Расчёт и проектирование рельсовых цепей для систем управления движением поездов на перегонах

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОДНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

"МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА НИКОЛАЯ II" (МГУПС (МИИТ))

ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНИКИ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Кафедра "Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте"

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему: "Расчёт и проектирование рельсовых цепей для систем управления движением поездов на перегонах"

по дисциплине: "СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ПОЕЗДОВ НА ПЕРЕГОНАХ"

МОСКВА-2016



Задание

Перегонная кодовая рельсовая цепь частотой 50 Гц с реле ИМВШ-110 при двухпутной автоблокировке для участков железных дорог с электрической тягой постоянного тока.

Параметры внешнего цикла программы расчёта по минимальному сопротивлению изоляции рельсовой линии r_{и мин} = 0,6; 0,75; 0,9; 1,05 [Ом·км]

Параметры внутреннего цикла программы расчёта по длине рельсовой линии L = 1,25; 1,5; 1,75; 2,0 [км]

Значение длины рельсовой линии для регулировочной таблицы L = 2,25 [км]

Z₀ = 45e^j81? Ом;

C_п = 24 мкФ => Z_сп = Ом;

Z_збф = 120 Ом; Z_p = 165 Ом;

U_p = 3,84 В; U_вн = 2,4 В; I_p = 0,0233 A;

Коэффициенты четырехполюсника ДТп - 0,6 (n = 15):

А_дп = 15,5· ; В_дп = 1,815· Ом;

С_дп = 0,135· ; D_дп = 0,08 ;

Коэффициенты четырехполюсника ДТp - 0,2 (n = 23):

А_дp = 0,052· ; В_др = 0,842· Ом;

С_дp = 0,244· ; D_др = 23· ;

Нестабильность питающей сети: +5%; -10%;

Z=0.8; (гl)кр = | гl|кр= 1.35·;

Аппаратурный коэффициент: N=1.7.

В Российской Федерации на долю железнодорожного транспорта приходится максимальный объем перевозок, при этом удовлетворяется потребность государства. На железнодорожный транспорт ставится главная задача, обеспечение непрерывного (штатного) протекания основного технологического процесса (ОТП) движения поездов (ДП). Для обеспечения штатного протекания данного процесса необходимо выполнение 2ух основных требований: рельсовый трансформатор напряжение передача

1. Обеспечение безопасности движения поездов.

2. Реализация необходимого уровня пропускной способности (Nпотребн.).

Эти требования вступают друг с другом в некоторые противоречия. Для исключения этого противоречия используют систему СЖАТ, которые в общем виде можно назвать системами обеспечения безопасности движения поездов.

Устройства системы железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ) предназначены для обеспечения этих требований.

В данном курсовом проекте (КП), одним из ответственных элементов в системах управления движением поездов на перегонах (СУДПП) определяющий наличие или отсутствие переменных препятствий на перегоне в виде поезда или излома рельса на участках пути (блок-участках), является рельсовая цепь (РЦ). От их четкой и бесперебойной работы зависит эффективность протекания всего транспортного конвейера.

В КП исследуется перегонная кодовая рельсовая цепь частотой 50 Гц с реле ИМВШ-110 при двухпутной автоблокировке для участков железных дорог с электрической тягой постоянного тока, которая относится к РЦ с одноэлементным приемником. Основным технологическим документом при эксплуатации РЦ в СЖАТ (СУДПП) являются технологические таблицы. В курсовом проекте рассчитываются основные параметры первой технологической таблицы проектируемой РЦ с использованием двух способов регулировки. При этом в КП осуществляется расчет эксплуатационных критериев безопасности (для заданной длины РЦ) в виде чувствительности к нормативному шунту (К_шн) и к обрыву рельса (К_ор), а также для этой же длины рассчитывается значение регулировочного элемента в виде напряжения на вторичной обмотке питающего трансформатора из условий обеспечения нормального режима работы (первый способ регулировки) и шунтового , контрольного (второй способ регулировки).



1. Назначение и основные функции рельсовых цепей в системах управлением движением поездов на перегонах

Рельсовая цепь - основной датчик о занятости или свободности от переменных препятствий участков пути перегона (блок участка) и элементарных секций станций в виде впереди идущего поезда или излома рельса, а также является телемеханическими каналами связи для передачи информации между путевыми светофорами (канал “путь-путь”) и между путевыми и локомотивными устройствами (канал “путь-локомотив”).

В системах обеспечения безопасности движения поездов РЦ выполняют две основные эксплуатационные функции:

1. Функция датчика информации о свободности или занятости пути на перегонах и станциях.

2. Телемеханический канал связи между путевыми светофорами (канал “путь-путь”) и между путевыми и локомотивными устройствами (канал “путь-локомотив”).

В логическом отношении РЦ выполняют функции конъюнкции (логическое умножение).

Работу рельсовой цепи можно проиллюстрировать таблицей истинности

2. Режимы работы рельсовых цепей и особенности их расчета с использованием эксплуатационных критериев безопасности движения поездов

Рельсовые цепи в системах обеспечения безопасности движения поездов на перегонах работают в 5 режимах: 3 основных - нормальный, шунтовой, контрольный; 2 дополнительных - режим короткого замыкания источника питания и режим АЛС.

С теоретической точки зрения в дополнительном режиме являются частными случаями основных режимов.

В курсовом проекте рассчитываются элементы первой регулировочной таблице по путевому приемнику при этом исcледуется основные режимы работы.

Нормальный режим работы рельсовых цепей - это такое технологическое состояние, при котором осуществляется передача электромагнитной энергии по рельсовой линии от передатчика к путевому приемнику при этом рельсовая цепь свободна, рельсы исправны. В нормальном режиме работы необходимо обеспечить бесперебойное действие локомотивных приемников в рабочем состояние.

Нормальный режим работы характеризуется проявлением первого специфического свойства - эффекта перегрузки. Эффект перегрузки - эффект превышения уровня сигнала на входе путевого приемника, или локомотивного приемника над порогом срабатывания при котором приемники надежно находятся в рабочем состояние.

