автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Методы анализа и синтеза рельсовых цепей с временным контролем

На правах рукописи

005017083

ВАНЬШИН АЛЕКСАНДР ЕВГЕНЬЕВИЧ

МЕТОДЫ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ С ВРЕМЕННЫМ КОНТРОЛЕМ

Специальность 05.22.08 - Управление процессами перевозок

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2012

1 О [.ІДП 2012

005017083

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Лисенков Виктор Михайлович

Официальные оппоненты: Шалягин Дмитрий Валерьевич, доктор

технических наук, профессор, заместитель начальника отдела Проектно-конструкторско-технологического бюро железнодорожной автоматики и телемеханики - филиала ОАО «РЖД»;

Леушин Виталий Вениаминович, кандидат технических наук, профессор кафедры «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» федерального государственного бюджетного

образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный университет путей сообщения»

Ведущая организация: Открытое акционерное общество «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте» (ОАО «НИИАС»),

Защита состоится « 24 » мая 2012 г. в 12 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 218.005.07 в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» по адресу 127944 г. Москва, ул. Образцова, 9 стр. 9 ауд. 1112.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения».

Автореферат разослан « 23 » апреля 2012 г.

\

Ученый секретарь диссертационного совета,

Доктор технических наук, профессор ) A.B. Горелик

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Методам анализа и синтеза рельсовых цепей посвящено значительное количество работ отечественных и зарубежных ученых. Наибольшее развитие теория рельсовых цепей получила в трудах отечественных ученых. Основоположниками отечественной школы в области теории рельсовых цепей являются М. И. Вахнин и А. М. Брылеев. Значительный вклад в развитие теории рельсовых цепей внесли Н. Ф. Котляренко, Ю. А. Кравцов, Н. Ф. Пенкин, А. В. Шишляков и др. Разработке методов и способов технической реализации рельсовых цепей и систем автоблокировки с рельсовыми цепями посвящены труды В. С. Аркатова, И. В. Белякова, П. Ф. Бестемьянова, В. А. Воронина, В. С. Дмитриева, В. А. Коляды, В. М. Лисенкова, В. А. Минина и др. Результаты работ П. Ф. Бестемьянова, А. В. Вековищева, В. И. Зорина, Г. А. Казимова, В. М. Лисенкова, Е. Н. Розенберга, Д. В. Шалягина по созданию первой отечественной микропроцессорной системы автоматической локомотивной сигнализации послужили основой для перевода всех систем управления движением поездов, в том числе и рельсовых цепей, на микропроцессорную элементную базу.

Методы анализа и синтеза рельсовых цепей, широко применяемые в настоящее время, были разработаны и развиты при следующих ограничениях:

• конфигурация рельсовых цепей не изменяется в процессе контроля состояния рельсовых линий;

• процесс контроля рельсовых линий непрерывный;

• контроль состояний рельсовых линий осуществляется индивидуальным для каждой из них аппаратно-программным комплексом;

• анализ и синтез рельсовых цепей осуществляется с использованием метода четырехполюсников и матричного исчисления;

• порог решающего устройства остается постоянным при оценке состояний рельсовых линий.

Профессором Бестемьяновым П. Ф. было предложено использовать в рельсовых цепях метод временного контроля рельсовых линий. Он позволяет многократно использовать один комплект рельсовой цепи для контроля состояния нескольких рельсовых линий. По предварительным оценкам, применение этого метода дает возможность сократить материале- и энергоёмкость рельсовых цепей в централизованных системах автоблокировки (ЦАБ) и необходимую производственную площадь для их размещения. Такая система ЦАБ с временным контролем состояний рельсовых линий разрабатывается специалистами кафедры «Автоматика и

телемеханика на железнодорожном транспорте» МИИТа. Для реализации таких рельсовых цепей необходимо было разработать методы анализа и синтеза без рассмотренных выше ограничений по их применению, а также выполнить необходимые исследования с целью изучения особенностей функционирования рельсовых цепей нового типа. В решении этих задач принимал участие автор диссертации.

Другим направлением развития рельсовых цепей является создание адаптивных рельсовых цепей, отличающихся автоматическим изменением порога решающего устройства или уровней сигналов на входе рельсовой линии в соответствии с изменениями её первичных параметров. При создании таких рельсовых цепей также требуется разработка методов анализа и синтеза рельсовых цепей без рассмотренных выше ограничений их применения.

Наконец, новые методы анализа рельсовых цепей, как с непрерывным, так и временным контролем должны отличаться большей прозрачностью волновых процессов в рельсовых линиях, чем применяемые в настоящее время. Это важно для более глубокого понимания специалистами особенностей работы рельсовых цепей в различных режимах.

Таким образом, тема диссертационной работы представляется актуальной, так как она направлена на создание нового перспективного типа рельсовых цепей.

Цель диссертационной работы. Целью диссертации является разработка методов анализа и синтеза рельсовых цепей с временным контролем состояния рельсовых линий и адаптивных рельсовых цепей с переменным порогом решающего устройства.

Задачи, которые должны быть решены в диссертации.

Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи:

- сравнительная оценка характеристик рельсовых цепей с постоянным и временным контролем состояний рельсовых линий;

- выбор математического аппарата для разработки математических моделей рельсовых цепей;

- разработка математических моделей рельсовых цепей с изолирующими стыками и без изолирующих стыков в нормальном, шунтовом и контрольном режимах с временным и постоянным контролем;

- определение форм показателей функционирования рельсовых цепей с временным и непрерывным контролем, а также адаптивных рельсовых цепей с переменным порогом решающего устройства;

- вывод аналитических выражений показателей функционирования рельсовых цепей в различных режимах их функционирования: нормальном,

шунтовом, контрольном, автоматической локомотивной сигнализации (АЛС), в том числе в режиме двойного шунтирования;

- анализ функционирования рельсовых цепей с изолирующими стыками и без изолирующих стыков в нормальном, шунтовом, контрольном режимах и режиме АЛС;

- разработка метода синтеза рельсовых цепей с изолирующими и без изолирующих стыков, в том числе адаптивных рельсовых цепей.

Методы исследований. В работе использованы методы математического, физического и натурного моделирования, методы анализа цепей с распределенными параметрами, методы теории рельсовых цепей, методы направленных графов, численные методы расчета.

Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертации, обусловлена корректностью постановок задач и математических моделей рельсовых линий в различных режимах их функционирования, обоснованностью принятых допущений, результатами лабораторных и эксплуатационных испытаний системы ЦАБ-Е с временным контролем состояний рельсовых линий на участке Голицыно - Звенигород Московской железной дороги.

Научная новизна работы. К новым научным результатам, полученным автором диссертации, относятся:

- математические модели рельсовых цепей в виде направленных графов, отличающихся тем, что позволяют дифференцированно учитывать степень влияния отраженных волн на результаты анализа рельсовых цепей как с временным, так и непрерывным контролем при различных режимах их работы (нормальном, шунтовом, контрольном);

- формы показателей функционирования рельсовых цепей, отличающиеся возможностью оценивать функционирование адаптивных рельсовых цепей с переменным порогом их решающего устройства;

- результаты анализа функционирования рельсовых цепей с временным и непрерывным контролем, а также адаптивных и неадаптивных рельсовых цепей;

- результаты анализа адаптивных рельсовых цепей с синхронным и фазовым детекторами;

- метод синтеза рельсовых цепей, отличающийся возможностью синтеза рельсовых цепей с адаптивным алгоритмом функционирования;

- результаты сравнительной оценки характеристик рельсовых цепей с непрерывным и временным контролем.

Практическая значимость полученных результатов заключается в следующем:

- разработанный метод анализа рельсовых цепей с использованием математических моделей в виде направленных графов позволяет производить расчет и проектирование рельсовых цепей с учетом различных длин смежных рельсовых линий; кроме того, метод анализа позволяет оценивать потенциальные возможности обнаружения поездного шунта и разрушенного рельса адаптивных рельсовых цепей с непрерывным и временным контролем при использовании синхронных и фазовых приемников;

- разработанный метод синтеза позволяет определить предельные длины рельсовых линий адаптивных рельсовых цепей с временным и непрерывным контролем;

- полученные результаты анализа позволяют глубже понять особенности и причины изменений параметров сигналов контроля состояний рельсовых линий в нормальном, шунтовом и контрольном режимах, что имеет важное значение при подготовке инженеров и научных работников в области систем управления движением поездов.

