автореферат диссертации по транспорту, 05.22.08, диссертация на тему:Повышение работоспособности устройств интервального регулирования движения поездов при воздействии помех

На правах рукописи

005010860

Чегуров Андрей Борисович

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ УСТРОЙСТВ ИНТЕРВАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ПОМЕХ

05.22.08 - Управление процессами перевозок

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 1 МАР Ш

Москва-2011

005010860

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ)» на кафедре «Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Кравцов Юрий Александрович (МИИТ)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Шалягин Дмитрий Валерьевич (ПКТБ ЦШ)

кандидат технических наук, доцент Камнев Валерий Александрович (МИИТ)

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения (ПГУПС)»

Защита диссертации состоится « 14 » марта 2012 г. в 13-00 на заседании диссертационного совета Д 218.005.07 при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу 127994. г. Москва, ул. Образцова, д. 9 стр. 9, ауд. 1112.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИИТа.

Автореферат разослан « 9 » февраля 2012 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу диссертационного Совета университета.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 218.005.07 доктор технических наук, профессор

А.В. Горелик

J

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Рост грузооборота на сети железных дорог России предъявляет всё более высокие требования к точности выполнения графика движения, в связи с чем необходимо повышать работоспособность комплекса устройств интервального регулирования, включающего системы автоматической блокировки и автоматической локомотивной сигнализации.

Значительный вклад в развитие теории и создание систем интервального регулирования движения поездов внесли известные ученые И.В. Беляков, П.Ф. Бес-темьянов, A.M. Брылеев, М.Н. Василенко, A.B. Горелик, И.Е. Дмитриенко, И.Д. Долгий, В.А. Камнев, И.М. Кокурин, Н.Ф. Котляренко, Ю.А. Кравцов, В.М. Ли-сенков, Б.Д. Никифоров, JI.B. Пальчик, Н.Ф. Пенкин, A.C. Переборов, E.H. Розен-берг, В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, Ю.В. Соболев, Н.М. Фонарев, Д.В. Шалягин, В.И. Шаманов, В.И. Шелухин, О.И. Шелухин, A.B. Шишляков, A.A. Явна и другие.

При электрической тяге протекающий по рельсам обратный тяговый ток оказывает существенное воздействие на условия функционирования рельсовых цепей, вследствие чего может нарушаться работоспособность систем автоматической блокировки и автоматической локомотивной сигнализации.

Эксплуатируемые на Российских железных дорогах рельсовые цепи разработаны в то время, когда на электроподвижном составе применялся тяговый привод с коллекторным двигателем постоянного тока. При этом все гармоники тягового тока были кратны 50 Гц. Рабочие полосы частот путевых приёмников защищены от воздействия гармоник тягового тока с помощью фильтров. Поэтому критерии обеспечения нормального, шунтового и контрольного режимов работы рельсовых цепей разработаны при условии, что на входе путевых приёмников в рабочей полосе частот действует только полезный сигнал.

В настоящее время совершенно четко обозначена стратегия применения на тяговом подвижном составе асинхронного двигателя переменного тока, как при электроснабжении на постоянном токе, так и при энергоснабжении на переменном токе. Поскольку регулирование тяги осуществляется путем изменения частоты тока, потребляемого асинхронным двигателем, гармоники тока электровоза _ возникают в очень широком диапазоне частот, в том числе и в том, в котором работают рельсовые цепи. Поэтому предъявляются новые требования по обеспечению работоспособности устройств интервального регулирования.

С ростом скорости поездов работоспособность автоматической локомотивной сигнализации числового кода снизилась в связи с искажениями кодовых комбинаций в процессе передачи. Причинами искажений могут быть нестабильность

параметров передачи, связанная с передающими и приёмными приборами рельсовых цепей и локомотива, особенности рельсовых линий как канала передачи сигналов, а также воздействия тягового тока. При значительных искажениях, превышающих допустимые, декодирование кодовых комбинаций становится неустойчивым. Неустойчивость проявляется в виде сбоев в приёме кодовых комбинаций, вызывающих временное появление на локомотивном светофоре неправильных показаний. При таких условиях становятся необходимыми исследования и разработка рекомендаций по повышению работоспособности АЛСН.

Целью диссертации является повышение работоспособности системы интервального регулирования путем:

- разработки метода, позволяющего улучшить условия декодирования искажённых числовых кодовых комбинаций;

- синтеза рельсовых цепей с учётом действия на входе путевых приёмников в рабочей полосе частот одновременно полезного сигнала и гармоники тягового тока электроподвижного состава.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать методику и провести экспериментальное исследование работы АЛСН в эксплуатационных условиях.

2. Разработать метод, позволяющий улучшить условия декодирования искажённых числовых кодовых комбинаций.

3. Разработать методику и испытательный стенд для проведения сравнительных испытаний устройств дешифрирования числовых кодовых комбинаций АЛСН.

4. Разработать методику по определению влияния гармоник тягового тока электроподвижного состава с асинхронным тяговым приводом на рельсовые цепи при контрольном режиме работы.

5. Разработать методику синтеза рельсовых цепей с учётом действия на входе путевых приёмников в рабочей полосе частот одновременно полезного сигнала и гармоники тягового тока электроподвижного состава.

6. Разработать алгоритм обработки записей тягового тока с целью определения работоспособности рельсовой цепи.

7. Получить математические модели путевых приемников ПП1 рельсовых цепей тональной частоты в среде, обеспечивающей возможность анализа воздействия гармоник тягового тока на приемник.

8. Провести экспериментальное исследование работоспособности рельсовых цепей при воздействии тока электропоезда «Сапсан» с помощью физических моделей и в эксплуатационных условиях.

Методы исследований. В работе использованы методы математического моделирования, физическое моделирование, численные методы расчета и анализа, натурные испытания. Значительная часть результатов получена с использованием вычислительных алгоритмов.

Достоверность научных положений подтверждается соответствием результатов теоретических и экспериментальных исследований и испытаниями разработанных технических решений в лабораторных и эксплуатационных условиях. Результаты работы были доложены и получили одобрение на научно-практических конференциях.

Научная новизна результатов.

1. Предложен и обоснован критерий чувствительности рельсовой цепи к обрыву рельсовой нити с учётом воздействия гармоники тягового тока электроподвижного состава с асинхронным приводом в рабочей полосе частот рельсовых цепей тональной частоты.

2. Разработана методика определения допустимых уровней гармоник тягового тока в рабочей полосе частот рельсовых цепей тональной частоты по условиям выполнения контрольного режима.

3. Разработаны имитационные модели приемников ПП1 рельсовых цепей тональной частоты.

4. Проведено физическое моделирование при расчётном уровне асимметрии рельсовой линии воздействия тока электроподвижного состава на работу рельсовых цепей.

5. Разработан алгоритм работы корреляционного дешифратора числовых кодовых комбинаций АЛСН, при этом новизна решения подтверждена патентом на полезную модель.

Практическая ценность полученных результатов.

1. Разработанный критерий контрольного режима с учётом воздействия гармоник тягового тока электроподвижного состава позволяет корректно рассчитать условия обеспечения требований безопасности при обрыве рельсовой нити. На основании предложенного критерия разработанное математическое описание позволяет определить допустимые уровни гармоник тягового тока в рабочей полосе частот перегонных и станционных рельсовых целей тональной частоты.

