Путеизмерительная тележка унифицированная

При эксплуатации железных дорог в России, ввиду ее не только климатических особенностей, но и значительной протяженности пути, весьма актуальным является вопрос обеспечения надежности средств измерений для диагностики пути. Особенно остро стоит вопрос с парком съемных инструментов, работа с которыми требует предварительного перемещения оператором их вручную на значительное расстояние. При этом измерительные устройства требуют к себе бережного обращения, поскольку их составляющие, точные электромеханические датчики и системы, слабо защищены от механических воздействий при падении, ударах. Надежность устройства в эксплуатации определяется, как правило, качеством составляющих его компонентов, соединений между ними и защищенностью от воздействий окружающей среды при соблюдении правил эксплуатации. В случае, когда в эксплуатации находится множество однотипных путеизмерительных тележек, немаловажным является аспект унификации (взаимозаменяемости) отдельных блоков без ухудшения точности измерений. То есть при невозможности самостоятельного ремонта вышедшего из строя блока его, как правило, не отделяют, а направляют на завод-изготовитель весь комплекс. Указанный недостаток влияет на график проверки пути, вынуждает эксплуатировать в предельных режимах работоспособное оборудование, что ведет к его повышенному износу.
Известно устройство для контроля рельсовой колеи - путеизмерительная тележка ПТ-7МК, предназначенное для контроля, регистрации и цифровой индикации значений текущей координаты, ширины рельсовой колеи (шаблона) и взаимного превышения одной рельсовой нити относительно другой (уровня) железнодорожного пути. Аппаратура тележки включает в себя датчик пройденного пути, датчик ширины колеи, датчик уровня рельсовых нитей. Для запоминания, анализа и индикации показаний датчиков используется микропроцессорный регистратор с тремя четырехзначными цифровыми табло. Накопленные данные переписываются в персональный компьютер (ПК). С использованием ПК и программы расшифровки измерений ширины колеи и уровня, а также расшифровки отметок неисправностей пути «WayMetr» производится дальнейшая обработка и вывод на печать (Путевые машины. Труды 1-й научно-практической конференции: Министерство путей сообщения РФ, Департамент пути и сооружений, ГУП Калужский завод «Ремпутьмаш». - Калуга: Изд-во АКФ «Политоп», 2002. - 212 с., стр.181.)
При изучении описания тележки и блок-схемы к ней выявлен существенный недостаток, а именно электронный блок индикации с памятью (микропроцессорный регистратор) для передачи данных в ПК должен быть отсоединен от датчиков, что в свою очередь влечет износ много контактного разъемного соединения, при плохом сочленении последнего ведет к увеличению погрешности измерений либо выходу датчиков из строя.
Известна путеизмерительная тележка, содержащая раму, опирающуюся на колеса для установки на рельсы, ручку и индикаторы положения пути и ширины колеи, при этом рама снабжена штоком, а датчик пройденного пути установлен на колесе, где в балку штока введен шарнир для независимого поворота балки с колесами относительно вертикальной оси, перпендикулярной плоскости рельсовых нитей, а диски колес выполнены с возможностью их независимого вращения вдоль оси пути [Патент РФ №52866, МПК Е01В 35/00, опубл. 27.04.2006 г.].
Указанная тележка является модификацией ПТ-7МК, причем изменения коснулись механической составляющей тележки, в частности добавлен шарнир и видоизменено колесо датчика пройденного пути. Недостатки тележки аналогичны недостаткам ПТ-7МК.
Известен комплекс натурного осмотра пути (АКНОП), состоящий из тележки путеизмерительной ПТ7-МК, карманного компьютера. Принцип действия комплекса состоит в съеме измерительной информации с датчиков, обработке ее микропроцессором, индикации на дисплее комплекса и сохранении в памяти для последующей обработки. [ООО «Твема», Государственный Реестр Средств Измерений №39646-08].
Достоинством Комплекса является наличие карманного компьютера, связанного с микропроцессорным регистратором по беспроводному интерфейсу, что позволяет регистрировать и анализировать данные на экране компьютера, приобщать фотографии, делать отметки неисправностей пути непосредственно на месте проведения работ.
Недостатками комплекса являются все те же недостатки, присущие ПТ-7МК, а также повышенное энергопотребление ввиду одновременной работы устройства индикации в регистраторе и модуля радиосвязи с карманным компьютером. Температурный прогрев регистратора неизбежно вносит погрешность в измерения уровня, поскольку датчик уровня и АЦП находятся в разных блоках, что требует времени для выхода в установившийся режим. Для заряда блока регистратора ПТ-7МК необходимо отсоединить его от датчиков тележки.
