CC BY
11
10. Kojda A.N., Mozgalevskij A.V. Organization of diagnostics of objects of complex structure. Technical diagnostics, operation of control computers: collection of scientific papers. Kiev, Naukova dumka Publ., 1980, pp. 63-71.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Азизов Асадулла Рахимович
Ташкентский государственный транспортный университет (ТГТрУ).
Темирйулчилар ул, д. 1, г. Ташкент, 100167, Республика Узбекистан.
Кандидат технических наук, профессор кафедры «Автоматика и телемеханика», ТГТрУ.
Тел.: + 998 (93) 539-54-21.
E-mail: azizov_asadulla@.mail.ru
Аметова Элнара Куандиковна
Ташкентский государственный транспортный университет (ТГТрУ).
Темирйулчилар ул., д. 1, Республика Узбекистан.
Доктор философии (Ph. наукам, доцент кафедры телемеханика», ТГТрУ.
Тел.: + 998 (90) 975-88-82.
E-mail: elnara. ametova.84@mail .ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
г. Ташкент, 100167,
D.) по техническим «Автоматика и
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Azizov Asadulla Rakhimovich
Tashkent State Transport University (TSTU).
1, Temiryulchilar st., Tashkent, 100167, Republic of Uzbekistan.
Ph. D. in Engineering, professor of the department «Automation and telemechanics», TSTU.
Phone: + 998 (93) 539-54-21.
E-mail: azizov_asadulla@.mail.ru
Ametova Elnara Kuandikovna
Tashkent State Transport University (TSTU).
1, Temiryulchilar st., Tashkent, 100167, Republic of Uzbekistan.
Ph. D. in Engineering, associate professor of the department «Automation and telemechanics», TSTU.
Phone: + 998 (90) 975-88-82.
E-mail: elnara.ametova.84@mail.ru
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Азизов, А. Р. Метод математического моделирования организационно-технологической системы диагностирования микропроцессорных блоков наборной группы железнодорожной автоматики и телемеханики / А. Р. Азизов, Э. К. Аметова. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2023. -№ 1 (53). - С. 36 - 45.
Azizov A.R., Ametova E.K. Method of mathematical modeling of organizational and technological diagnostics system of microprocessor units of railway automation and telemechanics setting group. Journal of Transsib Railway Studies, 2023, no. 1 (53), pp 36-45 (In Russian).
УДК 656.259.12:681.518.52:517.54
М. М. Соколов, А. Г. Ходкевич
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС), г. Омск, Российская Федерация
КЛАССИФИКАЦИИ СОСТОЯНИЯ РЕЛЬСОВОЙ ЦЕПИ НА ОСНОВАНИИ ЗНАЧЕНИЯ ЕЕ ВХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
Аннотация. На железных дорогах Российской Федерации основным устройством определения свободности или занятости путевого участка является электрическая рельсовая цепь. В статье представлены результаты моделирования влияния параметров рельсовой линии на область входного сопротивления рельсовой цепи в различных режимах. В качестве математического аппарата применены теории четырехполюсников и конформных отображений. В качестве объекта исследования выбрана современная рельсовая цепь тональной частоты частотой 420 Гц. Для наглядности в работе приведено изменение номограмм входных сопротивлений при отклонении параметров рельсовой линии, а также при внесении продольных и поперечных неисправностей.
Приведенные результаты моделирования позволяют утверждать, что графическое представление области входного сопротивления дает возможность однозначно определить состояние, в котором находится исследуемая рельсовая цепь, а области входных сопротивлений для контрольного и шунтового режимов работы рельсовой цепи полностью разделимы во всем диапазоне изменения параметров рельсовой линии. Данный факт позволяет использовать значение входного сопротивления в качестве дополнительного критерия уточнения
состояния рельсовой цепи. Комплексные значения входных сопротивлений могут быть использованы в качестве диагностического признака для автоматизации классификации состояния рельсовых цепей и интеллектуальной поддержки процессов управления движением поездов. Развитие предлагаемой системы классификации позволит перейти на полную автоматизацию систем управления технологическим процессом движения поездов и в дальнейшем увязать их в единую систему сбора и обработки данных и оперативного управления. В перспективе применение комплексного значения входного сопротивления позволит отказаться от классической схемы рельсовой цепи с путевым приемником.
