Введение к работе
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 материало- 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 АЛ С;
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 Голицыне - 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. Ваныпин; 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.
