РОЗДІЛ 2
Теоретичні основи побудови хвильових методів контролю параметрів безперервних
колійних перетворювачів
2.1. Аналіз структури й параметрів хвильових сигналів живильного кінця ТРК
Розглянемо спрощену структурну схему рейкового кола (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Спрощена структурна схема РК:
ПС – передавач струму;
КП – колійний приймач;
Ш – шунт;
– відстань від ПС до шунта.
Елементом РК, що забезпечує поширення сигналу від передавача до шунта, є РЛ.
Будучи об'єктом лінійно-протяжним (довжиною близько 1 км), вона на робочих
частотах, характерних для ТРК, адекватно описується фізичною моделлю довгої
лінії з втратами [1,3,10,83]. Тому доцільно вести аналіз структури сигналу в
РЛ, опираючись на хвильову природу напруг і струмів у РЛ [118].
Визначимо ступінь інформативності сигналу живильного кінця ТРК. За падаючу
хвилю визначимо біжучу хвилю, що переміщається вздовж РЛ від передавача до
приймача, а за відбиту хвилю – біжучу хвилю, що переносить непоглинену в
перерізі приймача енергію падаючої хвилі й переміщається в напрямку передавача.
Очевидно, що падаюча біжуча хвиля зазнає впливу з боку всіх неоднорідностей,
розташованих у РЛ на колії від ПС до КП, і тому її параметри в перерізі
приймача несуть інформацію про ці неоднорідності. Але може виникнути ситуація,
коли амплітуда падаючої хвилі в перерізі КП (рис. 2.1) буде занадто мала для
достовірної оцінки інформативних параметрів. Справді, нехай у межі РЛ вступив
поїзний шунт (хоча б одна колісна пара), або в будь-якому місці РЛ відбулося її
замикання стороннім струмопровідним об'єктом з таким же малим, як і у поїзного
шунта, опором замикання (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Спрощена схема заміщення електричного кола при
наявності у межах РЛ поїзного шунта:
– ЕРС передавача;
– вихідний опір передавача;
– вхідний опір приймача;
– довжина РЛ;
– відстань від ПС до місця замикання.
Через малість величини сигнальний струм буде відгалужуватися в цей опір,
знеструмлюючи тим самим КП, що унаслідок цього сформує сигнал «Зайнято». Таким
чином, наявність або відсутність сигнального струму в перерізі КП (точніше,
дуже мала амплітуда цього струму в даному перерізі) – єдина доступна
достовірній оцінці інформативна ознака сигналу в даному перерізі в розглянутій
ситуації, хоча й безумовно найважливіша з погляду безпеки руху.
Виникає питання: чи можна, зберігши традиційні функції рейкового кола, одержати
від нього яку-небудь додаткову інформацію про рухомий склад, що перебуває в
його межах, і про стан ділянки колії, що утворить РЛ? Оскільки практична
відсутність сигналу в перерізі КП є штатним станом РЛ, має сенс звернути увагу
на протилежний кінець лінії – переріз передавача, що принципово (через своє
геометричне розташування) не може бути знеструмлений. У цьому перерізі
одночасно існують падаюча й відбита хвилі. Перша з них характеризує тільки
електричний стан передавача й ніякої інформації про стан РЛ не несе. Друга ж у
місці свого виникнення й по колії до перерізу передавача саме й зазнає впливу
різних факторів, що діють у РЛ. Її параметри під дією цих факторів зазнали
певних змін.
фізично виправдано взяти до уваги нижчеперелічені фактори, що визначають
характер впливу шунта на рейкове коло.
1. Швидкість зміни в часі опору шунта в момент вмикання його в рейкове коло:
«миттєве» вмикання. Воно відбувається при вступі рухомого складу в межі РЛ або
при падінні на обидві рейки одночасно струмопровідного предмета;
повільне зменшення опору шунта, починаючи з моменту появи шунтувального
фактора. Приклад – зростаюче локальне зволоження шпал і баласту.
2. Стабільність у часі опору вже існуючого шунта:
опір шунта не змінюється в часі. Приклад – хороше шунтування колісною парою;
опір шунта змінюється в часі, наприклад, унаслідок кочення колісної пари по
рейках, що покриті електрично неоднорідними забрудненнями.
3. Ступінь локалізації:
шунт локалізований у єдиному перерізі РЛ. Приклад – струмопровідний предмет, що
лежить поперек колії;
шунт локалізований на дискретній множині перерізів РЛ. Приклад – сукупність
колісних пар поїзда;
шунт безупинно розподілений уздовж частини РЛ. Приклад – підтоплення колії.
4. Ступінь мобільності шунта:
шунт нерухомий. Приклад – у межах РЛ стоїть поїзд;
шунт рухається. Приклад – у межах РЛ рухається поїзд.
Розглянемо вплив на сигнал у перерізі колійного приймача (КП) кожного з
факторів окремо.
Миттєве вмикання шунта спостерігається при вступі складу в межі РЛ або при
падінні поперек рейкових ниток якого-небудь струмопровідного предмета. У
термінах теорії довгих ліній це означає підключення до лінії додаткового
приймача наприкінці лінії (при вступі складу) або в довільному її перерізі (при
падінні струмопровідного предмета). Як показано в [84,85,90], це приводить до
появи в перерізі замикання (рис. 2.2) двох хвиль, що розбігаються з цього
місця. Припустимо, що КП погоджений з лінією. Тоді енергія хвилі, що рухається
від до , буде цілком поглинена в і відбиття від навантаження не буде, а отже,
не буде й породженої цим відбиттям хвилі, що прийшла до передавача. У той же
час хвиля, що рухається від до ПС, прийде до нього через інтервал часу,
величина якого досить точно може бути розрахована як , де – фазова швидкість
хвиль у РЛ. Величина буде найбільшою, якщо дорівнює довжині РЛ, а величина
мінімальна. Для оцінки величини припустимо, що , а [5]. Тоді , якусь величину
можна прийняти за верхню межу тривалості перехідного процесу в РЛ за умови, що
передавач теж погоджений з лінією, тобто (де – хвильовий опір РЛ). По
закінченні цього перехідного процесу в перерізі ПС установиться сигнал, вид
якого залежить від виду живлення РК. При безперервному живленні на затискачах
ПС ч
- Київ+380960830922