В расчетном виде задача исследования нормального режима работы заключается в качественной оценке эффекта перегрузки при наихудших условиях работы нормального режима. Наихудшими условиями нормального режима работы называются такие значения параметров элементов схемы исследуемой рельсовой цепи, при которых имеет место минимальный уровень сигнала на входе путевого и локомотивного приемника. Для проектируемой рельсовой цепи с одноэлементным приемником наихудшими условиями являются:

1. Минимальное напряжение источника питания на вторичной обмотке питающего трансформатора.

2. Максимальное сопротивление рельсовых нитей.

3. Минимальное сопротивление изоляции рельсовой линии.

4. Разброс параметров элементов приемо-передающей аппаратуры рельсовой цепи.

Качественная оценка выполнения нормального режима работы осуществляется с использованием критерия перегрузки. Для рельсовой цепи с одноэлементным путевым приёмником критерием перегрузки при фактических условиях нормального режима работы называется отношение модуля напряжения или тока на входе приемного реле в нормальном режиме работы к модулю напряжения или тока срабатывания:

К_пф = (2.1)

где U_рнф, I_рнф - модули при фактических и наихудших значениях

U_рн, I_рн - минимальные значения модулей напряжения и тока на входе приемного реле при наихудших условиях работы

Нормальный режим работы выполняется, если значения критерия перегрузки (К_п) при наихудших условиях оказывается не меньше, чем коэффициент запаса (Кз=1.1):

К_п = = Кз = 1.1 , (2.2)

где U_р, I_р - модуль напряжения и тока срабатывания приёмного реле

Шунтовой режим работы рельсовой цепи - это такое ее технологическое состояние, при котором в пределах блок участка находится подвижная единица, переменное препятствие, и необходимо обеспечить контроль ее присутствия. При этом путевой и локомотивный приёмники находятся в состоянии, при котором якорь отпущен, тыловые контакты замкнуты. В соответствии с требованиями безопасности движения поездов в шунтовом режиме работы в данном курсовом проекте наихудшими условиями являются такие значения параметров рельсовой цепи (элементов), при которых имеет место максимальный уровень сигнала на выходе путевого и локомотивного приёмников:

1. Максимальное напряжение источника питания;

2. Минимально сопротивление рельсов;

3. Максимальное сопротивление изоляции рельсовой линии;

Чувствительность к нормативному шунту (Kшн), который предполагает, что в пределах рельсовой линии шунт нормативной величины.

Для проектирования рельсовой цепи с одноэлементным путевым приёмником Kшн определяется по формуле:

=? 1, (2.3)

где Uвн, Iвн - модули напряжения и тока надежного возврата приемника;

Uрш, Iрш - максимальное значение модулей напряжения и тока на входе приемника рельсовой цепи при неблагоприятных условиях шунтового режима.

Контрольный режим работы рельсовой цепи - это такое ее технологическое состояние, при котором в пределах рельсовой линии имеется переменное препятствие в виде излома рельса в одном месте, что должно привести к нерабочему состоянию путевого и локомотивного приёмников, чем физически обеспечиваются требования безопасности движения поездов, с учетом которых, контрольный режим работы рассматривается при наихудших условиях.

Для рельсовой цепи с одноэлементным путевым приёмником в данном курсовом проекте наихудшие условия обеспечивает максимальный уровень сигнала:

1. Максимально значение питания на вторичной обмотке питающего трансформатора;

2. Минимальное сопротивление рельса;

3. Критическое значение сопротивления изоляции рельсовой линии: R_ио = R_ик (критическое значение сопротивления);

Обеспечение контрольного режима работы осуществляется с использованием критерия чувствительности к обрыву рельсовой линии. Для рельсовой цепи с одноэлементным путевым приёмников Кор находится следующим образом:

Кор = =? 1, (2.4)

где U_вн, I_вн - модули напряжения и тока надежного возврата приемника;

U_ро, I_ро - максимальное значение модулей напряжения и тока на входе путевого приёмника при наихудших условиях контрольного режима работы.

3. Способы регулировки, как основы проектирования рельсовых цепей для систем управления движением поездов на перегонах

В процессе эксплуатации рельсовые цепи должны содержаться таким образом, чтобы на путевом приемнике напряжение соответствовало расчетной величине. Для этого нужно выполнить регулировку рельсовых цепей. Под регулировкой понимается техническое обеспечение основной эксплуатационной функции рельсовых цепей по обнаружению ими переменных препятствий на пути в виде впереди расположенного поезда или излома рельса. Регулировочный элемент - это напряжение U_п на вторичной обмотке питающего трансформатора. Поэтому регулировка рельсовых цепей осуществляется изменением напряжения питающего трансформатора. Существует два способа регулировки рельсовых цепей.

При первом способе регулировка нормируется минимальное допустимое напряжение источника питания U_пн в нормальном режиме работы и условиях, которые наиболее неблагоприятны для этого режима. При этом способе расчет ведется на основе нормативной величины минимального сопротивления изоляции рельсовой линии r_{и мин} = 1 Ом·км. Значение напряжения питания является минимально допустимым, так как при этом значении в нормальном режиме работы при наихудших условиях обеспечивается минимально возможный уровень сигнала. На входе приемного реле - напряжение U_р и ток I_р срабатывания с учетом заданного коэффициента запаса.

Этот способ обладает двумя недостатками. Во-первых, при эксплуатации рельсовых цепей сопротивление изоляции часто оказывается ниже нормативной величины r_имин < 1 Ом·км. При этом требуется перерегулировка рельсовых цепей. Во-вторых, этот способ не позволяет установить резерв работоспособности регулируемой рельсовой цепи, которым является минимально возможное сопротивление изоляции рельсовой линии r_{и мин} по условиям обеспечения основных режимов работы.

Второй способ регулировки основан на нормировании максимального значения напряжения на вторичной обмотке питающего трансформатора. В этом случае, для каждой длины рассчитывается максимально допустимое напряжение на вторичной обмотке питающего трансформатора по условиям обеспечения шунтового и контрольного режимов работы (U_пш, U_пк) регулируемой рельсовой цепи. Величины U_пш, U_пк являются максимально допустимыми, так как они обеспечивают при неблагоприятных условиях этих режимов работы на входе приемника напряжения U_вн и ток I_вн надежного возврата, то есть максимально допустимый уровень сигнала приемника.

