Geum.ru
Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям  

На правах рукописи

ВАНЬШИН АЛЕКСАНДР ЕВГЕНЬЕВИЧ

МЕТОДЫ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ С ВРЕМЕННЫМ КОНТРОЛЕМ

Специальность 05.22.08 - Управление процессами перевозок

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский государственный университет путей сообщения

Научный руководитель                доктор технических наук, профессор

исенков Виктор Михайлович

Официальные оппоненты:        Шалягин Дмитрий Валерьевич, доктор технических наук, профессор, заместитель начальника технического отдела Проектно-конструкторско-технологического бюро железнодорожной автоматики и телемеханики - филиала ОАО РЖД;

       Павлов Евгений Владимирович, кандидат технических наук, заместитель генерального директора по развитию бизнеса ООО Бомбардье Транспортейшн (Сигнал)

Ведущая организация: Открытое акционерное общество Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте (ОАО НИИАС).

Защита состоится л 26 октября 2012 г. в 10 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 218.005.07 в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский государственный университет путей сообщения по адресу 127994 г. Москва, ул. Образцова, 9 стр. 9 ауд. 1112.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный университет путей сообщения.

Автореферат разослан л 26   сентября  2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

Доктор технических наук, профессор                         А.В. Горелик

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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.аИ.аВахнин и А.аМ.аБрылеев. Значительный вклад в развитие теории рельсовых цепей внесли Н.аФ.аКотляренко, Ю.аА.аКравцов, Н.аФ.аПенкин, А.аВ.аШишляков и др. Разработке методов и способов технической реализации рельсовых цепей и систем автоблокировки с рельсовыми цепями посвящены труды В.аС.аАркатова, И.аВ.аБелякова, П.аФ.аБестемьянова, В.аА.аВоронина, В.аС.аДмитриева, В.аА.аКоляды, В.аМ.аЛисенкова, В.аА.аМинина и др. Результаты работ П.аФ.аБестемьянова, А.аВ.аВековищева, В.аИ.аЗорина, Г.аА.аКазимова, В.аМ.аЛисенкова, Е.аН.аРозенберга, Д.аВ.аШалягина 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 бльшей 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 АЛС;

- 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 Голицыно - 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. Ваньшин; 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 222 страницы основного текста, 202 иллюстрации, 11 таблиц. Список использованных источников включает 63 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность рассматриваемой проблемы, определяются основные направления исследований, их научная новизна, цель и задачи диссертации. Показаны особенности рельсовых цепей с непрерывным и временным контролем рельсовых линий.

В первой главе сформулированы две группы показателей свойств рельсовых цепей, а именно, показатели безопасности их функционирования и показатели ресурсоёмкости.

Показано, что при временном контроле состояний рельсовых линий (рис. 1) их максимальное количество , где - максимально допустимая инерционность системы автоблокировки, - минимально допустимая инерционность рельсовой цепи.

Рис. 1 Рельсовые линии с временными каналами контроля

Величина ограничивается пропускной способностью участка, а величина - минимально допустимой по условиям безопасности функционирования рельсовой цепи помехоустойчивостью.

Приведены данные о свойствах рельсовых цепей с временным контролем, разработанных для микропроцессорной централизованной автоблокировки ЦАБ-Е. Один комплект аппаратно-программного комплекса рельсовой системы ЦАБ-Е используется для контроля состояний 15 рельсовых линий на участке длиной 7 км. Энергия, необходимая для контроля их состояний в течение равна . В случае использования аналогичных аппаратно-программных комплексов (за исключением элементов, специфичных для временного контроля) для непрерывного контроля тех же 15 рельсовых линий потребовалась бы энергия, равная .

Приведены данные по сравнению энергоёмкости рельсовых цепей системы ЦАБ-Е с временным контролем и типовой релейной кодовой системы АБ-ЧК. Энергия, необходимая для контроля состояний рельсовых линий на участке длиной 7 км с помощью АБ-ЧК, равна 261,6TАБ, кВтч.

