专利名称：一种电力机车受电弓自动信号装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力机车受电弓自动信号装置。
背景技术：
电力机车依靠其受电弓与高压接触网的接触把电流引下来。接触网为满足电力机车高速运行时的供电要求需要沿铁道装设，饱受户外恶劣气象条件的影响，因此对接触网的结构要求是非常严格的。当接触网中的接触线弛度比较大时，会严重影响电力机车受电弓的取流，发生离线、接触线磨损等问题，特别是在高速铁路中，这种潜在的事故隐患将危及行车安全。
采用受电弓自动信号系统，可以极大的保证接触网供电设备的安全运行和列车的高速安全运行。现有受电弓自动信号系统主要采用受电弓分相自动信号及测量接触线与受电弓的压力。
采用受电弓分相自动信号的有由中国铁道科学研究院通信信号研究所和沈阳铁路局电务段联合研制的综合信号装置，该装置采用电磁耦合原理，由车载查询器和地面应答器所组成。安装于两根钢轨中心枕木上的地面点式应答器不需要外加电源，平时处于休眠状态，仅在列车通过并接收到车载查询器发送的功率载波时被激活，同时发送调制的数据编码信号。安装于机车底部的车载查询器不断发送功率载波信号，当机车通过地面应答器时，接收处理发自应答器的调制数字编码信号。车载主机将处理后的信号传送给机车电台或车载保护系统(ATP)。该综合信号装置的地面设备安装简便，施工时不与其它信号设备发生关联，故不需要点施工，同时地面设备具有适应各种气候条件，寿命长，免维护等特点，广泛推广使用后，不仅可以节约资金，还能极大提高劳动生产率。目前国外绝大多数铁路发达国家在160km/h以上的线路上的ATP系统均毫无例外地在不同程度上采用了点式应答器设备，以解决连续信息不足的问题。点式应答器可以用于列车安全防护、道口控制、定位停车、列车报车次号或抄车号、车种识别、进路预排、临时限速及其它各种限速、报公里标、电力机车分相自动转换及受电弓自动控制等。但是所述综合信号装置因为需要在路轨枕木上安装设备，因而容易受外力损坏或破坏。
发明内容
本发明的目的就是为了解决受电弓自动信号系统安全性的问题，提供一种安全性高、可靠性好、性能稳定的电力机车受电弓自动信号装置。
为实现上述目的，本发明提出一种电力机车受电弓自动信号装置，包括电源、主机、分相信号传感器和分相信号传感辅件；所述主机的电源输入端与电源的输出端相连；所述分相信号传感器的电源输入端与电源的输出端相连，信号输出端与主机的信号输入端相连；所述分相信号传感辅件可悬挂在分相绝缘器前后一定距离的接触线上。
还包括终端机，其信号输入端与主机的信号输出端相连。
还包括压力传感器，其电源输入端与电源的输出端相连，信号输出端与主机的信号输入端相连。
还包括线偏离信号传感器，其电源输入端与电源的输出端相连，信号输出端与主机的信号输入端相连。
所述电源包括电流互感器和充电回路，充电回路的输入端与电流互感器的输出端相连。
所述分相信号传感器为霍尔传感器。
所述分相信号传感辅件包括永久磁钢和悬挂件，永久磁钢置于悬挂件两侧。
所述压力传感器包括左压力传感器和右压力传感器，所述左压力传感器和右压力传感器的电源输入端分别与电源的输出端相连，信号输出端分别与主机的信号输入端相连。
所述线偏离信号传感器包括左接触线偏离预警信号传感器和右接触线偏离预警信号传感器，所述左接触线偏离预警信号传感器和右接触线偏离预警信号传感器的电源输入端分别与电源的输出端相连，信号输出端分别与主机的信号输入端相连。
所述线偏离信号传感器还包括左接触线偏离危险信号传感器和右接触线偏离危险信号传感器，所述左接触线偏离危险信号传感器和右接触线偏离危险信号传感器的电源输入端分别与电源的输出端相连，信号输出端分别与主机的信号输入端相连。
所述左接触线偏离预警信号传感器和右接触线偏离预警信号传感器分别为行程开关。
所述左接触线偏离危险信号传感器和右接触线偏离危险信号传感器分别为行程开关。
由于采用了以上的方案1、由于信号传感只与分相信号传感辅件在接触线上与分相绝缘器的距离有关，可由各机务段根据电力机车的速度和路段自行确定，因此电力机车受电弓自动信号装置的分相距离准确灵活，可以准确、实时提高运行列车在通过分相绝缘器前后需要对主断路器进行断开和闭合的信号；且能够适应我国各地的气候条件，并适应机车行驶过程中的不同坡度、环境和不同行驶速度，性能稳定可靠。
