Магнитоиндукционный датчик педального типа

Широкое применение на железнодорожном транспорте нашли датчики магнитоиндукционного типа. Бесконтактная магнитная педаль типа ПБМ-56 представляет собой путевой датчик без ис­точника питания, состоящий из постоянного магнита размером 60x68x80 мм с насаженной на него обмоткой, имеющей 5000 вит­ков из провода ПЭЛШО диаметром 0,27 мм. Сопротивление об­мотки 300 Ом. Датчик устанавливают на рельс внутри колеи. Верх­нюю плоскость магнита располагают на 10 мм ниже головки рель­са. При прохождении колеса или другой ферромагнитной массы над педалью изменяется конфигурация магнитного потока Ф, в результате чего в обмотке индуцируется ЭДС — Е:

E= ­- ω dФ/dt

Скорость прохождения колеса над педалью определяет скорость изменения магнитного потока (dФ/dt) и, следовательно, зна­чение выходного сигнала Е. В момент проследования колеса над центром педали выходной сигнал меняет полярность.

Приемником сигнала от педали является поляризованное реле РП-7 в релейной ячейке РЯ-ПБМ-56 (рис. 3.1).

Опыт эксплуатации датчиков ПБМ-56 на сортировочных гор­ках показал их невысокую надежность. Причинами отказов этих датчиков являются:

вибрация рельсов; напрессовка снега и льда; механические повреж­дения; влияние магнитных полей тяговых двигателей; климатичес-

Рис. 3.1. Педальный датчик ПБМ-56

кие факторы. Существенные недостатки датчика — это низкая чув­ствительность, зависящая от скорости движения отцепа; низкая помехозащищенность от токов в рельсовых линиях.

Более совершенным считается путевой датчик трансформаторного типа ДП-50 с преобразователем сигнала путевого датчика ПСДП-50 (рис. 3.2). Принципиальной особенностью этого датчика является возможность фиксации нулевых скоростей движения ТС. Чувстви­тельный элемент датчика состоит из двух стержневых магнитопроводов. На них надеты катушки с питающими обмотками ω_пс, ω_пк, соединенными последовательно, и катушки с выходными обмотка­ми ω_вс и ω_вк, которые включены последовательно и встречно.

При подаче переменного напряжения на питающие обмотки создаются сигнальный Фс и компенсационный Фк магнитные потоки. В отсутствие колеса над датчиком потоки замыкаются по цепям: поток Ф_с -— через сигнальный магнитопровод, воздушные промежутки, головку рельса; поток Ф_к — через компенсационный магнитопровод, воздушные промежутки, подошву рельса.

В отрегулированном датчике эти потоки одинаковы и по амп­литуде и по фазе, следовательно, ЭДС, индуцируемые в выходных обмотках, будут одинаковыми, а выходное напряжение на зажи­мах 3—4 равно нулю.

При появлении реборды колеса над датчиком воздушные про­межутки сигнального стержня уменьшаются. В результате увеличи­вается ЭДС, наводимая в обмотке ω_вс. На выходе возникает раз­ность ЭДС, являющаяся сигналом наличия колеса в зоне датчика. Сигнал передается по кабелю на вход преобразователя ПСДП-50.

Преобразователь имеет: конденсатор С1; разделительный транс­форматор Тр; выпрямительный мост Д1—Д4; сглаживающий кон­денсатор С2; пороговый элемент на транзисторах Т1 и Т2.

Рис. 3.3 Датчик трансформаторного типа

Если на входе преобразователя сигнала нет. то транзистор Т1 открыт положительным потенциалом отделителя, образуемого резисторами R2 и R3. При увеличении сигнала до величины поро­га срабатывания ток транзистора Т1 скачкообразно уменьшается, а транзистор Т2 открывается, выдавая выходной сигнал. В этом состоянии преобразователь находится до тех пор, пока входное напряжение не уменьшится до напряжения отпускания.