Во второй главе приведены методы анализа рельсовых цепей, включающих два этапа: разработка математических моделей рельсовых линий с изолирующими стыками и без изолирующих стыков в виде направленных графов в нормальном, шунтовом и контрольном режимах, а также в режиме АЛС; решения графов с помощью правила Мейсона; оценка условий выполнения режимов работы рельсовых цепей с помощью показателей ; .

Всего разработано 14 моделей рельсовых линий. На рис. 2 приведен граф двух рельсовых линий без изолирующих стыков в шунтовом режиме, входы которых подключены к одному источнику сигналов КРЛ с э.д.с. и внутренним сопротивлением . Рельсовые линии l1 и l2 характеризуются постоянными распространения и волновым сопротивлением . К противоположным концам рельсовых линий подключены приемники сигналов КРЛ с входными сопротивлениями и .

Рис. 2. Граф рельсовых линий без изолирующих стыков  при расположении шунта в пределах l2

Поездной шунт с сопротивлением ZШ расположен в пределах l2, имеет координату x1 относительно её начала. Токи, протекающие через эти сопротивления в шунтовом режиме, обозначены и . Выражения и получены в результате решения графов с помощью правила Мейсона:

,  (1)

,  (2)

где, , Pm1 - произведение коэффициентов передач ветвей, входящих в m-й одиночный замкнутый контур; Pn2 - произведение коэффициентов передач ветвей, входящих в n-е сочетание двух несоприкасающихся контуров; Pk1 - произведение коэффициентов передач ветвей, входящих в k-е сочетание трех несоприкасающихся контуров.

На графе использованы следующие обозначения: , , , , , , , , .

На рис. 3 представлен граф тех же линий в контрольном режиме, когда разрушенный рельс находится в пределах l2. Токи и , протекающие через и , выражаются следующим образом:

,                       (3)

где ; ; ;

;

.

,  (4)

;

;

; ;

; .

Токи и , протекающие через и в нормальном режиме, могут быть получены либо с помощью более простых графов для нормального режима работы рельсовых цепей, либо с помощью выражений токов , , , при подстановке в них либо ZШ=, либо =0.

Рис. 3. Граф двух рельсовых линий без изолирующих стыков в контрольном режиме

На рис. 4 представлен граф, разработанный для анализа явления двойного шунтирования.

Рис. 4. Граф рельсовых линий без изолирующих стыков при двойном шунтировании l2

На рис. 5 представлен граф для оценки влияния отдельных отраженных волн. , - ток падающей волны через ZК2; - ток отраженной волны от места подключения ; - ток отраженной волны от места подключения ZК1; - ток отраженной волны от места подключения ZК3.

Рис. 5. Направленный граф комплекса рельсовых линий

Полученные в результате решения графов формулы для анализа особенностей функционирования рельсовых цепей остаются справедливыми как в случае непрерывного контроля состояний рельсовых линий, так и в случае временного контроля. Однако необходимо учитывать следующее:

при непрерывном контроле состояний рельсовых линий необходимые параметры входных сопротивлений аппаратуры всех рельсовых цепей должны обеспечиваться при условии, что соединительные кабельные линии на станциях нагружены на сопротивления, близкие к волновым;

при временном контроле состояний рельсовых линий необходимые параметры входного сопротивления аппаратуры рельсовой цепи, осуществляющей контроль состояния одной рельсовой линии, должны обеспечиваться при тех же условиях, что и при непрерывном контроле, а входные сопротивления аппаратуры остальных рельсовых цепей должны определяться при условии, что нагрузка соединительных кабельных линий на станциях отключена.

В третьей главе выполнен анализ рельсовых цепей с изолирующими стыками и без изолирующих стыков с непрерывным и временным контролем в нормальном, шунтовом, контрольном режимах и в режиме АЛС.

Условия выполнения режимов работы рельсовых линий зависят от соотношений их нагрузочных и волновых сопротивлений. Поэтому показатели условий выполнения различных режимов работы рассматривались для различных соотношений этих сопротивлений.