2. Разработанные физические модели позволяют проверить при расчётной асимметрии рельсовой линии выполнение условий обеспечения нормального, шунтового и контрольного режимов работы рельсовых цепей при воздействии тока электроподвижного состава. При помощи предложенных имитационных моделей путевых приемников ПП1 возможно упростить и автоматизировать рассматриваемую задачу.

3. Проведенная гармонизация отечественной и европейской методики обработки записей тягового тока позволяет применять единый подход на пространстве с колеёй 1435 мм и 1520 мм для оценки влияния гармоник тягового тока электроподвижного состава на работу рельсовых цепей.

4. Разработанное устройство корреляционного дешифрирования числовых кодовых комбинаций позволяет уменьшить число сбоев в работе АЛСН. При этом введенные программно - аппаратные средства для моделирования искажений числовых кодовых комбинаций автоматической локомотивной сигнализации в лабораторных условиях позволяют проводить сравнительные испытания различных дешифраторов.

Реализация результатов работы. Результаты, полученные в диссертации, использованы в ОАО «НИИАС» при разработке новых устройств автоблокировки с рельсовыми цепями тональной частоты и нормативных документов по электромагнитной совместимости тягового подвижного состава и рельсовых цепей, а также в ЗАО «ОЦВ» при разработке корреляционного дешифратора числовых кодовых сигналов для системы помехозащищённой АЛС. Результаты внедрения подтверждены соответствующими актами.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях и научных секциях кафедры, на восьмой и одиннадцатой научно-практических конференциях «Безопасность движения поездов» в г. Москве, и опубликованы в десяти печатных работах.

Публикации. Материалы, отражающие основное содержание диссертационной работы, изложены в 10 печатных работах. Три из них опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав и заключения, списка использованных источников, включающего 96 наименований, 4-х приложений, изложена на 200 страницах и поясняется 78 рисунками, 11 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы, определены цели и задачи исследования.

В первой главе проведена разработка рекомендаций по повышению работоспособности числовой кодовой автоматической локомотивной сигнализации.

Для разработки технических решений по уменьшению числа случаев неправильного дешифрирования принимаемых числовых кодовых комбинаций необхо-

димо собрать экспериментальные данные о сбоях в работе при эксплуатации АЛСН. С этой целью была разработана методика проведения экспериментальных исследований работы АЛСН в эксплуатационных условиях. Целью испытаний является сбор данных об искажённых кодовых комбинациях, принимаемых на электровозах в условиях реальной эксплуатации при электрической тяге. Достижение поставленной цели осуществляется с использованием системы сбора данных, представляющей собой программно-аппаратный комплекс для регистрации сигналов АЛСН. Система сбора данных не влияет на функционирование аппаратуры КЛУБ-У и САУТ-ЦМ. Опытные поездки организуются с грузовыми и пассажирскими поездами на участке обращения электровозов. Во время экспериментальных поездок проводилась регистрация сигналов АЛСН, принимаемых локомотивными катушками (сигнал с каждой катушки и разностный), при движении электровоза с поездом. По результатам расшифровки и анализа данных поездок выявлены и зарегистрированы искаженные числовые кодовые комбинации. Их общее число составило 2260, из них 1329 искаженных числовых кодовых комбинаций на станции и 931 на перегоне. Полученные экспериментальные результаты формируют базу данных искаженных числовых кодовых комбинаций и позволяют разработать устройство для повышения работоспособности дешифратора АЛСН.

Во время экспериментальных исследований работы АЛСН в эксплуатационных условиях установлено, что искажение числовых кодовых комбинаций может происходить при движении электровоза на выбеге, когда в рельсах отсутствует тяговый то к. В результате измерений разными организациями было установлено, что имеет место остаточная намагниченность рельсов, которая составляет от нескольких единиц до сотен Эрстед. Проведенные в диссертации расчеты уровня ЭДС на входе локомотивного приемника для этих условий показали, что амплитуда радиоимпульса частотой 25 Гц, возбуждаемого в локомотивной катушке при проходе ею магнитного пятна со скоростью порядка 50 км/ч составляет около 600 мВ, что, безусловно, может привести к сбою приема кодовой комбинации.

Среди всех типов зарегистрированных искажений числовых кодовых комбинаций в первую очередь необходимо выделить те, наличие которых приводило к сбою локомотивной сигнализации.

. Лишний импульс в посылке. В этом случае появляется дополнительный импульс в паузе, который по длительности приблизительно соответствует истинному импульсу кодовой комбинации.

Расщепление (дробление) импульса. Искажённая числовая кодовая комбинация характеризуется расщеплением (дроблением) одного сигнального импульса на два импульса, причем длительность каждого из импульсов примерно равна половинной длительности расщепленного импульса.

Следующие зарегистрированные искажения числовых кодовых комбинаций также не менее опасны, хотя и не вызывали сбой локомотивной сигнализации, но могут привести, в определенных ситуациях, к ошибкам дешифрирования.

Отсутствие импульса. Данное искажение характеризуется полным пропаданием импульса в кодовой комбинации.

Усечение импульса. Данное искажение характеризуется существенным изменением длительности импульса по отношению к импульсам этой же кодовой комбинации.

В диссертации разработано устройство для повышения работоспособности AJICH при дешифрировании искажённых числовых кодовых комбинаций, реализующее корреляционный принцип дешифрирования.

Поступающая от усилителя УК 25/50 числовая кодовая комбинация с помощью АЦП преобразуется в двоичный сигнал. Периодическое выделение двоичных сигналов равных по длительности одному периоду повторения кодовых ком-

бинаций зелёного огня "3" или желтого огня кодовых комбинаций жёлтого с красным огня

Ж" или двум периодам повторения КЖ" проиллюстрировано рис. 1.

Отрезки Я принимаемых последовательностей длительностью 1900мс (190 бит), обрабатываемые анализаторами кодовых комбинаций трансмиттеров типа КПТ7

Отрезки Я принимаемых последовательностей длительностью 1 бООмс (160 бит), обрабатываемые анализаторами кодовых комбинаций трансмиттеров типа КПТ5

Рис. 1. Периодическое формирование анализируемых отрезков Я принимаемых двоичных сигналов

Для кодовой комбинации с периодом повторения, равным Т, имеется Г различных вариантов образцовых двоичных сигналов, сдвинутых относительно начала отсчёта на/бит.

Коэффициент корреляции К^ выделенного двоичного сигнала и образцового двоичного сигнала с временным сдвигом / относительно начала отсчёта рас-

Л'

считывается по формуле: К у = £ £Д;] • Л[;]/N,

7=0

где N - длительность выделенного и образцового двоичных сигналов в битах;

Ef - образцовый сигнал с временным сдвигом / относительно начала отсчёта ;

Я[1'] - значение /-го бита выделенного двоичного сигнала.

Действия, осуществляемые при выборе максимального значения коэффициента корреляции Кт, описываются формулой: Кт = тах^~'0(Л^).

Абсолютная погрешность временного сдвига выделенных двоичных сигналов относительно начала отсчёта Ат рассчитывается по формулам: Дт = т - (т[ь 1 ] + 40) тос! Т ec.ivb.rn > Т/2,тоАт = Т - Ат; еслиАт <-772,ото Дт = Т + Ат

На основе параметра Дт анализатор временного сдвига выделенных двоичных сигналов относительно начала отсчёта вычисляет весовой коэффициент отражающий точность расположения текущего выделенного двоичного сигнала относительно предыдущего выделенного двоичного сигнала:

если|Дт| >778, то 2 = 0, иначе 0 = 1-8-¡Ат\/Г .