В качестве значения регулируемого элемента U_п выбирается меньшее из двух полученных напряжений: U_п = min [U_пт , U_пк].

В наши дни на сети железных дорог чаще используется первый способ регулировки, так как он более простой. Для участков с низким сопротивлением изоляции рельсовой линии используется второй способ. Однако, было бы целесообразно использовать для всех участков второй способ регулировки, так как он повышает эффективность работы рельсовых цепей.

В курсовом проекте рассчитывается значение регулировочного элемента проектируемой РЦ при неблагоприятных условиях нормального, шунтового и контрольного режима работы, а также значения критерия к нормативному шунту и обрыву рельсовой нити.

4. Разработка принципиальной схемы проектируемой рельсовой цепи заданного варианта

Особенности построения схем питающего и релейного концов РЦ заданного варианта.

В данном курсовом проекте рассматривается перегонная кодовая РЦ частотой 50 Гц с реле типа ИМВШ-110 при двухпутной автоблокировке для участков железных дорог с электрической тягой постоянного тока.

Рассматриваемая РЦ переменного тока 50 Гц используется на двухпутных участках ЖД линий. РЦ питается от высоковольтной линии переменного тока частотой 50 ±1.25 Гц . Она предназначена для обнаружения на блок-участке перегона переменных препятствий в виде впередиидущего поезда или излома рельса, а так же обеспечения телемеханического канала связи «путь-путь» для управления путевыми светофорами и «путь-локомотив» для управления локомотивным светофорами.

Особенностями схемы питающего конца рельсовой линии являются:

1. Источником питания является питающий трансформатор типа ПОБС - 3А, на первичную обмотку которого подается питающее напряжение 220 В. Вторичная обмотка является регулировочным элементом для обеспечения необходимым напряжением релейного конца рельсовой цепи.

2. Реактор Z₀ типа РОБС - 3А ограничивает ток короткого замыкания аппаратуры питающего конца рельсовой цепи при расположении шунта на питающем конце.

3. Разрядник FV типа РВНШ - 250 служит для защиты приборов питающего конца рельсовой цепи от перенапряжений и коротких замыканий в контактной сети.

4. Емкости С_П1 и С_П2 настраиваются в параллельный резонанс с индуктивностью ДТп и рельсовой линии для улучшения энергетической характеристики рельсовой цепи.

5. При электротяге переменного тока основным способом стабилизации сопротивлений по концам является использование ДТ с воздушным зазором. ДТ не только обеспечивают пути тягового тока в обход изолирующих стыков, но и согласовывают сопротивления аппаратуры с сопротивлением рельсовой линии.

Особенностями схемы релейного конца рельсовой линии являются:

1. Элементом согласования сопротивлений аппаратуры релейного конца с сопротивлением рельсовой линии является магнитопровод ДТр с воздушным зазором.

2. Разрядник FV типа РВНШ - 250 служит для защиты приборов релейного конца рельсовой цепи от перенапряжений и коротких замыканий в контактной сети.

3. Фильтр ЗБФ-1 служит для защиты от перенапряжения на релейном конце рельсовой цепи при коротком замыкании изолирующих стыков, а так же для защиты импульсного путевого реле от влияния гармоник тягового тока.

4. Импульсное путевое реле ИМВШ-110 является классическим решающим устройством.

5. Дополнительная питающая аппаратура, обеспечивающая подачу кодов АЛСН при неправильном движении поездов.

Схема РЦ, обозначения, тип и назначение каждого элемента в схеме.

В полной принципиальной схеме рельсовой цепи используются следующие элементы:

- Ox220, Пх220 - мгновенная полярность питающего напряжения 220В;

- ПТ - питающий трансформатор типа ПОБС-3А, на первичную обмотку которого подается питающее напряжение 220В. Вторичная обмотка секционирована и обеспечивает необходимое значение регулировочного элемента в виде напряжения и тока;

- Z₀ - реактор типа РОБС-3А. Служит для ограничения тока короткого замыкания аппаратуры питающего конца рельсовой цепи при расположении поездного шунта на питающем конце;

- ТИ - контакт инверсного повторителя трансмиторного реле, шунтирует резистор R_и для исключения в момент замыкания контакта реле Т перезаряда конденсаторов C_п и С_и;

- С_{и ,} R_и - цепочка из конденсатора и резистора образует искрогасящий контур, защищающий контакт трансмиторного реле от нагара;

- Т - контакт трансмиторного реле, служит для подачи кодов в рельсовую цепь;

- С_п1, С_п2 - конденсаторы на питающем конце рельсовой цепи типа КБ4Ч4. Служат для уменьшения потерь мощности за счет настройки в параллельный резонанс с индуктивностью ДТп;

- FV - разрядник типа РВШН-250. Служит для защиты приборов от перенапряжений, возникающих при грозовых разрядах, а так же короткого замыкания в контактной сети;

- ДТп - дроссель - трансформатор на питающем конце рельсовой цепи типа ДТ 0.6-500(1000). Служит для пропуска тягового тока в обход изолирующих стыков. Для получения необходимого значенивхя Z_вх приемо-передающей аппаратуры по концам рельсовой цепи из условий обеспечения режимов работы. Для выравнивания тягового тока в рельсах, что обеспечивает предварительную защиту от гармоник тягового тока;

- ДТс, n=15 - дроссель-трансформатор типа ДТ-0.6-1000 настроенного в резонанс с конденсатором, чтобы не шунтировал рельсовую цепь. Дроссель-трансформатор с воздушным зазором в магнитопроводе так, как аппаратуры нет и для стабилизации необходимого значения |Z_вх|. Первое число в обозначении указывает значение сопротивления основной обмотки переменному току частотой 50Гц, а второе - номинального тягового тока через каждую секцию основной обмотки 1000 А и n= 15 обозначает коэффициент трансформации. ДТ-0.6-1000 применяется для присоединения отсасывающего фидера тяговой подстанции или троса заземления какой-либо важной конструкции в рельсовых цепях. ДТс устанавливается на определенном расстоянии между питающим и релейным концом когда не укладывается тяговое плечо в количество блок-участков, если делать длинее то будут потери энергосистемы, меньше - избыток энергии;

