Підвищення безпеки руху поїздів шляхом удосконалення пристроїв підрахунку вісей рухомого складу

Пристрої підрахунку вісей рухомого складу функціонують у складних умовах експлуатації, що характеризуються впливом значних зовнішніх електромагнітних полів, зміною кліматичних умов (температури та вологості), значними ударними та вібраційними навантаженнями на колійні датчики, знаходженням сторонніх металевих предметів в зоні дії датчиків та ін. Вказані зовнішні по відношенню до пристроїв підрахунку вісей фактори дестабілізують їх роботу та зменшують достовірність підрахунку вісей. До факторів, що впливають на достовірність, відноситься також різний вплив металевої маси коліс рухомого складу на електромагнітне поле ТКД, пов’язаний з різницею коліс по типу та стану (ступінь зносу ободу та гребеня, дефекти по колу катання), різною швидкістю руху коліс. Внаслідок цього амплітуда та тривалість вихідного сигналу датчика є випадковими величинами. При виявленні такого сигналу на фоні завад виникають помилки. До внутрішніх факторів, що впливають на достовірність підрахунку вісей, відносяться апаратурні відмови та порушення алгоритму функціонування ППВ РС.

Для підвищення достовірності інформації від пристроїв підрахунку вісей необхідно науково обґрунтувати вибір конструкції та параметрів ТКД, структури ППВ РС, розробити методи підвищення завадостійкості та апаратурної надійності, розробити адаптивні алгоритми функціонування пристроїв підрахунку вісей, що і визначає напрямок досліджень дисертаційної роботи.

У другому розділі запропоновано структурну схему ППВ РС, обґрунтовано вибір конструкції ТКД, на основі математичного моделювання впливу металевої маси колеса рухомого складу на електромагнітне поле датчика одержано аналітичні залежності вихідної напруги датчика від його конструкційних та електричних параметрів, запропоновано рекомендації щодо вибору параметрів ТКД.

До складу запропонованого ППВ РС входять точкові колійні датчики, приймач сигналів від датчиків, блок логічної обробки, блок діагностування та блок передачі даних. Колійні датчики розташовуються біля рейки, а електронні блоки пристрою – на відстані до 10 м від датчиків. Приймач сигналів від ТКД виконує фільтрацію, підсилення та нормування сигналів. У блоці логічної обробки реєструється проїзд вісі рухомого складу, визначається напрям руху та підраховується кількість вісей. За допомогою блока передачі даних відбувається передача інформації о кількості вісей та прийняття сигналів керування. Блок діагностування використовується для перевірки працездатності пристрою.

Конструкція точкового колійного датчика була вибрана з урахуванням умов його експлуатації та вимог до нього. Датчик містить передаючу та дві приймальні котушки, розташовані в горизонтальній площині (рис. 1). Передаюча котушка підключається до генератора синусоїдальних коливань, а приймальні, з яких знімається вихідна напруга датчика, з’єднані з приймачем сигналів від ТКД. Завдяки диференційному включенню приймальних котушок забезпечується висока завадостійкість та чутливість датчика. Використання двох приймальних котушок дозволяє також визначати напрям руху кожної колісної пари по сигналу від одного датчика. Відсутність феромагнітного сердечника забезпечує температурну стабільність та дозволяє використовувати високу робочу частоту, що підвищує максимальну швидкість руху, при якій контролюється проїзд колісної пари.

При розробці математичної моделі для дослідження впливу проїзду колеса над датчиком на його електромагнітне поле поверхні рейки та гребеня колеса заміняли площиною та циліндром, відповідно, а, для зведення задачі до двомірної, передаючу котушку датчика заміняли дводротовою лінією (рис. 2). Для такої розрахункової моделі векторні потенціали магнітного поля мають лише одну складову Аx. Оскільки навантаження датчика має високій опір, то вважали, що поле датчика створюється лише передаючою котушкою. Обрана розрахункова модель враховує постійну дію рейки та тимчасову дію гребеня колеса на електромагнітне поле датчика, а також дозволяє дослідити вплив ширини котушок датчика, відстані від них до рейки, ширини та положення гребеня колеса, робочої частоти датчика, сили струму в передаючій котушці на процес взаємодії металевої маси колеса з електромагнітним полем датчика.

Електромагнітне поле в системі “датчик-рейка-колесо” (рис. 2) описується системою рівнянь Гельмгольца для векторних потенціалів магнітного поля

 ;  ;  , (1)

де A1, A2, A3 – векторні потенціали магнітного поля в середовищах 1 (область розташування датчика), 2 (рейка), 3 (колесо), відповідно; 0 – магнітна стала;   – щільність струму в передаючій котушці;  ;  ; j – мнима одиниця; =2f; f – робоча частота датчика; р та р – електропровідність та магнітна проникність рейкової сталі; к та к – електропровідність та магнітна проникність колісної сталі. Вважали, що векторний потенціал в середовищі 1 дорівнює суперпозиції  , де А0 – векторний потенціал передаючої котушки без впливу рейки та колеса; Ар та Ак – векторні потенціали магнітного поля, яке створюється рейкою та колесом, відповідно.

Рівняння (1) були вирішені методом Фур’є з урахуванням граничних умов для векторних потенціалів. При цьому окремо було розглянуто системи „датчик-рейка” та „датчик-колесо”. В результаті було одержано