2、分相信号传感辅件和分相信号传感器之间采用非接触式的传感方式，不增加接触线与受电弓滑板之间的磨损，安全性好。
3、分相信号传感辅件采用永久磁钢，体积小、重量轻、安装简便；同时，由于分相信号传感辅件无需工作电源，结构简单，因此可靠性高、耐用且无需维护；另外，由于分相信号传感辅件可直接安装在高压接触线上，因此外力破坏或损坏的可能性极小，安全性好。
4、由于电力机车受电弓自动信号装置的各主要组件均安装在电力机车上，仅分相信号传感辅件安装于接触线上，因此整个装置检测安装维护检修方便。
5、电力机车受电弓自动信号装置可以通过终端机显示分相信号传感辅件和分相信号传感器感应到的分相信号，还可以根据该分相信号自动控制主断路器的断开与闭合，防止电力机车带负荷通过分相绝缘器，安全性高，实用性好。
6、采用压力传感器，可以实时在线检测接触线与运行中的电力机车的受电弓滑板的压力，为进一步作好接触线路的安装与维护工作提供最直接的科学依据；同时还可以根据力矩平衡的原理计算出接触线在受电弓滑板上的接触位置，为延长受电弓滑板和接触线的使用寿命提高改善方法的直接依据。
7、采用线偏离传感器，可以即时检测接触线偏离运行列车的受电弓滑板上正常位置时的信号，防止异常和事故的发生，安全性好。
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
图1是本发明实施例一的电路原理示意图。
图2是本发明电源的电路原理图。
图3是本发明分相信号传感辅件的外形示意图。
图4是分相信号传感辅件在接触线上的安装示意图。
图5是本发明实施例二的电路原理示意图。
图6是压力传感器在受电弓滑板上的安装示意图。
图7是本发明实施例三的电路原理示意图。
图8是接触线偏离信号传感器在受电弓滑板上的安装示意图。
图9是本发明实施例四的电路原理示意图。
图10是终端机屏幕显示内容及排列示意图。
具体实施例方式
实施例一，如图1所示，一种电力机车受电弓自动信号装置，包括电源1、主机2、分相信号传感器3和分相信号传感辅件8。
其中，如图2所示，电源1包括电流互感器11和充电回路12，电流互感器11套装在受电弓机架上与隔离开关连接的导电管上，将导电管上的大电流转化为小电流输出；充电回路12的输入端与电流互感器11的输出端相连，将电流互感器11输出的小电流转化为直流电流输出，为整个电力机车受电弓自动信号装置的各部分提供工作电流。
为了在高压导线无负荷电流时也能为电力机车受电弓自动信号装置提供工作电流，电源1还可以包括蓄电池组13，蓄电池组13与充电回路12并联。本实施例中电力机车受电电流在0～250A时可对蓄电池11进行恒流充电，在无受电电流时对整个电力机车受电弓自动信号装置的各部分提供工作电源。本实施例中的蓄电池11的额定电压为4.8V，容量为2000mAh。
以上电流互感器11、充电回路12和蓄电池组13一起组成的电源1为本装置组件提供稳定可靠的直流工作电源。
主机2安装在受电弓机架上与隔离开关连接的导电管上，其电源输入端与电源1的输出端相连。主机2用来实现A/D和其他信号量的转换，在本实施例中主机2采用单片计算机系统。
分相信号传感器3安装于受电弓上，其电源输入端与电源1的输出端相连，信号输出端通过屏蔽电缆与主机2相连。本实施例中分相信号传感器3采用霍尔传感器实现。
分相信号传感辅件8悬挂在分相绝缘器10前后一定距离的接触线上，分相信号传感辅件8与分相绝缘器10的距离由各机务段根据机车行进的速度自行设定。分相信号传感辅件8用来提供感应磁场。如图2所示，本实施例中的分相信号传感辅件8采用永久磁钢81和悬挂件82实现，悬挂件82悬挂在接触网的悬挂铁线4上，悬挂件82下端嵌在接触线6的凹槽中，永久磁钢81置于悬挂件82两侧。当机车通过其悬挂位置的下方时，分相信号传感器3感应到分相信号传感辅件8的感应磁场，并向主机2发出该感应信号。在分相绝缘器10前后安装的传感辅件8分别作为“分”与“合”的信号点，当机车逆向行驶时作为“合”与“分”的信号点，当机车逆向行驶时作为“合”与“分”的信号点。如图3所示，为确保本装置的可靠性，可在接触线上分相绝缘器10前后各悬挂2只分相信号传感辅件8Q1、Q2、H1和H2。
