РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ
Используемые в настоящее время методы определения параметров рельсовых цепей основаны на измерениях в интервалах между движущимися поездами. Первичные параметры определяют на основании измерений входного сопротивления рельсовой цепи, которое получают при оценке известных зависимостей между напряжениями и токами в начале и конце рельсовой цепи. Вторичные параметры определяют по найденным значениям первичных параметров рельсовой цепи в соответствии с известными формулами [15, 52]. Причем эти измерения связаны с выходом на поле, что влечет за собой значительные трудовые и временные затраты.
Следует отметить, что существует ряд методов, в которых первичные и вторичные параметры рельсовой линии определяются по значениям амплитуды и фазы тока локомотивной сигнализации в рельсовой цепи, измеренному с помощью аппаратуры, установленной в вагоне-лаборатории, и сопротивлению, которое полагается известным. Определение фазы сигнального тока вызывало определенные трудности, поэтому большинство из этих методов реализованы не были. К тому же нередко они давали погрешность до 100 % [22].
Поэтому существует потребность в разработке автоматизированного метода определения параметров рельсовых цепей с помощью вагона-лаборатории, который включает в себя определение кодового тока в рельсовой цепи по результатам измерения электродвижущих сил, наведенных в локомотивных катушках при движении его по блок-участку.
Последовательность операций для реализации метода автоматизированного определения первичных и вторичных параметров РЦ приведен на рис. 2.1. В начале измеряется ЭДС локомотивных катушек, по величине которой определяются значения кодового тока в начале и конце рельсовой цепи. Далее по величине тока локомотивной сигнализации определяются первичные и вторичные параметры рельсовой цепи.
Рис. 2.1. Последовательность операций определения параметров
рельсовой цепи
2.1. Математическое описание физических процессов, протекающих при передаче информации в приемные катушки локомотива
Для разработки и научного обоснования методов и средств автоматизированного контроля параметров рельсовых цепей, тока автоматической локомотивной сигнализации и уровней и спектров помех в рельсовых линиях была построена математическая модель, которая описывает процессы передачи кодового тока АЛС от путевых устройств к локомотивным. В системе автоматической локомотивной сигнализации существует непрерывная связь между путевыми и локомотивными устройствами. Приемные катушки АЛС связаны индуктивно с током в рельсах, посредством магнитного поля, которое образуется вокруг них. Таким образом, в пределах каждой рельсовой цепи имеется отдельный канал связи.
Структурная схема передачи информации о состоянии (свободности-занятости) впередилежащих блок-участков для одной РЦ показана на рис.2.2. На питающем конце рельсовой цепи установлен передатчик кодовых
сигналов П. В конце РЦ шунтирована колесной парой КП, на расстоянии l0 от первой колесной пары подвижного состава находятся приемные катушки ПК1 и ПК2, которые соединены последовательно. Ток ІАЛС в канале связи, образованном рельсами Р1 и Р2 и колесной парой, протекает под каждой из катушек в противоположном направлении. Суммарная наведенная ЭДС равна
, (2.1)
где - ЭДС, наведенные в приемных катушках ПК1 и ПК2 соответственно.
Рис.2.2. Структурная схема передачи информации к приемным устройствам подвижного состава по рельсовой цепи
Схема замещения канала АЛС приведена на рис. 2.3, на которой показаны четырехполюсники питающего конца рельсовой цепи Н, заданный коэффициентами , рельсовой линии РЛ, сопротивление поездного шунта Rш, приемные катушки подвижного состава ПК1 и ПК2, которые позволяют передавать информацию из рельсовой линии в аппаратно-измерительный комплекс (АИК) для контроля параметров тока локомотивной сигнализации и определения первичных и вторичных параметров рельсовой цепи. Четырехполюсник РЛ имеет переменное сопротивление, поскольку при движении подвижного состава от релейного к питающему концу рельсовой цепи сопротивление рельсовых нитей , где и - удельное активное и индуктивное сопротивления рельсовой нити, и сопротивление изоляции будут изменяться. Также на схеме замещения показаны напряжения и токи , и , соответственно на входе и выходе четырехполюсника Н. В зависимости от положения ключа К аппаратно-измерительный комплекс может записывать и контролировать параметры тока локомотивной сигнализации по результатам измерения ЭДС с одной или двух приемных катушек.
Рис. 2.3. Схема замещения канала системы контроля параметров тока локомотивной сигнализации
Схема замещения четырехполюсника питающего конца рельсовой цепи Н приведена на рис. 2.4, где - емкость ограничителя, - сопротивление ограничителя типа РОБС-3А, ДТ - дроссель-торансформатор [15, 52].
Рис. 2.4. Схема замещения четырехполюсника питающего конца
кодовой рельсовой цепи
Коэффициенты четырехполюсника питающего конца кодовой рельсовой цепи определяются из матричного уравнения:
, (2.2)
где - коэффициенты четырехполюсника дроссель-трансформатора, - угловая частота питающей сети [52].
Тогда связь между напряжениями и токами в начале , и конце , четырехполюсника питающего конца рельсовой цепи можно представить в виде системы уравнений [52]:
, (2.3)
Выразим напряжение на выходе питающего конца , через напряжение и ток на входе четырехполюсника , .
В результате напряжение питания рельсовой цепи равно
. (2.4)
Аналогичные преобразования выполним для тока на питающем конце и выразим его через напряжение и ток на входе четырехполюсника , .
Тогда
. (2.5)
Итак, связь между токами и напряжениями в начале и конце четырехполюсника питающей цепи может быть представлена в виде системы уравнений:
(2.6)