PL219318B1 - Urządzenie do pomiaru stopnia zużycia trakcyjnego przewodu jezdnego - Google Patents

Abstract

Wynalazek ujawnia rozwiązanie techniczne urządzenia do pomiaru stopnia zużycia trakcyjnego przewodu jezdnego, mające zastosowanie zwłaszcza w kolejnictwie do okresowej kontroli tego stopnia zużycia przewodów jezdnych, tworzących razem elektryczną sieć trakcyjną. Urządzenie ma pierścieniowy rdzeń ferromagnetyczny (1) z nawiniętą na nim cewką (3) indukcyjną, przy czym rdzeń ma szczelinę powietrzną (2), zaś w szczelinie powietrznej rdzenia ferromagnetycznego usytuowana jest podpora (9), na której opiera się przewód jezdny (P) wprowadzony do tej szczeliny. Nawinięta na rdzeniu cewka jest połączona z kondensatorem (4), tworząc równoległy obwód rezonansowy (5), który jest połączony również równolegle z generatorem (6) prądu zmiennego i jednocześnie ze wzmacniaczem (7), którego wyjście jest szeregowo połączone z częstościomierzem (8). Wprowadzony do szczeliny powietrznej (2) przewód jezdny (P) powoduje obniżenie indukcyjności cewki (3) i podniesienie częstotliwości drgań obwodu rezonansowego (5), co po przetworzeniu sygnału tych drgań daje obraz stopnia zużycia przewodu jezdnego.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru stopnia zużycia trakcyjnego przewodu jezdnego, mające zastosowanie zwłaszcza w kolejnictwie do okresowej kontroli tego stopnia zużycia przewodów jezdnych, tworzących razem elektryczną sieć trakcyjną.

Zużycie przewodów jezdnych elektrycznej sieci trakcyjnej następuje wskutek tarcia między takim przewodem jezdnym a odbierakiem prądu, co powoduje w rezultacie zmniejszenie przekroju poprzecznego tego przewodu, a jednocześnie zmniejsza jego wytrzymałość na zerwanie.

Ze względów bezpieczeństwa koniecznym jest więc okresowe sprawdzanie stopnia zużycia przewodów jezdnych sieci trakcyjnej, co realizowane jest poprzez pomiar ich rzeczywistego przekroju poprzecznego, przy czym zmniejszenie pola przekroju takiego przewodu nie powinno przekraczać 20% jego przekroju nominalnego.

W dotychczasowym stanie techniki znanych jest wiele rozwiązań technicznych dotyczących pomiaru średnicy i przekroju poprzecznego różnego rodzaju wyrobów metalowych, których długość jest wielokrotnie większa od ich pozostałych wymiarów, a takimi wyrobami są zwłaszcza przewody elektryczne.

Wśród ogółu rozwiązań zawartych w znanym stanie techniki szczególną ich grupę stanowią rozwiązania techniczne, gdzie do pomiaru średnicy i przekroju przewodów wykorzystuje się szybkozmienne pole magnetyczne, które w przestrzeni objętej tym polem zawiera wspomniany przewód.

Z opisu zgłoszenia patentowego JP 10264007 (A) znane jest rozwiązanie techniczne urządzenia kontrolującego proces wytwarzania drutu o magnetycznych właściwościach. Znane to urządzenie zawiera między innymi trzy głowice, których zespołem najważniejszym jest cewka nawinięta na ferromagnetycznym rdzeniu, przy czym każdy z rdzeni ma utworzoną szczelinę powietrzną, zaś w szczelinie takiej przesuwa się wytwarzany drut.

Pierwsza z głowic zasilana jest z generatora prądu zmiennego i wytwarza zmienny strumień magnetyczny w rdzeniu I w jego szczelinie powietrznej, a także w materiale drutu przesuwającym się w tej szczelinie.

Pozostałe głowice są głowicami pomiarowymi, które dane do pomiaru czerpią z natężenia i rozkładu natężenia pola magnetycznego indukowanego w drucie, przesuwanym w szczelinie powietrznej każdej z tych głowic.

Inne rozwiązanie techniczne znane ze stanu techniki zawarte jest w zgłoszeniu patentowym JP 9099758 (A), gdzie ujawniona jest budowa urządzenia, przeznaczonego do pomiaru stopnia zużycia przewodu jezdnego kolejowej sieci trakcyjnej.

Zgodnie z tym znanym rozwiązaniem urządzenie zawiera cewkę nawiniętą na ferromagnetycznym rdzeniu, którego kształt zbliżony jest do litery „U”. Wspomniana cewka zasilana jest także z generatora prądu zmiennego, co w rezultacie powoduje powstawanie w rdzeniu zmiennego pola magnetycznego. W trakcie pomiaru końcówki rdzenia przyłożone są wzdłuż przewodu do jego powierzchni, zaś taki sposób pomiaru powoduje to, iż linie sił pola magnetycznego zamykają się poprzez materiał tego przewodu na określonym jego odcinku.