Известен также путеизмерительный комплекс ПТ9, содержащий съемную рельсовую тележку, размещенное на ней устройство позиционирования, путеизмерительное оборудование для измерения текущей координаты пути, ширины рельсовой колеи, взаимного положения рельсовых нитей по высоте, систему анализа параметров пути и интерфейс передачи данных через адаптер связи с внешней компьютерной базой данных, комплекс снабжен автоматическим устройством измерения стрел изгиба рельсовых нитей в горизонтальной плоскости и размещенным на рельсовой тележке программно-аналитическим устройством, состоящим из блока регистрации результатов измерений, блока обнаружения отступлений параметров пути от заданных норм, блока цифровой индикации и графической визуализации значений регистрируемых параметров пути в процессе движения в реальном времени непосредственно на месте контроля с указанием выявленных отступлений от заданных норм и отметок неисправностей пути с возможностью голосового комментария каждой отметки, а также блока памяти результатов измерения параметров пути [Патент РФ №2438902, МПК В61К 9/08, опубл. 10.01.2012 г.].
Достоинством ПТ9 является существенное расширение функциональных возможностей выраженных в повышении качества измерения параметров пути, их анализе и визуализации непосредственно на контролируемом участке, а также наличием устройства позиционирования, обеспечивающего привязку координаты GPS к результатам измерений датчиков в программно-аналитическом устройстве.
Недостатком, согласно описанию и функциональной схеме, указанного устройства, является обработка каждой измеренной величины, микропроцессором программно-аналитического устройства (регистратором). Таким образом, сущность измерения физических величин уровня, ширины, длины пути (расстояния) аналогична ПТ-7МК, со свойственными последней недостатками.
Прототипом заявленного технического решения является устройство для измерения геометрических параметров железнодорожных рельсов, включающее рельсовую тележку, в состав которой входят рама со складывающейся ручкой оператора, на которой установлены колеса, узлы прижатия колес, соединенные с блоком предварительной обработки сигналов, датчики, в том числе датчик одометра, вторичный источник питания с электрическим соединителем для подключения к сети электрического тока, который в свою очередь подключен к аккумулятору, при этом в устройство введена носимая ЭВМ, подключенная к блоку предварительной обработки сигналов [Патент РФ №62612, МПК Е01В 35/00, опубл. 27.04.2007 г.].
Достоинством указанного устройства является наличие блока предварительной обработки сигналов с датчиков и носимой ЭВМ.
К существенным недостаткам следует отнести невозможность измерения взаимного превышения одной рельсовой нити относительно другой (уровня), что не позволяет в полной мере оценить техническое состояние железнодорожного пути.
Технической задачей, на решение которой направлено описанное в заявке решение, является повышение точности измерений, надежности, а также достижение унификации при эксплуатации путеизмерительной тележки, в частности при проведении контроля железнодорожных рельсов, уложенных в путь.
Поставленная техническая задача решается тем, что путеизмерительная тележка содержащая полую раму, опирающуюся на колеса для установки на рельсы, ручку, путевой сигнал, блок регистрации, расшифровки и индикации (РРИ), установленные в раме датчики положения рельсовых нитей (уровня), ширины рельсовой колеи (шаблона), раму с подпружиненным выдвигающимся штоком, датчик пройденного пути установлен в колесе, согласно предложенному решению, дополнительно снабжена блоком цифровой обработки сигналов (ЦОС), размещенным непосредственно в раме тележки, который имеет интерфейсный модуль с проводным интерфейсом и/или беспроводным интерфейсным модулем, датчики определенным образом подключены к блоку ЦОС, блок аккумуляторной батареи выполнен съемным.
Технический результат, достигаемый реализацией заявленной совокупности существенных признаков, состоит в увеличении точности измерений, надежности, а также в унификации при эксплуатации путеизмерительной тележки благодаря преобразованию, цифровой обработке сигналов в непосредственной близости от датчиков и передаче данных в цифровом виде посредством интерфейсного модуля для дальнейшей их регистрации, расшифровки и индикации, что повышает безопасность железнодорожного движения.