Внедрение результатов работы. Результаты, полученные в диссертации, использованы

- при разработке рельсовых цепей с временным контролем централизованной системы автоблокировки ЦАБ-Е, разрабатываемой по заданию Управления автоматики и телемеханики ОАО «РЖД»;

- при написании учебника Системы управления движением поездов на перегонах: Учебник для вузов ж.-д. транспорта: В 3 ч. Ч. 2 / В.М. Лисенков, П. Ф. Бестемьянов, В. Б. Леушин, А. В. Лисенков, А. Е. Ваньшин; под ред. В. М. Лисенкова - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2009. - 324 с.

Результаты внедрения подтверждены соответствующими актами.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры; на седьмой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (г. Москва, 2006 г.); на VII, XI всероссийской выставках научно-технического творчества молодежи (НТТМ) (г. Москва, 2007, 2011 гг.); на V и VII международных научно-практических конференциях «Trans-Mech-Art-Chem» (г. Москва, 2008, 2010 гг.); на научно-практических конференциях «Наука МИИТа -транспорту» (г. Москва, 2008, 2009 гг.); на совещаниях, посвященных обсуждению технического задания и технического проекта системы ЦАБ-Е.

Публикации по теме диссертационной работы опубликованы в 12 печатных работах, три из которых - в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях из перечня, определенного Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников. Она содержит 221 страницу основного текста, 189 иллюстраций, 11 таблиц. Список использованных источников включает 63 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность рассматриваемой проблемы, определяются основные направления исследований, их научная новизна, цель и задачи диссертации. Показаны особенности рельсовых цепей с непрерывным и временным контролем рельсовых линий.

В первой главе сформулированы две группы показателей свойств рельсовых цепей, а именно, показатели безопасности их функционирования и показатели ресурсоёмкое™.

Показано, что при временном контроле состояний рельсовых линий (рис. 1) их максимальное количество птах - 1АЪтах/1КтЫ, где £АБтох -максимально допустимая инерционность системы автоблокировки, СКт;п -минимально допустимая инерционность рельсовой цепи.

РЛ1 РЛ2 РЛЗ РЛ4 РЛ5 РЛ6

Рис. 1 Рельсовые линии с временными каналами контроля

Величина tfЛmax ограничивается пропускной способностью участка, а величина tKmin - минимально допустимой по условиям безопасности функционирования рельсовой цепи помехоустойчивостью.

Приведены данные о свойствах рельсовых цепей с временным контролем, разработанных для микропроцессорной централизованной автоблокировки ЦАБ-Е. Один комплект аппаратно-программного комплекса рельсовой системы ЦАБ-Е используется для контроля состояний 15 рельсовых линий на участке длиной 7 км. Энергия, необходимая для контроля их состояний в течение ТАБ равна 89,7ТАБ, кВт • ч. В случае использования аналогичных аппаратно-программных комплексов (за исключением элементов, специфичных для временного контроля) для

непрерывного контроля тех же 15 рельсовых линий потребовалась бы энергия, равная 907,5ТАБ, кВт • ч.

Приведены данные по сравнению энергоёмкости рельсовых цепей системы ЦАБ-Е с временным контролем и типовой релейной кодовой системы АБ-ЧК. Энергия, необходимая для контроля состояний рельсовых линий на участке длиной 7 км с помощью АБ-ЧК, равна 261,6ТАБ, кВт-ч.

Во второй главе приведены методы анализа рельсовых цепей, включающих два этапа: разработка математических моделей рельсовых линий с изолирующими стыками и без изолирующих стыков в виде направленных графов в нормальном, шунтовом и контрольном режимах, а также в режиме АЛС; решения графов с помощью правила Мейсона; оценка условий выполнения режимов работы рельсовых цепей с помощью

показателей = К0 =

'кш 'ко

Всего разработано 14 моделей рельсовых линий. На рис. 2 приведен граф двух рельсовых линий без изолирующих стыков в шунтовом режиме, входы которых подключены к одному источнику сигналов КРЛ с э.д.с. Еи и внутренним сопротивлением Рельсовые линии /, и 12 характеризуются постоянными распространения у = а + и волновым сопротивлением 2В. К противоположным концам рельсовых линий подключены приемники сигналов КРЛ с входными сопротивлениями 2К| и 7К2.

Рис. 2. Граф рельсовых линий без изолирующих стыков при расположении шунта в пределах 12

Поездной шунт с сопротивлением 2щ расположен в пределах її, имеет координату Х| относительно её начала. Токи, протекающие через эти сопротивления в шунтовом режиме, обозначены /ют и /кш2. Выражения /иш и /ют получены в результате решения графов с помощью правила Мейсона:

где, О = 1 - ^ + X^: ~ X ^ 1 + ■••' ~ произведение коэффициентов

т п к

передач ветвей, входящих в т-й одиночный замкнутый контур; Р„2 -произведение коэффициентов передач ветвей, входящих в /г-е сочетание двух несоприкасающихся контуров; Рц - произведение коэффициентов передач ветвей, входящих в к-е сочетание трех несоприкасающихся контуров.

1

На графе использованы следующие обозначения: V н =

22„ +

- V =-5- V =-0- V =--- Т1 = —

г„+гв ^кі ^в 22н+^в

Л,,, =--—-, Л*, =--—-, Л,.-, =--—-•

На рис. 3 представлен граф тех же линий в контрольном режиме, когда разрушенный рельс находится в пределах 12. Токи /ко] и /К02, протекающие через 2К| и 7К2, выражаются следующим образом:

і - г + сог°о2 ,,,

КОЗ ~~ СН Г) ' ^ '

В О

где С701 ^^О-'ОО-л.аУ1"2; А, =1-л,лк,е"2>''; Аи = 1; „V „у ияп 0 -л„)(і-Лхо Х>

Ц, = 1 ~Л„Лк,-Л к,Л хо^ н, (1 -Л н У -

-Лк,Л^ (1 - л„ )2(1 -Лхо Уе-2^''] -Л^хоЄ-2'' --ЛіЛкіО-Лхо)2е":л -ЛхоЛие"',<'1"1 +Л,>1к1ЛхоЄ"2г",") +

+Л,>1кЛк2(1-Лхо)ге-2,<м)+Л1Лк2Л^ +ЧК1ЧК2Ч20(1 7

І _ І? стр'т+сюв'т+с; д;

'ко, -¿м---' V4)

с«', =ун0 -ЛКІКІ6"1"1 ; А', = 1 -Л„ЛхоЄ"2" -ЛхоЛк^"'"'"*1 -Л„ЛК2(1 -Лхо У Є*' +Л„ЛxoЛ1ae"2,'' <К, = VнЛхо4"иУкіО_Лн)0 _Лк, ]е~,ІІ'*2"); В'„ =\-т\Х0х]к2е-^'-'); С„'з = V н 0 -Лхо )!Л кг 0 -л „ V „, 0 -л К, V К1е~т(',"3'з); А>1. Токи Іті и /и[2, протекающие через 2К| и -¡?К2 в нормальном режиме, могут быть получены либо с помощью более простых графов для

нормального режима работы рельсовых цепей, либо с помощью выражений токов /¡ощ, ^кш2> ^коь ^ко2 ПРИ подстановке в них либо Zm=0°, либо Zox= 0.

Рис. 3. Граф двух рельсовых линий без изолирующих стыков в контрольном режиме

На рис. 4 представлен граф, разработанный для анализа явления двойного шунтирования.

Рис. 4. Граф рельсовых линий без изолирующих стыков при двойном шунтировании 12

На рис. 5 представлен граф для оценки влияния отдельных отраженных волн. /п - ток падающей волны через Г01 - ток отраженной волны от места подключения £пГ, 1'02 - ток отраженной волны от места подключения гК1; /от - ток отраженной волны от места подключения

Рис. 5. Направленный граф комплекса рельсовых линий Полученные в результате решения графов формулы для анализа особенностей функционирования рельсовых цепей остаются справедливыми как в случае непрерывного контроля состояний рельсовых линий, так и в случае временного контроля. Однако необходимо учитывать следующее:

- при непрерывном контроле состояний рельсовых линий необходимые параметры входных сопротивлений аппаратуры всех рельсовых цепей должны обеспечиваться при условии, что соединительные кабельные линии на станциях нагружены на сопротивления, близкие к волновым;

- при временном контроле состояний рельсовых линий необходимые параметры входного сопротивления аппаратуры рельсовой цепи, осуществляющей контроль состояния одной рельсовой линии, должны обеспечиваться при тех же условиях, что и при непрерывном контроле, а входные сопротивления аппаратуры остальных рельсовых цепей должны определяться при условии, что нагрузка соединительных кабельных линий на станциях отключена.

В третьей главе выполнен анализ рельсовых цепей с изолирующими стыками и без изолирующих стыков с непрерывным и временным контролем в нормальном, шунтовом, контрольном режимах и в режиме АЛС.

Условия выполнения режимов работы рельсовых линий зависят от соотношений их нагрузочных и волновых сопротивлений. Поэтому показатели условий выполнения различных режимов работы рассматривались для различных соотношений этих сопротивлений.

Анализ рельсовых линий без изолирующих стыков выполнен для семи вариантов соотношений сопротивлений. Вариант 1: 2Н = 2К1 = 2К2 = 2В1; вариант 2: 2И = 2К1 = 2кг = 7В1; вариант 3: 2Н = 2В1, 2К1 = 2К2 = 2В1; вариант 4: 2Н = 0,52^, 2К1 = 2К2 = 2В1; вариант 5: 2Н = 0,52ви 2К1 = 7К2 = 2В1; вариант б: 2Н = 0,5гВ1, 2К1 = 1К2 = 2'В1; вариант 7: 2Н = 0,52В1, 7К1 = 7К2 = Здесь 2К1 - нагрузочное сопротивление /, и 2К2 - нагрузочное сопротивление /2. Расчеты выполнялись с использованием формул (1), (2). Результаты приведены в виде графиков на рис. 7. Из графиков следует, что наилучшим в энергетическом смысле является вариант 4 соотношений сопротивлений.

При анализе рельсовых линий без изолирующих стыков важно отметить степень влияния отраженных волн на результаты анализа. В диссертации это делается на примере рельсовых линий участка Голицыно - Звенигород Московской железной дороги, граф которых представлен на рис. 5. На рис. 7 и рис. 8 использованы следующие обозначения: /п - ток падающей волны через 2кг; /о| - ток, отраженный от места подключения волны, протекающий через 2\а, 101 - ток, отраженный от места подключения 2К, волны, протекающий через 2Ю; /03 - ток, отраженный от места подключения 2уз волны, протекающий через Zк2. Из графиков следует, что не при всех длинах линий их можно рассматривать электрически длинными.

О 0.2 0,4 0.6 0.8 1.0 1.2 /, км

Рис. 6. Графики изменения тока /Ип в рельсовой линии без изолирующих стыков при К из = 1,0 Ом-км

Рис. 7. Отношение токов падающих и отраженных волн при различных сопротивлениях изоляции

Рис. 8. Отношение токов падающих и отраженных волн при различных сопротивлениях изоляции

На рис. 9 приведены графики Кш(х/Г), рассчитанные для адаптивных рельсовых цепей с изолирующими стыками и для различных соотношений сопротивлений 21Ь 7В1 при ЯИз = 1,0 Ом-км, а на рис. 10 представлены графики Кш{хН) при Ящ = 100 Ом-км.

Л.............................. .........................__//

\\ V 1 // // 1 / /

\ \ \ \ Г

о 0,2 0,4 0,6 0,8 х/1

Рис. 9. Показатель шунтового режима при К из = 1,0 Ом- км

Рис. 10. Показатель шунтового режима при Яш = Ю0 Ом-км

На рисунках х - координата поездного шунта. Наилучшие условия обнаружения шунта имеют место при максимальных значениях АГщщ^. Из графиков следует, что А'ш,,,,,, имеют максимальные значения при варианте 2 соотношений сопротивлений. Было установлено так же, что использование только фазового признака для обнаружения поезда не представляется возможным, так как при определенных положениях шунта изменения фаз токов незначительные.

Условия обнаружения поездов существенно ухудшаются в случаях, когда параметры рельсовой линии до изменения её состояния отличаются от параметров линии после изменения её состояния.

В работе установлено, что применение синхронного детектирования приводит к снижению степени влияния мультипликативных помех, но в каждом конкретном случае необходима его отдельная оценка.

Анализ рельсовых линий без изолирующих стыков в шунтовом режиме выполнен при тех же соотношениях 2К1, 2К2, £В1, что и при анализе нормального режима. Расчеты выполнены с использованием формул (1), (2). Результаты анализа приведены в табл. 1.

Таблица 1

Вариант соотношения сопротивлений К,ш,„|,. при сопротивлении изоляции 1.0 Ом- км в HP / 1,0 Ом-км в ШР Кис,™, при сопротивлении изоляции 100 Ом-км в НР/ 100 Ом-км в ШР Кпе™„ при сопротивлении изоляции 1,0 Ом- км в НР / 100 Ом-км в ШР Кш:ст1п при сопротивлении изоляции 1,0 Ом- км в НР / 100 Ом-км в ШР

1 2 3 4 5

= = ?К2 = 25,71 35,99 8,38 9,27

2) = — %К2 — гВ1 22,05 37,47 10,08 10,09

3) = 2кг = %К2= гВ1 21,8 40,09 8,41 8,65

4)гн = о,5г-В1: гК1 = %К2= ¿м 20,13 24,72 6,76 6,94

5)гн = 0,52и, = %К7 = 2т 20,29 28,99 8,6 8,68

6) г„ = о,5гВ1, гк, = ¿к? — 16,54 20,52 5,76 6,63

7) ги = 0,52В1, 2К1 = = гВ1 16,81 24,07 7,61 7,63

Во второй колонке приведены наибольшие значения А'ш1т1„, когда Я из = 1,0 Ом-км как в нормальном, так и в шунтовом режимах; третья колонка содержит значения /чш.™ при К из = 100 Ом-км в нормальном и шунтовом режимах; четвертая колонка содержит значения АГщ2тт при Киз = 1,0 Ом-км в нормальном режиме, при Я из = 100 Ом-км в шунтовом режиме; пятая колонка содержит /мшстт, при Я из =1,0 Ом-км в нормальном режиме, при К и = 100 Ом-км в шунтовом режиме и синхронном детектировании.

В работе также исследовано влияние на размеры зон дополнительного шунтирования соотношений сопротивлений 2ц, 7К1,2К2, 7В1 и Ящ. На рис. 11 показаны графики Кщд(х//2) = 1юш(х//2)/1кн|(л'//2) при Яда = 1,0 Ом-км.

Из них следует, что, во-первых, взаимное расположение графиков изменяется, а следовательно, изменяются и относительные размеры зон дополнительного шунтирования; во-вторых, размеры зон дополнительного шунтирования существенно зависят от уровня порога решающего

устройства. Установлено также, что с увеличением ЯИз зона дополнительного шунтирования уменьшается.

Рис. 11. Графики изменения Кщд при шунтировании смежной рельсовой линии, при Кцз= 1,0 Ом-км

При анализе контрольного режима работы рельсовых линий без изолирующих стыков были использованы формулы (3), (4) при тех же условиях, что и в шунтовом режиме, соотношениях 2К1, 2К2, Было установлено, что наибольшее А"о1т,п(х//2) при Яиз = 1,0 Ом-км имеет место в случае варианта 4 соотношений сопротивлений. Если = КИзкр, то значения Ко2„„„(хИ2) увеличиваются и максимальное из них (9,5) имеет место при варианте 1 отношений сопротивлений, а именно при = 2К1 = ¿ГК2 = Zв1. Если же предположить, что в нормальном режиме Киз = 1,0 Ом-км, а после излома рельса вследствие воздействия внешних факторов сопротивление изоляции увеличивается до Яизкр, то наибольшее значение ^огшт, равное 4,1, имеет место при варианте 4 соотношений сопротивлений (табл. 2).

Таблица 2

Соотношение сопротивлений Кизкр, Ом-км Ко2тт КоС2т1п

= 2К1 = = 2В1 4,8 3,33 3,35

— гК1 = 2 т. = 2В1 5,0 3,05 4,99

= 2'вг> гп = ¿¡а - 2В1 6,1 2,91 3,145

= 0,52^,, 2К1 = 21С2 = 2'рл 3,6 4,1 4,1

= 0,57^,, 2Уг — 2/а = 2В1 4,0 3,89 4,49

— 0,52В1, 2Кл = 2^ = 2'В1\ 3,7 3,81 3,94

~ ; 2К1 = 2т = 2В1 4,0 3,57 5,29

Установлено, что применение синхронного детектирования изменяет соотношения Ко о™;,, и, в частности, наибольшее из них в этом случае равно максимальному значению 5,29 при = 0,5Zв1, 2К1 = =

В четвертой главе приведены результаты разработки метода синтеза рельсовых линий. Синтез рельсовых линий является составной частью синтеза рельсовых цепей в целом, включающим, кроме того, синтез электрических цепей передатчиков и приёмников. При этом результаты синтеза рельсовых линий являются исходными для синтеза остальных составляющих рельсовых цепей. Специфическими для рельсовых цепей являются методы синтеза рельсовых линий, поэтому именно они являются предметом исследований данной главы. В данной главе решены две задачи: разработка метода синтеза рельсовых линий с использованием новых показателей функционирования /Сш,п[п, К0т,„\ расчет параметров рельсовых линий для системы ЦАБ-Е.

Синтез рельсовых линий включает в себя следующие этапы: определение соотношений уровней сигналов КРЛ в нормальном и шунтовом режимах с учетом мультипликативных помех в функции нагрузочных сопротивлений; определение соотношений уровней сигналов КРЛ в нормальном и контрольном режимах с учетом мультипликативных помех в функции нагрузочных сопротивлений; расчет функций Ктт,т(к) и КПт{п(к) для линий различных длин; определение оптимальных нагрузочных сопротивлений из условий А'Шт|п(А'2В|) = К0,т„(кХт) или нагрузочных сопротивлений, при которых значения показателей функционирования рельсовых цепей не равны, но имеют большие значения, чем при оптимальных соотношениях сопротивлений; определение мощности сигналов КРЛ из условий обеспечения необходимой помехоустойчивости рельсовой цепи при воздействии аддитивных помех.

В данной главе рассмотрены все этапы синтеза, кроме последнего, рельсовых линий с изолирующими и без изолирующих стыков, с непрерывным и временным контролем, а также для различных соотношений нагрузочных и волновых сопротивлений линий. В качестве примера в автореферате приведены этапы синтеза рельсовой линии с изолирующими стыками при частоте сигналов КРЛ 1650 Гц для варианта 1 соотношений сопротивлений = = На рис. 12 приведены графики Кт(хП), а на рис. 13 - графики К0(х/Г).

С помощью этих графиков построены графики Кщты^к) и К0т,„(к), приведенные на рис. 14. Из графиков видно, что при к = 0,1 графики пересекаются, т.е. /Гшт:п(0,1) = А'отшСО, 1) = 6,0 - условие обнаружения поезда и разрушенного рельса одинаковые. В теории рельсовых цепей нагрузочные сопротивления £н = = при которых выполняется равенство условий

обнаружения поезда и разрушенного рельса, называются оптимальными ^Норс = ^Кор[ — В рассматриваемом примере корС = ОД.

\ /

\ /

\ \ / /

V V ............ / /

\ V '-> /

\ \ / /

ч / /

\ /

V. Ч .'<-=1.0

'•,0.5 X. ~><

\

У \

; V- •'

:

0.2 0.4 0,6 О.Я х-'/

Рис. 12. Графики изменения Кщ при 11т = 1,0 Ом-км

//.

\\ ^ 0.5.

✓ /

.................. / ; / 0,2.'/' . к 1.0 ч1,5 Ч ....... Ч \

Т

0 0.2 0.4 0.6 0.8 х/1

Рис. 13. Графики изменения К0 при Я из = 1,0 Ом-км

Следует отметить, что при увеличении к до 0,75, увеличиваются значения как Кишп(к), так и Ко:„-:Г1(к), т.е. условия выполнения шунтового и контрольного улучшаются. Поэтому при реализации рельсовой цепи нагрузочные сопротивления следует обеспечивать равными 0,757^, тогда Л"щШ1г,(0,75) = 21,3 иЛ-От,„(0,75) = 7,24.

24 2(1

Кш„,и,(*•>._

/

Рис. 14. Синтез рельсовой линии длиной 0,5 км при Ят = 1,0 Ом-км Возможна также следующая ситуация. При Zк■í = 7К2 = &2ГВ1 графики Л'шттС^) и ЛГотт(к) пересекаются при А'ор, = 0,82, когда их значения равны 5,6. При увеличении к значения Кщтт^к) увеличиваются, а значение К0тт(к) уменьшаются. Результаты синтеза рельсовых линий при различных соотношениях сопротивлений 2Н, и различных значениях К из

приведены в табл. 3.

Таблица 3

Длина рельсовой линии, км 0.5 1 2

Вариант соотношения сопротивлений — ¿К — = к2В1 ^н — — = кгВ1 — — = кг^ — — = к2В1 ^н — — = kZBJ ^н — ^к — = кгВ1

2 3 4 5 6 7 $

Адаптивные ! рельсовые цепи при Низ - 1 Ом-км 0,1 0,082 0,0753 0,0675 0,068 0,702

Кщтт = = Кгш-, Л 6 5,6 4,8 4,8 4,95 4,95

к 0,75 - 1,3 1,0 1,3 1

КштЫ 21,3 - 27,2 32,4 27,1 32,4

Котт 7,24 - 5,4 5,1 5,1 5,1

я с и Я" о о * 2 г 5 5« & II 3 г 5 СЙ 5 ^ и*" 0,1 0,082 0,0883 0,0772 0,0775 0,0746

Киз, Ом-км 1,0 1,0 3,35 3,65 13,15 13,75

Кщтт 6 5,6 5,5 5,5 5,4 5,4

к 0,9 0,75 1,8 1,4 3,6 2,5

Кю, Ом-км 2,55 2,8 10,15 10,6 40,6 39,15

Кщт1 и 25,0 33,4 49,83 62,7 97,5 114

КотЫ 9,6 6,2 9,6 6,2 9,6 . 6,2

2 3 4 5 6 7 8

1,5 0,56 0,483 0,326 0,20948 0,172

§ = -и £ о Кштти.п ~ ~ КптЫ 33,9 30,0 25,6 20,0 12,125 11,4

¡12 к - - 0,75 - 2,25 -

3§ В - - 37,0 - 92,4 -

о. КотСп - - 26,8 - 14,5 -

О Г О 5 (О 0,1312 0,11 0,113 0,095 - -

!, = М Киз, Ом-км 1,0 1,1 3,4 3,7 - -

§ о 1 | § = КгъпЬ, 6,2 5,6 2,85 2,55 - -

8 В | о II о. £ 3 О 5 ^ Е = С? о а о 2 в 3 " в к 0,5 - - - - -

Киз, Ом-км 1,6 - - - - -

1 1-1 я 6 3 й-Д 3 Кшпйп 13,3 - - - - -

Хот1п 6,9 - - - - -

Из данных табл. 3 следует, что, во-первых, наибольшее значение Л"Шт,„ и ^отт У рельсовых линий длиной до 2,0 км имеет место при соотношении сопротивлений = 2К = к2д1г во-вторых, при увеличении длины рельсовых линий уменьшаются значения кор1 и /СштАрО = А^АрО; в-ТреТЬИХ, при условии = 1,0 Ом-КМ и Яизкр с увеличением длины рельсовой линии /читш^орО = Л'отт(^орс) не зависит от варианта соотношений сопротивлений, в-четвертых, при одинаковых значениях сопротивлений изоляции значения А'"ш11||П(/сор1) = А"ог|„„(/ч,р,) наименьшие при = 1,0 Ом-км, в-пятых, при наихудших условиях для выполнения каждого из режимов при длине рельсовой линии 2,0 км условия шунтового и контрольного режимов не выполняются; в-пятых, предпочтительней вариант соотношений сопротивлений 2Н — 7.К = при котором обеспечиваются наибольшие значения АГш™,,^), К0тт(к).

В табл. 4 приведены результаты синтеза рельсовых цепей без изолирующих стыков для различных длин и вариантов соотношений сопротивлений, и условий воздействия мультипликативных помех.

Таблица 4

Длина рельсовой линии, км 0.5 1

Вариант соотношения сопротивлений ZH — Ztt — = ZK2 — kZ gt ^н — ^ki — = Zia = kZ bi Zh — ZK1 — = %K2 = kZm Zh — Zxi — = ZK1 = kZBl

Is Н я ■ Я с: £ ^'opi 0,0965 0,089 0,0732 0,0724

Кщ2тпЫ~ Ko2min 6,03 5,6 4,8 4,8

я я О | - k 0,365 - 2 10

я о " <35 5 « с. Кц/2-min 16,809 - 29,4 30,9

^02min 6,459 - 5,15 5,1

S 0,0965 0,09337 0,0S7 0,0825

В О Rjq, Ом км 1,0 1.2 3,45 3,95

ё ь KlU2mln~ K02min 6,03 5.S77 5,6 5,6

5 £.* ? с ' k 1,0 10,75 1,68 8,6

з S 2 & Rm, Ом-км 4,8 98,35 16,6 100

1 34,767 153,631 62,7 157,7

< Ko2mln 9,379 8,851 9,41 8,388

Я а. _ ¿V 1,096 0,687 0,46 0,3494

птивные ые цепи г 100 Ом-Kf KilI2min= Ko2mln 37,0 29,15 24,95 19,96

k - - - -

rt О II < Ч S Kurimiri - - - -

о. ^Otmin - - - -

я „ Jt-op. 0,15 0,13 0,118 0,1065

я * S s « Rvo, Ом-км 1,15 1,35 3,6 4,1

Mil И 82 I fr-S» « о, « s о Я J 5 * 1 р. кО u F Ё 1.1 я з | & 1.2 " Kllf2mln~ K02m[n 6,17 5,4 2,72 2,32

k - - - -

R10, Ом-км - - - -

Кцптгйп - - - -

5 S V nOTmm - - - -

Из данных табл. 4 следует, что, во-первых, наибольшее значение /чштт и A'omin У рельсовых линий длиной до 1,0 км имеет место при соотношении сопротивлений ZH = ZK = kZB1, во-вторых, при увеличении длины рельсовых линий умеНЬШаЮТСЯ значения £0pt И ^Ulmm(^opt) — ^Omin(^opt)> третьих, при условии Кцз = 1,0 Ом-км и Rh3kp существуют такие соотношения по концам при которых КШт',п{к) г K0,„,n(k), однако их значения выше , чем при Лор,, в-четвертых, при одинаковых значениях сопротивлений изоляции значения ArUIinin(A:0p,) = K0min(kopt) наименьшие при Rm = 1,0 Ом-км.

Рис. 15. Рельсовая цепь без изолирующих стыков с временным контролем

На основании полученных результатов синтеза рельсовых цепей с временным контролем разработаны рельсовые цепи без изолирующих стыков микропроцессорной системы автоблокировки ЦАБ-Е (рис.15).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты диссертации состоят в следующем:

1. Произведена сравнительная оценка характеристик рельсовых цепей с постоянным и временным контролем состояний рельсовых линий.

2. Выбран математический аппарат направленных графов для разработки математических моделей рельсовых цепей.

3. Разработаны математические модели рельсовых цепей с изолирующими и без изолирующих стыков в нормальном, шунтовом и контрольном режимах с временным и постоянным контролем.

4. Определены формы показателей функционирования рельсовых цепей с временным и непрерывным контролем, а также адаптивных рельсовых цепей с переменным порогом решающего устройства.

5. Выведены аналитические выражения показателей функционирования рельсовых цепей в различных режимах их функционирования:

нормальном, шунтовом, контрольном, автоматической локомотивной сигнализации (AJIC), в том числе в режиме двойного шунтирования.

6. Произведен анализ функционирования рельсовых цепей с изолирующими стыками и без изолирующих стыков в нормальном, шунтовом, контрольном, AJIC режимах.

7. Разработан метод синтеза рельсовых цепей с изолирующими и без изолирующих стыков, в том числе адаптивных рельсовых цепей.

Основные публикации по теме диссертации

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Лисенков В. М., Ваныпин А. Е. Анализ и синтез рельсовых линий // Мир транспорта. - М.: 2009. - № 4. - С. 4 - 9.

2. Лисенков В. М, Ваньшин А. Е., Катков М. В. Методы повышения безопасности функционирования рельсовых цепей // Автоматика, связь, информатика. - М.: 2010. -№ 4. - С. 8-10.

3. Лисенков В. М., Ваньшин А. Е. Анализ рельсовых цепей методом направленных графов // Электротехника. — М.: 2011. - №8. - С. 29 - 32.

Патенты и изобретения 1. В.М. Лисенков, П. Ф. Бестемьянов, А. Е. Ваньшин, М. В. Катков Приемник рельсовой цепи. // Положительное решение на выдачу патента по заявке RU 2009 110 401, B61L 23/16. Бюл. №26 от 27.09.2010

Публикации в других изданиях

1. Ваньшин А. Е. Способ подключения оконечных устройств в микропроцессорных системах автоблокировки // Труды VII научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». - М.:МИИТ, 2006. - С. VII-4 - VII-5.

2. Романчиков А.М., Ваньшин А.Е. Современные системы интервального регулирования движением поездов // Сборник материалов «VII Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи НТТМ-2007». - М.:2007 - С. 70 - 71.

3. Ваньшин А. Е. Микропроцессорная система автоблокировки с централизованным размещением аппаратуры ЦАБ-Е // Труды V Международной научно-практической конференции «Trans-Mech-Art-Chem» - М.:МИИТ, 2008 - 293 с. - С. 27 - 28.

4. Ярулин И. В., Ваньшин А. Е. Программа управления подачей кодовых комбинаций АЛС // Труды научно-практической конференции Неделя науки

- 2008 «Наука МИИТа - транспорту» в двух частях, часть 2. - М.:МИИТ, 2008. - С. VII-70.

5. Системы управления движением поездов на перегонах: Учебник для вузов ж.-д. транспорта: В 3 ч. Ч. 2 / В.М. Лисенков, П. Ф. Бестемьянов, В. Б. Леушин, А. В. Лисенков, А. Е. Ваньшин; под ред. В. М. Лисенкова-М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2009. - 324 с.

6. Васильев А. Ю., Ваньшин А. Е. Интеграция рельсовых цепей ЦАБ-Е в систему Ebilock-950 // Труды научно-практической конференции Неделя науки - 2009 «Наука МИИТа - транспорту» в двух частях часть 1 -М.:МИИТ, 2009. - С 11-18 - 11-19.

7. Струков С. А., Ваньшин А. Е., Интеграция функции контроля управления переездной сигнализацией в микропроцессорную систему автоблокировки ЦАБ-Е // Труды научно-практической конференции Неделя науки - 2009 «Наука МИИТа - транспорту» в двух частях часть 1 -М.:МИИТ, 2009. - С 11-77 -11-78.

8. Ваньшин А. Е. Анализ рельсовых цепей без изолирующих стыков методом направленных графов // «TRANS-MECH-ART-CHEM» / Труды VII Международной научно-практической конференции - М.:МИИТ, 2010. -424с.-С. 50-52.

Ваньшин Александр Евгеньевич

МЕТОДЫ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ С ВРЕМЕННЫМ КОНТРОЛЕМ

05.22.08 - Управление процессами перевозок.

Автореферат диссертации на соискание учетной степени кандидата технических наук

Заказ № у^б

Москва, 127944 ул. Образцова, д. 9, стр. 9, УГТЦ ГИ МИИТ

Подписано к печати /ь 2012

Тираж <$,О экз.

Объем /.-)" п.л. Формат 60x84/16

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОЦЕНКА СВОЙСТВ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ С РАЗЛИЧНЫМИ МЕТОДАМИ КОНТРОЛЯ

СОСТОЯНИЙ РЕЛЬСОВЫХ ЛИНИЙ.

1.1. Показатели свойств рельсовых цепей.

1.2. Методика сравнительной оценки свойств рельсовых цепей.

1.3. Сравнительная оценка свойств рельсовых цепей.

1.4. Выводы.

2. МЕТОДЫ АНАЛИЗА РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ.

2.1. Постановка задач.

2.2. Метод анализа рельсовых цепей в нормальном режиме.

2.2.1. Рельсовые цепи с изолирующими стыками.

2.2.2. Рельсовые линии без изолирующих стыков.

2.2.3. Комплексы рельсовых цепей различных видов.

2.3. Метод анализа рельсовых цепей в шунтовом режиме.

2.3.1. Рельсовые цепи с изолирующими стыками.

2.3.2. Анализ рельсовой линии в шунтовом режиме без изолирующих стыков.