Пороговый элемент срабатывает при напряжении 1,2—1,3 В, а обесточивается при напряжении 0,5—0,6 В. Изменение зоны чув­ствительности датчика существенно зависит от ориентации датчи­ка в горизонтальной и вертикальной плоскостях, от износа рельса и проката бандажа.

Индуктивный датчик

Индуктивный датчик (ИД), называемый также датчиком счета осей колесных пар (УСО), представляет собой многоконтурный обнаружитель, позволяющий реализовать не только функции об­наружения транспортного средства, но и фиксировать направле­ние движения вагона. ИД состоит из двух частей: собственно пер­вичного датчика, состоящего из трех катушек индуктивности, размещаемых в одном корпусе, который закрепляется на рель­се, и преобразователя сигналов (ПС), размещаемого в напольном ящике вблизи пути (рис. 3.3).

Датчик предназначен для фиксации осей вагонов, следующих по участку, ограниченному ИД, и передачи информации на управ-

Рис. 3.3. Индуктивный датчик

ляющии вычислительный комплекс, размещаемый на посту элект­рической централизации.

Электропитание ИД осуществляется от сети переменного тока частотой 50 Гц, напряжением (36+4) В. Потребляемый ток не бо­лее 0,05 А.

Функциональная схема датчика представлена на рис. 3.4. Пер­вичный преобразователь датчика представляет собой совокупность трех катушек индуктивности без сердечника КИ1, КИ2, КИЗ, раз­мещаемых в специальном конструктиве, который прикрепляется непосредственно к рельсу. Причем, две катушки КИ1 и КИЗ, назо­вем их рабочими, располагаются в корпусе горизонтально, их плос­кости намотки параллельны рельсу, а третья, вспомогательная, находится между ними, и ее плоскость перпендикулярна плоско­сти других катушек индуктивности. Вследствие этого преобразо­ватель сигнала датчика строится по трехканальной схеме. Два ра­бочих канала ПС выполняют функции счетчиков осей движущего­ся вагона. Они практически симметричны и включают резонанс­ные каскады РК1 и РК2, компараторы сигналов К1 и К2, дискрет­ные делители частоты сигнала Д2 и Д4, каскады оптоэлектрокной развязки ОР1 и ОРЗ, индикаторы состояния каналов И1 и ИЗ, вы­ходные цепи передачи сигналов на пост ЭЦ —- ВЫХ.Сч1 и ВЫХ.Сч2. Третий канал выполняет в основном функции контроля работоспособности датчика, главным образом в части наличия первичного преобразователя, закрепленного на рельсе, и включа­ет в себя те же функциональные узлы, что и основные каналы. Вы­ходной сигнал вспомогательного канала представляет собой диск­ретный сигнал частотой 1 Гц, транслируемый на пост ЭЦ с выхода «Контроль исправности». В преобразователе сигналов имеется ав­тогенератор опорного сигнала с кварцевой стабилизацией частоты.

Ориентация катушек индуктивности датчика такова, что колес­ные пары вагона поочередно проезжают над катушкой КИ1, а затем над катушкой КИЗ в одном направлении либо наоборот при обрат­ном движении. В момент проезда колесной пары над соответствую­щей катушкой регистрируется сигнал с соответствующего счетного выхода одного из каналов Сч1 или Сч2. При этом в случае регистра­ции равенства въехавших и выехавших осей через счетную точку, принимается решение о наличии либо отсутствии транспортного

средства в зоне контроля. Помимо названной функции датчик по­зволяет фиксировать и направление движения транспортного сред­ства в зависимости от очередности во времени появления счетных импульсов с выхода первой или второй катушек КИ1, КИЗ.

В исходном состоянии с выхода кварцевого генератора в каж­дый канал ПС датчика через делитель Д1 на вход резонансных кас­кадов РК1,РК2, РКЗ поступает сигнал опорной частоты.