如图3所示，以分相绝缘器10前后各悬挂2只分相信号传感辅件8为例说明工作过程机车从左往右行驶，当行驶到分相信号传感辅件Q1和分相信号传感辅件Q2的悬挂位置下方时，分相信号传感辅件Q1和分相信号传感辅件Q2提供感应磁场给分相信号传感器3感应，分相信号传感器3向主机2发出“断”信号即断开主断路器的信号；机车继续行驶，当行驶到分相信号传感辅件H1和分相信号传感辅件H2的悬挂位置下方时，分相信号传感辅件H1和分相信号传感辅件H2提供感应磁场给分相信号传感器3感应，分相信号传感器3向主机2发出“合”信号即闭合主断路器的信号。同理，当机车从右往左行驶时，当行驶到分相信号传感辅件H1和分相信号传感辅件H2的悬挂位置下方时，分相信号传感辅件H1和分相信号传感辅件H2提供感应磁场给分相信号传感器3感应，分相信号传感器3向主机2发出“断”信号即断开主断路器的信号；机车继续行驶，当行驶到分相信号传感辅件Q1和分相信号传感辅件Q2的悬挂位置下方时，分相信号传感辅件Q1和分相信号传感辅件Q2提供感应磁场给分相信号传感器3感应，分相信号传感器3向主机2发出“合”信号即闭合主断路器的信号。
实施例二，如图4所示，在实施例一的基础上增加了压力传感器，如图5所示，压力传感器包括左压力传感器41和右压力传感器42，分别安装在受电弓滑板5左右两端的支架上。左压力传感器41和右压力传感器42的电源输入端分别与电源1的输出端相连，其信号输出端分别通过屏蔽光缆与主机2相连。左压力传感器41和右压力传感器42都采用全密封形式，以适应恶劣的行车条件。当接触线与受电弓滑板5接触时，左压力传感器41和右压力传感器42分别感应到压力，并将检测到的压力值发送到主机2，接触线与受电弓滑板5之间的压力等于左压力传感器41和右压力传感器42检测值之和。
实施例三，如图6所示，在实施例一的基础上增加了线偏离信号传感器，线偏离信号传感器用于当接触线超出与受电弓滑板5接触的正常范围时可触碰其上并发送偏离信号给主机2。线偏离信号传感器包括接触线偏离预警信号传感器和接触线偏离危险信号传感器，接触线偏离预警信号传感器包括左接触线偏离预警信号传感器61和右接触线偏离预警信号传感器62，接触线偏离危险信号传感器包括左接触线偏离危险信号传感器63和右接触线偏离危险信号传感器64，各信号传感器的电源输入端与电源1的输出端相连，其信号输出端分别通过屏蔽光缆与主机2相连。如图7所示，左接触线偏离预警信号传感器61和左接触线偏离危险信号传感器63安装在受电弓滑板5左侧的斜面上，右接触线偏离预警信号传感器62和右接触线偏离危险信号传感器64安装在受电弓滑板5右侧的斜面上，左接触线偏离危险信号传感器63、右接触线偏离危险信号传感器64分别位于左接触线偏离预警信号传感器61、右接触线偏离预警信号传感器62的外侧。在本实施例中各信号传感器都采用行程开关实现。当接触线偏离与受电弓滑板5的正常接触范围时，会触碰到左接触线偏离预警信号传感器61或右接触线偏离预警信号传感器62，从而接通左接触线偏离预警信号传感器61或右接触线偏离预警信号传感器62，左接触线偏离预警信号传感器61或右接触线偏离预警信号传感器62将预警信号发送给主机2；当接触线偏离与受电弓滑板5的预警范围时，会触碰到左接触线偏离危险信号传感器63和右接触线偏离危险信号传感器64，左接触线偏离危险信号传感器63和右接触线偏离危险信号传感器64，从而接通左接触线偏离危险信号传感器63和右接触线偏离危险信号传感器64，左接触线偏离危险信号传感器63和右接触线偏离危险信号传感器64将危险信号发送给主机2。
实施例四，一种电力机车受电弓自动信号装置，如图8所示，在实施例一的基础上增加了终端机7，终端机7安装在电力机车驾驶台上，通过塑料光纤与主机2进行数据通信，用于实时显示电力机车运行速度和相关信号及根据从主机2收到的相关信号对电力机车进行控制，通过塑料光纤采用光纤光电隔离，解决高压电位上的主机2与处于低压的终端机7之间的绝缘和数据通信的问题。在本实施例中，终端机7采用电子计算机实现。