Характеристика V выделенного двоичного сигнала, позволяющая считать его кодовой комбинацией, рассчитывается по формуле : V = (2[1]*Кт[1]

Принятой считается та кодовая комбинация, для которой У[/'] имеет максимальное значение.

Эффективность описанного устройства дешифрирования числовых кодовых комбинаций автоматической локомотивной сигнализации проверена во время лабораторных испытаний. Новизна технических решений подтверждена патентом на полезную модель.

Вторая глава посвящена математическому описанию для расчета допустимого уровня гармонической помехи в рабочей полосе путевых приемников в контрольном режиме.

При анализе работы рельсовых цепей с учетом воздействия тягового тока и его гармонических составляющих используются уравнения распространения напряжений и токов в рельсовой линии с учетом взаимной индуктивности контакт-

ного провода и рельсов. Вводится коэффициент влияния Кк1. определяющий долю гармоники тягового тока электровоза частотой оказывающей мешающее влияние на аппаратуру генерации и приема сигнала рельсовых цепей.

Получены формулы для расчёта Ке:, в станционной рельсовой цепи стрелочной секции, примыкающей к отсосу тягового тока тяговой подстанции.

1

^1=2

(К9КиК{КАуп +КпК8К1К3г'п + А9А,,А3А2 уп +-К)А'3Л:10£9>,12)

2,+

I

Ко

( + 22 жр

V

[ + 2„ - 22жр А +2„ ,

2М + К3КЮ2Ш

К-влг = 2

(К2 сЫ/,!,) - А', бЬС+ Ц)) 1

(К9КиК1К4уп + КиК&К{К3уи + К9КиК3К2уи + К ¡К3КюК9у\2)

КПК4гмкр+КиУи

(2{+2м-22^

1

А,

г.+¿,-2 2мкр

+К3уп

"икр

2х+2м-22мкр

(21+2м-22мкр 2Х+2М

+ К3Кы2мкр

_•( А8 с%, (-¿з + Л,)) + А9 5Ь(Г2 (-£, + ))) где | определяются из уравнений: К^АсКу21,)Ищ +2>'|25/)(72/,);^2 + г^сЭД,);

к5 = 4 (1 - /(г, + г,,)); а6 = /(7, + г,,);

=2Л2СА(72/2) + 45%2/2)/гЯ2; К^гуъзНуЫ + АсЫу&уг^ К10 = 2>1,сА(Х|/2) + 5%|/2)/гйЛ.3; Ап =2уил/7(^/2) + сА(/1/2)/2вл-э.

(1)

(2).

Квл\ ~

Формула для расчёта К,п для одного из приемников в станционных рельсовых цепях с общим источником питания приёмо-отправочного пути, примыкающего к отсосу тягового тока тяговой подстанции, имеет вид:

У\гкя(к\а~ к\\)(к\о + к\\)(-кпкм + к\9К\2)(К\0Ки--———+

+ м

2Х + 2М -22 2Х + 2М - 22ш:п 2, + - 22„,._ , ]/■ ьг _____ •»л/7 «7 , V у ^ •» МР 7 , !/■ I -1' МЬР

+ Л10Л21-- 1 10 21-----<и + К\0КИ------

¿1 + м + Аи ¿1 + /.н

7 л. К К 7 .V- V + ~ 7 ^ у 2\+2м-22лтр

■¿х + Л24Л.22¿жр + ЛцЛ22-—---¿м -Л23ЛП-———-+

+ + 2 „

2х+2ц-22„кп 2,+2и-22жп

+к\\к22-----¿1 ~ л23л11-~---+ К2ХК23Амрк)-

+ Ли ¿1 + А«

•(/^АОУ,) - к(сКу21х)))1({2{ + гм) ■ в,)\; (3)

где КХ...К2Х определяются из уравнений:

К, = /, (1 - 22шр /(г, + г,,)): К6 = 2сА(у2/,) + 7Я1Л2лА(у2/,) ; Кп = г$Ь{уг1х) + г,пупсКу11х); К% = 2^12; К9 = 4 !2Н 2; К10 = ух ^ЛО,/;,,); 1 = У\\sKhh\Y' К\2 = УпсКУ212\)>к13= У\2^(Г2>2\) ' К\4 = Ь^мкр + 2„); = 2У\\СКУ^2\ + 122)) ; = + /22» ; К„ = сКУ\{121 + 122))>гВХЭ \

К\» = ^{ух(121 + /22))/гвлэ;^19 = 2с%2(/21 +/22)] + 2Яз>'12^[/2(/21 +/22)];

к20 =25Л[/2(/2, +/22)] + ^зЛ2сЛ[/2(/21 +/22)];

^21 = + ^з; ^22 - + ^23 = ^15 + ^24 = ^16 + ^17 ■ Аналитическое выражение для <2\ имеется в основном тексте диссертации, но в связи с большим объемом в автореферате не приводится.

В расчётной схеме при определении Кв1 перегонных рельсовых цепей без изолирующих стыков с общим источником питания, расположенных в произвольном месте относительно тяговой подстанции и электроподвижного состава, в качестве эквивалентной электрической схемы участков от рассматриваемой рельсовой цепи до тяговой подстанции и до электроподвижного состава используется однопроводная рельсовая линия в связи с тем, что интерес представляет распределение токов в рельсовой цепи с оборванным рельсом. Формулы для расчёта Кв, имеют вид:

Квл\ =

_0_

(г, + 2„ ха + Й + & + Й + & + 07+& + ' 1

+09 + 00 + 011 + 02 + 03 + 04 + 015 + 06 + 07)

(4)

^73 =

08

(г, + + £20 + 021 + 022 + 023 + 024 + 025+)

1

(5)

+026 + 027 + 028 + 029 + 030 + 031 + 02 + 033 + 034

Аналитические выражения для всех указанных выше коэффициентов Q¡ приведены в приложении к диссертации.

Разработан критерий чувствительности рельсовой цепи к обрыву рельсовой нити с учетом воздействия тока электроподвижного состава с асинхронным тяговым приводом. Для путевых приемников типа ПП1 рельсовых цепей тональной частоты экспериментально получена зависимость тока гармоники на входе приемника частотой, совпадающей с несущей амплитудно-манипулированного сигнала от ГП, приводящей к замыканию контактов исполнительного реле, от величины остаточного входного тока 1и0Р от путевого генератора при работе рельсовой цепи в контрольном режиме. Представленные экспериментальные данные можно аппроксимировать полиномом первой степени и получить следующую аналитическую зависимость:

1„Г= -1.485.1Ю? +3.509 (6)

На основании (6) выражение для расчета критерия чувствительности рельсовой цепи к обрыву рельсовой нити К0РАП с учетом воздействия тока электроподвижного состава с асинхронным тяговым приводом примет вид:

_ Кв(-1.485-/„ОР +3.509)-1*гУ1

юоо-|к„К

где Кв - коэффициент возврата приемника;

Ктк— коэффициент снижения тока, при передаче сигнала через устройства согласования в конце рельсовой линии;

Квл - коэффициент влияния (определяется по формулам (1)-(5));

1к - ток гармоники в контактном проводе СКЗ, А.