Анализ рельсовых линий без изолирующих стыков выполнен для семи вариантов соотношений сопротивлений. Вариант 1: ; вариант 2: ; вариант 3: , ; вариант 4: , ; вариант 5: ,  ; вариант 6: , ; вариант 7: , . Здесь - нагрузочное сопротивление l1 и - нагрузочное сопротивление l2. Расчеты выполнялись с использованием формул (1), (2). Результаты приведены в виде графиков на рис. 7. Из графиков следует, что наилучшим в энергетическом смысле является вариант 4 соотношений сопротивлений.

При анализе рельсовых линий без изолирующих стыков важно отметить степень влияния отраженных волн на результаты анализа. В диссертации это делается на примере рельсовых линий участка Голицыно - Звенигород Московской железной дороги, граф которых представлен на рис. 5. На рис. 7 и рис. 8 использованы следующие обозначения: IП - ток падающей волны через ZК2; IО1 - ток, отраженный от места подключения ZН1 волны, протекающий через ZК2; IО2 - ток, отраженный от места подключения ZК1 волны, протекающий через ZК2; IО3 - ток, отраженный от места подключения ZК3 волны, протекающий через ZК2. Из графиков следует, что не при всех длинах линий их можно рассматривать электрически длинными.

Рис. 6. Графики изменения тока IКН2 в рельсовой линии

без изолирующих стыков при RИЗ = 1,0 Омкм

Рис. 7. Отношение токов падающих и отраженных волн при

различных сопротивлениях изоляции

Рис. 8. Отношение токов падающих и отраженных волн при

различных сопротивлениях изоляции

На рис. 9 приведены графики KШ(x/l), рассчитанные для адаптивных рельсовых цепей с изолирующими стыками и для различных соотношений сопротивлений , , при RИЗ = 1,0 Омкм, а на рис. 10 представлены графики KШ(x/l) при RИЗ = 100 Омкм.

Рис. 9. Показатель шунтового режима при RИЗ = 1,0 Омкм

Рис. 10. Показатель шунтового режима при RИЗ = 100 Омкм

На рисунках х - координата поездного шунта. Наилучшие условия обнаружения шунта имеют место при максимальных значениях KШmin. Из графиков следует, что KШmin имеют максимальные значения при варианте 2 соотношений сопротивлений. Было установлено так же, что использование только фазового признака для обнаружения поезда не представляется возможным, так как при определенных положениях шунта изменения фаз токов незначительные.

Условия обнаружения поездов существенно ухудшаются в случаях, когда параметры рельсовой линии до изменения её состояния отличаются от параметров линии после изменения её состояния.

В работе установлено, что применение синхронного детектирования приводит к снижению степени влияния мультипликативных помех, но в каждом конкретном случае необходима его отдельная оценка.

Анализ рельсовых линий без изолирующих стыков в шунтовом режиме выполнен при тех же соотношениях , ,, , что и при анализе нормального режима. Расчеты выполнены с использованием формул (1), (2). Результаты анализа приведены в табл. 1.

Таблица 1

Вариант

соотношения

сопротивлений

КШ2min при сопротивлении изоляции

1,0 Омкм в НР / 1,0 Омкм в ШР

КШ2min при сопротивлении изоляции

100 Омкм в НР / 100 Омкм в ШР

КШ2min при сопротивлении изоляции 1,0 Омкм в НР / 100 Омкм в ШР

КШ2Cmin при сопротивлении изоляции 1,0 Омкм в НР / 100 Омкм в ШР

1

2

3

4

5

1)

25,71

35,99

8,38

9,27

2)

22,05

37,47

10,08

10,09

3) ,

21,8

40,09

8,41

8,65

4) ,

20,13

24,72

6,76

6,94

5) ,

20,29

28,99

8,6

8,68

6) ,

16,54

20,52

5,76

6,63

7) ,

16,81

24,07

7,61

7,63

Во второй колонке приведены наибольшие значения KШ2min, когда RИЗ = 1,0аОмкм как в нормальном, так и в шунтовом режимах; третья колонка содержит значения KШ2min при RИЗ = 100 Омкм в нормальном и шунтовом режимах; четвертая колонка содержит значения KШ2min при RИЗ = 1,0 Омкм в нормальном режиме, при RИЗ = 100 Омкм в шунтовом режиме; пятая колонка содержит KШ2Сmin, при RИЗ = 1,0 Омкм в нормальном режиме, при RИЗ = 100 Омкм в шунтовом режиме и синхронном детектировании.