工作过程如下A、机车从左往右行驶当行驶到分相信号传感辅件Q1和分相信号传感辅件Q2的悬挂位置下方时，分相信号传感辅件Q1和分相信号传感辅件Q2提供感应磁场给分相信号传感器3感应，分相信号传感器3通过屏蔽光缆将感应的“断”信号即断开主断路器的信号向主机2发出，主机2将该信号处理后，通过塑料光纤将该信号传送给终端机7，如图9所示，终端机7将接收到的“断”信号在显示屏上显示出来。
终端机7上的控制面板可以由操作人员自行选择断开主断路器的方式是手动还是自动。如果采用的是手动控制断开主断路器的方式，则终端机7一经接收主机2从分相信号传感器3得到的需要断开主断路器的信号，立即通过语音的方式进行提醒，例如由扬声器发出的需要断开主断路器的提示语音，由操作人员手动断开主断路器；如果采用的是自动控制断路主断路器的方式，则终端机7一经接收主机2从分相信号传感器3得到的需要断开主断路器的信号，直接控制主断路器分闸。
机车继续行驶，当行驶到分相信号传感辅件H1和分相信号传感辅件H2的悬挂位置下方时，分相信号传感辅件H1和分相信号传感辅件H2提供感应磁场给分相信号传感器3感应，分相信号传感器3向主机2发出“合”信号即闭合主断路器的信号。
分相信号传感器3通过屏蔽电缆将感应的“合”信号即闭合主断路器的信号向主机2发出，主机2将该信号处理后，通过塑料光纤将该信号传送给终端机7，终端机7将接收到的“合”信号在显示屏上显示出来。
如果采用的是手动控制闭合主断路器的方式，则终端机7一经接收主机2从分相信号传感器3得到的需要闭合主断路器的信号，立即通过语音的方式进行提醒，例如由扬声器发出的需要闭合主断路器的提示语音，由操作人员手动闭合主断路器；如果采用的是自动控制闭合主断路器的方式，则终端机7一经接收主机2从分相信号传感器3得到的需要闭合主断路器的信号，直接控制主断路器合闸。
B、机车从右往左行驶与机车从左往右行驶的操作方式相同。
实施例五，在实施例四的基础上增加了压力传感器，所述压力传感器同实施例二中的压力传感器。
工作过程如下
当接触线与受电弓滑板5接触时，左压力传感器41和右压力传感器42分别感应到压力，并将检测到的压力值发送到主机2，主机2对左压力传感器41和右压力传感器42的检测值进行处理。假设左压力传感器41检测到的压力值为Y1、右压力传感器42检测到的压力值为Y2，那么主机2将Y1与Y2相加后得到接触线与受电弓滑板5之间的接触压力，并通过塑料光纤将该接触压力的值传送给终端机7，终端机7将接收到的接触压力在显示屏上显示出来。
主机2根据Y1、Y2的值，以及左压力传感器41和右压力传感器42之间的距离，根据力矩平衡的原理，可以计算得出接触线在受电弓滑板5上的接触位置。假设左压力传感器41和右压力传感器42之间的距离，即受电弓滑板5左右两个机架之间的距离为S，接触线在受电弓滑板5上的接触位置到受电弓滑板5左机架的垂直距离为S1，接触线在受电弓滑板5上的接触位置到受电弓滑板5右机架的垂直距离为S2，则S1＝S*Y2/(Y1+Y2)，S2＝S*Y1/(Y1+Y2)。然后主机2将计算得到的接触线在受电弓滑板5上的接触位置通过塑料光纤传送给终端机7。
实施例六，在实施例四的基础上增加了线偏离信号传感器，该线偏离信号传感器同实施例三中的线偏离信号传感器。
工作过程如下当接触线偏离至受电弓滑板5的正常接触范围之外时，触碰到左接触线偏离预警信号传感器61或右接触线偏离预警信号传感器62，从而接通左接触线偏离预警信号传感器61或右接触线偏离预警信号传感器62，左接触线偏离预警信号传感器61或右接触线偏离预警信号传感器62将预警信号发送给主机2；主机2将该预警信号通过塑料光纤传送给终端机7，终端机7将该偏离预警信号显示在显示屏上。
当接触线偏离至受电弓滑板5的预警范围之外时，触碰到左接触线偏离危险信号传感器63和右接触线偏离危险信号传感器64，左接触线偏离危险信号传感器63和右接触线偏离危险信号传感器64，从而接通左接触线偏离危险信号传感器63和右接触线偏离危险信号传感器64，左接触线偏离危险信号传感器63和右接触线偏离危险信号传感器64将危险信号发送给主机2；主机2将该危险警信号通过塑料光纤传送给终端机7，终端机7将该偏离危险信号显示在显示屏上。