Ключевые слова: рельсовая цепь, рельсовая линии, конформное отображение, диагностирование.
Maxim M. Sokolov, Anton G. Khodkevich
Omsk State Transport University (OSTU), Omsk, the Russian Federation
THE STATE OF THE TRACK CIRCUIT CLASSIFICATION BASED ON THE VALUE OF THE INPUT RESISTANCE
Abstract. On the railways of the Russian Federation, the main device for determining the vacancy or occupancy of a track section is an electric track circuit. The article presents the results of modeling the influence of the parameters of the rail line on the region of the input resistance of the rail circuit in various modes. Theories of quadripoles and conformal mappings are applied as a mathematical apparatus. As an object of study, a modern rail circuit with a voice frequency of 420 Hz was chosen. For clarity, the paper shows the change in the input resistance nomograms when the parameters of the rail line deviate, as well as when longitudinal and transverse faults are introduced.
The presented simulation results allow us to assert that the graphical representation of the input resistance area gives you the opportunity to unambiguously determine the state in which the track circuit under study is located, and the input resistance areas for the control and shunt modes of operation of the track circuit are completely separable over the entire range of changes in the parameters of the rail line. This fact allows us to use the value of the input resistance as an additional criterion for clarifying the state of the track circuit. The complex values of the input resistances can be used as a diagnostic feature to automate the classification of the state of track circuits and intelligently support train control processes. The development of the proposed classification system will make it possible to switch to full automation of train traffic process control systems and in the future to link them into a single system for collecting and processing data and operational management. In the future the use of the complex value of the input resistance will make it possible to abandon the classical scheme of a track circuit with a track receiver.
Keywords: rail circuit, rail line, conformal mapping, diagnostics.
Одним из базисов построения систем, обеспечивающих безопасность движения поездов (систем автоматики и телемеханики) на железных дорогах мира, является информация о свободности или занятости участка пути [1].
В настоящее время существуют разнообразные способы определения местоположения подвижной единицы: датчики колес точечного типа, датчики колес и колесных пар линейного типа, системы с излучением электромагнитных волн, магнитные индуктивные шлейфы, системы видеонаблюдения и др. На железных дорогах Российской Федерации основным устройством определения свободности или занятости путевого участка является электрическая рельсовая цепь. Одним из преимуществ рельсовых цепей по отношению к альтернативным устройствам определения состояния участка пути является возможность контроля целостности рельсовой линии, что в целом повышает безопасность движения поездов за счет предотвращения схода подвижного состава вследствие излома или изъятия рельса.
В настоящее время определение координаты нахождения подвижной единицы нашло широкое применение на участках подгорочных путей сортировочных горок с помощью напольных технических средств: точечных путевых датчиков, рельсовых цепей, индуктивно-проводных датчиков, устройств импульсного зондирования. Наличие недостатков этих технических средств, а также трудностей, связанных с их эксплуатацией, привели к необходимости поиска альтернативных решений.
Рассмотрим возможность организации непрерывного контроля состояния рельсовой линии с применением существующей аппаратуры рельсовых цепей тональной частоты.
№ 1(53 2023
Современная тональная рельсовая цепь, широко применяемая на железных дорогах Российской Федерации, в общем состоит из генератора тональной частоты, устройств согласования на питающем конце, рельсовой линии, устройств согласования на релейном конце и путевого приемника (рисунок 1).
