Устройство слежения за параметрами контактного провода тягового электроснабжения магистральных железных дорог

Назначение устройства слежения за параметрами контактного провода. Устройство и работа датчика боковых перемещений. Калибровка, монтаж и настройка оборудования УСП КП на АДМ. Расчет сметной стоимости разработки, затрат на накладные расходы, стоимости.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

ПЕРЕЧЕНЬ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

АДМ - автомотриса;

БОМ - блок оптико-механический;

БЭ - блок электроники;

ДБП - датчик боковых перемещений;

ДС - датчик скорости;

ДТ - датчик температуры;

КП - контактный провод;

ПЗС - прибор с зарядовой связью;

ПУ - пульт управления;

ТВ камера - телевизионная камера;

УГР - уровень головок рельс;

УСП КП - устройство слежения за параметрами контактного провода;

ЭВМ - электронно-вычислительная машина.

ВВЕДЕНИЕ

Транспортные сети, связывающие между собой промышленные центры, города и населенные пункты играют большую роль в нормальном функционировании и развитии народного хозяйства нашей страны. В настоящее время в Украине основной объем грузоперевозок осуществляет железнодорожный транспорт. Это связано с простотой и дешевизной его эксплуатации, быстрой самоокупаемостью и универсальностью в плане разнообразия перевозимых грузов. Для транспортировки одного и того же груза по железной дороге потребуются гораздо меньшие затраты по сравнению, например, с воздушным или автомобильным транспортом Применение электрической тяги на железнодорожном транспорте и развитие техники в этом направлении еще более удешевили и упростили эксплуатацию и обслуживание железнодорожных магистралей. Однако продолжают функционировать и хранятся и другие виды энергопотребителей. Существует большой парк “законсервированной” морально и технически устаревшей на данный момент техники, такой как локомотивы на дизельной тяге и даже паровозы. Их хранят «на случай войны».

Для обеспечения безотказного функционирования сети железных дорог их рабочее состояние необходимо постоянно контролировать. Увеличивающаяся нагрузка на железнодорожные линии при растущей скорости движения поездов ставит постоянно ужесточающиеся требования к контактной сети. Периодический контроль контактной сети необходим для обнаружения на ранней стадии изменений ее состояния. Так, например колебания контактного провода влияют на процесс токосъема, поэтому необходимо постоянно оценивать работоспособность контактной подвески и качества токосъема.

Результаты периодического контроля позволяют правильно, своевременно и с наименьшими затратами планировать и организовывать необходимый ремонт износившихся или поврежденных участков железнодорожного полотна, контактной сети и других элементов железнодорожного хозяйства. Для измерения отклонений от номинальных значений оцениваемых параметров контактной сети, был разработан прибор “Устройство слежения за параметрами контактного провода” (УСП КП).

1. ОБЗОР СИСТЕМ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОНТАКТНОГО ПРОВОДА

Диагностикой параметров контактной подвески электрифицированных железных дорог занимаются во всех странах, имеющих такие дороги. Понимание важности проблемы дает довольно большое количество способов ее решений. Рассмотрим несколько зарубежных аналогов измерения параметров контактного провода.

Одним из лидеров - производителей средств диагностики является фирма Gamma Technology. Диагностическая система этой фирмы представляет собой аппаратуру, установленную на специальном вагоне и следящую за многими параметрами. Интересующие нас параметры: высота подвеса и смещение от оси пути контактного провода измеряет лазерная система, установленная на крыше вагона (рис.1.1). Она представляет собой систему из шести лазеров, подвижной системы зеркал и шести телевизионных камер. Система лазеров излучает световой пучок под углом 45 градусов. Система зеркал имеет некоторую механическую свободу и механически следит за положением провода.

Рисунок 1.1

Таким образом, за счет механической свободы устройство постоянно держит провод в поле зрения телевизионных камер. Это показано на рисунке 1.2, при несколько опущенном относительно первого положения положении провода.

Рисунок 1.2

Пучок лазера испускается его источником, попадает на зеркало 1, под углом 45 градусов отражается от него, попадает на провод. Изображение освещенного провода попадает на зеркало 2. С зеркала 2 изображение попадает на камеру. Таких систем всего шесть, расположенных рядом друг с другом.

Для наблюдения за объектом в приборе фирмы Gamma Technology используются матричные камеры. Этим добиваются большой разрешающей способности прибора. Для освещения прибора используется лазерная подсветка, за счет которой световой пучок распределяется равномерно. Однако прибор фирмы Gamma Technology имеет большие габариты. Для его размещения требуется как минимум 1,5 м длины на крыше вагона (диапазон изменения высота подвеса контактного провода).