Резонансные контуры каскадов образованы индуктивностя­ми катушек КИ1, КИ2, КИЗ и собственными емкостями, которы­ми в процессе установки и настройки датчика подстраивают кон­туры в резонанс или вблизи него. Эти сигналы с выходов резо­нансных каналов поступают на соответствующие компараторы, выполняющие функции пороговых элементов, и при достаточ­ном уровне сигнала транслируются через делители частоты Д2, ДЗ, Д4, каскады оптоэлектронной развязки ОР одновременно на встроенные индикаторы И1, И2, ИЗ и на соответствующие выхо­ды в линию связи.

Таким образом в исходном состоянии на каждом счетном вы­ходе Вых.Сч1 и Вых.Сч2 как и на контрольном, в линию на пост ЭЦ передаются переменные дискретные сигналы, свидетельствую­щие о работоспособном состоянии датчика и отсутствии колесных пар вагона в зоне действия датчика. Одновременно в ПС светятся индикаторы И, один из которых мигает — И2 с частотой 1Гц. Эта индикация предназначена для контроля функционирования датчи­ка электромехаником.

При въезде колесной пары вагона в зону действия одной из катушек, например КИ1, изменяется начальная настройка резонанс­ного контура РК1.Напряжение на его выходе, подаваемое на вход компаратора KI, уменьшается до величины, приводящей к его зак­рытию. Вследствие этого пропадает импульсный сигнал на счет­ном выходе Вых.Сч1, гаснет индикатор И1, что свидетельствует о наличии колесной пары вагона в зоне К1. При выезде колесной пары из зоны действия катушки КИ1,настройка резонансного кон­тура РК1 восстанавливается, напряжение на входе компаратора К1 открывает его, и на выходе этого канала возобновляется трансля­ция переменного дискретного сигнала. Аналогично функциониру­ет и другой рабочий канал, образованный катушкой КИЗ.

На посту ЭЦ в управляющем вычислительном комплексе ве­дется обработка поступающих с датчиков сигналовпо алгоритму счета осей колесных пар, определению направления движения от­цепа, занятости или свободное™ контролируемого участка. Сле­дует заметить, что работа вспомогательного канала, регистриру­ющего исправное состояние датчика, не прекращается и при въез­де колесной пары в зону его действия благодаря начальной настрой­ке функциональных узлов компаратора.

Датчик индуктивно-проводной (ИПД) предназначен для эксплу­атации на объектах железнодорожного транспорта и служит для определения свободности или занятости подвижным составом кон­трольного участка железнодорожного пути. ИПД рекомендован для замены педалей и рельсовых цепей на стрелочных участках сорти­ровочных горок, оборудованных системой ГАЦ (рис. 3.5). В систе­мах горочной автоматической централизации ИПДслужит допол­нительным элементом защиты стрелок от несанкционированного перевода при потере шунта и проходе длиннобазных вагонов.

ИПДобеспечивает контроль свободности или занятости участ­ков пути в пределах уложенного шлейфа от подвижного состава с металлической ходовой частью.

В состав ИПДвходит аппаратура, располагающаяся в зависи­мости от функционального назначения в релейном помещении или на поле. В релейном помещении находятся предохранители в цепях

Рис. 3.5. Индуктивно-проводной датчик (ИПД)

питания датчика и реле типа НМШ2-4000, воспринимающие сигналы от электронного блока (ЭБ). Электронный блок поме­щен в трансформаторный ящик, установленный непосредственно у контролируемого участка пути. Входная часть ЭБ связана с ин­дуктивным шлейфом (ИШ). Он располагается внутри железнодо­рожной колеи в пределах контролируемого участка и крепится к шейке рельсов, изготавливается на месте установки и содержит катушку индуктивности, образованную из 7 жил кабеля КВВГ 7х 1.5 (рис. 3.6). Концы кабеля заводятся в путевой ящик (рис. 3.7), где жилы кабеля распределяются на клемной колодке в катушку ин­дуктивности. Шлейф крепится к подошве рельсов при помощи кре­пежных скоб (см. рис. 3.6).

Для защиты от механических повреждений кабель помещен в резинотканевый рукав. Длина шлейфа выбирается от конкретной длины предстрелочного участка. ИШ должен крепиться к шейке рельсов в каждом шпальном ящике, в местах установки накладок шлейф должен крепиться скобами к каждой шпале.

