельсовых цепей на участках железных дорог с пониженным сопротивлением изоляции Козлов, Вячеслав Васильевич
Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении
480 руб. | 150 грн. | 7,5 долл. ‘, MOUSEOFF, FGCOLOR, ‘#FFFFCC’,BGCOLOR, ‘#393939’);» onMouseOut=»return nd();»> Диссертация, — 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья
Автореферат — бесплатно , доставка 10 минут , круглосуточно, без выходных и праздников
Козлов, Вячеслав Васильевич. Автоматическое регулирование рельсовых цепей на участках железных дорог с пониженным сопротивлением изоляции : автореферат дис. . кандидата технических наук : 05.22.08 / Рос. гос. открытый техн. ун-т путей сообщения.- Москва, 1997.- 24 с.: ил. РГБ ОД, 9 97-4/1397-X
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Необходимым условием обеспечения железнодорожным транспортом потребностей страны в грузовых и пассажирских перевозках является надежное функционирование устройств железнодорожной автоматики и телемеханики.
Основными системами железнодорожной автоматики, в наибольшей степени определяющими безопасность движения поездов и пропускную способность участков железных дорог, являются автоматическая блокировка и электрическая централизация.
В указанных системах в качестве датчиков свободности участков пути используются рельсовые цепи. Кроме того, рельсовые цепи обеспечивают контроль исправности рельсовой линии и передачу информации на локомотив.
Ответственная роль рельсовых цепей сопровождается их относительно невысокой надежностью. Это обусловлено непрерывным воздействием различных дестабилизирующих факторов окружающей среды на рельсовую линию. Проблема осложняется сущест-вущей тенденцией постепенного загрязнения верхнего строения пути различными сыпучимы грузами, теряемыми с подвижного состава.
Следствием влияния перечисленных негативных факторов является понижение сопротивления изоляции рельсовых цепей. Приблизительно пятая часть от всех рельсовых цепей на сети железных дорог эксплуатируются при сопротивлении изоляции, меньшем нормативной величины (I Ом км). Имеются участки, где сопротивление изоляции принимает значения менее 0,05 Ом-км.
Пониженное сопротивление изоляции существенно влияет на работоспособность рельсовых цепей. Отказы по причине пониже-
ния сопротивления изоляции составляют около їо% от общего количества отказов рельсовых цепей, а на отдельных направлениях их доля увеличивается до 70-80$.
В настоящее время работоспособность рельсовых цепей с пониженный сопротивлением изоляции достигается путем уменьшения предельной длины рельсовой линии. Однако положительный эффект повышения устойчивости работы рельсовых цепей в этом случае сопровождается увеличением необходимого количества аппаратуры на один километр пути.
Потенциально более эффективным способом решения проблемы пониженного сопротивления изоляции является использование на загрязненных участках саморегулирующихся (адаптивных) рельсовых цепей. Известны попытки создания опытных образцов адаптивных рельсовых цепей. Однако ряд нерешенных технических проблем, связанных с обеспечением требований безопасности, существенно ограничивают данное перспективное направление совершенствования рельсовых цепей. Поэтому проблема дальнейшего развития теории и совершенствования технических решений адаптивных рельсовых цепей в настоящее время достаточно актуальна.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ заключается в разработке принципов построения и классификации систем автоматического регулирования рельсовых цепей (САР РЦ), функциональных схем САР РЦ и устройств контроля параметров адаптивных РЦ, а также в разработке рекомендаций по проведению синтеза аппаратуры адаптивных РЦ и методик оценки погрешности регулирования САР РЦ.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем:
— введено понятие и дано определение оптимального закона регулирования САР РЦ, а также предложены технически реали-
зуемые приближенные закони регулирования первого, второго и третьего рода;
разработана классификация САР РЦ;
разработаны функциональные схемы замкнутых, компенсационных и комбинированных САР РЦ и функциональные схемы контроля регулируемых параметров адаптивных РЦ;
получены аналитические выражения для вычисления предельных критериев работоспособности адаптивных РЦ;
разработаны методики оценки динамической погрешности регулирования замкнутых и методической погрешности регулирования компенсационных САР РЦ.