Рисунок 1 - Схема тональной рельсовой цепи
Существующий подход контроля уровня сигнала на входе приемника состояния позволяет определить, является ли рельсовая цепь свободной и исправной или нет. Таким образом, приемник не может сообщить по какой причине параметры сигнала на его входе не соответствуют нормальному режиму. В то же время снижение уровня сигнала может быть вызвано
- изломом рельса, а значит, въезд подвижного состава на рельсовую цепь недопустим;
- изменением состояния сопротивления изоляции рельсовой линии, и тогда движение поездов может быть допустимо, пусть и с некоторыми ограничениями.
При анализе состояния рельсовой цепи принято использовать математический аппарат теории четырехполюсников, так как схема замещения рельсовой цепи представляет собой каскадное соединение схем замещения входящих в нее элементов. При этом каждый элемент схемы замещения по рисунку 1 представляет собой четырехполюсник [2].
С целью уточнения состояния рельсовой цепи при снижении уровня сигнала на входе путевого приемника авторами предлагается воспользоваться математическим аппаратом конформных отображений, который позволяет выполнить преобразование области сопротивлений нагрузки рельсовой цепи в область входных сопротивлений [3].
Для дробно-линейного преобразования по виду уравнения (1) в результате конформного преобразования правой полуплоскости значений комплексных сопротивлений нагрузки (2н) получается множество значений входного сопротивления, имеющих форму окружности или сектора, лежащих в правой полуплоскости. Радиус (р) и координаты центра (юо) этих окружностей будут рассчитываться по формулам (2) и (3) [4]:
2 = А • 2н + В . вх С • 2н + Б' (1)
А • Б •+ В • С •
ю°="^^СБ; (2)
р
л
—щ с 0
(л • D - В • с)
2 • Re (С • D)
(3)
где Л, В, С, D - ^4-параметры эквивалентной схемы замещения, включающей в себя устройства согласования на питающем конце, рельсовую линию и устройства согласования на релейном конце (ЭСЗ);
С, D - сопряженные комплексные величины.
При этом на значения Л, В, С, D согласно классической теории работы рельсовых цепей [2] будут влиять следующие параметры: сопротивление изоляции рельсовой линии (^и), сопротивления рельсов, ордината наложения шунта или проявления поперечной неисправности (¿щ) и ордината места полного электрического разрыва рельсовой линии (¿к)
Рассмотрим характер изменения полученных областей входных сопротивлений ЭСЗ в различных режимах работы рельсовой цепи.
В качестве предмета анализа рассмотрим рельсовую цепь длиной 500 м и частотой сигнального тока 420 Гц. В качестве трансформаторов релейного и питающего концов использованы трансформаторы марки ПОБС-2А с коэффициентом трансформации п = 38.
Номограммы, представленные на рисунках 2 - 5, получены в среде математического моделирования MathCad на основании выражений (1) - (3) и схем замещения рельсовой цепи в нормальном, шунтовом и контрольном режимах [5].
Нормальный режим работы рельсовой цепи характеризуется ее свободным и исправным состоянием, он должен выполняться в широком диапазоне изменения сопротивления изоляции рельсовой линии.
Изменение области входных сопротивлений ЭСЗ в нормальном режиме работы рельсовой цепи при различных сопротивлениях изоляции ^и) приведено на рисунке 2.
3x10"
2x10"
N 3
^ 1x10
-О* п>
0 о ^ 0 Л
V/ и \ 1
5> 3 10 1 4 >10 1,5
- 1x10
Ке(7вх), Ом
Рисунок 2 - Области входных сопротивлений ЭСЗ в нормальном режиме работы рельсовой цепи
0
4
Из рисунка 2 видно, что область входных сопротивлений ЭСЗ в нормальном режиме работы рельсовой цепи зависит от сопротивления изоляции рельсовой линии следующим образом: с увеличением сопротивления изоляции центр окружности смещается в сторону увеличения активного сопротивления, а радиус самой области увеличивается.
Шунтовой режим работы рельсовой цепи характеризуется ее исправным состоянием в случае, когда рельсовая линия шунтируется в любой точке сопротивлением со значением не менее 0,06 Ом.