Stopień zużycia przewodu i związany z tym ubytek jego przekroju poprzecznego ma wpływ na natężenie pola magnetycznego w przewodzie, zaś natężenie to i jego rozkład przetwarzany jest w części pomiarowej urządzenia, zaś wyniki podawane są w jednostkach pola powierzchni przekroju poprzecznego danego przewodu.

Kolejne znane rozwiązanie techniczne dotyczące sposobu pomiaru parametrów przewodów elektrycznych jest ujawnione w opisie patentowym US 6,661,22461.

W znanym tym rozwiązaniu przewód elektryczny umieszczony jest w zmiennym polu magnetycznym wytwarzanym przez jedną z dwóch poosiowe ustawionych cewek, przy czym linie sił wytworzonego pola magnetycznego biegną na części ich długości we wnętrzu materiału poddanego pomiarom przewodu.

Wartość natężenia tego pola i jego rozkładu w materiale przewodu jest zależna przy tym od wymiarów tego przewodu, wartość ta indukowana jest jednocześnie w cewce drugiej i przetwarzana jest następnie na jednostki obrazujące wymiary przewodu, w tym zwłaszcza jego średnicę i przekrój.

Istota wynalazku polega na tym, że w szczelinie powietrznej rdzenia ferromagnetycznego usytuowana jest podpora, zaś złożony z umieszczonej na tym rdzeniu cewki i kondensatora równoległy obwód rezonansowy, jest połączony również równolegle z generatorem prądu zmiennego i jednocześnie ze wzmacniaczem, którego wyjście jest szeregowo połączone z częstościomierzem. Cechą istotną

PL 219 318 B1 wynalazku jest również to, że podpora umieszczona w szczelinie powietrznej rdzenia ma postać płaskiej płytki, utwierdzonej spoczynkowe do przeciwległych końcówek tego rdzenia.

Inna cecha istotna wynalazku polega na tym, że podpora ma postać pryzmy, zestawionej z dwóch elementów składowych, umieszczonych w szczelinie powietrznej rdzenia i utwierdzonych spoczynkowe do przeciwległych końcówek tego rdzenia.

Stosowanie urządzenia według wynalazku pozwala na uzyskiwanie wielu różnorakich i jednocześnie nowych efektów technicznych.

Efektem podstawowym wynikającym ze stosowania wynalazku jest to, że zmiana indukcyjności cewki, spowodowana wprowadzeniem przewodu jezdnego do szczeliny powietrznej, powoduje zmianę częstotliwości rezonansowej równoległego obwodu rezonansowego, co w sposób ścisły i jednoznaczny zależne jest od wartości przekroju tego przewodu i wyrażone może być w jednostkach tego przekroju na skali lub wyświetlaczu częstościomierza.

Zastosowanie podpory w szczelinie powietrznej rdzenia pozwala natomiast na ustalenie położenia przewodu jezdnego w ściśle określonym położeniu względem wytworzonego pola magnetycznego, co zapobiega dowolnym i niekontrolowanym ruchom tego przewodu we wspomnianej szczelinie, a rezultacie zapewnia dokładny pomiar.

Urządzenie według wynalazku charakteryzuje się także małymi gabarytami i niewielkim ciężarem, co umożliwia jego utwierdzenie na izolacyjnym nośniku, a poprzez to bezpieczne dokonywanie pomiarów przewodów jezdnych pod napięciem sieci trakcyjnej.

Przedmiot wynalazku objaśniony jest szczegółowo w opisie przykładów jego realizacji oraz zilustrowany jest w ujęciu schematycznym na dołączonym rysunku.

Fig. 1 wspomnianego rysunku pokazuje w ujęciu ogólnym pierwszy przykład realizacji wynalazku, na fig. 2 pokazano fragment tego przykładu ukazujący w powiększeniu rejon szczeliny powietrznej w rdzeniu ferromagnetycznym, natomiast na fig.3 pokazano fragment przykładu z fig. 2 w widoku z góry.

Drugi przykład realizacji wynalazku pokazany jest w ujęciu ogólnym na fig. 4, fragment tego przykładu w powiększeniu pokazany jest na fig. 5, zaś na fig. 6 pokazany jest ten sam fragment z fig. 5 w widoku z góry.

W uwidocznionym na fig. 1 pierwszym przykładzie realizacji urządzenia według wynalazku, pokazano w górnej części rysunku rdzeń ferromagnetyczny 1 ze szczeliną powietrzną 2 na jego górnym odcinku poziomym i cewką indukcyjną 3 na jego odcinku dolnym.