В работе также исследовано влияние на размеры зон дополнительного шунтирования соотношений сопротивлений , ,, и RИЗ. На рис.а11 показаны графики КШД(x/l2) = IКШ1(x/l2)/IКН1(x/l2) при RИЗ = 1,0 Омкм.

Из них следует, что, во-первых, взаимное расположение графиков изменяется, а следовательно, изменяются и относительные размеры зон дополнительного шунтирования; во-вторых, размеры зон дополнительного шунтирования существенно зависят от уровня порога решающего устройства. Установлено также, что с увеличением RИЗ зона дополнительного шунтирования уменьшается.

Рис. 11. Графики изменения КШД при шунтировании смежной рельсовой линии, при RИЗ = 1,0 Омкм

При анализе контрольного режима работы рельсовых линий без изолирующих стыков были использованы формулы (3), (4) при тех же условиях, что и в шунтовом режиме, соотношениях , ,, . Было установлено, что наибольшее KО2min(x/l2) при RИЗ = 1,0 Омкм имеет место в случае варианта 4 соотношений сопротивлений. Если RИЗ = RИЗКР, то значения KО2min(x/l2) увеличиваются и максимальное из них (9,5) имеет место при варианте 1 отношений сопротивлений, а именно при . Если же предположить, что в нормальном режиме RИЗ = 1,0 Омкм, а после излома рельса вследствие воздействия внешних факторов сопротивление изоляции увеличивается до RИЗКР, то наибольшее значение KО2min, равное 4,1, имеет место при варианте 4 соотношений сопротивлений (табл. 2).

Таблица 2

Соотношение сопротивлений

RИЗКР, Омкм

КО2min

КОC2min

4,8

3,33

3,35

5,0

3,05

4,99

,

6,1

2,91

3,145

,

3,6

4,1

4,1

,

4,0

3,89

4,49

, ;

3,7

3,81

3,94

;

4,0

3,57

5,29

Установлено, что применение синхронного детектирования изменяет соотношения KОС2min и, в частности, наибольшее из них в этом случае равно максимальному значению 5,29 при , .

В четвертой главе приведены результаты разработки метода синтеза рельсовых линий. Синтез рельсовых линий является составной частью синтеза рельсовых цепей в целом, включающим, кроме того, синтез электрических цепей передатчиков и приёмников. При этом результаты синтеза рельсовых линий являются исходными для синтеза остальных составляющих рельсовых цепей. Специфическими для рельсовых цепей являются методы синтеза рельсовых линий, поэтому именно они являются предметом исследований данной главы. В данной главе решены две задачи: разработка метода синтеза рельсовых линий с использованием новых показателей функционирования KШmin, KОmin; расчет параметров рельсовых линий для системы ЦАБ-Е.

Синтез рельсовых линий включает в себя следующие этапы: определение соотношений уровней сигналов КРЛ в нормальном и шунтовом режимах с учетом мультипликативных помех в функции нагрузочных сопротивлений; определение соотношений уровней сигналов КРЛ в нормальном и контрольном режимах с учетом мультипликативных помех в функции нагрузочных сопротивлений; расчет функций KШmin(k) и KОmin(k) для линий различных длин; определение оптимальных нагрузочных сопротивлений из условий KШmin(kZВ1) = KОmin(kZВ1) или нагрузочных сопротивлений, при которых значения показателей функционирования рельсовых цепей не равны, но имеют бльшие значения, чем при оптимальных соотношениях сопротивлений; определение мощности сигналов КРЛ из условий обеспечения необходимой помехоустойчивости рельсовой цепи при воздействии аддитивных помех.

В данной главе рассмотрены все этапы синтеза, кроме последнего, рельсовых линий с изолирующими и без изолирующих стыков, с непрерывным и временным контролем, а также для различных соотношений нагрузочных и волновых сопротивлений линий. В качестве примера в автореферате приведены этапы синтеза рельсовой линии с изолирующими стыками при частоте сигналов КРЛ 1650 Гц для варианта 1 соотношений сопротивлений . На рис. 12 приведены графики KШ(x/l), а на рис. 13 - графики KО(x/l).