С₀₁ , С₀₂ - конденсаторы общей емкостью 24 мкФ настроенные в резонанс токов с ДТ;

- ДТр - дроссель - трансформатор на релейном конце рельсовой цепи типа ДТ 0,2-500(1000). Служит для пропуска тягового тока в обход изолирующих стыков. Для получения необходимого значенивхя Z_вх приемо-передающей аппаратуры по концам рельсовой цепи из условий обеспечения режимов работы. Для выравнивания тягового тока в рельсах, что обеспечивает предварительную защиту от гармоник тягового тока;

- ДТП - контакты реле, переключающие кодирование рельсовой цепи с питающего конца на релейный конец и наоборот;

- Z_k, ДTИ, ДТ, R_ид, С_ид, С_к - выполняют функции аналогичные Z_0, T, R_и, С_и, ТИ, С_п для возможности кодирования с релейного конца при движении по неправильному направлению;

- КТ - кодовый трансформатор типа ПСБ-3А. Служит для кодирования рельсовой цепи с релейного конца при движении поезда в неправильном направлении;

- ЗБФ - защитный блок-фильтр типа ЗБФ-1, обеспечивает защиту от помех тягового тока и от перенапряжения на релейном конце рельсовой цепи при коротком замыкании изолирующих стыков;

-И - импульсное путевое реле типа ИМВШ-110, для приема сигнала контроля состояния рельсовой линии и принятия ответственных решений о свободности или занятости рельсовой линии переменным препятствием.

5. Инженерные методы расчета режимов работы рельсовой цепи с использованием общей и основной схем замещения

Параметры общей схемы замещения проектируемой рельсовой цепи заданного варианта

Общая (обобщённая) электрическая схема замещения рельсовой цепи любого вида называется эквивалентная электрическая схема, состоящая из каскадного соединения трёх характерных четырёхполюсников N_н, N_рл, N_к, которые замещают соответственно устройство согласования в начале рельсовой линии (аппаратуру питающего конца рельсовой цепи), рельсовую линию (при наличии или отсутствии переменных препятствий в виде поезда или излома рельса) и устройство согласования в конце рельсовой линии (аппаратуру приёмного конца рельсовой цепи).

Главной особенностью общей схемы замещения является использование конкретных параметров приемо-передающей аппаратуры рельсовых цепей. Это определяет область применения общей схемы замещения для анализа известных рельсовых цепей с заданными принципиальными схемами и всеми параметрами.

Название общей схемы замещения связано с тем, что любую рельсовую цепь в общем виде можно представить в виде каскадно соединенных трех характерных четырехполюсников Nн, Nрлi, Nк. Параметрами общей схемы замещения рельсовой цепи называются значения коэффициентов А_н, В_н, С_н, D_н четырёхполюсника N_н в начале рельсовой линии и значение коэффициентов А_к, В_к, С_к, D_к четырёхполюсника N_к в конце рельсовой линии. Для определения этих параметров необходимо для конкретной схемы рельсовой цепи определить содержание четырехполюсников N_н и N_к, которые замещают более элементарные четырехполюсники. В курсовом проекте разрабатывается детализированный вид общей схемы замещения проектируемой рельсовой цепи заданного варианта. Коэффициенты четырехполюсника N_н определяются по формулам:

А_н = А_п·А_дп + В_п·С_дп;

В_н = А_п·В_дп + В_п·D_дп; (5.1)

С_н = С_п·А_дп + D_п·С_дп;

D_н = С_п·В_дп + D_п·D_дп;

Z_сп = ·== 132.62, Ом

Найдем коэффициенты четырехполюсника Nп:

А_п = 1+== 1+ 0.339= 1 + (-0.334 + j0.053) = 0.666 + j0.053= = 0.668·;

B_п = Z_о = 45 Ом;

С_п === 0.0075;

D_п = 1.

Найдем коэффициенты четырехполюсника N_н по формулам 5.1:

А_н = 0.668·15.5+ 45·0.135= 10.354+

+ 6.075= (10.344 + j0.247) + (6.069 + j0.018) = 16.413 + j0.265 = 16.415;

В_н = 0.668·1.815+ 45·0.08= 1.212 +

+ 3.6= (0.272 + j1.182) + (0.4716 + j3.5676) = 0.7436 + j4.7496 = 4.81;

С_н = 0.0075·15.5+ 0.135= 0.1163+ 0.135=

= (0.00643 + j0.116) + (0.0215 - j0.133) = 0.0327;

D_н = 0.00751.815+ 10.08 = 0.0136 + 0.08=

= (-0.013 + j0.0041) + (0.0799 + j0.0021) = 0.0669 + j0.0061 = 0.0672.

Коэффициенты четырехполюсника Nк определяются по формулам:

А_к = А_рА_др + C_рВ_др;

В_к = В_рА_др + D_рВ_др; (5.2)

С_к = А_рС_др + C_рD_др;

D_к = В_рС_др + D_рD_др.

Коэффициенты четырехполюсника N_р:

А_р = 1;

С_р = 0;

B_р = Z_збф = 120 Ом;

D_р = 1.

Коэффициенты четырехполюсника N_к по формулам 5.2:

А_к = 0.0521 + 0.8420 = 0.052;

В_к = 0.052120 + 0.8421 = 6.24+ 0.842= 6.228 -

- j0.326 + 0.408 + j0.7368 = 6.636 + j0.4108 = 6.65;

С_к = 0.2441 + 230 = 0.244;

D_к = 0.244120 + 231 = 29.28 + 23= 4.07 - j28.987 + 22.977 - j0.4025 = 27.047 - j29.3895 = 39.94.