Ток 1н0Р может быть выражен следующим образом:/,ЮР = ЕЭМКС1\2П0К\\

К,

ОРАП '

(7)

:= 0,001 -1гКг\Ктк[Ки-\1:

по]

(8)

где 211(у2Г!0К - приведенные сопротивления передачи основной схемы замещения рельсовой цепи в нормальном и контрольном режимах; ¡¡, - ток срабатывания приемника, мА; К3~ коэффициент запаса;

Ки - коэффициент колебаний напряжения на выходе путевого генератора в зависимости от напряжения питающей сети (Ки = ижкс / имин).

Уравнение (7) с учетом (8) преобразуется к следующему виду:

^(3.5091К?.Л.НгША-|-1.485-10-3 • /,-К3-\Ктк\2-К,,-\2П0\)

°РАП= тй-\КвМ2пок\-1к

При расчёте контрольного режима определение критического места обрыва и критического сопротивления изоляции необходимо проводить с учетом воздействия гармоник тягового тока электроподвижного состава.

Блок-схема алгоритма определения критических характеристик контрольного режима при заданных значениях параметров схемы рельсовой цепи и тока гармоники электроподвижного состава с частотой, совпадающей с несущей ампли-тудно-манипулированного сигнала контроля рельсовой цепи, приведена на рис. 2. Расчеты производятся последовательно для различных мест обрыва. Сначала задаются исходным расстоянием до места обрыва 10'. Для него рассчитывается минимальное значение Корап\ (^ил в зависимости от сопротивления изоляции. После определения К-орап\ аналогично рассчитывается К0РАП2 (Лц32*,1о2*) при следующем значении расстояния до места обрыва.

Из полученного множества значений К0Р4П*(Я^^,*,Ь0') выбирается минимальное при этом ,Ь0*) являются искомыми критическими характеристиками контрольного режима. Для всех реальных значений длин рельсовых цепей, используемых в эксплуатации, при фиксированной частоте сигнала аналогичным образом рассчитываются критические характеристики контрольного режима при воздействии гармоник тягового тока.

Блок-схема алгоритма расчёта допустимого уровня гармоники тягового тока на фиксированной частоте при заданной длине рельсовой цепи приведена на рис. 3. В этом случае задаются различными значениями тока гармоники 1к. Для каждого значения определяют К0РАП при критических месте обрыва и сопротивлении изоляции, которые считаются известными в результате выполнения алгоритма по блок-схеме рис. 2. Значение 1к, при котором К0РАП =1 является максимально допустимым.

Рис. 2. Блок-схема определения критических характеристик контрольного режима

Рис. 3. Блок-схема расчёта допустимого уровня гармоники тягового тока

В третьей главе проводится экспериментальное исследование работоспособности рельсовых цепей при воздействии тока электроподвижного состава с асинхронным тяговым приводом.

Проведено физическое моделирование воздействия тока электропоезда «Сапсан» на рельсовые цепи. Целью эксперимента являлась оценка степени влияния обратного тягового тока электропоезда «Сапсан» на устройства рельсовых цепей тональной частоты ТРЦ-3 и фазочувствительных РЦ 25 и 50 Гц при электрической тяге постоянного тока 3,0 кВ и на устройства ТРЦ-3 и фазочувствительных РЦ 25 Гц при электрической тяге переменного тока 25 кВ 50 Гц. Экспе-

римент проводился при движении электропоезда «Сапсан» со скоростью до 120 км/ч.

Схема эксперимента должна быть построена так, чтобы воздействие гармонических составляющих тока поезда «Сапсан» осуществлялось при коэффициенте асимметрии, близком к расчетному. Для проведения эксперимента при коэффициенте асимметрии близком к расчётному на экспериментальном кольце ст.Щербинка при тяге постоянного тока были предложены следующие технические решения. На тяговой подстанции отсасывающий фидер подключался к средней точке основной обмотки дроссель-трансформатора. Оба вывода основной обмотки дроссель-трансформатора соединялись с минусовой шиной подстанции. Дополнительная обмотка ДТ подключалась к типовой схеме соответствующей рельсовой цепи. Сопротивление Z r¡on включается в цепь одной из полуобмоток

дроссель-трансформатора для создания расчетной асимметрии.

Экспериментально установлено, что предложенная схема подключения аппаратуры РЦ достаточно точно моделирует влияние обратного тягового тока в эксплуатационных условиях, характеризующихся расчётным коэффициентом асимметрии. В процессе эксперимента не выявлено размыканий фронтовых контактов исполнительных реле путевых приёмников в нормальном режиме РЦ и тыловых контактов в шунтовом и контрольном режимах РЦ. В результате обработки зарегистрированных сигналов установлено, что уровни гармоник тягового тока в полосе рабочих частот рельсовых цепей не превышают нормируемые максимально допустимые значения.

Физическое моделирование воздействия тягового тока перспективного электроподвижного состава с асинхронным тяговым приводом на эксплуатируемые рельсовые цепи требует существенных материальных, организационных и человеческих ресурсов. Результатом проведенных экспериментов являются зафиксированные осциллограммы обратного тягового тока электропоезда и качественное заключение о воздействии тягового тока на работу путевых приемников рельсовых цепей. Суждение о влиянии обратного тягового тока на функционирование рельсовых цепей выносится по наблюдениям за контактами исполнительных реле приемников. При этом необходимо отметить, что адекватную качественную оценку воздействия тягового тока на рассматриваемую рельсовую цепь можно получить только моделируя ситуации различного наложения во времени сигнала от путевого генератора и мешающих воздействий в виде тягового тока. Указанное выше требование о необходимости исследования различных фазовых соотношений между сигналом путевого генератора и тяговым током электропоезда приводит к тому, что в эксперименте должно использоваться несколько ком-

плектов идентичных приемников и генераторов, причем фазовые соотношения сигналов генераторов фиксированы и выбираются из условия достаточности моделирования фазовых наложений.

При физическом моделировании эксперимент проводится при нормальном, шунтовом и контрольном режимах работы РЦ. Уровень сигнала от путевого генератора соответствует наихудшим условиям работы РЦ в заданном режиме, при этом в шунтовом и контрольном режимах он совпадает.

Для упрощения задачи оценки работоспособности ТРЦ при воздействии гармоник тягового тока электропоезда разработаны электронные модели путевых приемников семейства ПП1, проведена их верификация и сравнение с физическими образцами. Максимальная зафиксированная погрешность не превышает 5%. Электронные модели синтезированы в программной графической среде БтиИпк, обеспечивающей возможность оценки воздействия тягового тока перспективного электроподвижного состава с асинхронным тяговым приводом на функционирование рельсовых цепей и допускающей возможность создания сценариев проведения экспериментов, что позволяет облегчить и автоматизировать экспериментальные исследования работоспособности эксплуатируемых рельсовых цепей тональной частоты с использованием сигналов, зарегистрированных в эксплуатационных условиях.