Принцип контроля подвижного состава основан на изменении частоты и амплитуды генератора гармонических колебаний датчи­ка под действием металлической массы вагона (рис. 3.8). Индуктив­ный шлейф является чувствительным элементом датчика, выполня­ющего роль индуктивности колебательного контура генератора.

Если контролируемый участок пути свободен, генератор гар­монических колебаний выдает на вход порогового устройства (ком-

паратор 1) сигнальную частоту (синусоидальной формы установлен­ной частоты и амплитуды). При этом пороговое устройство форми­рует сигнал управления выходным каскадом, и на выход ЭБ в на­грузку поступает сигнал постоянного тока напряжением примерно 24 В на нагрузке 1440 Ом. При занятости контролируемого участка это напряжение уменьшается до величины, не превышающей 2,4 В.

Начало контролируемого участка датчика соответствует «наезду» первой колесной пары отцепа на ИШ и срабатыванию датчика. Конец контрольного участка соответствует «съезду» последней колесной пары отцепа с изолирующих стыков стрелки и восстановлению работы дат­чика. Структурная схема ИПД представлена на рис. 3.8.

При занятости контролируемого участка уменьшается доброт­ность колебательного контура датчика, уменьшается амплитуда сигнальной частоты либо происходит полный срыв колебаний, что приводит к формированию компаратором 1 сигнала управления выходным каскадом, при этом выходной сигнал на нагрузке будет отсутствовать, и светодиод «Выход» не будет светиться.

ЭБ состоит из следующих узлов: генератора гармонических колеба­ний; контрольной схемы; схемы автоподстройки; выходного каскада.

Сигналом с выхода компаратора 1 дается разрешение на рабо­ту схемы автоподстройки и контрольной схемы при свободном

Рис. 3.8. Структурная схема ИПД

участке пути. При этом на выходе ЭБ формируется напряжение постоянного тока +24 В. При занятом участке работа схемы авто­подстройки и контрольной схемы блокируются, и выходной сиг­нал при этом будет отсутствовать.

В реальных условиях на рамку ИШ действует не только металли­ческая масса вагона, но и климатические факторы (в частности, влаж­ность). В результате амплитуда колебаний генератора датчика может изменяться, в то время как порог срабатывания датчикаостается по­стоянным. Это может привести либо к «пропуску» базы вагона, либо к выдаче ложного сигнала занятости. Поэтомув преобразователе дат­чика реализована схема стабилизации амплитуды колебаний генера-

тора датчика. Эту функцию выполняет схема автоподстройки. Прин­цип ее действия основан на том, что в цепь ООС генератора введено регулирующее звено, которое изменяет глубину ООС в зависимости от изменения амплитуды колебаний в ИШ генератора датчика.

Регулирующее звено состоит из цифроаналогового преобра­зователя (ЦАП), работающего в следящем режиме.

Выходной сигнал генератора гармонических колебаний поступает на вход ЦАП и 3-Й компаратор. На 2-ой компаратор подается опор­ное напряжение, которое и определяет величину выходного сигнала на выходе генератора. Если сигнал на входе компаратора вышеопор­ного, то на его выходе формируется сигнал, дающий команду на вы­читание числа в реверсивном счетчике. При этом сигнал с выхода ЦАП увеличит уровень ООС генератора и сигнал на его выходе уменьшит­ся. Уменьшение сигнала будет происходить до тех пор, пока он не станет меньше U_оп4. После этого на выходе компаратора формирует­ся сигнал, дающий команду на сложение числа в реверсивномсчетчи­ке. В этом случае сигнал с выхода ЦАП уменьшает величину ООС генератора и сигнал на его выходе увеличивается.

Напряжение на входе компаратора возрастает на величину Uс/2ⁿ, где п -— число разрядов ЦАП, и компаратор вновь даст ко­манду на вычитание. С каждым следующим тактом компаратор будет выдавать команду либо на сложение, либона вычитание, а величина выходного сигнала — синхронно изменяться.

