SK472009A3 - Spôsob zisťovania prevádzkového stavu železničných výhybiek - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu zisťovania prevádzkového stavu železničných výhybiek, kde každá výhybka obsahuje aspoň jeden prestavník, poháňaný trojfázovým asynchrónnym motorom.

Doterajší stav techniky

Nastavovanie jazdných dráh na železnici vyžaduje zaistenie dobrého technického stavu výhybiek a tento možno najľahšie charakterizovať priebehom prestavného odporu výhybky a jeho maximálnou hodnotou. Obidve tieto veličiny sú jednak dané konštrukciou výhybky a jej polohou v koľajišti, ale v nemalej miere i nastavením, ošetrovaním (najmä mazaním) a taktiež počasím. V súčasnosti sa zavádzajú takzvané bezúdržbové výhybky, ktoré nevyžadujú mazanie, v praxi sa však ukazuje, že i pri týchto výhybkách možno počítať s postupným nárastom prestavného odporu. Ak hodnota maximálneho prestavného odporu výhybky presiahne silu, ktorú môže dosiahnuť prestavník výhybky, prestavenie výhybky sa nedokončí a zvolená jazdná dráha nemôže byť postavená.

Prestavné odpory výhybiek a meranie prestavných síl elektromotorických prestavníkov, ktoré sú dané nastavením ochrannej trecej spojky prestavníkov, vyžadujú pravidelné kontroly. Takéto merania však so sebou prinášajú problémy. Vykonávajú sa pomocou meracieho čapu, ktorým sa po dobu merania nahradí spojenie medzi prestavníkom a ovládanou časťou výhybky. Výmena často nie je jednoduchou záležitosťou. Spoj býva veľmi znečistený pôsobením železničnej premávky a mazaním výhybky, niekedy je veľmi obťažné ho rozobrať. Pracovník, ktorý výmenu vykonáva, sa pohybuje v dráhe koľajových vozidiel a na niektorých frekventovaných tratiach je ťažké nájsť dostatočnú prestávku medzi jednotlivými vlakmi, potrebnú na túto výmenu. Navyše, takéto meranie vyžaduje prítomnosť návestného majstra, pretože spoj je súčasťou zabezpečovacieho zariadenia a je zaplombovaný.

Známe sú tiež postupy, keď pohyblivé časti meranej výhybky sú vybavené snímacími tenzometrami ich mechanického namáhania, spôsobeného ťahom a ním vyvolaného mechanického napätia a tieto namerané údaje sa ďalej spracovávajú. V prostredí železničnej premávky na ne nepriaznivo pôsobia mechanické rázy, časom strácajú svoju

-2citlivosť a sú náchylné na poškodenie, bez ohľadu na to, či sú tvorené kovovými alebo polovodičovými tenzometrami. Z tohto hľadiska nie sú preto príliš spoľahlivé.

Cieľom predloženého vynálezu je automatické sledovanie veľkosti prestavných odporov výhybiek, ich porovnávanie so silou, ktorú dosiahne prestavník a pri prekročení určitej hranice vydanie upozornenia na údržbu takejto výhybky. Na základe týchto informácií je ľahšie plánovať údržbu výhybiek alebo odhaliť blížiacu sa poruchu výhybky skôr, než nastane a zaistiť napríklad servisný zásah včas a v normálnom pracovnom čase.

Podstata vynálezu

Predmetom tohto vynálezu je spôsob zisťovania prevádzkového stavu železničných výhybiek, kde každá výhybka obsahuje aspoň jeden elektromotorický prestavník poháňaný trojfázovým asynchrónnym motorom, ktorý je spojený s pohyblivými mechanickými časťami výhybky cez prevodovku, treciu spojku a mechanizmus na prevod točivého pohybu na pohyb posuvný. Podstata vynálezu spočíva v tom, že pri zmene polohy prestavníka sa meria časový priebeh činného príkonu jednej z fáz trojfázového asynchrónneho motora, ktorý je priamo úmerný mechanickej sile, ktorou prestavník pôsobí na pohyblivú časť výhybky, pričom sa tento priebeh archivuje a porovnáva s maximálne povolenou hodnotou príkonu trojfázového asynchrónneho motora, zodpovedajúcou mechanickému nastaveniu trecej spojky, ktorá pri tejto hodnote prešmykuje, čím sa zamedzí mechanické poškodenie výhybky.

