Підвищення безпеки руху поїздів шляхом удосконалення пристроїв підрахунку вісей рухомого складу

 . (2)

Коефіцієнти An, Bn були найдені з одержаних виразів для потенціалів Ак, А3, Ар, відомого виразу для потенціалу А0 та граничних умов.

Для визначення напруги на виході датчика при проїзді колісної пари використовували вираз

 , (3)

де а – половина довжини передаючої котушки; W1, W2 – число витків в передаючій та приймальних котушках, відповідно; (r1, φ1), (r2, φ2) – координати провідників однієї з приймальних котушок. Для перевірки адекватності запропонованої моделі було визначено відносний вихідний сигнал датчика за допомогою математичної моделі та експериментально. При визначені векторного потенціалу Ак враховували п’ять перших доданків суми (2). При різних умовах визначення вихідного сигналу відмінність між експериментальними даними та результатами розрахунку складає 4-6%.

Вирази (2) та (3) дозволяють дослідити вплив конструкційних та електричних параметрів датчика на його вихідний сигнал та раціонально вибрати параметри датчика при його проектуванні. Як показує залежність вихідного сигналу датчика від його робочої частоти (рис. 3) найменше значення сигналу має місце на частоті 10 кГц. При зменшенні частоти від 10 кГц до 1 кГц вихідний сигнал збільшується в 1, 33 рази (проявляються феромагнітні властивості колісної сталі), а при збільшенні частоти від 10 кГц до 150 кГц – збільшується в 1, 22 рази (проявляється струмовихровий ефект). При збільшенні частоти понад 150 кГц вихідний сигнал змінюється слабо. Експериментальні дослідження показали, що на частоті понад 150 кГц починають проявлятися резонансні властивості котушок датчика, що погіршує стабільність його роботи. Разом з тим при роботі на низьких частотах час проходження колесом зони чутливості датчика при максимальній швидкості руху стає близьким до періоду електромагнітних коливань в котушках датчика, що зменшує імовірність вірного виявлення сигналу приймачем. Таким чином, можна рекомендувати обирати частоту рівною 150 кГц.

В залежності від типу та стану (ступеню зносу ободу, дефектів по колу катання) коліс рухомого складу відстань між гребенем колеса та датчиком змінюється від δmin=4 мм до δmax=19 мм. Горизонтальне положення гребеня колеса залежить від динаміки руху поїзда. Враховуючи можливе поширення залізничної колії, допуск на ширину колісної пари, та можливий підріз гребеня, визначено, що горизонтальне зміщення нижньої точки гребеня колеса по відношенню до бокової грані головки рейки може змінюватись від Dmin=12, 5 мм до Dmax=66, 5 мм. Внаслідок різного положення гребеня колеса по відношенню до датчика амплітуда його вихідного сигналу є випадковою величиною. При виявленні такого сигналу на фоні завад виникають помилки. Як показує залежність, наведена на рис. 4, для зменшення відношення найбільшої вихідної напруги датчика до найменшої, а отже і для збільшення достовірності реєстрації проїзду колісної пари, необхідно вибирати ширину котушок рівною 80 мм.

В результаті проведених теоретичних та експериментальних досліджень ТКД були вибрані такі параметри датчика: ширина котушок – 80 мм, довжина передаючої котушки – 120 мм, приймальних – 55 мм, число витків в передаючій котушці – 20, в приймальних – 100, частота – 150 кГц, сила струму в передаючій котушці – 0, 2 А.

У третьому розділі наведено результати досліджень по підвищенню завадостійкості пристроїв підрахунку вісей, синтезовано оптимальний та квазіоптимальний приймач сигналів від трансформаторного диференційного датчика, одержані кількісні характеристики виявлення вихідного сигналу датчика, досліджено вплив імпульсних завад на роботу пристроїв підрахунку вісей.

При проїзді колісної пари над трансформаторним диференційним колійним датчиком на його виході з’являється високочастотний сигнал  , огинаюча якого може бути описана виразом

 , (4)

де А – амплітуда сигналу; m=v/vном; v – швидкість рухомого складу; vном – номінальна швидкість рухомого складу; ts – час появи сигналу; а – час, за який значення s0 (t) збільшується від 0, 606 до 1 або зменшується від 1 до 0, 606 при m=1;   – інтервал часу між максимумом та мінімумом функції s0 (t) при m=1. Параметр а залежить від довжини приймальних котушок ТКД, а параметр  – від відстані між осями приймальних котушок.

При вирішенні задачі виявлення сигналу від датчика на фоні завад було прийнято, що амплітуда сигналу розподілена по нормальному закону з математичним сподіванням mA і дисперсією σА2, а випадкові величини m i ts розподілені рівномірно. Прийнято також, що на вхід приймача разом з сигналом від датчика поступає адитивна завада у вигляді білого гаусового шуму з нульовим математичним сподіванням та односторонньою спектральною щільністю потужності N. За таких умов було визначено відношення правдоподібності

 , (5)

де  ; ξ (t) – коливання, яке поступає на вхід приймача; α (m) – еквівалентна тривалість вихідного сигналу датчика.

Згідно з теорією оптимального прийому сигналів рішення о наявності сигналу від датчика у коливанні ξ (t) повинно прийматись, якщо відношення правдоподібності перевищує певний граничний рівень. Так як функції exp (x) i erf (x), які входять до виразу (5), монотонні, а від прийнятого коливання ξ (t) залежить лише кореляційний інтеграл X, то для прийняття рішення о наявності сигналу від датчика достатньо порівняти кореляційний інтеграл X з деяким граничним рівнем. Це справедливо лише у випадку, коли тривалість сигналу є детермінованою величиною.

Для визначення кореляційного інтегралу запропоновано використовувати у приймачі узгоджений фільтр. В результаті