Прибор фирмы Gamma Technology работает при температурах от -10оС до +40оС, что в условиях нашего климата является явно недостаточным. Наличие подвижных частей в приборе Gamma Technology может привести к неработоспособности прибора при понижении температуры, указанной в условиях эксплуатации. Произойти это может по разным причинам. Одной из таких причин являются, например, обледенения подвижной системы зеркал.

Еще одним достижением в области диагностики параметров контактного провода является разработка сети железных дорог Германии (DBAG). DBAG начали применять бесконтактную измерительную систему с 1982 года, которая обеспечивала надежное измерение положения контактного провода с точностью не менее 10мм при скорости свыше 80 км/час. На первом этапе систему можно было применять только в ночное время. В 1996 году ее доработали, что позволило использовать ее при дневном освещении. В 2000 году FTZ расширил возможности системы, применив камеру с 8192 элементов разрешения на строку, что позволило повысить разрешающую способность.

Положение провода определяются триангуляционным методом. Он заключается в том, что строится треугольник, где основанием служит расстояние между реперными точками, а в вершине находится искомый объект. Для этого использованы четыре строчные камеры с высоким разрешением, которые вместе с прожекторами размещены на жесткой несущей балке, образуя модуль, в готовом виде монтируемый на крыше измерительного вагона, электропоезда или локомотива.

При дневном освещении контактный провод воспринимается как темный объект на светлом фоне, а ночью или в тоннелях благодаря подсветке - как светлый объект на темном. В качестве источника света можно использовать прожектор, лазер или газоразрядные монохромные лампы.

Измерительный интервал, представляющий собой расстояние между двумя точками измерений, зависит от времени, затрачиваемого системой на выполнение расчетов, и скорости движения. При скорости 120 км/час он лежит в пределах 10мм.

Аналогичными свойствами (разрешением, быстродействием) обладает измерительный вагон контактной сети фирмы Siemens. Его принцип действия другой. Фиксирующие камеры с соответствующими осветительными системами расположены по бокам вагона. Каждая из них снимает подвеску с одной стороны в течении 45мкс. При скорости движения вагона 80км/час достигается разрешение 0.7 - 2 мм.

Для выполнения измерений в ночное время используется система освещения контактной подвески. Сначала для этого применялись лампы с разрядом в парах металла потребляемой мощностью 10кВт, выполненные в виде прожекторов. В дальнейшем, в связи с дефицитом свободного места в месте расположения видеокамер и слепящего действия прожекторов, стали использовать систему на базе диодного лазера. Эта система потребляет мощность не больше 15 Вт. При этом луч лазера совмещается с полем зрения камеры.

У обеих систем германских фирм также недостаточен диапазон температур. Они функционируют от -10С до +40С.

Для работы в наших условиях необходим больший диапазон температур: от - 50оС до +55оС. Еще одним необходимым требованием был диапазон измерений параметров контактной сети. Большинство зарубежных диагностических систем имеет диапазон измерения по высоте от 5600 до 6500 мм над уровнем головок рельс (УГР) и 400 мм от оси пути, тогда как в Украине стандартом принят диапазон от 5550мм до 6900мм по высоте подвеса и 600 мм по горизонтальному смещению от оси пути. В 1996 году в России был спроектирован и выпущен вагон измерительный контактной сети (ВИКС) НИИЭФА. Вагон позволяет выполнять все необходимые для диагностирования состояния контактной сети измерения. Однако, его высокая стоимость (примерно 2,4 млн.грн.), не позволяет приобретать вагоны в достаточном количестве. Другим способом решения является измерение параметров подвеса контактного провода вручную. Но это занимает много времени. Альтернативой этим методам является Устройство слежения за параметрами контактного провода (УСПКП), предназначенное для установки на монтажных автомотрисах, имеющихся в достаточном количестве.

2. НАЗНАЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА СЛЕЖЕНИЯ ЗА ПАРАМЕТРАМИ КОНТАКТНОГО ПРОВОДА

Усп кп предназначено для бесконтактного измерения геометрических параметров подвеса контактных проводов электрифицированных участков железных дорог, записи полученных параметров на устройство хранения информации и их отображения на мониторе рабочего места оператора УСП КП.

2.1 Технические характеристики и условия эксплуатации