В связи с гармонизацией норм по ЭМС и методов их проверки на пространстве с колеёй 1435 мм и 1520 мм проведены экспериментальные исследования по определению возможности применения для оценки работоспособности ТРЦ методики анализа записей тягового тока, рекомендуемой европейским стандартом ОБ/СЬС/ТЗ 50238-2 от 16 сентября 2010. С помощью стенда создан банк записей эталонных сигналов тягового тока, характеризующихся тем, что при их воздействии на приемник последний находится на границе работоспособности. На основе реакции приёмника на эти воздействия выбраны параметры обработки, отражающие реальные физические процессы в приёмнике. Рекомендовано расчет СКЗ проводить в скользящем прямоугольном окне длительностью 0,6 с, при использовании фильтра Баггерворта с шириной полосы пропускания на уровне -3 дБ -25 Гц, и на уровне -20 дБ - 41Гц, крутизна характеристики в переходной области с затуханием свыше 20 дБ составляет 112 дБ на октаву.

Анализ данных, полученных по аналитическим выражениям коэффициентов влияния (1), (2), (3) для рассматриваемых схем станционных рельсовых цепей, примыкающих к тяговой подстанции, показывает, что при обрыве рельсовой нити в критическом месте с увеличением сопротивления изоляции влияние гармоник

тягового тока возрастает, а при увеличении длины или центральной частоты сигнала рельсовой цепи влияние гармоник уменьшается.

Как показывает анализ данных, полученных по аналитическим выражениям коэффициентов влияния (4), (5) воздействие гармоник тягового тока электроподвижного состава на путевой приемник при критических значениях сопротивления изоляции и расстояния до места обрыва мало зависит от местоположения рассматриваемой рельсовой цепи на перегоне.

Критические характеристики контрольного режима рельсовой цепи при воздействии гармоник тягового тока такие же, как и те, которые имеют место при синтезе рельсовых цепей при отсутствии гармоник в рабочей полосе частот путевого приёмника. Это является следствием того, что при отклонении от полученных при синтезе критических значений сопротивления изоляции и расстояния до места обрыва остаточный ток на входе приемника от путевого генератора уменьшается, минимальный уровень гармоники тягового тока, приводящей к сбою, увеличивается, но возрастание коэффициента влияния не компенсирует указанные изменения.

Экспериментальные испытания работоспособности рельсовых цепей в эксплуатационных условиях на Октябрьской и Горьковской ж.д. при движении ЭПС с асинхронным тяговым приводом подтвердили выводы, сделанные на основе теоретических расчётов, лабораторных исследований и при физическом моделировании воздействия тока ЭПС на рельсовые цепи.

В четвертой главе исследуется работоспособность разработанного корреляционного дешифратора числовых кодовых комбинаций АЛСН.

Разработан макетный образец корреляционного дешифратора ДКС-К. Разработаны программно-аппаратные средства для сравнительных испытаний дешифраторов и моделирования искаженных числовых кодовых комбинаций АЛС в лабораторных условиях. Стенд реализован таким образом, что с выхода генератора кодовых сигналов и помех, ток подаётся в общий шлейф, имитирующий рельсовые нити. Сигнальный шлейф представляет собой плоскую рамку, содержащую 10 витков изолированного провода сечением 1,5 мм2. Активное сопротивление шлейфа составляет 0,1 Ом, индуктивность шлейфа 37 мГн. Максимально возможное действующее значение сигнального тока, питающего шлейф, составляет 2,7 А, что соответствует эквивалентному току в имитируемой рельсовой цепи 27 А. Сравнительные испытания проведены над тремя типами дешифраторов одновременно. Макетный образец корреляционного дешифратора ДКС-К через блок согласования, а дешифратор ДКСВ1 напрямую, подключены на выход приемника УК25/50, а дешифратор КЛУБ-У получает числовой кодовый сигнал с отдельной

пары локомотивных катушек. Таким образом, при испытаниях все дешифраторы находятся в одинаковых условиях. Модуль сбора данных циклически передает дешифрованную кодовую комбинацию от каждого из трех испытуемых дешифраторов в компьютер-обработчик для их сравнения и при необходимости регистрации времени сбоя того или иного дешифратора.

С помощью стенда можно решать задачи двух типов в зависимости от способа формирования полезных сигналов и помех в канале АЛСН. К первому типу относятся задачи, когда в имитируемую рельсовую цепь подаются записи сигналов с выхода локомотивных катушек, полученные в реальных условиях эксплуатации. Эту задачу решает программный модуль реальных сигналов и помех. Ко второму типу относятся задачи программного формирования полезных сигналов, помех, моделирования условий движения по перегону. Решение задачи второго типа обеспечивает программный модуль формирования имитационных сигналов и помех.

Во время рейса часть времени, когда параметры принимаемых кодовых комбинаций соответствуют требованиям нормативно-технической документации, дешифратор АЛСН способен выполнять заданные функции, то есть, находится в работоспособном состоянии.

Часть времени, когда параметры принимаемых кодовых комбинаций в результате внешних воздействий не соответствуют требованиям нормативно-технической документации, дешифратор АЛСН не способен выполнять заданные функции, то есть, он находится в неработоспособном состоянии. Пребывание в неработоспособном состоянии количественно оценивается критерием потерь. Задача повышения работоспособности дешифратора сводится к минимизации критерия потерь за время рейса.

Эффективность технического решения повышения работоспособности АЛСН оценивается показателем, представляющим собой отношение критериев потерь полученных при работе АЛСН с эксплуатируемым дешифратором ДКСВ1 и макетным образцом корреляционного дешифратора за одно и то же время в одинаковых условиях. Критерий эффективности технического решения повышения работоспособности дешифратора числовых кодовых комбинаций имеет вид:

Эпр = Кп_дкст! Кп_дкск >

где Эпр - эффективность технического решения повышения работоспособности дешифратора числовых кодовых комбинаций;

Кп дКСВ\ - критерий потерь эксплуатируемого дешифратора ДКСВ1 за время испытаний;

Кп А- - критерий потерь макетного образца корреляционного дешифратора ДКС-К за время испытаний.

В качестве критерия потерь для оценки работоспособности макетного образца корреляционного дешифратора числовых кодовых комбинаций принято количество разработанных группой специалистов штрафных баллов, начисляемых в случае ошибок при дешифрировании кодовых комбинаций во время сравнительных испытаний совместно с эксплуатируемыми устройствами.

В соответствии с данными проведенных сравнительных испытаний рассчитывается эффективность технического решения повышения работоспособности АЛСН Эпр=Кп ¡КСт IК ц дкск =3818/845 = 4,52. По результатам проведенных сравнительных испытаний макетный образец корреляционного дешифратора числовых кодовых комбинаций показал наилучший результат.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решены следующие задачи, позволяющие обеспечить и повысить работоспособность устройств интервального регулирования движения поездов при воздействии помех:

1. Разработан макетный образец устройства, уменьшающего число сбоев АЛСН при дешифрировании искажённых кодовых комбинаций, полученных в результате экспериментальных поездок на электровозах постоянного и переменного тока в условиях реальной эксплуатации. Новизна технического решения подтверждена патентом на полезную модель.

2. Разработана методика учета воздействия остаточной намагниченности в зоне изолирующих стыков на работу АЛСН. Показано, что при определённых реальных скоростях движения и размерах магнитных пятен на зажимах локомотивной катушки может возникать радиоимпульс помехи, частота заполнения которого в точности совпадает с частотой полезного сигнала.