Cewka indukcyjna połączona jest z kondensatorem 4 tworząc z nim razem równoległy obwód rezonansowy 5, do którego zacisków przyłączony jest generator o regulowanej częstotliwości, zasilający wspomniany obwód zmiennym napięciem elektrycznym.

Obwód rezonansowy 5 podłączony jest do wejścia wzmacniacza 7, gdzie sygnał z tego obwodu jest przetwarzany i wzmacniany, zaś wyjście ze wzmacniacza połączone jest z częstościomierzem 8.

W pobliżu dolnej krawędzi szczeliny powietrznej 2 jest trwale i spoczynkowo zamocowana podpora 9, która razem z bocznymi powierzchniami szczeliny służy do pozycjonowania w niej wprowadzonego tamże przewodu jezdnego P, którego przekrój będzie mierzony.

Pomiaru dokonuje się w oparciu o zasadę fizyki, zgodnie z którą indukcyjność cewki rośnie, bądź maleje w sytuacji, gdy do jej środka wprowadzi się rdzeń zrobiony z różnych przewodzących i ferromagnetycznych lub diamagnetycznych materiałów.

Dla dokonania pomiaru należy najpierw wprowadzić przewód jezdny P do szczeliny powietrznej 2 tak aby spodnia powierzchnia tego przewodu dociśnięta została do powierzchni podpory 9.

Po wprowadzeniu do szczeliny powietrznej 2 przewodu jezdnego P wykonanego z miedzi, następuje obniżenie indukcyjności cewki 3 i w rezultacie podniesienie częstotliwości drgań obwodu rezonansowego 5.

Nowy i nie zużyty przewód jezdny ma większy przekrój poprzeczny, większą masę ulokowaną w szczelinie powietrznej 2, a więc i podniesienie częstotliwości rezonansowej obwodu rezonansowego 5 będzie wówczas większe, niż w przypadku ulokowania w tej szczelinie przewodu jezdnego zużytego, o znacznie mniejszym polu przekroju.

Dzięki regulacji częstotliwości i czułości generatora do jego stanu optymalnego można uzyskać sytuację, w której częstotliwość będzie zmieniała się o 1 HZ dla zmiany przekroju przewodu jezdnego o 1 mm², przy statystycznym błędzie pomiaru oscylującym w granicach ±0,1 mm².

PL 219 318 B1

Zabudowanie urządzenia według wynalazku na kilkumetrowym nośniku izolacyjnym umożliwia pomiar stopnia zużycia przewodów jezdnych sieci trakcyjnej, bez konieczności wyłączania napięcia w tej sieci, co wpływa w znacznym stopniu na obniżenie kosztów pomiarów.

Kolejny drugi przykład realizacji wynalazku, przedstawiony na fig. 4, 5 i 6 różni się od przykładu pierwszego jedynie uformowaniem i kształtem szczeliny powietrznej 2 i ulokowanej tamże podpory 9.

Szczelina powietrzna 2 według drugiego przykładu realizacji wynalazku zawiera podporę 9 o kształcie pryzmy, którą tworzą dwie płaskie powierzchnie oporowe nachylone do siebie pod kątem ostrym.

Przewód jezdny P wprowadzony do szczeliny powietrznej, spoczywa i zaciśnięty jest w tym przykładzie między powierzchniami oporowymi pryzmatycznej podpory 9.

Claims (3)

1. Urządzenie do pomiaru stopnia zużycia trakcyjnego przewodu jezdnego zawierające pierścieniowy rdzeń ferromagnetyczny z nawiniętą na nim cewką indukcyjną, znamienne tym, że w szczelinie powietrznej (2) rdzenia ferromagnetycznego (1) usytuowana jest podpora (9), zaś złożony z umieszczonej na tym rdzeniu cewki (3) i kondensatora (4) równoległy obwód rezonansowy (5), jest połączony również równolegle z generatorem (6) prądu zmiennego i jednocześnie ze wzmacniaczem (7), którego wyjście jest szeregowo połączone z częstościomierzem (2).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że podpora (9) umieszczona w szczelinie powietrznej (2) rdzenia (1) ma postać płaskiej płytki, utwierdzonej spoczynkowe do przeciwległych końcówek tego rdzenia.

3. Urządzenie według zastrz. 1 i 2, znamienne tym, że podpora (9) ma postać pryzmy, zestawionej z dwóch powierzchni oporowych (10), umieszczonych w szczelinie powietrznej rdzenia (1) i utwierdzonych spoczynkowe do przeciwległych końcówek tego rdzenia.