Meranie časového priebehu činného príkonu sa spúšťa v okamihu zvýšenia elektrického prúdu motora prestavníka nad hodnotu 0,1 Αθί a trvá 6 s, pričom meranie sa vzorkuje s periódou 1 ms, z okamžitých hodnôt napätia a elektrického prúdu jednej fázy asynchrónneho motora prestavníka sa vypočítava hodnota jeho príkonu za čas jednej periódy trvajúcej 20 ms, zodpovedajúcej frekvencii 50 Hz striedavého napájacieho napätia, čím sa v zázname trvajúcom 6 s zaznamenáva rad 300 hodnôt činného príkonu, ktoré sa spoločne s časom začiatku merania a údajom o smere prestavovania výhybky archivujú, zobrazujú a porovnávajú s dopredu nastavenými medznými hodnotami.

Výhodami spôsobu podľa tohto vynálezu sú vyššia spoľahlivosť merania prevádzkového stavu výhybiek a možnosť predikcie nutnosti údržby výhybiek podľa ich aktuálneho stavu a jeho zmien. Výhodou je racionalizácia údržby

-3výhybiek spojená s centralizovaným meraním, kedy sa meria každé prestavenie výhybky a kedy je možné na základe aktuálneho stavu a jeho zmien vykonávať predikciu nutnosti ich údržby.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na pripojených výkresoch sú zobrazené príklady vyhotovenia predloženého vynálezu, ktoré sú v ďalšom texte opísané podrobnejšie.

Na obr. 1 je vyobrazené hlavné okno zobrazovacieho programu meracích jednotiek zariadenia, pracujúceho spôsobom podľa tohto vynálezu, ktoré umožňuje načítať všetky, alebo len nové priebehy prestavných príkonov z niekoľkých týchto jednotiek a zobraziť jeden alebo viacej vybraných priebehov. Hlavné okno programu zobrazuje vľavo zoznamy meracích jednotiek zariadenia a prestavníkov výhybiek, ktoré sú merané, vpravo zoznamy zmeraných priebehov vybraného prestavníka a aktuálnu hodnotu izolačného odporu napájacieho kábla a prestavníka oproti zemi.

Na obr. 2 je graf so zobrazením časového priebehu resp. niekoľko priebehov prestavníka výhybky do obidvoch smerov.

Na obr. 3 je graf, zobrazujúci úroveň nastavenia trecej spojky výhybky a ďalšie dve úrovne vo voliteľnom pomere k nastaveniu spojky. Pri výhybke možno zobraziť časový vývoj (trend) maximálnych hodnôt príkonov výhybky do vybraného smeru a odčítať hodnoty jednotlivých prestavení, je to vyobrazené na grafe na obr.4, z ktorého je zrejmé i kolísanie hodnôt počas denného cyklu.

Na obr. 5 a 6 je zobrazené prestavovanie výhybky do jedného smeru (poloha mínus) a do opačného smeru (poloha plus), kde vľavo je znázornený priebeh prestavného odporu v kN, merané klasickou metódou pomocou meracieho čapu, zatiaľ čo vpravo priebeh činného príkonu jednej fázy trojfázového asynchrónneho motora vo wattoch, merané jednotkou zariadenia, pracujúcej spôsobom podľa tohto vynálezu.