3. Разработано математическое описание и проведён анализ с учётом воздействия тягового тока электроподвижного состава с асинхронным тяговым приводом на станционные рельсовые цепи стрелочной секции и приёмо-отправочного пути, примыкающих к отсосу тягового тока тяговой подстанции, и на перегонные рельсовые цепей без изолирующих стыков с общим источником питания, расположенных в произвольном месте относительно тяговой подстанции и электроподвижного состава в контрольном режиме работы. Сделаны обобщения, необходимые при разработке мероприятий по обеспечению работоспособно-

сти рельсовых цепей в условиях воздействия гармоник тока электроподвижного состава с асинхронным тяговым приводом.

4. Получено выражение для критерия чувствительности рельсовой цепи к обрыву рельсовой нити с учётом воздействия гармоник тягового тока электроподвижного состава с асинхронным приводом в рабочей полосе частот рельсовых цепей тональной частоты. Приведена методика определения допустимых уровней гармоник тягового тока в рабочей полосе частот рельсовых цепей тональной частоты по условиям выполнения контрольного режима.

5. Разработана физическая модель для экспериментального исследования работы рельсовых цепей с расчётным коэффициентом асимметрии рельсовой линии при воздействии обратного тягового тока. На основании проведенных исследований сделано заключение о работоспособности фазочувствлтельных и тональных рельсовых цепей при воздействии тока электропоезда «Сапсан». Аналогичный результат о работоспособности рельсовых цепей тональной частоты получен при использовании разработанных имитационных моделей путевых приемников семейства ТРЦЗ. При этом проведена их верификация и сравнение с физическими образцами, максимальная зафиксированная погрешность не превышает 5%.

6. Проведена гармонизация отечественной и европейской методики обработки записей тягового тока для оценки работоспособности рельсовых цепей тональной частоты при воздействии тягового тока электроподвижного состава с асинхронным тяговым приводом.

7. Проведено экспериментальное исследование работоспособности рельсовых цепей в эксплуатационных условиях при воздействии тока электропоезда «Сапсан» с асинхронным тяговым приводом. Результаты эксплуатационных испытаний подтвердили выводы о работоспособности рельсовых цепей при воздействии тока электропоезда «Сапсан», сделанные при экспериментальных исследованиях на физических моделях

8. Разработаны программно - аппаратные средства для сравнительных испытаний и моделирования искажений числовых кодовых комбинаций автоматической локомотивной сигнализации в лабораторных условиях. Функциональные возможности стенда обеспечивают одновременное проведение сравнительных испытаний различных систем дешифрирования числовых кодовых комбинаций АЛС. Разработанный программный продукт имеет возможность формировать в имитируемой рельсовой цепи как реальную помеховую обстановку при эксплуатации на электрифицированных участках железной дороги, так и моделировать условия движения по перегону или станции с независимым управлением

уровнем полезного сигнала и мешающих воздействий. По разработанной программе и методике с помощью разработанных программно - аппаратных средств, проведены сравнительные испытания эксплуатируемых дешифраторов числовых кодовых комбинаций автоматической локомотивной сигнализации КЛУБ-У, ДКСВ1 и макетного образца устройства корреляционного дешифрирования. В соответствии с результатами проведенных испытаний макетный образец устройства корреляционного дешифрирования числовых кодовых комбинаций АЛС показал наилучший результат.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Кравцов Ю.А., Чегуров А.Б. Корреляционный способ дешифрирования числовых кодовых сигналов АЛСН // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщений: Научно-технический журнал. /Под ред. В.И. Колесникова. - Ростов н/Д: Рост. гос. ун-т путей сообщения, 2009. №2 С. 34 - 39

2. Антоненко B.C., Кравцов Ю.А., Сафро В.М., Чегуров А.Б. Анализ работоспособности автоматической локомотивной сигнализации числового кода. // Известия петербургского университета путей сообщения. /Под ред. Сапожникова В.В. - СПб: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2011. - Вып. 1(26). С. 101 -113.

3. Абрамов В.М., Чегуров А.Б. Влияние остаточной намагниченности рельсов на устойчивость работы АЛСН // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщений: Научно-технический журнал. /Под ред. В.И. Колесникова. - Ростов н/Д: Рост. гос. ун-т путей сообщения, 2009. №4 С. 70 - 76.

Публикации в других изданиях

4. Чегуров А.Б. Анализ шунтового режима работы тональных рельсовых цепей при максимально возможной асимметрии рельсовой линии // Труды Ростовского государственного университета путей сообщений: Научно-технический журнал. /Под ред. В.И. Колесникова. - Ростов н/Д: Рост. гос. ун-т путей сообщения, 2009. №1 С. 22-26.

5. Чегуров А.Б. Расчет помехоустойчивости путевых приемников в контрольном режиме РЦ. // Труды одиннадцатой научно-практической конференции "Безопасность движения поездов" - М.:МИИТ, 2010.С. 90 - 91

6. Чегуров А.Б. Дешифрирование числовых кодовых сигналов АЛСН. // Труды восьмой научно-практической конференции "Безопасность движения поездов" в двух частях, ч.1. -М.:МИИТ, 2007.С. 20-21.

7. Галченков Л.А., Чегуров А.Б. Электронная модель путевых приемников семейства ТРЦЗ. // Труды Ростовского государственного университета путей сообщений: Научно-технический журнал. /Под ред. В.И. Колесникова. - Ростов н/Д: Рост. гос. ун-т путей сообщения, 2010. С. 16 - 19.

8. Кравцов Ю.А. Щербина Е.Г. Чегуров А.Б. Методика обработки записей сетевого тока электроподвижного состава с асинхронным тяговым приводом. // Труды одиннадцатой научно-практической конференции "Безопасность движения поездов" - М.:МИИТ, 2010.С. 80-81.

9. Щербина Е.Г., Краснолобов С.И., Галченков Л.А., Чегуров А.Б. Анализ помех в приемном тракте АЛСН при электрической тяге переменного тока // Труды Ростовского государственного университета путей сообщений: Научно-технический журнал. /Под ред. В.И. Колесникова. - Ростов н/Д: Рост. гос. ун-т путей сообщения, 2009. №1 С. 26 - 30.

10. Пат. 100992, Российская Федерация, МПК В61П5/06. Устройство для обработки сигналов автоматической локомотивной сигнализации/ Л.Б. Гаврилов, Ю.А. Кравцов, А.Б. Чегуров. - №2010138289/11; Заяв. 16.09.2010; Опубл. 10.01.2011.

ЧЕГУРОВ АНДРЕЙ БОРИСОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ УСТРОЙСТВ ИНТЕРВАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ПОМЕХ

Специальность 05.22.08 - Управление процессами перевозок

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати^*/¿V Объем 1,5 п. л. Заказ № 2

Формат бумаги 60x90/16 Тираж кз.

УПЦ ГИ МИИТ, Москва, 127994. ул. Образцова, д. 9, стр. 9.