Параметры основной схемы замещения проектируемой рельсовой цепи заданного варианта

Основная схема замещения рельсовой цепи позволяет исследовать как известные, так и вновь проектируемые рельсовые цепи. Основная схема замещения содержит обобщенные параметры рельсовых цепей, что даёт основание рассматривать эту схему замещения как математическую модель РЦ.

Из обобщенных параметров основной схемы замещения (рис. 5.3.) для инженерных расчётов в курсовом проекте необходимо определить входные сопротивления Z'_вхн и Z_вхк. В соответствии с используемыми методами эквивалентных преобразований искомые величины Z'_вхн и Z_вхк выражаются через конкретные параметры общей схемы замещения следующим образом:

Z`_вхн = ; (5.3)

Z_вхк =, (5.4)

где А_н, В_н - коэффициенты четырёхполюсника N_н в начале рельсовой линии;

А_к, В_к, С_к, D_к - коэффициенты четырёхполюсника N_к в конце рельсовой линии.

Z`_вхн == 0.293, Ом

Z_вхк ===

===

= = 0.199, Ом

6. Инженерные расчеты проектируемых рельсовых цепей заданного варианта

Расчет проектируемой РЦ заданного варианта в нормальном режиме работы.

Расчет значений регулировочного элемента в виде напряжения на вторичной обмотке питающего трансформатора проектируемой рельсовой цепи при наихудших условиях в нормальном режиме работы с использованием общей схемы замещения

При выполнении нормального режима работы в курсовом проекте необходимо рассчитать и построить график функциональной зависимости:

U_пн = F(r_umin),

где U_н - значения регулированного элемента (модуль напряжения источника питания в нормальном режиме работы), В.

r_umin - минимальное сопротивление изоляции рельсовой линии, Ом·км.

Функциональная зависимость рассчитывается для длины рельсовой линии равной L = 2.25 км. Для трех значений величины r_umin = 0.2; 0.7; 1.2 Ом·км при заданных значениях параметров приемного реле: напряжения U_р = 3.84В и тока I_р=0.0233А срабатывания приемника рельсовой линии, в которой учтен коэффициент запаса К_з.

Для решения поставленной задачи используется общая схема-замещания рельсовой цепи переменного тока в нормальном режиме работы. Особенностью этой схемы замещения является учет наихудших условий нормального режима работы, при которых обеспечивается минимально допустимый уровень сигнала на входе приемника - напряжения и ток срабатывания (U_p, I_p).

Искомая величина U_пн определяется способом последовательного

U_кн = А_к·U_p + В_к·I_p (6.1)

I_кн = C_к·U_p + D_к·I_p

U_нн = А·U_кн + В·I_кн (6.2)

I_нн = C·U_кн + D·I_кн

U_пн = |А_н·U_нн + В_н·I_нн| (6.3)



Коэффициенты рельсового четырехполюсника в нормальном режиме работы определяются:

A = D = chгl; C =·shгl; (6.4)

B = Zв·shгl.

Рассчитаем коэффициенты A, B, C, D при значении r_имин = 0.2 Ом·км:

г = === 2;

Z_в ==== 0.4, Ом;

A=D=chгl= ch(2.25·2)=ch(4.5)=22,25;

B=Zв·shгl=0.4·sh(2.25·2)=0.4·sh(4.5)=8,908

C=·shгl=·sh(2.25·2)=2.5·sh(4.5)=55,675

Рассчитаем коэффициенты A, B, C, D при значении r_имин = 0.7 Ом·км:

г == == 1.069;

Z_в ==== 0.748, Ом;

A=D=chгl=ch(2.25·1.069)=ch(1.8708)=3,86;

B=Zв·shгl=0.748·sh(2.25·1.069)=0.748·sh(4.5) =2.76;

C=·shгl=·sh(2.25·1.069)=1.337·sh(1.8708)= 4.958

Рассчитаем коэффициенты A, B, C, D при значении r_имин = 1.2 Ом·км:



г ==== 0.817;

Z_в == == 0.98, Ом;

A=D=chгl=ch(2.25·0.817)=ch(1.43)=ch(1.206+j0.768)= =ch(1.206)·cos(0.768)+jsh(1.206)sin(0.768)=1.8198+j0.02037=0.99;

B=Zв·shгl=0.98·sh(2.25·0.817)=0.98·sh(1.4298)= =0.98·sh(1.2059)·cos(0.768)+jch(1.206)sin(0.768)=

=0.98·(1.52+j0.0244) =0.98·1.52=2.205;

C=·shгl=·sh(2.25·0.817)=1.0204·sh(1.4298)= =1.0204·sh(1.2059)·cos(0.768)+jch(1.206)sin(0.768)=

=1.0204·(1.52+j0.0244) =1.0204·1.52=2.29.

Рассчитаем U_кн, I_кн:

U_кн = А_к·U_p + В_к·I_p = 0.052·3.84 + 6.65·0.0233 = 0.1997

+ 0.155= 0.1994 - j0.0105 + 0.1547 + 0.00957j = 0.3541 - j0.00093 =

= 0.3541;

I_кн = C_к·U_p + D_к·I_p = 0.244·3.84 + 39.94·0.0233 =

= 0.937+ 0.9306= 0.1304 - j0.928 + 0.63014 - j0.6848 =

= 0.76054 -j1.6128 = 1.783

Расчет U_нн, I_нн при r_имин = 0.2 Ом·км:

U_нн = А·U_кн + В·I_кн = 22.5·0.354+ 3.818·1.783 = =3.398+ 6.808= 3.397 + j0.102+ 5.874 - j3.441= 9.271 - j3.339=

=9.854;

I_нн = C·U_кн + D·I_кн = 23.863·0.3541 + 9.597·1.783= =8.45+ 17.112= 7.261 - j4.322+7.8 - j15.23 =15.061 - j19.552 =

= 24.68.



Расчет U_нн, I_нн при r_имин = 0.7 Ом·км:

U_нн = А·U_кн+ В·I_кн = 2.526·0.3541

+1.735·1.783= =0.8945+ 3.094= 0.8944 + j0.012+ 2.648 - j1.6= 3.5424 - j1.588= 3.88;

Продолжаем расчет U_нн, I_нн при r_имин = 0.7 Ом·км:

I_нн = C·U_кн + D·I_кн = 3.1··0.3541+ 2,526·1.783= =1.098 + 4.504= 0.935 - j0.576 + 1.986 - j4.042 = 2.921 - j4.618=

= 5.464.

Расчет U_нн, I_нн при r_имин = 1.2 Ом·км:

U_нн = А·U_кн + В·I_кн = 1.8199·0.3541+ 1.4896·1.783= =0.6444+ 2.656= 0.6444 + j0.0055 + 2.269 - j1.381 = 2.9134 - j1.3755 = 3.22;

I_нн = C·U_кн + D·I_кн = 1.55·0.3541+ 1.8199·1.783 = =0.549+ 3.245= 0.467 - j0.289 + 1.417 - j2.919 = 1.884 - j3.208 = 3.72.

Расчет U_пн при r_имин = 0.2 Ом·км:

U_пн = |А_н·U_нн + В_н·I_нн| = |16.412·9.854+ 4.8·24.68| = =|161.724+ 118.464| = |153.032 - j52.305- 103.9 + j56.907|= |256.932 + j4.602| = |256.973| = 256.973 В.



Расчет U_пн при r_имин = 0.7 Ом·км:

U_пн = |А_н·U_нн + В_н·I_нн| = |16.412·3.88+ 4.8·5.464| = =|63.679+ 26.277| = |58.525 - j25.096 + 24.068 + j10.42| = |82.593- j14,676| = |83.887| = 83.887 В.

Расчет U_пн при r_имин = 1.2 Ом·км:

U_пн = |А_н·U_нн + В_н·I_нн| = |16.412·3.22+ 4.8·3.72| = =|53.847+ 17.856| = |48.154 - j21.773 +16.611 + j6.55| = |64.765 - j15.223| = |66.53| = 66.53 В.

Расчет сопротивления передачи основной схемы проектируемой рельсовой цепи заданного варианта при наихудших условиях нормального режима работы

Сопротивление передачи основной схемы замещения рельсовой цепи в нормальном режиме работы определяется из следующего выражения:

(6.5)

Подставляя в (6.5) необходимых значений параметров получим:

=1,8199•0.199+1.4896+0.293(1.55•0.199+

+1,8199)=0.362+1.4896+0.293(0.309+1.8199)=

=0.152+j0.329+1.243+j0.82+0.293(0.259+j0.168+1.82+j0.0203)= 1.395+j1.149+

+0.293(2.079+0.1883)=1.395+j1.149+0.293•2.0875=

=1.395+j1.149+0.612= -0.16+j0.38+2.25+j0.04+(-0.025)+j0.195=2.629

Расчет проектируемой рельсовой цепи заданного варианта в шунтовом режиме работы

Расчет значения регулировочного элемента в виде напряжения на вторичной обмотке питающего трансформатора проектируемой рельсовой цепи при наихудших условия шунтового режима работы с использованием общей схемы замещения.

Для рассматриваемой рельсовой цепи с одноэлементным путевым приемником наихудшими условиями шунтового режима работы является расположение поездного шунта на релейном конце рельсовой цепи, т.к. ¦Z_вхк¦?¦ Z_вхн^? ¦. Таким образом в формулах шунтового режима работы необходимо учитывать:

- критическое значение сопротивления изоляции рельсовой линии равно максимальной величине r_ишк = r_имакс = 100 ч 150 Ом · км = ?

- критическое значение координаты x_шк = 0

Для решения поставленной задачи воспользуемся общей схемой замещения рельсовой цепи в шунтовом режиме работы (рис. 6.1).

Её особенность - учёт наихудших условий шунтового режима работы, при которых обеспечивается максимально допустимый уровень сигнала на входе приёмника - напряжение и ток надёжного возврата.

Рельсовый четырехполюсник в шунтовом режиме работы при бесконечном сопротивлении изоляции рельсовой линии имеет простую Т-образную схему замещения с сосредоточенными параметрами. Искомая величина модуля напряжения источника питания рельсовой цепи в шунтовом режиме работы определяется способом последовательного пересчета.

U_КШ = А_К · U_ВН + В_К · I_ВН; (6.6)

I_КШ = C_К · U_ВН + D_К · I_ВН;

U_НШ = А_Ш · U_КШ + В_Ш · I_КШ ; (6.7)

I_НШ = С_Ш · U_КШ + D_Ш · I_КШ ;

U_ПШ = |A_Н · U_НШ + B_Н · I_НШ|. (6.8)

Коэффициенты рельсового четырехполюсника определяются из следующих выражений:

А_Ш = 1 + ;

B_Ш = Z · L + ; (6.9)

C_Ш =;

D_Ш = 1 + .

Рассчитаем коэффициенты А_Ш, В_Ш, С_Ш, D_Ш:

Z =0.8= 0.338 + j0.725 Ом;

R_ШН = 0,06 Ом;

А_Ш = 1 + = 1 + = 1+ = 1 + =1+9.86+ j21.147= 23.828;

B_Ш = Z · L+= 0.8 · 2.25+ = 1.8;

C_Ш = = 16.667;

D_Ш = 1+ = 1 + = 1.

Рассчитаем U_КШ и I_КШ:



I_ВН = = = 0.01455 A

U_КШ = А_К·U_ВН + В_К·I_ВН = 0.052·2.4 + 6.65·0.01455 = 0.125+ +0.0968 = 0.125 - j0.00654 + 0.0966 + j0.00598 = 0.2216 - j0.00056 = 0.223;

Продолжаем расчет I_КШ:

I_КШ = C_К·U_ВН + D_К·I_ВН = 0.244 ·2.4 + 39.94 · 0.01455 = 0.586+ 0.573 = 0.0816 - j0.58 + 0.388 - j0.422 = 0.4696 - j1.002 = 1.107.

Рассчитаем U_НШ I_НШ:

U_НШ = А_Ш·U_КШ + В_Ш·I_КШ = 23.828 · 0.222 + 1.4 · 1.107 =

= 5.29+ 1.5498= 2.45 + j4.688 + 1.5497 + j0.00298 = 3.9997 + j4.691 = =6.165;

I_НШ = С_Ш·U_КШ + D_Ш·I_КШ = 16.667 · 0.222 + 1 · 1.107 = 3.7 + +1.107 = 3.6999 - j0.00969 + 0.47 - j1.00238 = 4.17 - j1.0121 = 4.291.

Рассчитаем U_ПШ:

U_ПШ = |A_Н·U_НШ + B_Н·I_НШ| = |16.415·6.165 + 4.81· 4.291| = =|101.199+ 20.64| = |64.398 + j78.065+ 7.912 + j19.0634| = |72.31 + +j97,128| = |121.089| = 210.28 В.



Расчет критерия чувствительности к нормативному шунту проектируемой рельсовой цепи заданного варианта с использованием основной схемы замещения.

В курсовом проекте оценка шунтового режима работы проетируемой рельсовой цепи осуществляется с помощью критерия чувствительности к нормативному шунту К_ШН.

Расчетное уравнение этого критерия по основной схеме замещения проектируемой рельсовой цепи имеет следующий вид

(6.10)

где N - аппаратурный коэффициент, N = 1.7;

Z_ПОШН - модуль сопротивления передачи основной схемы замещения в шунтовом режиме работы при наихудших условиях.

Для возможности определения К_ШН необходимо определить величину сопротивления передачи Z_ПОШН по следующему уравнению:

Z_ПОШН = =

23,828•0.199+1.8 + +0.293 (16.667•0.199+1) = 4.742 + 1.8 + 0.293 (3.317+ 1) = -2.866 + j3.778+0.592+j1.269+0.293(1.422 + +j2.997+1) =

-2.274+j5.047+0.2933.85=-2.274+j5.047+1.128

= -2.274+j5.047-0.59+j0.965 = -2.864 + j6.012 = 6.659 =8.14

Подставляя в (6.10) необходимых значений параметров получим:



= = = =1.64

Расчет проектируемой рельсовой цепи заданного варианта в контрольном режиме работы

Расчет значений регулировочного элемента в виде напряжения на вторичной обмотке питающего трансформатора проектируемой рельсовой цепи при наихудших условиях в контрольном режиме работы с использованием общей схемы замещения

Для решения поставленной задачи используется общая схема замещения рельсовой цепи в контрольном режиме работы.

Особенностью этой схемы является учёт наихудших условий контрольного режима работы, при которых обеспечивается максимальный уровень сигнала на входе приёмника - напряжение и ток надёжного возврата. Искомая величина U_пн определяется способом последовательного пересчета.

U_ко = А_к · U_вн + В_к · I_вн ; (6.11)

I_ко = С_к · U_вн + D_к · I_вн;

U_но = А_ко · U_ко + В_ко · I_ко; (6.12)

I_но = С_ко · U_ко + D_ко · I_ко;

U_пк = |A_н · U_но + В_н · I_но|;

Расчет коэффициентов четырехполюсника рельсовой линии в контрольном режиме работы:

А_ко = D_ко = f_a(;

B_ко = Z · L · f_в(; (6.13)

C_ко = · f_c(;



Функции рельсового четырехполюсника при обрыве рельсовой нити в середине рельсовой линии, нулевом значении коэффициента поверхностной проводимости по верхнему слою балласта и шпал и с учетом наличия дроссель-трансформаторов на обоих концах рельсовой линии определяются из следующих выражений:

f_a( = ch + E· S· sh(;

f_в( = · (sh + E· (ch + 1) · S); (6.14)

f_c(= · (sh + E· (ch 1) · S);

Рассчитаем функции рельсового четырехполюсника f_a(, f_в(, f_c(:

f_а( = ch + E· S· sh(

ch(1.35) + 1.73· sh(1.35) 1 = 1.588 + 2.6817 = 1.2878 + j0.929 + 1.5908 + j2.1589 = 2.8786 + j3.0879 = = 4.222;

Продолжаем расчет функций рельсового четырехполюсника

f_в( = · (sh + E· (ch + 1) · S) = · ((sh(1.35) + 1.73· · (ch() + 1) · 1) = 0.74074· (1.55 + 1.73· (1.5883 + + 1) = 0.74074 · (1.55 + 1.73 · (1.29799 + j0.92944 + 1)) = = 0.74074· (1.55 + 1.73 · 2.46957) = 0.74074 · · (1.55 + 4.2723 = 0.74074 · (1.04816 + j1.14187 + 3.76277 + + j2.0235) = 0.74074 · (4.81093 + j3.16537) = 0.74074 · 5.75887= = 4.2658;

f_c(= · (sh + E · (ch 1) · S) = 1.35 · ((sh1.35() + 1.73 · · (ch(1.35) - 1) · 1) = 1.35 · (1.55 + 1.73 · (1.58883-1))= = 1.35 · (1.55 + 1.73 · 0.97303) = 1.35 · (1.04816 + +j1.14187 + 0.32264 + j1.65213) = 1.35 · 3.11216= 4.20142.

Рассчитаем коэффициенты А_КО, В_КО, С_КО, D_КО:

А_КО = D_КО = 4.222;

В_КО = 0.8 · 2.25 · 4.2658 = 7.678;

C_КО = · 4.201= 0.555 · 4.2014= 2.334;

Рассчитаем U_КО и I_КО:

U_КО = А_К · U_ВН + В_К · I_ВН = 0.052 · 2.4 + 6.6523 · 0.01455 = 0.1248 + 0.09679 = 0.12463 - j0.00653 + 0.0966 + j0.00596 = 0.22123 - j0.00057 = =0.2212;

I_КО = С_К · U_ВН + D_К · I_ВН = 0.244· 2.4 + 39.9627 · 0.01455 = 0.5856 + 0.581457 = 0.0815 - j0.5799 + 0.39387 - j0.42773 = 0.47537 - j1.00763 = =1.1141;

Рассчитаем U_НО и I_НО:

U_НО = А_КО·U_КО + В_КО·I_КО = 4.222· 0.221 ₊ 7.678· 1.141 = 0.934+ 8.761= 0.639 + j0.682 + 8.759 + j0.168 = 9.398 + j0.85 = 9.436;

I_НО = С_КО·U_КО + D_КО·I_КО = 2.334·0.22123 + 4.222·1.114 = = 0.516+ 4.70386 = 0.441 + j0.267 + 4.480 - j1.432 = 4.921 - j1.165 = 5.057;



Рассчитаем U_ПК:

U_ПК = |A_Н · U_НО + В_Н · I_НО| = |16.413 9.436+ 4.807 · 5.057| = =|154.873 + 24.309| = |154.005 + j16.371+ 9.192 + j22.504 | = |163.197 + +j38.875 | = 167.763В.

Расчет критерия чувствительности к обрыву рельсовой нити проектируемой рельсовой цепи заданного варианта с использованием общей схемы замещения

Исследование контрольного режима работы проектируемой рельсовой цепи осуществляется с помощью критерия чувствительности к обрыву рельсовой нити К_ОР

Расчетное уравнение этого критерия через параметры основной схемы замещения проектируемой рельсовой цепи (см. рис. 5.3.) выглядит следующим образом:

, (6.15)

где ¦Z_пок¦ - модуль сопротивления передачи основной схемы замещения в контрольном режиме работы при неблагоприятных условия.

Для возможности определения К_ор необходимо определить величину сопротивления передачи Z_пок по следующему уравнению:

Z_пок=

4,522•0.199+6.331+ +0.293 (2.55•0.199+4,522) = 0.8999 + 6,331 + 0.293 (0.508+ 4,522) = 0.715 + j0.546 +5.138 +j3.699+ +0.293•(0.41 + j0.3 + 4.02 - j2.071) = 5.853 + j4.245+ 0.293(4.43-j1.771)= = 5.853 + j4.245 + 1.398.853+j4.2445+0.733+j1.191 = 6.586 + j5.436 = =8.54

Подставляя в (6.15) необходимых значений параметров получим:

= = = =1.91



Заключение

В курсовом проекте, выполненным на тему «Расчёт и проектирование рельсовых цепей для систем управления движением поездов на перегонах», получены следующие основные результаты:

1. Определено назначение и сформированы основные функции рельсовых цепей в системах управления движением поездов на перегоне;

2. Определены основные и дополнительны режимы работы рельсовых цепей и представлены формулы эксплуатационных критериев безопасности для оценки этих режимов;

3. Рассмотрены два способа регулировки рельсовых цепей, применяемые на магистральных железных дорогах и линиях метрополитена;

4. Разработана полная принципиальная схема проектируемой рельсовой цепи заданного варианта. Указаны особенности построения схем питающего и релейного концов и определены все элементы полной принципиальной схемы;

5. Разработаны общая и основная эквивалентные расчетные схемы замещения проектируемой рельсовой цепи и определены их параметры;

6. Определены по общей схеме замещения значения регулировочного элемента при неблагоприятных условиях нормального, шунтового и контрольного режимов работы;

7. Рассчитаны эксплуатационные критерия безопасности в виде чувствительности к нормативному шунту и обрыву рельсовой нити для проектируемой рельсовой цепи заданной длины.



Список использованных источников

1. Кузнецов В.С., Линьков В.И., Щербина Е.Г. Проектирование путевых устройств систем интервального регулирования движения поездов. Часть I: методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Микроэлектронные системы интервального регулирования движения поездов». -М.:МИИТ, 2011. - 50 с.

2. Кузнецов В.С., Линьков В.И. Проектирование путевых устройств систем интервального регулирования движения поездов. Часть I: методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Микроэлектронные системы интервального регулирования движения поездов». -М.:МИИТ, 2012. - 45 с.

3. Лисенков В.М., Шаманов В.И., Шелухин В.И. Работа над дипломным проектом по системам железнодорожной автоматики и телемеханики: Учебное пособие для вузов ж.-д. трансп. - М.: МИИТ, 2011. - 283 с.

4. Серебряков А.С., Шумейко В.В. MATHCAD и решение задач электротехники: учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта. - М.: Маршрут, 2005. - 240 с.

5. Рельсовые цепи магистральных железных дорог: Справочник/ В.С. Аркатов, Н.Ф. Котляренко, А.И. Баженов, Т.Л. Лебедева; под ред. В.С. Аркатова. - М.:Транспорт, 1982. - 360 с.

6. Аркатов В.С., Бажегнов А.И., Котляренко Н.Ф. Рельсовые цепи магистральных железных дорог: Справочник - 2-е изд., перераб. и доб. - М.:Транспопрт, 1992. - 384 с.

7. В.С. Аркатов, Ю.В. Аркатов, С.В. Казеев, Ю.В. Ободовский. Рельсовые цепи магистральных железных дорог: Справочник - 3-е издание, переработанное и дополненное. - Москва, Издательство «ООО Миссия - М», 2006. - 496 с.

8. Брылеев А.М., Кравцов Ю.А., Шишляков А.В. Теория, устройство и работа рельсовых цепей. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1978. - 344 с.

9. Аркатов В.С., Кравцов Ю.А.,Степенский Б.М. Рельсовые цепи. Анализ работы и техническое обслуживание. - М.: Транспорт, 1990. - 295 с.

10. Сороко В.И., Милюков В.А. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справоченик: в 2 кн. Кн. 1. - 3-е изд. - М.: НПФ «ПЛАНЕТА»,2000. - 960 с.

11. Сороко В.И., Розенберг Е.Н. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справоченик: в 2 кн. Кн. 2. - 3-е изд. - М.: НПФ «ПЛАНЕТА»,2000. - 1008 с.

12. Сороко В.И., Кайнов В.М. Аппаратура железнодорожной автоматики и телемеханики: Справоченик: в 3 кн. Кн. 3. - М.: НПФ «ПЛАНЕТА»,2003. - 1120 с.

13. Сороко В.И. Реле железнодорожной автоматики и телемеханики. - М.: НПФ «ПЛАНЕТА», 2002. - 696 с.

Размещено на Allbest.ru

...