С помощью этих графиков построены графики KШmin(k) и KОmin(k), приведенные на рис. 14. Из графиков видно, что при k = 0,1 графики пересекаются, т.е. KШmin(0,1) = KОmin(0,1) = 6,0 - условие обнаружения поезда и разрушенного рельса одинаковые. В теории рельсовых цепей нагрузочные сопротивления , при которых выполняется равенство условий обнаружения поезда и разрушенного рельса, называются оптимальными . В рассматриваемом примере .

Рис. 12. Графики изменения КШ

при RИЗ = 1,0 Омкм

Рис. 13. Графики изменения КО при RИЗ = 1,0 Омкм

Следует отметить, что при увеличении k до 0,75, увеличиваются значения как KШmin(k), так и KОmin(k), т.е. условия выполнения шунтового и контрольного улучшаются. Поэтому при реализации рельсовой цепи нагрузочные сопротивления следует обеспечивать равными 0,75, тогда KШmin(0,75) = 21,3 и KОmin(0,75) = 7,24.

Рис. 14. Синтез рельсовой линии длиной 0,5 км при RИЗ = 1,0 Омкм

Возможна также следующая ситуация. При графики KШmin(k) и KОmin(k) пересекаются при kopt = 0,82, когда их значения равны 5,6. При увеличении k значения KШmin(k) увеличиваются, а значение KОmin(k) уменьшаются. Результаты синтеза рельсовых линий при различных соотношениях сопротивлений ,, и различных значениях RИЗ  приведены в табл. 3.

Длина рельсовой линии, км

0,5

1

2

Вариант соотношения сопротивлений

1

2

3

4

5

6

7

8

Адаптивные рельсовые цепи при RИЗ = 1 Омкм

kopt

0,1

0,082

0,0753

0,0675

0,068

0,702

=  =

6

5,6

4,8

4,8

4,95

4,95

k

0,75

Ц

1,3

1,0

1,3

1

21,3

Ц

27,2

32,4

27,1

32,4

7,24

Ц

5,4

5,1

5,1

5,1

Адаптивные рельсовые цепи при

RИЗ =  RИЗ КР

kopt

0,1

0,082

0,0883

0,0772

0,0775

0,0746

RИЗ, Омкм

1,0

1,0

3,35

3,65

13,15

13,75

=  =

6

5,6

5,5

5,5

5,4

5,4

k

0,9

0,75

1,8

1,4

3,6

2,5

RИЗ, Омкм

2,55

2,8

10,15

10,6

40,6

39,15

25,0

33,4

49,83

62,7

97,5

114

9,6

6,2

9,6

6,2

9,6

6,2

Таблица 3

1

2

3

4

5

6

7

8

Адаптивные рельсовые цепи при

RИЗ = 100 Омкм

kopt

1,36

0,56

0,483

0,326

0,20948

0,172

=  =

37,0

30,0

25,6

20,0

12,125

11,4

k

Ц

Ц

0,75

Ц

2,25

Ц

Ц

Ц

37,0

Ц

92,4

Ц

Ц

Ц

26,8

Ц

14,5

Ц

Адаптивные рельсовые цепи при RИЗ = 1,0 Омкм в нормальном режиме; RИЗ = 100 Омкм в шунтовом режиме и RИЗКР в контрольном режиме