Príklady vyhotovenia vynálezu

Bolo odskúšané a overené diagnostické zariadenie, ktoré priebežne sleduje a vyhodnocuje prestavné odpory železničnej výhybky, archivuje ich a porovnáva s maximálne povolenou silou prestavníka výhybky a na základe porovnania dáva upozornenie na údržbu. Zariadenie pracuje na princípe merania činného príkonu trojfázového asynchrónneho motora prestavníka. Činný príkon je priamo úmerný okamžitej sile, ktorou prestavník pôsobí na výhybku pri prestavovaní a tým i priamo

-4úmerný okamžitej hodnote prestavného odporu výhybky. Meranie, archivovanie a vyhodnocovanie je vykonávané na úrovni príkonu zmeraného v jednej fáze napájania motora prestavníka. Príkon motora sa meria so vzorkovacou periódou 1 ms.

Z okamžitých hodnôt napätia a prúdu je vypočítaná okamžitá hodnota príkonu jednej fázy a ďalej hodnota príkonu jednej fázy za čas jednej periódy dĺžky T

P = \p(í)dt ·* o

Integrál počas jednej periódy T je nahradený súčtom okamžitých hodnôt p(t) počas jednej periódy striedavého napájacieho napätia. Rad 300 hodnôt činného príkonu, udávaných vo wattoch, sa spolu s časom začiatku prestavovania a smerom prestavovania uloží do pamäte. Zariadenie dokáže merať príkony až štyroch prestavníkov súčasne a pre každý prestavnik uchovať v pamäti priebehy príkonov 50 prestavení. Meranie sa spúšťa od nárastu prúdu nad hodnotu 0,1 A_ef v meranej fáze a trvá 6 s. Najstaršie záznamy sú nahradzované najnovšími.

Obsah pamäte meracej jednotky zariadenia sa prenáša do počítača s vyhodnocovacím programom, ktorý umožňuje okrem komunikácie so zariadením archivovať dáta v úložnom priestore počítača a vykonávať ich správu. Dáta sú v zoznamoch rozdelené po jednotlivých meracích jednotkách zariadenia a ďalej členené po jednotlivých výhybkách.

V zoznamoch prestavovania sú okrem údajov o začiatku prestavovania a smeru prestavovania výhybky uvedené i hodnoty maximálneho príkonu a celkovej prestavovanej práce počas prestavovania. Farebným vyznačením záznamu sú odlíšené dve úrovne upozornenia na zvýšený prestavný odpor výhybky. Grafy priebehov príkonov (viď pripojené výkresy) umožňujú zobrazovať jednotlivé priebehy i skupiny priebehov príkonov. U aktuálneho priebehu možno pomocou kurzora odčítať okamžité hodnoty. V grafoch je možné rovnako zobraziť hranice pre obidve úrovne upozornenia a podľa príkonu zmeraného pri chode prestavníka do spojky možno nastaviť hranicu maximálne povolenej sily prestavníka, od ktorej sa úrovne upozornenia odvodzujú. Graf maximálnych hodnôt príkonov dáva informáciu o časovom vývoji maximálnych hodnôt príkonov, resp. prestavných odporov.

Jadrom meracej jednotky zariadenia je mikroprocesor s interným AD prevodníkom.

Komunikačné rozhranie jednotky má prenosovú rýchlosť 57,6 kbps a komunikačná linka je galvanický oddelená. Adresa jednotky je uložená v pamäti EEPROM. V pamäti ROM je

-5uložené jedinečné identifikačné číslo jednotky. Jednotka má zabudovaný zdroj skúšobného napätia, ktoré je do 10 s po skončení prestavovania výhybky privedené medzi napájači vodič meranej fázy prestavníka výhybky a uzemňujúci vodič. Po 30 sekundách, po ustálení nabíjacích prúdov, sa priebežne meria veľkosť zvodových prúdov, ktoré zodpovedajú izolačným odporom napájacích káblov a prestavníkov. Skúšobné jednosmerné napätie 100 V na kontrolu izolačného stavu poskytuje galvanický oddelený zdroj. Meranie pretekajúcich zvodových prúdov zaisťuje externý multiplexovaný 12bitový AD prevodník s časom prevodu 10 ps. Tento AD prevodník súčasne kontroluje veľkosť skúšobného napätia a podľa neho vykonáva korekciu výpočtu odporu. Ak je hodnota skúšobného napätia mimo povolenej tolerancie ±10 %, červená kontrolka na čelnom paneli indikuje poruchu jednotky. Ak poklesne vypočítaný izolačný odpor pod hodnotu 1 ΜΩ dôjde k rozsvieteniu výstražnej žltej LED. Ak poklesne vypočítaný izolačný odpor pod hodnotu 230 kD dôjde k rozsvieteniu poruchovej červenej LED a odpadnutiu kontaktu výstupného relé.

Vstupy pre meranie napätia i prúdov sú galvanický oddelené meracími transformátormi. Po zvýšení prúdu motorom prestavníka výhybky nad hodnotu 0,1 A_ef dôjde k odpojeniu skúšobného napätia od napájacieho vodiča a začne zaznamenávanie priebehu činného príkonu motora príslušného prestavníka, ktoré trvá 6 s a je indikované na čelnom paneli rozsvietením zelenej kontrolky príslušného prestavníka. Vzorkovanie napätia a prúdov s periódou 1 ms zaisťuje interný multiplexovaný 10bitový AD prevodník mikroprocesora s časom prevodu 10 ps. Súčasne je prečítaný smer prestavovania podľa povelov na príslušných vstupoch v čase začiatku prestavovania. Zmerané priebehy sú spolu s informáciou o čase a smere prestavovania ukladané do externej pamäte RAM.

Zobrazovací program meracích jednotiek zariadenia umožňuje načítať všetky alebo len nové priebehy prestavných príkonov z niekoľkých týchto jednotiek a zobraziť jeden alebo viac vybraných priebehov. Hlavné okno programu (viď obr. 1) zobrazuje vľavo zoznamy jednotiek zariadenia a prestavníkov výhybiek, ktoré sú merané, vpravo zoznamy zmeraných priebehov vybraného prestavníka a aktuálne hodnoty izolačného odporu napájacieho kábla a prestavníka oproti zemi. Smery prestavovania do polohy mínus a plus sú rozlíšené v zozname označením SM a SP. Farebne sú odlíšené záznamy, u ktorých maximá prekračujú povolené medzné hodnoty. Označením je možné vybrať záznamy, ktoré majú byť zobrazené v grafe.

-6V grafe na obr. 2 je možné súčasne zobraziť niekoľko priebehov do obidvoch smerov aj z niekoľko prestavníkov výhybiek. Zvolený záznam je zvýraznený a je možné z neho odčítať okamžité hodnoty pomocou kurzora. Zoznam vybraných záznamov je vľavo od grafu. Modro je vykreslený smer SM, červeno smer SP. Na pozadí je graf maximálnej sily prestavníka zodpovedajúci nastaveniu trecej spojky prestavníka.

V grafe na obr. 3 je možné navyše zobraziť úroveň nastavenia trecej spojky výhybky a ďalšie dve úrovne vo voliteľnom pomere k nastaveniu spojky. Posunutím prerušovanej čiary možno nastaviť hranicu na hodnotenie prestavných odporov. Táto sa nastavuje podľa priebehu chodu prestavníka do spojky. Spodná žltá a horná červená hranica sú v zvolenom pomere k tejto hranici. Pokiaľ príkon prestavníka prekročí nastavenú úroveň, záznam je v zozname zvýraznený zodpovedajúcou farbou. Farby grafov a úrovní sú užívateľsky nastaviteľné.

Pri výhybke možno zobraziť časový vývoj (trend) maximálnych hodnôt príkonov výhybky do vybraného smeru a odpočítať hodnoty jednotlivých prestavení (viď obr. 4). Na grafe na obr. 4 je zjavné i kolísanie hodnôt počas denného cyklu. Vrcholy predstavujú chod prestavníka do trecej spojky.