Изменение области входных сопротивлений ЭСЗ в шунтовом режиме работы рельсовой цепи при сочетании различных сопротивлениях изоляции и координате наложения шунта значением 0,06 Ом (Хщ) приведено на рисунке 3.
3x10
2x10
N
1x10
0
4 # С}*1 / к* К "К " X 3 X 4 * X
"Не х X
ж
200
400
1x10
3
1,2x10
600 800 Re(Zвх), Ом
Рисунок 3 - Области входных сопротивлений ЭСЗ в шунтовом режиме работы рельсовой цепи
3
Из рисунка 3 видно, что область входных сопротивлений ЭСЗ в шунтовом режиме работы рельсовой цепи зависит от сопротивления изоляции рельсовой линии и координаты наложения шунта следующим образом:
радиус окружности значительно меньше радиуса окружности, характеризующей нормальный режим;
значения координаты центра окружности значительно меньше значения координаты центра окружности, характеризующей нормальный режим;
радиус окружности значительно меньше значений координаты ее центра (поэтому вместо окружности на рисунке крестиком обозначен ее центр);
с увеличением сопротивления изоляции область смещается в сторону увеличения активного сопротивления и в сторону уменьшения индуктивного сопротивления;
по мере удаления места наложения шунта от питающего конца область смещается в сторону увеличения активного и индуктивного сопротивлений.
Контрольный режим работы рельсовой цепи характеризуется ее свободным состоянием и полным электрическим разрывом рельсовой линии в любой ее точке.
Изменение области входных сопротивлений ЭСЗ в контрольном режиме работы рельсовой цепи при сочетании различных сопротивлений изоляции и координат полного электрического разрыва рельсовой линии (Ьк) приведено на рисунке 4.
0 4 4 4 4 4
0 1x10 2x10 3x10 4x10 5x10
Re(Zвх), Ом
Рисунок 4 - Области входных сопротивлений ЭСЗ в контрольном режиме работы рельсовой цепи
Из рисунка 4 видно, что область входных сопротивлений ЭСЗ в контрольном режиме работы рельсовой цепи зависит от сопротивления изоляции рельсовой линии и координаты наложения шунта следующим образом:
радиус окружности значительно меньше радиуса окружности, характеризующей нормальный режим;
значения координаты центра окружности значительно больше значения координаты центра окружности, характеризующей нормальный режим;
радиус окружности значительно меньше значений координаты ее центра; с увеличением сопротивления изоляции область смещается в сторону увеличения активного и индуктивного сопротивлений;
по мере удаления места полного электрического разрыва рельсовой линии от питающего конца область смещается в сторону увеличения активного сопротивления.
Оценим, насколько различимы области входных сопротивлений ЭСЗ в шунтовом и контрольном режимах работы рельсовой цепи.
На рисунке 5 представлено взаимное расположение областей входных сопротивлений рельсовой цепи в шунтовом и контрольном режимах.
0 3 4 4
5 х 10 1 х10 1,5х 10
Re(ZBX), Ом
Рисунок 5 - Области входных сопротивлений ЭСЗ в шунтовом и контрольном режимах работы рельсовой цепи
Как показано на рисунке 5, области входных сопротивлений ЭСЗ полностью различимы во всем диапазоне изменения сопротивления изоляции рельсовой линии, координаты наложения шунта и координаты полного электрического разрыва рельсовой линии.
Графическое представление области входного сопротивления позволяет однозначно определить состояние, в котором находится исследуемая рельсовая цепь.
Характер изменения этой области позволяет оценить степень изменения параметров указанного состояния (сопротивление изоляции, координата наложения шунта, координата полного электрического разрыва рельсовой линии) и может использоваться в качестве диагностического признака в системах мониторинга и диагностики рельсовых цепей.
Развитие предлагаемой системы классификации позволит перейти на полную автоматизацию систем управления технологическим процессом движения поездов и в дальнейшем увязать их в единую систему сбора и обработки данных и оперативного управления.
Список литературы
1. Theeg G., Vlasenko S. ed. Railway Signalling & Interlocking: international Compendium. Hamburg: DVV Media Group GmbH, 2019, 552 p.
2. Волков, Е. А. Теория линейных электрических цепей железнодорожной автоматики, телемеханики и связи / Е. А. Волков, Э. И. Санковский, Д. Ю. Сидорович. - Москва : Маршрут, 2005. - 507 с. - Текст : непосредственный.
3. Лунев, С. А. Контроль технического состояния элементов системы электроснабжения нетяговых потребителей железных дорог / С. А. Лунев, Р. Ш. Аюпов, М. М. Соколов. - Текст : непосредственный // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2010. -№ 1. - С. 254-257.
4. Seroshtanov S.S., Sokolov M.M., Khodkevich A.G. Mathematical processing of the signal in the track circuit for determining the location of the rolling stock. J. Phys. Conf. Ser. 1901, 012025 (2021). https://doi.org/10.1088/1742-6596/1901/1/012025.
5. Лаврентьев, М. А. Методы теории функций комплексного переменного / М. А. Лаврентьев, Б. В. Шабат. - Москва : Лань, 2002. - 688 с. - Текст : непосредственный.
6. Тарасов, Е. М. Принцип инвариантности в системах контроля состояний рельсовых линий : монография / Е. М. Тарасов, Д. В. Железнов, А. С. Белоногов. - Москва : Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2016. - 213 с. - Текст : непосредственный.
7. Соколов, М. М. Построение условного алгоритма диагностирования станционных рельсовых цепей тональной частоты / М. М. Соколов. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2018. - № 2 (34). - С. 150-158.
8. Соколов, М. М. Локализация отказов в аппаратуре релейного конца станционных рельсовых цепей тональной частоты / М. М. Соколов. - Текст : непосредственный // Известия Транссиба. - 2019. - № 3 (39). - С. 118-125.
9. Патент № 184692 Российская Федерация, МПК B61L25/00. Рельсовая цепь : 2018121913/22 : заявлено 13.06.2018 : опубликовано 06.11.2018 / Лунев С. А., Соколов М. М. -4 с.: ил. - Текст : непосредственный.
References
1. Theeg G., Vlasenko S. ed. Railway Signalling & Interlocking: international Compendium. Hamburg: DVV Media Group GmbH, 2019, 552 p.
2. Volkov E.A., Sankovskiy E.I., Sidorovich D.Y. Teoriya linejnyh ehlektricheskih cepej zheleznodorozhnoj avtomatiki, telemekhaniki i svyazi [Theory of linear electrical circuits of railway automatics, telemechanics and communication]. Moscow, Marshrut Publ., 2005, 507 p. (In Russian).
3. Lunev S.A., Ayupov R.Sh., Sokolov M.M. Control of the technical condition of the elements of the power supply system of non-hauling railways consumers. Nauchnye problemy transporta Sibiri i Dal'nego Vostoka - Scientific problems of transport in Siberia and the Far East, 2010, no. 1, pp. 254-257 (In Russian).
4. Seroshtanov S.S., Sokolov M.M., Khodkevich A.G. Mathematical processing of the signal in the track circuit for determining the location of the rolling stock. J. Phys. Conf. Ser. 1901, 012025 (2021). https://doi.org/10.1088/1742-6596/1901/1Z012025.
5. Lavrent'ev M.A., Shabat B.V. Metody teorii funkcij kompleksnogoperemennogo [Methods of the theory of functions of a complex variable]. Мoscow, Lan' Publ., 2002, 688 p. (In Russian).
6. Tarasov E.M., Zheleznov D.V., Belonogov A.S. Princip invariantnosti v sistemah kontrolya sostoyanij rel'sovyh linij: monografiia [The principle of invariance in the systems of state control of rail lines: monograph]. Moscow, Educational and Methodological Center for Education in Railway Transport Publ., 2016, 213 p. (In Russian).
7. Sokolov M.M. Construction of conditional algorithm for diagnosticsof tonal rail circuits on station. Izvestiia Transsiba - Journal of Transsib Railway Studies, 2018, no. 2 (34), pp. 150-158 (In Russian).
8. Sokolov M.M. Search for failures of receiver end devices of tonal rail circuits on station. Izvestiia Transsiba - Journal of Transsib Railway Studies, 2019, no. 3 (39), pp. 118-125 (In Russian).
9. Lunev S. A., Sokolov M. M. Patent RU184692 C2, 31.06.2011.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Соколов Максим Михайлович
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматика и телемеханика», ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 31-18-72.
E-mail: SokolovMM@mail.ru
Ходкевич Антон Геннадьевич
Омский государственный университет путей сообщения (ОмГУПС).
Маркса пр., д. 35, г. Омск, 644046, Российская Федерация.
Кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматика и телемеханика», ОмГУПС.
Тел.: +7 (3812) 31-18-72.
E-mail: ait-omgups@mail.ru
БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СТАТЬИ
Соколов, М. М. Классификации состояния рельсовой цепи на основании значения ее входного сопротивления / М. М. Соколов, А. Г. Ходкевич. -Текст : непосредственный // Известия Транссиба. -2023. - № 1 (53). - С. 45 - 53.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Sokolov Maxim Mikhailovich
Omsk State Transport University (OSTU).
35, Marx av., Omsk, 644046, the Russian Federation.
Ph. D. in Engineering, associate professor of the department «Automatics and telemechanics», OSTU.
Phone: +7 (3812) 31-18-72.
E-mail: SokolovMM@mail.ru
Khodkevich Anton Gennad'evich
Omsk State Transport University (OSTU).
35, Marx av., Omsk, 644046, the Russian Federation.
Ph. D. in Engineering, head of department «Automatics and telemechanics», OSTU.
Phone: +7 (3812) 31-18-72.
E-mail: ait-omgups@mail.ru
BIBLIOGRAPHIC DESCRIPTION
Sokolov M.M., Khodkevich A G. The state of the track circuit classification based on the value of the input resistance. Journal of Transsib Railway Studies, 2023, no. 1 (53), pp. 45-53 (In Russian).
УДК 656.212.5
С. А. Бессоненко1, А. А. Гунбин1, А. А. Климов1, К. И. Корниенко2'3, И. А. Ольгейзер2'4, А. Н. Шабельников4
1Сибирский государственный университет путей сообщения (СГУПС), г. Новосибирск, Российская Федерация;
2Ростовский филиал АО «НИИАС», г. Ростов-на-Дону, Российская Федерация; 3Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, г. Санкт-Петербург,
Российская Федерация; ^Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС), г. Ростов-на-Дону,
Российская Федерация
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОСНОВНОГО УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ВАГОНОВ ПРИ СКАТЫВАНИИ С СОРТИРОВОЧНОЙ ГОРКИ
Аннотация. Представлены результаты исследования случайной величины основного удельного сопротивления движению вагонов при скатывании с сортировочной горки для современных условий эксплуатации с учетом обновления конструкции подвижного состава и появления новых типов вагонов. Предметом исследования являются параметры плотности распределения основного удельного сопротивления движению вагонов различных весовых категорий, перерабатываемых на сортировочной горке. Целью исследования является актуализация параметров основного удельного сопротивления движению вагонов, используемых для выполнения конструктивных и технологических расчетов сортировочных горок, предусмотренных правилами и нормами проектирования сортировочных устройств. Исследование выполнено на основании обработки статистических данных о фазовых траекториях скатывания вагонов Комплекса компьютерного зрения для контроля занятости сортировочных путей (КЗСП), разработанного специалистами Ростовского филиала НИИАСа. Статистические данные принимались для одиночных вагонов, скатывающихся