kopt

0,1312

0,11

0,113

0,095

Ц

Ц

RИЗ, Омкм

1,0

1,1

3,4

3,7

Ц

Ц

=  =

6,2

5,6

2,85

2,55

Ц

Ц

k

0,5

Ц

Ц

Ц

Ц

Ц

RИЗ, Омкм

1,6

Ц

Ц

Ц

Ц

Ц

13,3

Ц

Ц

Ц

Ц

Ц

6,9

Ц

Ц

Ц

Ц

Ц

Из данных табл. 3 следует, что, во-первых, наибольшее значение KШmin и KОmin у рельсовых линий длиной до 2,0 км имеет место при соотношении сопротивлений , во-вторых, при увеличении длины рельсовых линий уменьшаются значения kopt и KШmin(kopt) = KОmin(kopt); в-третьих, при условии RИЗ = 1,0 Омкм и RИЗКР с увеличением длины рельсовой линии KШmin(kopt) = KОmin(kopt) не зависит от варианта соотношений сопротивлений, в-четвертых, при одинаковых значениях сопротивлений изоляции значения KШmin(kopt) = KОmin(kopt) наименьшие при RИЗ = 1,0 Омкм, в-пятых, при наихудших условиях для выполнения каждого из режимов при длине рельсовой линии 2,0 км условия шунтового и контрольного режимов не выполняются; в-пятых, предпочтительней вариант соотношений сопротивлений при котором обеспечиваются наибольшие значения KШmin(k), KОmin(k).

В табл. 4 приведены результаты синтеза рельсовых цепей без изолирующих стыков для различных длин и вариантов соотношений сопротивлений, и условий воздействия мультипликативных помех.

Таблица 4

Длина рельсовой линии, км

0,5

1

Вариант соотношения сопротивлений

Адаптивные рельсовые цепи при RИЗ = 1,0 Омкм

kopt

0,0965

0,089

0,0732

0,0724

=

6,03

5,6

4,8

4,8

k

0,365

Ц

2

10

16,809

Ц

29,4

30,9

6,459

Ц

5,15

5,1

Адаптивные рельсовые цепи при

RИЗ =  RИЗ КР

kopt

0,0965

0,09337

0,087

0,0825

RИЗ, Омкм

1,0

1,2

3,45

3,95

=

6,03

5,877

5,6

5,6

k

1,0

10,75

1,68

8,6

RИЗ, Омкм

4,8

98,35

16,6

100

34,767

153,631

62,7

157,7

9,379

8,851

9,41

8,388

Адаптивные рельсовые цепи при

RИЗ = 100 Омкм

kopt

1,096

0,687

0,46

0,3494

=

37,0

29,15

24,95

19,96

k

Ц

Ц

Ц

Ц

Ц

Ц

Ц

Ц

Ц

Ц

Ц

Ц

Адаптивные рельсовые цепи при RИЗ = 1,0 Омкм в нормальном режиме; RИЗ = 100 Омкм в шунтовом режиме и RИЗКР в контрольном режиме

kopt

0,15

0,13

0,118

0,1065

RИЗ, Омкм

1,15

1,35

3,6

4,1

=

6,17

5,4

2,72

2,32

k

Ц

Ц

Ц

Ц

RИЗ, Омкм

Ц

Ц

Ц

Ц

Ц

Ц

Ц

Ц

Ц

Ц

Ц

Ц

Из данных табл. 4 следует, что, во-первых, наибольшее значение KШ2min и KОmin у рельсовых линий длиной до 1,0 км имеет место при соотношении сопротивлений , во-вторых, при увеличении длины рельсовых линий уменьшаются значения kopt и KШmin(kopt) = KОmin(kopt); в-третьих, при условии RИЗ = 1,0 Омкм и RИЗКР существуют такие соотношения по концам при которых KШmin(k) KОmin(k), однако их значения выше , чем при kopt, в-четвертых, при одинаковых значениях сопротивлений изоляции значения KШmin(kopt) = KОmin(kopt) наименьшие при RИЗ = 1,0 Омкм.

Рис. 15. Рельсовая цепь без изолирующих стыков с временным контролем

На основании полученных результатов синтеза рельсовых цепей с временным контролем разработаны рельсовые цепи без изолирующих стыков микропроцессорной системы автоблокировки ЦАБ-Е (рис.15).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты диссертации состоят в следующем:

  1. Произведена сравнительная оценка характеристик рельсовых цепей с постоянным и временным контролем состояний рельсовых линий.
  2. Выбран математический аппарат направленных графов для разработки математических моделей рельсовых цепей.
  3. Разработаны математические модели рельсовых цепей с изолирующими и без изолирующих стыков в нормальном, шунтовом и контрольном режимах с временным и постоянным контролем.
  4. Определены формы показателей функционирования рельсовых цепей с временным и непрерывным контролем, а также адаптивных рельсовых цепей с переменным порогом решающего устройства.
  5. Выведены аналитические выражения показателей функционирования рельсовых цепей в различных режимах их функционирования: нормальном, шунтовом, контрольном, автоматической локомотивной сигнализации (АЛС), в том числе в режиме двойного шунтирования.
  6. Произведен анализ функционирования рельсовых цепей с изолирующими стыками и без изолирующих стыков в нормальном, шунтовом, контрольном, АЛС режимах.
  7. Разработан метод синтеза рельсовых цепей с изолирующими и без изолирующих стыков, в том числе адаптивных рельсовых цепей.