2.3.3. Комплекс рельсовых цепей различных видов.

2.3.4. Анализ рельсовой линии в режиме АЛС.

2.3.5. Анализ рельсовых линии в режиме АЛС при двойном шунтировании.

2.3.5.1. Двойное шунтирование в рельсовых линиях с изолирующими стыками.

2.3.5.2. Двойное шунтирование рельсовой линии без изолирующих стыков.

2.3.5.3. Одновременное шунтирование смежных рельсовых линий без изолирующих стыков.

2.4. Анализ рельсовых линий в контрольном режиме.

2.4.1. Рельсовые линии с изолирующими стыками.

2.4.2. Рельсовые линии без изолирующих стыков.

2.4.3. Комплекс рельсовых линий различных видов.

2.5. Выводы.

3. АНАЛИЗ РЕЛЬСОВЫХ ЛИНИЙ.

3.1. Анализ рельсовых линий в нормальном режиме.

3.2. Анализ рельсовых линий в шунтовом режиме.

3.3. Анализ рельсовых линий в контрольном режиме.

3.4. Анализ рельсовых цепей в режиме АЛС.

3.4.1. Анализ рельсовых цепей с изолирующими стыками.

3.4.2. Анализ рельсовых цепей без изолирующих стыков.

3.5. Выводы.

4. МЕТОД СИНТЕЗА РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ.

4.1. Постановка задач синтеза.

4.2. Метод синтеза рельсовых линий.

4.2.1. Синтез рельсовых цепей с изолирующими стыками.

4.2.2. Синтез рельсовых цепей без изолирующих стыков.

4.3. Выводы.

Постановка цели и задач исследований. Основной функцией рельсовой цепи является оценка состояния рельсовой линии, а именно, её свободно-сти от поездной единицы и целостности её рельсовых нитей [1,2].

Рельсовые цепи (РЦ) отличаются методами контроля и способами технической реализации, но в основе их функционирования лежит один и тот же принцип, заключающийся в следующем: на вход рельсовой линии PJI (рис. В.1) подается сигнал s^t) контроля состояния рельсовой линии (сигнал КРJI) от источника сигналов контроля ИСК; при распространении s1 (t) вдоль рельсовой линии могут происходить изменения его параметров под воздействиями поездного шунта ПШ или разрушенного рельса РР, а также аддитивных АП и мультипликативных помех МП; выходной сигнал рельсовой линии s2 (t) обрабатывается в приемнике ПР для ослабления воздействия помех на Si(t); после этого решающее устройство РУ на основе анализа результатов оценки изменений параметров s2(t) принимает решение о состоянии рельсовой линии [3].

Рельсовые цепи в зависимости от видов применяемых в них методов контроля состояний рельсовых линий подразделяются на две группы:

- с непрерывным контролем (НК) состояний рельсовых линий и

- с временным контролем (ВК) состояний рельсовых линий.

Рельсовые цепи первой группы с непрерывным контролем отличаются тем, что ИСК и аппаратура ПР, РУ каждой рельсовой цепи подключена постоянно к её рельсовой линии (рис. В.1)

Рис. В.1. Функциональная схема рельсовой цепи

Передающая и приемная аппаратура РЦ второй группы подключается к рельсовым линиям лишь на некоторое время. На рис. В.2 приведена функциональная схема РЦ с временным контролем без изолирующих стыков при централизованном расположении аппаратуры [4, 5].

РЛ1 РЛ2 РЛЗ РЛ4 РЛ5 РЛ6

Рис. В.2. Рельсовые линии с временными каналами контроля

Один ИСК и один комплект ПР - РУ поочередно с помощью коммутаторов К1 и К2 и кабельных линий подключаются к каждой рельсовой линии.

Таким образом создаются временные каналы для поочередного контроля состояний группы рельсовых линий с помощью одного комплекта ИСК, ПР, РУ. Конфигурация таких рельсовых цепей изменяется по мере переключения аппаратуры ИСК, ПР, РУ. Поэтому рельсовые цепи с временным контролем можно назвать еще рельсовыми цепями с изменяющейся конфигурацией.

Для обеспечения синхронности подключения ИСК и ПР к рельсовым линиям применяют устройство синхронизации УС.

Во всех системах автоматической блокировки (АБ), применяемых на сети железных дорог Российской Федерации и других стран, применяют РЦ с непрерывным контролем, конфигурация которых не изменяется [6].

Разработке методов анализа и синтеза рельсовых цепей с непрерывным контролем, исследованию их свойств в различных режимах работы и при воздействии различных дестабилизирующих факторов посвящено большое число работ многих авторов.

Наибольшее развитие теория рельсовых цепей получила в трудах отечественных ученых. Основоположниками отечественной школы в области теории рельсовых цепей являются М. И. Вахнин и А. М. Брылеев. Значительный вклад в развитие теории рельсовых цепей внесли Н. Ф. Котляренко, Ю. А. Кравцов, Н. Ф. Пенкин, А. В. Шишляков. Разработке методов и способов технической реализации рельсовых цепей и систем автоблокировки с рельсовыми цепями посвящены труды B.C. Аркатова, И. В. Белякова, П. Ф. Бес-темьянова, В. А. Воронина, В. С. Дмитриева, В. А. Коляды, В. М. Лисенкова, В. А. Миниа и др. Результаты работ П. Ф. Бестемьянова, А. В. Вековищева, В. И. Зорина, Г. А. Казимова, В. М. Лисенкова, Е. Н. Розенберга, Д. В. Шаля-гина по созданию первой отечественной микропроцессорной системы автоматической локомотивной сигнализации (АЛС) послужили основой для перевода всех систем управления движением поездов, в том числе и рельсовых цепей, на микропроцессорную элементную базу.

Первая система АБ с рельсовыми цепями с временным контролем (ЦАБ-Е) разрабатывается по предложению профессора Бестемьянова П. Ф. специалистами кафедры «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте» МИИТ. Им же принадлежат и первые теоретические и прикладные работы в этой области [7-12].

Результаты ряда научных исследований, выполненных автором диссертации в связи с созданием системы ЦАБ-Е, составляют основное содержание данной диссертации.

Целью диссертации является разработка методов анализа и синтеза рельсовых цепей с временным контролем состояния рельсовых линий и адаптивных рельсовых цепей с переменным порогом решающего устройства [13].

Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи:

- сравнительная оценка характеристик рельсовых цепей с постоянным и временным контролем состояний рельсовых линий;

- выбор математического аппарата для разработки математических моделей рельсовых цепей;

- разработка математических моделей рельсовых цепей с изолирующими и без изолирующих стыков в нормальном, шунтовом и контрольном режимах с временным и постоянным контролем;

- определение форм показателей функционирования рельсовых цепей с временным и непрерывным контролем, а также адаптивных рельсовых цепей с переменным порогом решающего устройства;

- вывод аналитических выражений показателей функционирования рельсовых цепей в различных режимах их функционирования: нормальном, шунтовом, контрольном, автоматической локомотивной сигнализации (АЛС), в том числе в режиме двойного шунтирования;

- анализ функционирования рельсовых цепей с изолирующими стыками и без изолирующих стыков в нормальном, шунтовом, контрольном, АЛС режимах;

- разработка метода синтеза рельсовых цепей с изолирующими и без изолирующих стыков, в том числе адаптивных рельсовых цепей.

Результаты решения этих задач представлены в последующих главах диссертации.

Кратное содержание глав диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников и приложений.

4.3 Выводы

1. Разработана методика синтеза рельсовых линий для адаптивных рельсовых цепей.

2. Применение методики рассмотрено на примерах синтеза рельсовых линий с изолирующими и без изолирующих стыков; при различных соотношениях нагрузочных и волновых сопротивлений линий; для случаев, когда сопротивление изоляции рельсовых линий имеет предельные значения (1,0 Ом-км или 100 Ом-км) или критическое по контрольному режиму; для случаев, когда первичные параметры рельсовых линий до момента изменения их состояния и после остаются неизменными и когда они отличаются.

3. При синтезе рельсовых линий с изолирующими стыками и частотой сигналов KPJI 1650 Гц для различных условий их эксплуатации было установлено (табл. 4.1):

- при RH3 = 1,0 Ом-км имеют место /copt, при которых ^mmin(^opt) = Komin{kopt), т.е. условия обнаружения поездов и разрушенных рельсов одинаковые; при этом в случаях, когда / = 1,0 км и / = 2,0 км значения Кщгшп и K0min остается одинаковым как при ZH = ZK = koptZB1, так и при ZH = ZK = = koptZB1, а именно, в первом случае показатели равны 4,8, а во втором -4,95;

- при RH3 = 1,0 Ом-км имеет место также значения к, при котором

K\limin{k) ф K0min(k), НО Кшmin(k) > ^rnmin(^opt) и > ^Omin(^opt)' т.е. условия обнаружения поездов и разрушенных рельс улучшаются; например, при / = 2 км значения показателей Kmrnin(k) = 27,1; K0min(k) = 5,1 при ZH = ZK = kZB1, а при ZH = ZK = kZB1 соответственно 32,4 и 5,1; исключение составляет линия с / = 0,5 км при ZH = ZK = kZB1;

- при RH3 = Яизкр также имеют место kopt и такие значения к, при которых улучшаются одновременно как условия обнаружения поезда, так и условия обнаружения разрушенного рельса. Например, при / = 2,0 км и /сор); значение обоих показателей равны 5,4 как в случае Zн = Zк = /Сор^въ так и в случае 2Н = Zк = кор12В1\ имеют место значения к, при которых КШт1П(]с) увеличивается до 114 и К0гП1П(к) до 6,2;

- при ЯИз = Ю0 Ом-км имеет место кор1, при которых КШт1П(кор^ = ~ ^оттС^орО» Для линий длиной I = 0,5 км показатели равны 33,9 и 30 соответственно для 2Н = 2К = к2В1 и для 2Н = 2К = к2В1; для линий длиной / = = 1,0 км показатели равны 25,6 и 20 соответственно для 2Н = 2К = к2В1 и для 2Н = 2К = к2В1; наконец при I = 2,0 км значения показателей равны 12,125 и 11,4 соответственно для 1 и 2 вариантов соотношений сопротивлений; кроме того, имеют место такие значения к, при которых значения показателей существенно увеличиваются только при Zн = 2К = кор12В1, а именно, КШтЫ(к) = 37,0 и К0тЫ(к) = 26,8 при /= 1,0 км и КШтЫ(к) = 92,4 и

КоттЮ = 14>5 ПРИ 1 = 2>° км- в процессе эксплуатации рельсовых цепей может иметь место случай, когда в нормальном режиме КИз = 1,0 Ом-км и порог срабатывания решающего устройства адаптирован к соответствующему уровню сигнала КРЛ, но после занятия поездом рельсовой линии ЯИз может увеличиться до 100 Ом-км; может быть и ситуация, когда после разрушения рельса сопротивление изоляции увеличиться до критического; в этих случаях одинаковые условия обнаружения поезда и разрушенного рельса имеют место при кор^, а именно,

КштшпС^орО = К0т1П(корг) = 6,2 при / = 0,5 км и 2Н= 2К = кор12В1- значении этих показателей равно 5,6 при Zн = 2К = кор{2В1; для I = 1,0 км значения соответствующих показателей равны 2,85 и 2,55; таким образом, для наихудших условий реализации нормального, шунтово-го и контрольного режимов необходимо использовать вариант 1 соотношений сопротивлений, т.е. Zн = Zк = к2В1; при этом с увеличением I условия обнаружения поезда и разрушенного рельса ухудшаются, т.е. значения показателей уменьшаются; однако, если значения параметров рельсовой линии и, в частности, ЯИз, не изменяется до и после изменения состояний рельсовых линий, то допустимая длина рельсовых линий ограничивается только соотношением уровней сигналов КРЛ и аддитивных помех.

4. При синтезе рельсовых линий без изолирующих стыков и частотой сигналов КРЛ 1650 Гц для различных условий их эксплуатации было установлено (табл. 4.2):

- при ЯИз = 1,0 Ом-км имеют место корг, при которых КШ2тт(кор0 ~ ~ К02т1П(кор^, т.е. условия обнаружения поездов и разрушенных рельсов одинаковые; при этом в случае, когда / = 1,0 км значения КШтП1П и К0т1п остается одинаковыми как при Zн = ZK2 = ZK1 = ^ор^въ так и ПРИ = = а именно, в первом случае показатели равны 4,8;

- при ЯИз =1,0 Ом-км имеет место также значения к при которых ^ш2тт(Ю К02гп1п(к), НО КШт1п(к) > Яш2гшп(ЛорО и Ко2тт(к) > ^огттС^орО, т.е. условия обнаружения поездов и разрушенных рельс улучшаются; например, при / = 1,0 км значения показателей равны КШ2т1П(к) = 29,4 и К02т1П(к) = = 5,15 при Zн = ZK2 = ZK1 = к!В1, а при Zн — ZK1 = Zк2 = /cZB1 соответственно 30,9 и 5,1; исключение составляет линия с / = 0,5 км при Zн = ZK1 = %К2 =

- при ЯИз = К^изкр также, как и при ЯИз =1,0 Ом-км имело место кар1 и такие значения к, при которых улучшаются одновременно как условия обнаружения поезда, так и условия обнаружения разрушенного рельса. Например, при / = 1,0 км и к0р{ значение обоих показателей равны 5,6, как в случае Zн — ^кг = ЯК1 = к0ptZe1, так и в случае Zн = ZK1 = ZK2 = кор1гВ1; имеют место значения к, при которых КШ2т1П{к) увеличивается до 62,7 и К0т1П(к) до 9,4;

- при Яиз = Ю0 Ом-км имеет место кор1, при которых ^шгтптС^орО = = К02т1П(кор1) для линий длиной I = 0,5 км показатели равны 33,9 и 30 соответственно для Zн = Zк = к!В1 и для Zн = Zк = для линий длиной / = 1,0 км показатели равны 37 и 24,95 соответственно для = Zк2 = = = /с0р^В1 и ДЛЯ — — —

- в процессе эксплуатации рельсовых цепей может иметь место случай, когда в нормальном режиме ЯИз = 1,0 Ом-км и порог срабатывания решающего устройства адаптирован к соответствующему уровню сигнала КРЛ, но после занятия поездом рельсовой линии ЯИз может увеличиться до 100 Ом-км; может быть и ситуация, когда после разрушения рельса сопротивление изоляции увеличиться до критического; в этих случаях одинаковые условия обнаружения поезда и разрушенного рельса имеют место при к0р(;, а именно,

Кш2тт (.^орО=^02тт 17 При / = 0,5 КМ И — ¿К2 = = значения этих показателей равно 5,4 при — 2К1 = — кор^В1; для / = 1,0 км значения соответствующих показателей равны 2,72 и 2,32; таким образом, для наихудших условий реализации нормального, шунтово-го и контрольного режимов необходимо использовать вариант 1 соотношений сопротивлений, т.е. = = ZK1 = кор^В1; при этом с увеличением I условия обнаружения поезда и разрушенного рельса ухудшаются, т.е. значения показателей уменьшаются; однако, если значения параметров рельсовой линии и, в частности, ЯИз, не изменяется до и после изменения состояний рельсовых линий, то допустимая длина рельсовых линий ограничивается только соотношением уровней сигналов КРЛ и аддитивных помех.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты диссертации состоят в следующем:

1. Произведена сравнительная оценка характеристик рельсовых цепей с постоянным и временным контролем состояний рельсовых линий.

2. Выбран математический аппарат направленных графов для разработки математических моделей рельсовых цепей.

3. Разработаны математические модели рельсовых цепей с изолирующими и без изолирующих стыков в нормальном, шунтовом и контрольном режимах с временным и постоянным контролем.

4. Определены формы показателей функционирования рельсовых цепей с временным и непрерывным контролем, а также адаптивных рельсовых цепей с переменным порогом решающего устройства.

5. Выведены аналитические выражения показателей функционирования рельсовых цепей в различных режимах их функционирования: нормальном, шунтовом, контрольном, автоматической локомотивной сигнализации (АЛС), в том числе в режиме двойного шунтирования.

6. Произведен анализ функционирования рельсовых цепей с изолирующими стыками и без изолирующих стыков в нормальном, шунтовом, контрольном, АЛС режимах.

7. Разработан метод синтеза рельсовых цепей с изолирующими и без изолирующих стыков, в том числе адаптивных рельсовых цепей.

1. Теория, устройство и работа рельсовых цепей. Брылеев А. М., Кравцов Ю. А., Шишляков A.B. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Транспорт», 1978. 344 с.

2. Харкевич А. А. Борьба с помехами. издание второе, исправленное. - М.: Наука, 1965. - 275 с.

3. Казаков А. А., Казаков Е. А. Автоблокировка, локомотивная сигнализация и автостопы: Учебник для техникумов ж.-д. трансп. 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1980. - 360 с.

4. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации. Утверждены Министерством транспорта Российской Федерации. М.: «Омега-Л» 2011 г. 144 с.

5. Лисенков В. М., Павлов Е. В. Ресурсосбережение в системах интервального регулирования движения поездов // Объединенный научный журнал «Автоматика» М.: 2004. - №3.

6. Павлов Е. В. Расчет показателей безопасности функционирования микропроцессорных систем с применением сетей Петри. // Журнал «Аспирант и соискатель». М.: Спутник, 2004. № 5.

7. Павлов Е. В. Метод повышения безопасности функционирования микропроцессорных систем интервального регулирования. // Четвертая научно-практическая конференция «Безопасность движения поездов». Труды конференции. М.: МИИТ, 2003.

8. Ванынин А. Е. Способ подключения оконечных устройств в микропроцессорных системах автоблокировки // Труды VII научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». М.:МИИТ, 2006. - С. VII-4-VII-5.

9. Романчиков A.M., Ваныиин А.Е. Современные системы интервального регулирования движением поездов // Сборник материалов «VII Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи НТТМ-2007». М.:2007 - С. 70-71.

10. Ванынин А. Е. Микропроцессорная система автоблокировки с централизованным размещением аппаратуры ЦАБ-Е // Труды V Международной научно-практической конференции «Trans-Mech-Art-Chem» -М.:МИИТ, 2008 293 с. - С. 27 - 28.

11. Беляков И. В. Теория и методы реализации адаптивных систем контроля состояний рельсовых линий. // диссертация М.:МИИТ, 1996 - 441 с.

12. Ванынин А. Е. Анализ рельсовых цепей без изолирующих стыков методом направленных графов // «TRANS-MECH-ART-CHEM» / Труды VII Международной научно-практической конференции М.:МИИТ, 2010. -424с.-С. 50-52.

13. Ярулин И. В., Ванынин А. Е. Программа управления подачей кодовых комбинаций AJIC // Труды научно-практической конференции Неделянауки 2008 «Наука МИИТа - транспорту» в двух частях, часть 2. -М.:МИИТ, 2008. - С. VII-70.

14. Васильев А. Ю., Ванынин А. Е. Интеграция рельсовых цепей ЦАБ-Е в систему Ebilock-950 // Труды научно-практической конференции Неделя науки 2009 «Наука МИИТа - транспорту» в двух частях часть 1 -М.:МИИТ, 2009. - С II-18 -II-19.

15. Лисенков В. М. Статистическая теория безопасности движения поездов: Учеб. Для вузов. М.: ВИНИТИ РАН, 1999. - 332 е., ил.

16. Сороко В.И., Милюков В.А. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник: в 3 кн. Кн.1. 3-е изд. - М.: НПФ «Планета», 2000. - 960 с.

17. Сороко В.И., Розенберг E.H. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник: в 3 кн. Кн.2. 3-е изд. - М.: НПФ «Планета», 2000. - 1008 с.

18. Сороко В.И., Кайнов В.М. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справочник: в 3 кн. Кн.З. М.: НПФ «Планета», 2003. -1120 с.

19. Кодовые рельсовые цепи переменного тока 50 Гц при электротяге пост. тока. Нормаль РЦ 50-01П /Взамен РЦ-50-07/ Гипротранссигналсвязь. 1976г.

20. Перегонные рельсовые цепи переменного тока с реле ИВГМ числовой кодовой АБ для участков ж. д. с электротягой постоянного тока. РЦК50-ИВГ-М-ЭТ00-93. Гипротранссигналсвязь. Санкт-Петербург 1993г.

21. Леонов А. А. Техническое обслуживание автоматической локомотивной сигнализации. 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1982. -255 с.

22. Автоматическая локомотивная сигнализация и авторегулировка. A.M. Брылеев, О. Поупе, B.C. Дмитриев, Ю.А. Кравцов, Б.М. Степенский -М.: Транспорт, 1981. 320 с.

23. Д. С. Голл. Рельсовые цепи на железных дорогах. Трансжелдор-издат 1936 г.

24. Брылеев A.M. Рельсовые цепи. М.: Трансжелдориздат 1939. 321 с.

25. М. И. Вахнин. Перегонные устройства. Издание второе дополненное и исправленное, Трансжелдориздат, М. 1947г., 660 с.

26. М. И. Вахнин, М. И. Влодавский, В. И. Ильенков, Н. Ф. Котляренко, П. В. Майшев. Автоматика и телемеханика на перегонах. Под ред. М. И. Вахнина. Трансжелдориздат, М. 1957г., 435 с.

27. Атабеков, Г. И. Теоретические основы электротехники. Линейные электрические цепи : учеб. пособие / Г. И. Атабеков. Изд. 8-е, стер. -СПб. : Лань, 2010.- 591 с.

28. Зевеке Г. В., Ионкин П. А., Нетушил А. В., Страхов С. В. Основы теории цепей. Учебник для вузов. Изд. 4-у, переработанное. М., «Энергия», 1975.

29. О. Ope. Графы и их применение. Перевод с англ. Л.И. Головиной под ред. И.М. Яглома М.: «МИР», 1965. - 175 с.

30. Р. Уилсон. Введение в теорию графов. Перевод с англ. И.Г. Никитиной под ред. Г.П. Гаврилова М.: «МИР», 1977. - 208 с.

31. Кормен Т. М.и др. Часть VI. Алгоритмы для работы с графами // Алгоритмы: построение и анализ INTRODUCTION ТО ALGORITHMS. - 2-е изд. — М.: «Вильяме», 2006.

32. Ф. Харари. Теория графов. Перевод с англ. В. П. Козырева под ред. Г.П. Гаврилова- М.: «МИР», 1973 г. 301 с.

33. Дж. Р. Абрахаме, Дж, П. Каверли Анализ электрических цепей методом графов Пер. с англ. О. В. Шерешевского, под ред. А. А. Соколова М. «МИР» 1967.

34. Калл ер М. Я. Теория линейных электрических цепей: Учеб. Для вузов. М.: Транспорт, 1970. - 408 с.

35. Робишо Л., Буавер М., Робер Ж. Направленные графы и их приложения к электрическим цепям и машинам. М.; Л.: Энергия. 1964. - 248с.

36. Лисенков В.М. Индуктивная связь с поездами М.: Транспорт, 1976.-112 с.

37. Аркатов В. С., Кравцов Ю. А., Степенский Б. М. Рельсовые цепи. Анализ работы и техническое обслуживание. М.: Транспорт, 1990. - 295 с.

38. Лисенков В. М., Ваныпин А. Е. Анализ рельсовых цепей методом направленных графов // Электротехника. М.: 2011. - №8. - С. 29 - 32.

39. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. 9-е изд., перераб. и доп. - М.: «Высшая школа», 1996. - 638 с.

40. Колон Гонсалез Хосе де Хесус. Микропроцессорные рельсовые цепи с относительной оценкой состояния линии. // диссертация М.:МИИТ, 1988 -197 с.

41. В.М. Лисенков, П. Ф. Бестемьянов, А. Е. Ванылин, М. В. Катков Приемник рельсовой цепи. // Положительное решение на выдачу патента по заявке RU 2009 110 401, B61L 23/16. Бюл. №26 от 27.09.2010

42. Воронин В. А., Коляда В. А., Цукерман Б. Г. Техническое обслуживание тональных рельсовых цепей: Учебное пособие. М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007. - 93 с.

43. Дмитриев В. С., Минин В. А. Системы автоблокировки с рельсовыми цепями тональной частоты. М.: Транспорт, 1992. - 182 с

44. Брылеев А. М., Рязанцев Б. С. Рельсовые цепи. М.: Желдориз-дат, 1952.-485 с.

45. Брылеев А. М., Шишляков А. В., Кравцов Ю. А. Устройство и работа рельсовых цепей. М.: Транспорт, 1966. - 264 с.

46. Лисенков В. М., Ванынин А. Е. Анализ и синтез рельсовых линий // Мир транспорта. М.: 2009. - № 4. - С. 4 - 9.