Введение к работе
Актуальность проблемы
На современном этапе развития систем интервального регулирования (ИР) обострилась проблема обеспечения нормальной работы эксплуатируемых рельсовых цепей тональной частоты в связи с разработкой и внедрением на сети железных дорог перспективных типов электроподвижного состава (ЭПС) с современными видами тяговых преобразователей, генерирующих гармонические помехи в рабочей полосе путевых приёмников. Одним из аспектов этой проблемы является необходимость уменьшения влияния человеческого фактора на безопасность функционирования рельсовых цепей тональной частоты. Применение бесстыковых рельсовых цепей тональной частоты (ТРЦ), обусловливает необходимость защитных участков, что приводит к увеличению межпоездного интервала.
Все эксплуатируемые рельсовые цепи разработаны на основе использования диапазонов частот, в которых отсутствуют гармоники тока ЭПС. Таких диапазонов частот нет на участках, где обращается перспективный электроподвижной состав с современными видами тяговых преобразователей, например, электровозы переменного тока 2ЭС5К, ВЛ80ТК, ВЛ85, электровозы двойного питания ЭПЮ и электропоезд «Сапсан». Для обеспечения нормального функционирования эксплуатируемых рельсовых цепей тональной частоты предъявляются жёсткие требования по максимальному уровню гармоник, генерируемых ЭПС в рабочей полосе частот ТРЦ. Однако, как показала практика испытаний, выполнение этих требований связано с большими трудностями. Поэтому важно разработать рельсовую цепь тональной частоты, работоспособную при высоком уровне гармоник тока перспективного ЭПС в рабочей полосе частот.
Обеспечение нормальной работы рельсовой цепи и требований безопасности по шунтовому и контрольному режиму в настоящее время осуществляется с помощью специальной технологии обслуживания, предполагающей периодические измерения уровней сигналов на входе путевого приемника и их регистрацию. Эксплуатационный персонал обязан при всех воздействиях внешних дестабилизирующих факторов, обеспечить расчетные напряжения на входных зажимах путевого приёмника. Вследствие влияния человеческого фактора, возможны ошибки в регулировке, которые могут привести либо к ложной занятости и задержкам в движении поездов, либо к ложной свободности и тяжелым последствиям.
Снизить влияние человеческого фактора на безопасность функционирования рельсовой цепи возможно с помощью автоматического контроля уровня сигнала на входе путевого приёмника, допустимого по шунтовому и контрольному режимам.
В системах ИР с ТРЦ без изолирующих стыков применяются защитные участки, негативно влияющие на межпоездной интервал. Необходимо рассмотреть возможность реализации способа ИР без защитных участков.
Целью диссертации является повышение устойчивости функционирования ТРЦ за счёт увеличения допустимого уровня гармоник перспективного ЭПС в рабочей полосе частот, автоматического контроля на входе путевого приёмника уровня сигнала, допустимого по шунтовому и контрольному режимам, а также обеспечение условий для уменьшения межпоездного интервала пригородных поездов.
Основные задачи выполненных исследований:
разработка способа повышения пропускной способности пригородных поездов на линиях с защитными участками;
разработка метода автоматического регулирования уровня сигнала в рельсовых цепях тональной частоты;
анализ и синтез рельсовых цепей тональной частоты с автоматическим регулирования уровня сигнала;
разработка метрологически корректного способа контроля расчётных параметров сигнала в рельсовой цепи тональной частоты;
математическое описание и исследование контрольного режима бесстыковых рельсовых цепей с учётом внешних заземлений и смежных рельсовых линий;
разработка аппаратуры рельсовой цепи тональной частоты с автоматическим регулированием уровня сигнала;
- экспериментальное исследование в лабораторных условиях работоспособности опытных образцов аппаратуры рельсовых цепей тональной частоты с автоматическим регулированием.
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 работоспособностью разработанных технических решений в эксплуатационных условиях. Результаты работы были доложены и получены одобрение на научно-практической конференции.
Научная новизна - разработаны метод и алгоритм контроля свободности рельсовых линий, позволяющие уменьшить влияние человеческого фактора на безопасность функционирования рельсовой цепи тональной частоты;
разработан способ существенного улучшения электромагнитной совместимости рельсовых цепей тональной частоты и перспективного электроподвижного состава с асинхронным тяговым приводом;
разработана методика расчёта контрольного режима бесстыковой рельсовой цепи с учётом подключения внешних заземлений и длин смежных рельсовых линий;
разработана обобщённая модель рельсовой цепи с двумя ответвлениями, позволяющая рассчитывать условия обеспечения контрольного режима во всех возможных случаях обрыва рельсовой нити;
разработана методика синтеза бесстыковых перегонных рельсовых цепей с автоматическим регулированием уровня сигнала, учитывающая влияние шунта при его приближении к контролируемой рельсовой линии и его удалении;
проведены исследования рельсовых цепей тональной частоты с учётом влияния ранее не рассматривавшихся факторов, позволяющие определить допустимые параметры рельсовой линии;
разработан способ интервального регулирования при обращении на участке поездов разных категорий, позволяющий уменьшить межпоездной интервал для пригородных поездов.
Практическая ценность
Разработанная в диссертации рельсовая цепь тональной частоты с автоматическим регулированием уровня сигнала ТРЦ-АР решает важные задачи перспективного развития отрасли автоматики и телемеханики благодаря обеспечению:
электромагнитной совместимости ТРЦ-АР и перспективного электроподвижного состава с асинхронным тяговым приводом за счет увеличения допустимого уровня синусоидальной помехи во входной цепи приёмника ПМПЗ более чем в 50 раз по сравнению с эксплуатируемым приёмником ПП1;
уменьшения влияния человеческого фактора на безопасность работы рельсовой цепи за счёт автоматического контроля уровня сигнала на входе путевого приёмника, допустимого по шунтовому и контрольному режимам (в то время, как во всех применяемых рельсовых цепях максимальный уровень сигнала контролируется эксплуатационным персоналом);
условий для перехода на технологию обслуживания устройств автоматики и телемеханики по состоянию за счет расширенной системы внутренней диагностики и удаленного мониторинга;
увеличения максимально допустимой длины рельсовой цепи за счет повышения расчётного коэффициента возврата с 0,58, принятого для ТРЦЗ, до
0,72, благодаря высокой стабильности параметров генератора ГМП2 и приемника ПМПЗ. - экономии электроэнергии за счёт автоматической установки напряжения на
выходе генератора в соответствии с фактическим сопротивлением изоляции
рельсовой линии в текущий момент времени.
Реализация результатов работы. Результаты, полученные в диссертации, использованы ОАО «ЭЛТЕЗА» при разработке опытных образцов аппаратуры ТРЦ-АР: путевого генератора ГМП2 и путевого приёмника ПМПЗ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях и научных секциях кафедры, на седьмой и восьмой научно-практических конференциях «Безопасность движения поездов» в г. Москве, на первой Московской научно-практической конференции «Вузы-Наука-Город» в г. Москве и опубликованы в одиннадцати 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, заключения, списка использованных источников и приложений. Она содержит 165 страниц основного текста, 109 иллюстраций и 33 таблицы. Список использованных источников включает 85 наименований.