Основные публикации по теме диссертации

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1.        Лисенков В. М., Ваньшин А. Е. Анализ и синтез рельсовых линий // Мир транспорта. - М.: 2009. - № 4. - С. 4 - 9.

2.        Лисенков В. М., Ваньшин А. Е., Катков М. В. Методы повышения безопасности функционирования рельсовых цепей // Автоматика, связь, информатика. - М.: 2010. - № 4. - С. 8 - 10.

3.        Лисенков В. М., Ваньшин А. Е. Анализ рельсовых цепей методом направленных графов // Электротехника. - М.: 2011. - №8. - С. 29 - 32.

Патенты и изобретения

1.        В.М. Лисенков, П. Ф. Бестемьянов, А. Е. Ваньшин, М. В. Катков Приемник рельсовой цепи. // Положительное решение на выдачу патента по заявке RU 2009 110а401, B61L 23/16. Бюл. №26 от 27.09.2010

Публикации в других изданиях

1.        Ваньшин А. Е. Способ подключения оконечных устройств в микропроцессорных системах автоблокировки // Труды VII научно-практической конференции Безопасность движения поездов. - М.:МИИТ, 2006. - С. VII-4 - VII-5.

2.        Романчиков А.М., Ваньшин А.Е. Современные системы интервального регулирования движением поездов // Сборник материалов VII Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи НТТМ-2007. - М.:2007 - С. 70 - 71.

3.        Ваньшин А. Е. Микропроцессорная система автоблокировки с централизованным размещением аппаратуры ЦАБ-Е // Труды V Международной научно-практической конференции Trans-Mech-Art-Chem - М.:МИИТ, 2008 - 293 с. - С. 27 - 28.

4.        Ярулин И. В., Ваньшин А. Е. Программа управления подачей кодовых комбинаций АЛС // Труды научно-практической конференции Неделя науки - 2008 Наука МИИТа - транспорту в двух частях, часть 2. - М.:МИИТ, 2008. - С. VII-70.

5.        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. Ваньшин; под ред. В. М. Лисенкова - М.: ГОУ Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2009. - 324 с.

6.        Васильев А. Ю., Ваньшин А. Е. Интеграция рельсовых цепей ЦАБ-Е в систему Ebilock-950 // Труды научно-практической конференции Неделя науки - 2009 Наука МИИТа - транспорту в двух частях часть 1 - М.:МИИТ, 2009. - С II-18 - II-19.

7.        Струков С. А., Ваньшин А. Е., Интеграция функции контроля управления переездной сигнализацией в микропроцессорную систему автоблокировки ЦАБ-Е // Труды научно-практической конференции Неделя науки - 2009 Наука МИИТа - транспорту в двух частях часть 1 - М.:МИИТ, 2009. - С II-77 - II-78.

8.        Ваньшин А. Е. Анализ рельсовых цепей без изолирующих стыков методом направленных графов // TRANS-MECH-ART-CHEM / Труды VII Международной научно-практической конференции - М.:МИИТ, 2010. - 424с. - С. 50 - 52.

Ваньшин Александр Евгеньевич

МЕТОДЫ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ С ВРЕМЕННЫМ КОНТРОЛЕМ

05.22.08 - Управление процессами перевозок.

Автореферат диссертации

на соискание учетной степени кандидата технических наук

Подписано к печати ___________2012                                Объем ___ п.л

.

Тираж ___ экз.                                                                Формат 60х84/16

Заказ № ________

Москва, 127994 ул. Образцова, д. 9, стр. 9, УП - ГИ МИИТ

Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям