УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ

Устройство относится к технике железнодорожного транспорта и предназначено для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути.
Известны устройства для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути. К ним относится, например, носимое устройство для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути, обеспечивающее измерение, регистрацию и цифровую индикацию пройденного пути, ширины рельсовой колеи (шаблона) и взаимного превышения одной рельсовой нити относительно другой (уровня) в процессе ремонтно-восстановительных работ и эксплуатации железнодорожного пути. Обеспечивается последующая обработка на персональном компьютере полученной с помощью устройства информации. (Путевые машины. Труды 1-й научно - практической конференции Министерства путей сообщения РФ, Департамент пути и сооружений, ГУП Калужский завод "Ремпутьмаш". - Калуга: Из-во АКФ "Политоп", 2002, стр.181).
При всех достоинствах этого устройства следует отметить его недостаток - ограниченные функциональные возможности, в частности, оно не обеспечивает измерение продольного профиля пути, профиля пути в плане, стрел изгиба рельсов железнодорожного пути и т.д., требует дополнительной обработки полученной информации.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является устройство для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути, содержащее ходовую тележку, включающую опорное колесо и расположенные на одной оси над одной из рельсовых нитей первое и второе измерительные колеса и мерное колесо, при этом опорное колесо связано с измерительными колесами установленной под углом 90˚ относительно направления движения штангой, на которой установлен датчик ширины колеи, на мерном колесе смонтирован датчик пути, на оси, связывающей измерительные колеса, установлен курсокреноуказатель, а выходы датчиков пути и ширины колеи и курсокреноуказателя связаны через контроллер с компьютером. Это известное устройство (Патент РФ на изобретение №2261302 от 17.04.2003 г, 7МКИ Е01В 35/00) принято за прототип.
Далее в приведенной выше формуле прототипа используются эквивалентные признаки: вместо признаков "опорное колесо" "и расположенные на одной оси над одной из рельсовых нитей первое и второе измерительные колеса и мерное колесо" - признаки "первая и вторая рельсовые тележки, оснащенные колесами", в частности, чтобы исключить вероятностью заклинивания "опорного колеса", которое, по сути, выполняет функцию рельсовой тележки; вместо признака "установленная под углом 900 относительно направления движения штангой - признак "телескопическая траверса", т.к. отсутствие признака "телескопическая" исключает возможность функционирования "датчика ширины колеи"; вместо признака "датчик ширины колеи" - признак "датчик ширины рельсовой колеи"; вместо признака "курсокреноуказатель" - признаки "датчики крена и тангажа".
При всех достоинствах этого устройства следует отметить его недостатки - низкие эксплуатационные характеристики курсокреноуказателя (большие масса, размеры и энергопотребление, затраты времени на разгон и остановку гироскопов, выставку исходных значений измеряемых параметров, необходимость коррекции погрешностей в процессе работы, очень высокая стоимость и т.д.), пониженная точность косвенных измерений ряда параметров рельсовой колеи железнодорожного пути.
Техническим результатом, на достижение которого направлено создание предлагаемого устройства, является устранение этих недостатков прототипа, т.е., упрощение, снижение себестоимости изготовления и повышение точности устройства.
Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути, содержащее первую и вторую рельсовые тележки, оснащенные колесами и соединенные телескопической траверсой, на которой установлен датчик ширины рельсовой колеи, одно из колес связано с датчиком пути, на первой рельсовой тележке установлены датчики крена и тангажа, а выходы датчиков связаны через контроллеры с компьютером, - в устройство введены датчики расстояния до рельса, второй датчик тангажа, датчик угловой скорости курса и трансивер, телескопическая траверса снабжена быстроразъемными электрическими и механическими соединителями, один из которых имеет три степени свободы, на каждой рельсовой тележке вдоль поверхности катания рельса установлены три датчика дальности до рельса, а один датчик дальности до рельса установлен относительно боковой рабочей поверхности рельса, второй датчик тангажа и датчик угловой скорости курса установлены на второй рельсовой тележке, причем, компьютер выполнен носимым и связан с контроллерами через трансивер.
На фигуре представлена конструктивная схема устройства.
С целью упрощения восприятия графики фигуры (вид сверху) ряд конструктивных элементов устройства, не имеющих для него принципиального значения (узлы крепления, ручка оператора, подвески колес, кабельная сеть, аккумуляторы и т.п.) выполнены упрощенно, либо условно не показаны.
Для рассмотрения принципа работы устройства введем левую систему координат, в которой ось 0Х - ось крена и направление движения устройства, ось 0Y - ось тангажа и ось 0Z - ось курса. Оси 0Х и 0Y лежат параллельно плоскости горизонта. Соответственно, поворот устройства вокруг оси 0Х будем называть креном, вокруг оси 0Y - тангажем, вокруг оси 0Z - курсом. Устройство во время штатной работы передвигают с помощью ручки оператора (условно не показана).
"Устройство для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути" (далее возможно использование термина "устройство") состоит (см. фигуру) из первой рельсовой тележки 1 (РТ1) и второй рельсовой тележки 2 (РТ2), которые соединены с помощью телескопической траверсы (ТТ) 3 посредством быстроразъемных жестких соединений (условно не показаны). Телескопическая траверса ТТ 3 имеет степени свободы вокруг осей Y, Z и вдоль оси Y, например, в районе сочленения с РТ1 (в сечении АА на фигуре). Для обеспечения требуемой жесткости быстроразъемного жесткого соединения со стороны РТ2 в реальной конструкции возможно применение подкоса 4 на ТТ 3.
Также в устройство функционально входит носимый компьютер 5 (например, типа "ноутбук"), который снабжен трансивером (приемопередатчик радиолинии связи с электрическими узлами устройства, входящий в стандартную комплектацию ноутбука).
На РТ1 и РТ2 установлены основные узлы конструкции и электрической схемы устройства (часть их условно не показана). На концах РТ1 и РТ2 по схеме «велосипед» установлены колеса 6, 7 (на РТ1) и 8,9 (на РТ2). Рельсовые нити условно показаны штрих - пунктирными линиями. Поверхности контактирования колес РТ1 и РТ2 с рельсом (с учетом его подуклонки) соответствуют поверхностям контактирования колес подвижного состава. С колесом 9 сопряжен датчик пути 10, который установлен на РТ2.
Датчики расстояний до рельса (ДРР) 11, 12, 13 (установлены на РТ1) и ДРР 14, 15, 16 (установлены на РТ2) расположены вдоль поверхности качения рельса. Эти датчики на фигуре изображены пунктиром, т.к. установлены со стороны рельсов.
ДРР 17 (установлен на РТ1) и ДРР 18 (установлен на РТ2) расположены относительно боковой рабочей поверхности рельса. ДРР 17, ДРР 18 расположены ниже ТТ3 и поэтому изображены на фигуре пунктиром.
Датчик угла тангажа ДУТ 19 установлен на РТ1, а ДУТ 20 - на РТ2. На РТ2 установлен также датчик угла крена (ДУК) 21 и датчик угловой скорости курса (ДУСК) 22, ось чувствительности которого параллельна оси Z (если условная плоскость, лежащая на точках контактирования колес 6, 7, 8, 9 с рельсами, параллельна плоскости X0Y). ДУТ 19, 20 и ДУК 21 выполнены, например, на основе акселерометров. На РТ2 установлен первый контроллер 23. На РТ1 установлены второй контроллер 24 и трансивер 25 с антенной. Антенна трансивера 25 и аккумуляторы, предназначенные для электропитания устройства, на фигуре условно не показаны.
ТТ 3 и РТ 1 механически сопряжены по взаимному линейному перемещению с помощью, например, подпружиненного телескопического соединения (степень свободы вдоль оси Y). Их положение относительно друг друга может быть определено с помощью датчика ширины рельсовой колеи (ДШ) 26 (на фигуре это механическое сопряжение показано жирным пунктиром).
Электрические кабели (на фигуре условно не показаны) между РТ1, РТ2 и ТТ 3 снабжены быстроразъемными электрическими соединителями.
"Устройство для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути" работает следующим образом.
Оператор и его помощник устанавливают устройство на рельсы железнодорожного пути и приводят его в рабочее положение, включают электропитание устройства и носимого компьютера 5, проверяют исходное состояние оборудования, вводят требуемые исходные (начальные) данные в носимый компьютер 5 и приступают к работе. В процессе работы устройство толкают по рельсам пути с помощью ручки оператора (на фигуре условно не показана).
"Устройство для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути" позволяет измерять и документировать в привязке к пути следующие нормативные параметры железнодорожного пути:
- расстояние по информации датчика пути 10;
- скорость движения по информации датчика пути 10;
- время;
- ширину рельсовой колеи (шаблон) по информации датчика ширины рельсовой колеи 26 телескопической траверсы 3 и датчиков расстояний до рельса 17 (установлен на РТ1), 18 (установлен на РТ2);
- взаимное положение рельсовых нитей по высоте (уровень) по информации датчика угла крена 21 и датчика ширины рельсовой колеи 26;
- стрелы изгиба рельсовых нитей в вертикальной плоскости (просадки) и продольный профиль пути по информации датчиков углов тангажа 19, 20, датчиков расстояний до рельса 11, 12, 13 (установлены на РТ1) и датчиков расстояний до рельса 14, 15, 16 (установлены на РТ2);
- стрелы изгиба рельсовых нитей в горизонтальной плоскости (рихтовки) и профиль пути в плане по информации датчика угловой скорости курса 22, датчиков расстояний до рельса 17 (установлен на РТ1) и датчиков расстояний до рельса 18 (установлен на РТ2);
Датчик пути 10 вырабатывает сигналы, пропорциональные скорости движения устройства и пройденного им пути. Носимый компьютер 5 посредством трансивера 25 производит синхронизацию работы аппаратуры РТ 1, РТ 2 и ТТ 3, окончательную обработку информации, получаемой от первого контроллера 23 и второго контроллера 24, ее индикацию, хранение и выдачу, при необходимости, и в реальном времени.
Таким образом, предлагаемое "Устройство для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути" обеспечивает автоматическое измерение нормативных параметров пути.
Проведя анализ уровня техники по научно - техническим источникам информации, заявитель не обнаружил аналог с признаками, идентичными признакам заявляемой полезной модели "Устройство для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути". Анализу предшествовал поиск и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемой полезной модели.
Выбранный прототип позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявляемом устройстве, изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, заявляемая полезная модель "Устройство для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути " соответствует критерию "новизна".
Критерий "промышленная применимость" заявляемого "Устройства для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути" подтверждается его потенциальной эффективностью - оно в сравнении с прототипом имеет более низкую себестоимости изготовления и повышенную точности, т.к., в частности, не имеет курсокреноуказателя.