Механизм достижения технического результата состоит в том, что заявленная цифровая обработка сигналов с датчиков в непосредственной близости от них, то есть преобразование аналоговых сигналов в цифровой вид, усреднение, коррекция линейности, нуля и диапазона измерений, с сохранением в энергонезависимой памяти коэффициентов, передача сигналов в цифровой форме посредством интерфейсного модуля, позволяет уменьшить число разъемных соединений, защитить блок ЦОС от негативного воздействия окружающей среды, а также датчики от некачественного контакта в разъеме, тем самым значительно повысить точность измерений и надежность устройства. Передача цифровых сигналов блоком ЦОС позволяет метрологически обеспечить путеизмерительную тележку как измерительный инструмент при работе с использованием различных по функциональности устройств РРИ. Таким образом, обеспечивается унификация путеизмерительной тележки, что позволяет использовать в качестве блока РРИ стандартные покупные изделия (мобильные планшетные компьютеры). Точность измерения длины пройденного пути дополнительно повышается при использовании в заявленном техническом решении модуля приема сигналов географической координаты ГЛОНАСС/GPS с последующей обработкой, привязкой их в блоке ЦОС к измеренным датчиками сигналам. Использование входных цифровых сигналов специальным программным обеспечением с базой данных, в блоке РРИ, положительно влияет на дальнейшее выявление отступлений параметров пути от заданных норм.
Заявленное техническое решение представляет собой устройство, предназначенное для измерения, контроля и выявления отклонений от проектных норм железнодорожного пути при его перемещении посредством колес, для обеспечения безопасности железнодорожного движения.
При анализе уровня техники, опубликованной информации в научно-технических источниках не установлено наличие отличительных признаков, идентичных существенным признакам, описанным в настоящей заявке на полезную модель.
Сущность нового технического решения поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображен условно общий вид путеизмерительной тележки;
на фиг.2 изображена функциональная схема путеизмерительной тележки унифицированной с возможностью последующей регистрации, индикации и расшифровки;
Путеизмерительная тележка унифицированная выполнена в виде съемной рельсовой тележки, содержащей полую раму 1, опирающуюся на колеса 2 для установки на рельсы, шарнирно закрепленную ручку 3 для транспортировки, блок РРИ 4, установленные в раме датчики положения рельсовых нитей (уровня) 5, ширины (шаблона) рельсовой колеи 6, раму с подпружиненным выдвигающимся штоком 7, прижимающую колеса 2 к рельсам, датчик пройденного пути 8 установлен в оси колеса 2. Внутри рамы тележки размещен блок ЦОС 9 с проводным 10 и беспроводным интерфейсным модулем 11, к блоку ЦОС определенным образом подключены (см. фиг.2) датчики 5, 6, 8, модуль приема сигналов ГЛОНАСС/GPS 14, а также съемный блок аккумуляторной батареи 12. Для ограждения, при проведении путевых работ, служит путевой сигнал 13 съемного типа, преимущественно сверху которого в обрезиненном кожухе расположен модуль приема сигналов ГЛОНАСС/GPS 14.
Модуль приема сигналов ГЛОНАСС/GPS 14 осуществляет прием сигналов со спутников и выдает в цифровом виде данные в блок ЦОС 9. Имеет малый вес, что позволило расположить его в кожухе путевого сигнала 13. Путевой сигнал 13 выполнен активным, в виде проблескового маяка на сверхярких светодиодах, в частности при эксплуатации в широтах с продолжительным темным временем суток. Питание путевого сигнала 13 и модуля приема сигналов ГЛОНАСС/GPS 14 осуществляется от блока ЦОС 9 посредством собственного разъемного соединения. Путевой сигнал 13 может быть пассивным (флаг, отражатель модуля приема сигналов ГЛОНАСС/GPS 14 отсутствовать).
Съемный блок аккумуляторной батареи 12 содержит цепи защиты, а также индикацию оставшейся емкости. Размещен преимущественно в раме, вблизи колеса с датчиком пройденного пути 8, своим весом обеспечивает лучший прижим, устраняет проскальзывание измерительного колеса 2 по рельсу.
Датчик пройденного пути 8 представляет собой энкодер и включает два датчиках Холла. Датчики размещены на печатной плате, на небольшом расстоянии друг от друга, в оси измерительного колеса 2. В ступице колеса, на разнесенных по оси окружностях, со смещением на угол 90 градусов, находятся два магнита. Вращение магнитов со ступицей колеса обеспечивает формирование датчиками холла двух последовательностей импульсов, сдвинутых относительно друг друга на четверть периода, анализируя которые центральное процессорное устройство (ЦПУ) 15 блока ЦОС 9 определяет направление вращения и пройденное расстояние.
Датчик ширины рельсовой колеи 6 содержит три магнито-резистивных датчика, расположенных на печатной плате таким образом, что при перемещении штока 7, ось датчика с рисками перемещается вдоль датчиков. Магнито-резистивные датчики формируют две последовательности импульсов, сдвинутых относительно друг друга на четверть периода, а также импульс крайнего положения (маркер), анализируя которые ЦПУ 15 вычисляет ширину колеи. Для периода рисок, равного 4 мм, один отсчет составит 1 мм.