ПРАКТИЧЕКАЯ ЦЕННОСТЬ. Приведенные в работе функциональные схемы замкнутых, компенсационных и комбинированных САР РЦ, а также результаты теоретических исследований являются основой для инженерных разработок аппаратуры САР для всех эксплуатируемых в настоящее время и перспективных типов РЦ. Результатом работы является также опытный образец блока дискретного замкнутого автоматического регулирования кодовых РЦ при электротяге переменного тока.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Опытный образец блока дискретного регулирования кодовых РЦ прошел успешные линейные испытания на Горьковской железной дороге. Теоретические результаты работы использованы при разработке аппаратуры системы контроля свободности перегона на основе адаптивной РЦ повышенной длины в ДКТБ Горьковской дороги.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Автоматика и телемеханика на ас.д. транспорте» РГОТУПСа (1992-1996 г.г.) и на техническом совете службы сигнализации и связи Горьковской
железной дороги (1993-1996 г.г.).
ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения работы изложены в трех статьях. Технические решения защищены 20 авторскими свидетельствами и патентами.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы (94 наименований) и приложения. Работа содержит 176 страниц, из них: текста 122, иллюстраций 30, таблиц 3, приложения 14 и библиографии 7.
Источник
Оптимальное автоматическое регулирование рельсовых цепей
Рубрика: Технические науки
Дата публикации: 20.11.2019 2019-11-20
Статья просмотрена: 259 раз
Библиографическое описание:
Козлов, В. В. Оптимальное автоматическое регулирование рельсовых цепей / В. В. Козлов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 47 (285). — С. 114-116. — URL: https://moluch.ru/archive/285/64195/ (дата обращения: 20.09.2023).
Ключевые слова: пропорциональный регулятор, компенсационный контур, дублирование, рельсовая линия.
Применение системы автоматического регулирования рельсовых цепей (САР РЦ) позволяет получить значительные положительные эффекты. Основные из них: это возможность эксплуатации рельсовых цепей без применения регулировочных таблиц, что создает предпосылки для перевода их в категорию необслуживаемых устройств. Длина рельсовой цепи может быть выбрана исключительно из условия обеспечения требуемого межпоездного интервала. Повышается её чувствительность к наложению нормативного шунта и к обрыву рельсовой линии. Облегчаются требования по содержанию верхнего строения пути в плане обеспечения необходимой величины минимально допустимого сопротивления изоляции рельсовой линии.
В настоящее время разработана и внедрена аппаратура тональных рельсовых цепей с автоматическим регулированием уровня сигнала ТРЦ-АР [1,2]. За основу в ней взята структурная схема релейной САР с переменной структурой. При отклонении выходного сигнала рельсовой линии в нормальном режиме за пределы допустимого диапазона срабатывает релейный элемент, который дает команды на увеличение (уменьшение) величины напряжения питания рельсовой цепи. В шунтовом и контрольном режимах релейный элемент блокируется, соответственно напряжение питания рельсовой цепи остается неизменным.
Использованная при разработке аппаратуры ТРЦ-АР структурная схема САР РЦ не свободна от недостатков. В частности, в ней отсутствует дублирование контура обратной связи, что создает угрозу опасного отказа. По этой причине динамический диапазон регулирования напряжения питания ТРЦ в нормальном режиме ограничен регулировочной таблицей, разрабатываемой для варианта аппаратуры ТРЦ без автоматического регулирования. Также схема не контролирует разрушение рельса (постепенный обрыв рельсовой линии). Под постепенным обрывом рельсовой линии подразумевается ситуация, когда переходное сопротивление в точке повреждения рельса в течение длительного времени плавно увеличивается от нулевого до бесконечного значений.
Вместе с тем известно [3], что реализация САР РЦ возможна с помощью многих других структурных схем, из числа которых можно выбрать оптимальную.
Под оптимальной подразумевается схема, которая соответствует следующим требованиям:
– первого класса надежности;
– по контролю разрушения рельса (постепенного обрыва рельсовой линии);
– по жесткой синхронизации работы дублированных контуров обратной связи;
– по реализации с помощью микроэлектронных программно-аппаратных средств.
Для замкнутого контура целесообразно применять классический пропорциональный регулятор.
Особенности применения пропорционального регулятора для рельсовых цепей заключаются в следующем. Как правило, системы автоматического регулирования проектируются по критерию максимума быстродействия при заданных точности стабилизации регулируемого параметра и величине запаса устойчивости к самовозбуждению. Требования, предъявляемые к САР РЦ, прямо противоположны. Она должна обладать повышенной инерционностью, соизмеримой со скоростью изменения сопротивления изоляции рельсовой линии. У таких систем частотная переходная характеристика описывается уравнением первого порядка, и они по определению устойчивы. Соответственно интегральный и дифференциальный звенья, которые, как правило включаются в состав пропорционального регулятора с целью минимизации статической и динамической погрешностей, применительно к САР РЦ могут быть опушены.
Именно пропорциональные регуляторы дублированных комплектов САР РЦ могут быть синхронизированы наиболее просто.
Структура замкнутого контура изменяется в зависимости от состояния рельсовой цепи. При занятом состоянии обратная связь размыкается, а величина сигнала регулирования запоминается. Реализован известный принцип «слежения-хранения».
Принцип действия компенсационного контура основан на косвенном методе измерения сопротивления изоляции по величине сдвига фазы сигнала при прохождении его через рельсовую линию. Он обеспечивает минимальную методологическую погрешность формирования компенсационного сигнала.
Рис. 1. Оптимальная структурная схема САР РЦ
Приемо-передающая аппаратура ППА рельсовой цепи дополнена двумя идентичными комплектами К1, К2 САР РЦ. Непосредственно регулирует входной сигнал рельсовой линии регулятор напряжения РН, выходное напряжение которого линейно зависит от величины сигнала Y на выходе первого комплекта К1 САР РЦ.
Традиционный блок приема сигнала БПС рельсовой цепи выполнен с тремя дополнительными выходами: аналогового сигнала Ас, пропорционального величине выходного сигнала рельсовой линии РЛ; логического сигнала Лс, отражающего состояние рельсовой цепи (свободна/занята) и фазового сигнала Фс, позволяющего измерить сдвиг фазы выходного сигнала рельсовой линии относительно выхода генератора Г.
Каждый комплект К1, К2 САР РЦ содержит по два контура регулирования: пропорциональный регулятор образован вычитателем В, усилителем УС и элементом памяти ЭП; компенсационный регулятор — измерителем разности фаз ИРФ и формирователем функциональной зависимости ФФЗ. На прямом входе вычитателя В присутствует постоянный опорный сигнал. Коэффициент усиления усилителя УС выбирается исходя из разрешенного диапазона изменения сигнала в конце рельсовой линии в нормальном режиме. Элемент памяти ЭП изменяет структуру обратной связи в шунтовом и контрольном режимах. При появлении логического нуля на управляющем входе запоминает величину входного сигнала.
Формирователь функциональной зависимости ФФЗ выдает сигнал согласно функции: Uпит = F(∆φ), производной от двух других: Uпит = F1(Rи), ∆φ = F2(Rи), где:
Uпит — требуемое напряжение питания свободной и исправной рельсовой цепи при постоянном сигнале на выходе рельсовой линии РЛ;
∆φ — сдвиг фазы сигнала в рельсовой линии РЛ с сопротивлением изоляции Rи относительно выхода генератора Г.
Блок выбора сигнала БВС анализирует расхождение выходных сигналов компенсационного Xкр и пропорционального Xпр регуляторов и формирует итоговый регулирующий сигнал Y по следующему алгоритму:
где: ∆X — методологическая погрешность формирования компенсационного сигнала.
Выполнение неравенства Xпр> (Xкр + ∆X) сопровождается формированием сигнала оповещения Оп о разрушении рельса.
Указанный алгоритм обеспечивает результирующее регулирование, как правило, пропорциональным регулятором с высокой точностью стабилизации выходного сигнала рельсовой линии РЛ. И только в нештатной ситуации, а именно при разрушении рельса, регулирование осуществляет компенсационный регулятор.
Анализ функциональных зависимостей всех используемых в комплектах К1, К2 САР РЦ элементов позволяет подтвердить, что при исправном состоянии элементов величины выходных сигналов Y дублирующих комплектов всегда равны между собой.
Блок контроля равенства БКР сигналов соответствует требованиям первого класса надежности. Структурная схема блока содержит последовательно соединенные элементы: аналоговый сумматор-вычитатель, генератор, управляемый напряжением ГУН, полосовой фильтр, пороговый элемент и преобразователь импульсного напряжения в постоянное.
Приведенная оптимальная структурная схема САР РЦ является упрощенной и некоторые очевидные функциональные элементы в ней опущены.
- Ю. А. Кравцов, А. И. Каменев, Н. Н. Балуев, В. А. Клюзко. Задачи и возможности совершенствования рельсовых цепей тональной частоты. Журнал АСИ, 2014, № 3, стр. 10–12.
- Патент на изобретение № 2310572. Устройство рельсовой цепи. //Кравцов Ю. А., Бюллетень изобретений, 2007, № 11.
- В. В. Козлов. Автоматическое регулирование рельсовых цепей на участках железных дорог с пониженным сопротивлением изоляции. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. РГОТУПС, 1997, стр.24.
- Патент на изобретение № 2083408. Рельсовая цепь. //Козлов В. В., Бюллетень изобретений, 1997, № 19.
- Патент на изобретение № 2072931. Рельсовая цепь. //Козлов В. В., Бюллетень изобретений, 1997, № 4.
Источник