权利要求
1.一种电力机车受电弓自动信号装置，其特征是包括电源(1)、主机(2)、分相信号传感器(3)和分相信号传感辅件(8)；所述主机(2)的电源输入端与电源(1)的输出端相连；所述分相信号传感器(3)的电源输入端与电源(1)的输出端相连，信号输出端与主机(2)的信号输入端相连；所述分相信号传感辅件(8)可悬挂在分相绝缘器(10)前后一定距离的接触线上。
2.根据权利要求1所述的一种电力机车受电弓自动信号装置，其特征在于还包括终端机(7)，其信号输入端与主机(2)的信号输出端相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种电力机车受电弓自动信号装置，其特征在于还包括压力传感器(41、42)，其电源输入端与电源(1)的输出端相连，信号输出端与主机(2)的信号输入端相连。
4.根据权利要求1或2所述的一种电力机车受电弓自动信号装置，其特征在于还包括线偏离信号传感器(61、62、63、64)，其电源输入端与电源(1)的输出端相连，信号输出端与主机(2)的信号输入端相连。
5.根据权利要求1或2所述的一种电力机车受电弓自动信号装置，其特征在于所述电源(1)包括电流互感器(11)和充电回路(12)，充电回路(12)的输入端与电流互感器(11)的输出端相连。
6.根据权利要求1或2所述的一种电力机车受电弓自动信号装置，其特征在于所述分相信号传感器(3)为霍尔传感器。
7.根据权利要求1或2所述的一种电力机车受电弓自动信号装置，其特征在于所述分相信号传感辅件(8)包括永久磁钢(81)和悬挂件(82)，永久磁钢(81)置于悬挂件(82)两侧。
8.根据权利要求3所述的一种电力机车受电弓自动信号装置，其特征在于所述压力传感器(41、42)包括左压力传感器(41)和右压力传感器(42)，所述左压力传感器(41)和右压力传感器(42)的电源输入端分别与电源(1)的输出端相连，信号输出端分别与主机(2)的信号输入端相连。
9.根据权利要求4所述的一种电力机车受电弓自动信号装置，其特征在于所述线偏离信号传感器(61、62、63、64)包括左接触线偏离预警信号传感器(61)和右接触线偏离预警信号传感器(62)，所述左接触线偏离预警信号传感器(61)和右接触线偏离预警信号传感器(62)的电源输入端分别与电源(1)的输出端相连，信号输出端分别与主机(2)的信号输入端相连，所述左接触线偏离预警信号传感器(61)和右接触线偏离预警信号传感器(62)分别为行程开关。
10.根据权利要求9所述的一种电力机车受电弓自动信号装置，其特征在于所述线偏离信号传感器(61、62、63、64)还包括左接触线偏离危险信号传感器(63)和右接触线偏离危险信号传感器(64)，所述左接触线偏离危险信号传感器(63)和右接触线偏离危险信号传感器(64)的电源输入端分别与电源(1)的输出端相连，信号输出端分别与主机(2)的信号输入端相连，所述左接触线偏离危险信号传感器(63)和右接触线偏离危险信号传感器(64)分别为行程开关。
全文摘要
本发明公开一种电力机车受电弓自动信号装置，包括电源、主机、分相信号传感器和分相信号传感辅件；所述主机的电源输入端与电源的输出端相连；所述分相信号传感器的电源输入端与电源的输出端相连，信号输出端与主机的信号输入端相连；所述分相信号传感辅件可悬挂在分相绝缘器前后一定距离的接触线上。由于信号传感只与分相信号传感辅件在接触线上与分相绝缘器的距离有关，可由各机务段根据电力机车的速度和路段自行确定，因此电力机车受电弓自动信号装置的分相距离准确灵活，可以准确、实时提高运行列车在通过分相绝缘器前后需要对主断路器进行断开和闭合的信号；且能够适应我国各地的气候条件，性能稳定可靠。
文档编号B60M3/00GK1810559SQ200510020278
公开日2006年8月2日 申请日期2005年1月24日 优先权日2005年1月24日
发明者段传宗 申请人:谢东阳, 陈榕, 段传宗