61 12-5/1751

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» (МИИТ)

На правах рукописи

ЧЕГУРОВ АН,

РИСОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОеТ№¥еТРОИСТВ ИНТЕРВАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ПОМЕХ

Специальность 05.22.08 - Управление процессами перевозок

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Ю.А. Кравцов

Москва-2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................... 5

1. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЧИСЛОВОЙ КОДОВОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛОКОМОТИВНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ.............. 10

1.1 Методика экспериментального исследования работы АЛСН в эксплуатационных условиях.......................................................... 10

1.2 Анализ результатов экспериментальных исследований работы АЛСН в эксплуатационных условиях............................................... 17

1.3 Методика расчета уровня ЭДС на входе локомотивного приемника вследствие намагниченности рельсов............................................... 22

1.4 Структурная схема устройства для повышения работоспособности АЛСН при дешифрировании искаженных числовых кодовых комбинаций............................................................................... 35

1.5 Выводы.............................................................................. 43

2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ДОПУСТИМОГО УРОВНЯ ГАРМОНИЧЕСКОЙ ПОМЕХИ В РАБОЧЕЙ ПОЛОСЕ ПУТЕВЫХ ПРИЕМНИКОВ.............................. 44

2.1 Методика расчёта уровня гармоник тягового тока в полосе пропускания путевого приемника рельсовой цепи с изолирующими стыками в контрольном режиме...................................................... 44

2.2 Методика расчёта уровня гармоник тягового тока в контрольном режиме станционных рельсовых цепей приёмо-отправочного пути с изолирующими стыками и общим источником питания............................... 53

2.3 Методика расчёта уровня гармоник тягового тока в полосе пропускания путевых приемников перегонных рельсовых цепей без изолирующих стыков с общим источником питания в контрольном режиме..................................................................................... 63

2.4 Критерий чувствительности рельсовой цепи к обрыву рельсовой нити с учетом воздействия тока электроподвижного состава с

асинхронным тяговым приводом.................................................... 72

2.5 Выводы.............................................................................. 77

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ТОКА ЭПС С АСИНХРОННЫМ ТЯГОВЫМ ПРИВОДОМ.................. 78

3.1 Экспериментальное исследование работоспособности рельсовых цепей при воздействии тока электропоезда "Сапсан" с помощью физической модели..................................................................... 78

3.2 Электронное моделирование приемников Hill рельсовых цепей тональной частоты...................................................................... 89

3.3 Методика обработки записей тягового тока для оценки работоспособности рельсовых цепей тональной частоты...................... 106

3.4 Анализ работоспособности рельсовых цепей тональной частоты при воздействии тягового тока ЭПС с асинхронным тяговым приводом......... 116

3.5 Анализ записей тока электропоезда "Сапсан" в эксплуатационных условиях................................................................................... 127

3.6 Выводы.............................................................................. 132

4 ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ КОРРЕЛЯЦИОННОГО ДЕШИФРАТОРА ЧИСЛОВЫХ КОДОВЫХ КОМБИНАЦИЙ АЛСН................................................................ 134

4.1 Функциональная схема корреляционного дешифратора числовых кодовых комбинаций АЛСН.......................................................... 134

4.2 Разработка программно-аппаратных средств для сравнительных испытаний и моделирования искаженных числовых кодовых комбинаций АЛ С в лабораторных условиях....................................... 144

4.3 Методика и результаты испытаний работоспособности макетного образца корреляционного дешифратора числовых кодовых комбинаций АЛСН....................................................................................... 152

4.4 Выводы.............................................................................. 157

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................................... 158

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..........................................162

ПРИЛОЖЕНИЕ 1........................................................................................172

ПРИЛОЖЕНИЕ 2...................................................................................177

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.................................................................................196

ПРИЛОЖЕНИЕ 4...................................................................................198

ВВЕДЕНИЕ

Рост грузооборота на сети железных дорог России, обусловленный увеличением внутреннего валового продукта, выходом на международные морские порты, обновлением подвижного состава предъявляет всё более высокие требования к точности выполнения графика движения, который всё в большей степени приобретает свойства экономической категории. Это, в свою очередь, ужесточает требования к работоспособности устройств обеспечения безопасности движения. Указанное обстоятельство также связано с тем, что на 28000 км основных направлений, на которые приходится примерно 76% грузооборота, почти на четверти участков заполнение пропускной способности достигло 70-80% [95].

На железнодорожном транспорте безопасность движения поездов обеспечивает комплекс устройств интервального регулирования, включающий системы автоматической блокировки и автоматической локомотивной сигнализации [54,55].

Значительный вклад в развитие теории систем интервального регулирования движения поездов с помощью средств автоматики и телемеханики внесли известные ученые И.В. Беляков, П.Ф. Бестемьянов, A.M. Брылеев, М.Н. Василенко, A.B. Горелик, И.Е. Дмитриенко, И.Д. Долгий, В.А. Камнев, И.М. Кокурин, Н.Ф. Котляренко, Ю.А. Кравцов, В.М. Лисенков, Б.Д. Никифоров, JI.B. Пальчик, Н.Ф. Пенкин, A.C. Переборов, E.H. Розенберг, В.В. Сапожников, Вл.В. Сапожников, Ю.В. Соболев, Н.М. Фонарев, Д.В. Шалягин, В.И. Шаманов, В.И. Шелухин, О.И. Шелухин, A.B. Шишляков, A.A. Явна и другие.

TT W U ^ W W

При электрической тяге протекающий по рельсам обратный тяговый ток оказывает существенное воздействие на условия функционирования рельсовых цепей, вследствие чего может нарушаться работоспособность устройств интервального регулирования [15].

Эксплуатируемые на Российских железных дорогах рельсовые цепи разработаны в то время, когда на электроподвижном составе применялся тяговый привод с коллекторным двигателем постоянного тока. При этом все гармоники тягового тока были кратны 50 Гц. Рабочие полосы частот путевых приёмников защищены от воздействия гармоник тягового тока с помощью фильтров. Поэтому критерии обеспечения нормального, шунтового и контрольного режимов работы рельсовых цепей разработаны при условии, что на входе путевых приёмников в рабочей полосе частот действует только полезный сигнал.

В настоящее время совершенно четко обозначена стратегия применения на тяговом подвижном составе асинхронного двигателя переменного тока, как при электроснабжении на постоянном токе, так и при энергоснабжении на переменном токе. Поскольку регулирование тяги осуществляется путем изменения частоты тока, потребляемого асинхронным двигателем, гармоники тока электровоза возникают в очень широком диапазоне частот, в том числе и в том, в котором работают рельсовые цепи.

Для обеспечения работоспособности автоблокировки и автоматической локомотивной сигнализации нормируются допустимые уровни гармоник тягового тока в рабочей полосе [1]. Известны методы расчёта уровня гармоник тягового тока в рабочей полосе путевых приёмников в несимметричной рельсовой цепи в нормальном и шунтовом режимах [25, 61, 87].

Математическое моделирование, описывающее влияние тягового тока на симметричные рельсовые цепи при работе в контрольном режиме отсутствует. Поэтому необходимо разработать методику расчета рельсовой цепи в контрольном режиме для возможных значений первичных параметров рельсовой линии и различных мест обрыва с учётом того, что на входе путевых приёмников в рабочей полосе частот действуют одновременно и полезный сигнал, и гармоника тока электроподвижного состава.

Экспериментальная проверка условий работоспособности рельсовых цепей проводится на основе обработки записей тягового тока и сравнения

полученных результатов с нормируемым значением. На современном этапе при анализе записей тока электровоза его составляющие на частотах рельсовых цепей представляют в виде простых гармоник. Они чаще всего определяются двумя способами: как реакция длительностью не менее 0,3 с полосового фильтра и как составляющая в математической аппроксимации сигнала тягового тока рядами Фурье при эффективной длительности окна не менее 0,3 с с учётом перекрытия окон [10, 50, 66].