Схема автоподстройки и контрольная схема с выходным кас­кадом расположены на модуле ЭМ2 электронного блока датчика.

Для контроля работоспособности ИПДэлектронный блок имеет контрольную схему, которая выдает сигнал об исправности, если величина сигнала в контрольной точкеКГ, определяющая работоспособность ИПД, не превышает заданной величины.

Для обеспечения условия безопасности работы ИПД конт­рольная схема ЭБ работает в импульсном режиме. Электронный блок выдает напряжение постоянного тока +24 В, которое питает исполнительное реле. Контроль работоспособности ИПД осуще­ствляется визуально светодиодом «Выход».

Конструктивно-электронный блок представляет собой объемную конструкцию, внутри которойрасположены две съемные печатные платы. На одной плате (модуль ЭМ1) — источник питания, генера-

Рис. 3.9. Схема включения датчика ИПД в устройства ГАЦ

тор синусоидальных колебаний и генератор импульсов, а на второй (модуль ЭМ2) — элементы схемы автоподстройки контрольной схе­мы (схема выходного каскада). На верхних панелях помещены эле­менты настройки и индикации, вывод контрольной точки.

Электронный блок устанавливается внутри путевого ящика на металлическое основание. Выводы ЭБ, а также внешних цепей и цепи питания, крепятся на клеммной колодке внутри путевого ящи­ка. На рис. 3.9 показана схема подключения ИПД в цепь управле­ния стрелочным приводом.

Рис.3.10. Магнитный датчик

Помимо рассмотренных датчиков индуктивного типа в эксплуатации встречаются и магнитные датчики типов ДМ 88М, ДМ 88С, ШМП 93 (рис. 3.10), предназначенные для счёта осей и формирования «пусковых» сигналов вместо педального датчика ПБМ-56.

Рельсовые цепи

Нормально разомкнутые рельсовые цепи (РЦ), в которых не контролируется исправность элементов и рельсовых нитей, находят применение на сортировочных горках в качестве путевых датчиков, однако области их применения сокращаются.

В системах ГАЦ рельсовые цепи имеют специфические особенности: относительно малая длина; наличие предстрелочного участка (для стрелочных РЦ); повышенная шунтовая чувствительность и быстродействие; устойчивость при пониженном сопротивлении балласта.

Длина РЦ определяет интервал между скатывающимися отцепами, и чем он меньше, тем выше может быть скорость роспуска. В общем случае длина стрелочной горочной РЦ составляется из отрезков от: от изолирующих стыков до начала остряков (предстрелочный участок ); от начала остряков до изолирующих стыков перед крестовиной стрелки (рис.3.11).

Предстрелочный участок необходим для обеспечения полного перевода стрелки до вступления отцепа на её остряки, если

начало перевода совпало с моментом вступления отцепа на данную РЦ. Длина этого участка зависит от скорости движения отцепа ; времени перевода стрелки ; времени реакции путевого реле на наложение шунта:

На рис. 3.11 изображена схема нормально разомкнутой РЦ переменного тока частотой 25 Гц с реле типа ИМВШ-110 (ИРВ-110). Это основной тип РЦ, применяемый при любых видах тяги на вновь механизируемых и автоматизируемых горках, а также при реконструкции последних.

На стрелочных изолированных участках устанавливают магнитные педали. Одна педаль П1 находится на расстоянии 4 м, а другая – 5,5 м от остряков стрелки. Расстояние до педали П1 установлено из следующих соображений: окончание суммарного времени замедления повторителей педальных реле (2 с) должно наступить в момент, когда при движении отцепа с максимальной скоростью последний скат его сойдёт с РЦ, та первая ось второй тележки вступит на остряки. При потере шунта стрелка не переведётся, так как её остряк будет прижат соответствующим скатом к рамному рельсу.

Место педали П2 выбрано из расчёта, что если одновременно с проходом вагона над педалью уже начался перевод стрелки, то он закончится до прихода первой оси тележки отцепа к остряку.

Рельсовая цепь включает: ИС – путевое реле типа ИМВШ-110 или ИРВ-110; СП – обратный повторитель путевого реле, находящийся под током при свободном состоянии РЦ; ПТр – путевой трансформатор типа ПТМ-А или ПТМ; ФП – фильтр путевой типа ФП-25; - резистор ограничивающий типа ПЭ-25 номиналом 360 Ом; - резистор регулировочный того же типа номиналом 180 Ом; 1ПЧ – преобразователь типа АСШ-2-110; Пр – предохранитель 2 А; Пр-5А – предохранитель 5 А (один на горку); П1 и П2 – магнитные педали типа ПБМ-56; БМП – блок медленнодействующих повторителей типа БМП-62.

В БМП находятся:

1ПД, 2ПД – педальные реле типа РП7; 10ПСП, 20ПСП – повторители педальных реле типа РКН; 1ПОПСП, 2ПОПСП повторители

педальных реле типа КДР6-М; С1, С2 – конденсаторы типа КЭП-2, ёмкостью 400 мкФ, 30 В;R1, R2 – резисторы типа ПЭ-25, 50 Ом.

При свободной РЦ вторичная обмотка ПТр нагружена на сопротивление балласта (минимум 3 Ом). В контуре первичной обмотки устанавливается ток, которого недостаточно для срабатывания путевого реле ИС. В момент шунтирования рельсов (нормативный шунт 0,5 Ом) ток в контуре вторичной обмотки возрастает, что приводит к увеличению тока в контуре первичной обмотки и срабатыванию путевого реле ИС. Резистор ограничивает ток при малых сопротивлениях поездного шунта и соединительных проводов контура вторичной обмотки ПТр.

РЦ питается напряжением 110 В при частоте 25 Гц от преобразователя частоты ПЧ.

Путевое реле ИС имеет только один контактный тройник, используемый для включения повторителя путевого реле СП, имеющего достаточный набор контактных групп. В цепи питания реле СП включён контакт фотоконтрольного реле ФК. В рассматриваемой РЦ максимальное время с момента наложения шунта до размыкания фронтовых контактов реле СП при наибольшем напряжении контрольной батареи (28 В) составляет не более 0,15 с, а максимальное время с момента снятия шунта до замыкания фронтовых контактов реле СП при наименьшем напряжении контрольной батареи (22В) – не более 0,35 с. Фильтры ФП защищают реле РЦ тягового тока на электрифицированных участках и на трёх РЦ, примыкающих непосредственно к электрифицированным путям.

При прохождении колеса над педалью П2 кратковременно срабатывает реле 2ПД, через контакт которого возбуждается реле 20ПСП, а через контакт последнего – реле 2ПОПСП. После окончания педального импульса оба реле повторителя продолжают удерживать якоря притянутыми за счёт замедления на отпускание. Суммарное замедление составляет 1,9 – 2,1 с. С момента срабатывания реле 20ПСП, а затем и 2ПОПСП цепь возбуждения реле СП будет разомкнута, и если даже в течение суммарного времени замедления путевое реле ИС будет возбуждаться из – за кратковременной потери шунта, то реле СП всё равно не возбудится. Аналогично работает реле при проследовании колеса над педалью П1

Необходимость обеспечения быстродействия горочной РЦ определяется условиями безопасности при максимальном темпе роспуска составов.

В системах ГАЦ к коротким РЦ предъявляют дополнительные требования по быстродействию, что связано с работой стрелок в режиме автовозврата и недопустимости даже кратковременной потери шунта при проследовании ТС по контролируемому участку. Отцеп должен быть обнаружен независимо от состояния балласта и загрязнения контактных частей рельсов и колёсных пар.

Однако на практике переходное сопротивление «колесо - рельс» нередко достигает 0,5 Ом и более, что является причиной кратковременной потери шунта. Повышенное загрязнение балласта на стрелочных участках солями, рудами и т. п. приводит к снижению сопротивления балласта до 3 Ом на 12,5 м, что уменьшает устойчивость работы коротких РЦ.