Priebehy prestavných odporov a mechanických síl zmerané klasickou metódou pomocou meracieho čapu (s elektrickým prevodníkom meraných síl) a priebehy činných príkonov motorov prestavníkov zmerané jednotkou tohto zariadenia, pracujúceho spôsobom podľa tohto vynálezu si navzájom zodpovedajú.

Vzájomná závislosť obidvoch priebehov je daná vzťahom;

y(t) = ax x(t) + b + c kde y(t) je priebeh zmeraný jednotkou zariadenia podľa vynálezu, x(t) je priebeh zmeraný klasickou metódou, a je konštanta úmernosti prevodu medzi príkonom a silou, b reprezentuje elektrické straty vo vedení a motore prestavníka, c reprezentuje mechanické straty v prestavníku.

V praxi sa ukazuje, že súčet b + c obvykle dosahuje hodnoty medzi 72 W až 80 W. To závisí predovšetkým od vzdialenosti prestavníka od stanice a menej od stavu prestavníka. Pre porovnanie je treba z pravého grafu na obr. 5 a 6 túto hodnotu odčítať. Pri meraní pomocou tohto zariadenia, pracujúceho spôsobom podlá tohto vynálezu, možno

-7v programe nastaviť automatické orezanie začiatku grafu, kedy sa roztáča motor, vymedzujú sa vôle, ale ešte nedochádza k prestavovaniu výhybky. Prestavovanie výhybky do jedného smeru a do opačného smeru je znázornené na obr. 5 a obr. 6 (smer do polohy mínus označený SM na obr. 5, opačný smer do polohy plus označený SP na obr. 6). Vľavo na obr. 5 a 6 je znázornený priebeh prestavného odporu v kN, merané klasicky, vpravo priebeh činného príkonu jednej fázy trojfázového asynchrónneho motora vo wattoch, merané jednotkou zariadenia, pracujúceho spôsobom podľa tohto vynálezu.

Priemyselná využiteľnosť

Vynález je využiteľný na zisťovanie prevádzkového stavu železničných výhybiek s prestavníkmi, poháňanými trojfázovými asynchrónnymi motormi.

Claims (2)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spôsob zisťovania prevádzkového stavu železničných výhybiek, kde každá výhybka obsahuje aspoň jeden prestavník, poháňaný trojfázovým asynchrónnym motorom, spojeným s pohyblivými mechanickými časťami výhybky cez prevodovku a treciu spojku a zariadenie na prevod točivého pohybu na posuvný pohyb, vyznačujúci sa tým, že pri zmene polohy prestavníka sa meria časový priebeh činného príkonu jednej z fáz trojfázového asynchrónneho motora, ktorý je priamo úmerný mechanickej sile, ktorou prestavník pôsobí na pohyblivú časť výhybky, pričom sa tento priebeh archivuje a porovnáva s maximálne povolenou hodnotou príkonu trojfázového asynchrónneho motora, zodpovedajúcou mechanickému nastaveniu trecej spojky, ktorá pri tejto hodnote prešmykuje, čím sa zamedzí mechanickému poškodeniu výhybky.
2. 2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že meranie časového priebehu činného príkonu sa spúšťa v okamihu zvýšenia elektrického prúdu motora prestavníka nad hodnotu 0,1 Ae_f a trvá počas 6 s, pričom meranie sa vzorkuje s periódou 1 ms, z okamžitých hodnôt napätia a elektrického prúdu jednej fázy asynchrónneho motora prestavníka sa vypočítava hodnota jeho príkonu počas jednej periódy dĺžky 20 ms, zodpovedajúcej frekvencii 50 Hz striedavého napájacieho napätia, čím sa v zázname dĺžky 6 s zaznamenáva rad 300 hodnôt činného príkonu, ktoré sa spoločne s časom začiatku merania a údajom o smere prestavovania výhybky archivujú, zobrazujú a porovnávajú s dopredu nastavenými medznými hodnotami.