В настоящее время неизвестны данные об экспериментальном подтверждении соответствия результатов обработки записей тока ЭПС указанными выше способами с фактическими значениями в рабочей полосе путевых приёмников максимальных уровней эквивалентных синусоидальных сигналов, нарушающих работу устройств интервального регулирования. В связи с этим требуется разработать методику обработки записей тягового тока, позволяющую оценивать работоспособность рельсовой цепи.

Экспериментальная проверка условий работоспособности рельсовых цепей на основе обработки записей тягового тока всегда сопряжена с большими затратами материальных, временных, организационных ресурсов и проведением натурных испытаний. Так в рельсовых цепях тональной частоты используются приемники семейства ПП1 десяти модификаций, различающиеся полосой частот принимаемого сигнала и частотой его манипуляции. Воздействие анализируемого тягового тока на приемник ПП1 следует проводить при двух уровнях полезного сигнала на входе приемника, обусловленных наихудшими условиями работы в нормальном, шунтовом и контрольном режимах, и обеспечить множественность идентичных воздействий с различными фазовыми соотношениями между сигналами от путевого генератора и гармоник тягового тока.

Для облегчения и практической реализуемости задачи экспериментальной оценки работоспособности эксплуатируемых рельсовых цепей тональной частоты ТРЦЗ требуется разработать математические модели

путевых приемников ПП1 в среде, обеспечивающей возможность моделирования воздействия гармоник тягового тока на приемник.

С ростом скорости поездов работоспособность автоматической локомотивной сигнализации числового кода снизилась в связи с искажениями кодовых комбинаций в процессе передачи [8]. Причинами искажений могут быть нестабильность параметров передачи, связанная с передающими и приёмными приборами рельсовых цепей и локомотива, особенности рельсовых линий как канала передачи сигналов, а также воздействия тягового тока [24, 28, 52]. При значительных искажениях, превышающих допустимые, декодирование кодовых комбинаций становится неустойчивым. Неустойчивость проявляется в виде сбоев в приёме кодовых комбинаций, вызывающих временное появление на локомотивном светофоре неправильных показаний. При таких условиях становятся необходимыми исследования и разработка рекомендаций по повышению работоспособности АЛСН.

Целью диссертационной работы является повышение работоспособности системы интервального регулирования путем:

- разработки устройства, позволяющего улучшить условия декодирования искажённых числовых кодовых комбинаций;

- синтеза рельсовых цепей с учётом действия на входе путевых приёмников в рабочей полосе частот одновременно полезного сигнала и гармоники тягового тока электроподвижного состава.

В диссертации поставлены и решены следующие задачи:

- разработка методики и проведение экспериментальных исследований работы АЛСН в эксплуатационных условиях;

- разработка устройства, позволяющего улучшить условия декодирования искажённых числовых кодовых комбинаций;

- разработка методики и испытательного стенда для проведения сравнительных испытаний устройств дешифрирования числовых кодовых комбинаций АЛСН;

- разработка методики учета воздействия остаточной намагниченности в зоне изолирующих стыков на работоспособность АЛСН;

- разработка методики определения влияния гармоник тягового тока электроподвижного состава с асинхронным тяговым приводом на рельсовые цепи при контрольном режиме работы;

- разработка методики синтеза рельсовых цепей с учётом действия на входе путевых приёмников в рабочей полосе частот одновременно полезного сигнала и гармоники тягового тока электроподвижного состава;

- разработка методики обработки записей тягового тока с целью определения работоспособности рельсовой цепи;

- разработка математической модели путевых приемников 11111 рельсовых цепей тональной частоты в среде, обеспечивающей возможность анализа воздействия гармоник тягового тока на приемник;

- экспериментальное исследование работоспособности рельсовых цепей при воздействии тока электропоезда "Сапсан"с помощью физических моделей и в эксплуатационных условиях.

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

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» (МИИТ) на кафедре "Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте" с 2008 по 2011 год.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях и научных секциях кафедры, на научно-практических конференциях "Безопасность движения поездов" в г.Москве и опубликованы в десяти печатных работах.

1. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЧИСЛОВОЙ КОДОВОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛОКОМОТИВНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

1.1. Методика экспериментального исследования работы АЛСН в

эксплуатационных условиях

Для разработки технических решений по уменьшению числа случаев неправильного дешифрирования принимаемых числовых кодовых комбинаций необходимо собрать экспериментальные данные о сбоях в работе при эксплуатации АЛСН. С этой целью была разработана методика проведения экспериментальных исследований работы АЛСН в эксплуатационных условиях. Целью испытаний является сбор данных об искажённых кодовых комбинациях, принимаемых на электровозах в условиях реальной эксплуатации при электрической тяге. Достижение поставленной цели осуществляется с использованием системы сбора данных, представляющей собой программно-аппаратный комплекс для регистрации сигналов АЛСН. Система сбора данных не влияет на функционирование аппаратуры КЛУБ-У и САУТ-ЦМ. Опытные поездки организуются с грузовыми и пассажирскими поездами на участке обращения электровозов. Для проведения опытных поездок из эксплуатируемого парка дороги выделяется один из исправных электровозов, не подлежащий в течение периода проведения испытаний плановому ремонту и оборудованный системой КЛУБ-У.

Во время экспериментальных поездок проводилась регистрация сигналов АЛСН, принимаемых локомотивными катушками (сигнал с каждой катушки и разностный), при движении электровоза с поездом, а также параметров движения поезда, декодированных сигналов и сбоев в работе локомотивного устройства КЛУБ-У на штатную кассету КЛУБ-У. Система сбора данных подключается параллельно к цепям, идущим от локомотивных катушек (ЛК) к блоку БКР аппаратуры КЛУБ-У. На рис. 1.1 представлена структурная схема

подключения системы сбора данных к аппаратуре КЛУБ-У и САУТ-ЦМ, а на рис. 1.2 - подключение к локомотивным катушкам типа КПУ-1 и ПЭ.

Система сбора данных в непрерывном режиме ведет регистрацию осциллограмм сигналов АЛСН, поступающих с ЛК, и сохранение результатов регистрации при выявлении сбоев в работе АЛСН. Система сбора данных обеспечивает сохранение результатов регистрации при выявлении сбоев в работе АЛСН, начиная от 12 секунд до момента обнаружения сбоя и включая 12 секунд после окончания сбоя.

Рис. 1.1. Структурная схема подключения системы сбора данных

А20

Коробка соединительная

КК

Рис. 1.2. Подключение системы сбора данных к локомотивным катушкам

типа КПУ-1 и ПЭ

Для анализа условий и фактов, порождающих искажение кодовых комбинаций, использовались материалы и наработки, полученные в результате тягово-энергетических испытаний локомотивов, проанализированы результаты экспериментальных исследований, выполненных различными организациями в разное время [28, 76, 84].

Проведен анализ зафиксированных на сети железных дорог сбоев локомотивной сигнализации. Такой анализ необходим для выявления на участках дорог перегонов и станций, где зафиксированы высокие показатели количества сбоев локомотивной сигнализации. При этом на этих участках выявлены электровозы, с максимальным количеством сбоев. Данные локомотивы на выбранных участках дорог использовались для прове