В качестве датчика взаимного положения рельсов, уложенных в путь (уровня), используется датчик линейных ускорений 5 (акселерометр, ДЛУСДМ-3), выходной сигнал - ток, преобразуется в напряжение, которое после приведения измеряется аналогово-цифровым преобразователем (условно не показан) и/или ЦПУ 15 блока ЦОС 9. Датчик 5 неподвижно закреплен на раме 1 тележки. Для питания датчика 5 применен источник вторичного питания. Блок ЦОС 9 содержит источники вторичного питания аналоговой и цифровой части, ЦПУ, буферную память 17, проводной и/или беспроводной интерфейсный модули 10, 11, а также может включать часы реального времени, датчик температуры. Для звукового оповещения оператора путеизмерительная тележка унифицированная может включать блок звукового оповещения 18.
Работает путеизмерительная тележка унифицированная следующим образом.
При включении питания устройства происходит инициализация и самодиагностика блоков и модулей, его составляющих, выводится сообщение об их исправности, точном времени, и уровне заряда батарей. Блок РРИ 4, в работе, подключен к блоку ЦОС 9 посредством проводного интерфейса, обеспечивает электрической энергией блок ЦОС 9, в том числе датчики 5, 6, 8, модуль приема сигналов ГЛОНАСС/GPS 14, путевой сигнал 13, подключенные к нему, фиксируется на борту рамы 1 путеизмерительной тележки, а также может использовать электрическую энергию блока аккумуляторной (резервной) батареи тележки. При установке тележки на путь измеренные датчиками 5, 6, 8, модулем приема сигналов ГЛОНАСС/GPS 14 сигналы обрабатываются в цифровом виде ЦПУ блока ЦОС 9 и передается в блок РРИ 4, например мобильный планшетный компьютер (МПК). Встроенные часы реального времени (условно не показаны) блока РРИ 4 (МПК) корректируются на основании данных модуля приема сигналов ГЛОНАСС/GPS 14. При перемещении путеизмерительной тележки унифицированной производятся расшифровка, сравнение и анализ принятых данных, а также индикация значений и отступлений от проектных норм базы данных (паспорта пути). В случае необходимости, например, произвести фото-, видеосъемку неисправности рельсового пути, блок РРИ 4 (МПК) отсоединяется посредством быстросъемного соединения (разъем условно не показан) и перемещается на необходимое расстояние, при этом передача данных, из блока ЦОС 9 в блок РРИ 4, обеспечивается посредством модуля беспроводной передачи данных 16 и беспроводного интерфейсного модуля 11 блока ЦОС 9. Питание блока РРИ 4 (МПК) в этом случае может осуществляться от встроенной аккумуляторной батареи, а блока ЦОС, в том числе датчиков подключенных к нему, от блока аккумуляторной батареи тележки 12. При установке блока РРИ 4 на штатное место, незадействованные потребители, такие как беспроводной интерфейсный модуль 11 блока ЦОС 9, отключаются с целью экономии электрической энергии. В случае нарушения передачи данных между блоком ЦОС 9 и блоком РРИ 4, а равно с неустановленным беспроводным интерфейсным модулем 11, информация накапливается в буферной (энергонезависимой); памяти 17 блока ЦОС 9. При установлении связи накопленные данные переписывается в блок РРИ. В случае неустановленного или разряженного блока аккумуляторной батареи 12 питание блока ЦОС 9, а также датчиков 5, 6, 8, модуля приема сигналов ГЛОНАСС/GPS 14, путевого сигнала 13, осуществляется от встроенной аккумуляторной батареи блока РРИ 4. Работоспособность устройства возобновляется после временного отсоединения блока РРИ 4 от блока ЦОС 9. Блок ЦОС 9 может иметь уникальный заводской номер, используемый блоком РРИ 4 при идентификации данных. Заряд блока аккумуляторной батареи 12 (при ее наличии) производится посредством разъемного соединения проводного интерфейса 10 блока ЦОС 9.
Таким образом, основные достоинства предложенного технического решения заключаются в следующем:
1. Блок цифровой обработки сигналов размещен в непосредственной близости от датчиков и защищен от влияния помех, негативных факторов окружающей среды и постороннего вмешательства;
2. Данные от блока ЦОС передаются в блок РРИ в цифровом виде с возможностью определения их достоверности.
3. Количество разъемных цепей снижено до трех, где два используются для обеспечения энергией от источника питания, третий - обмен данными, либо четырех, где третий и четвертый используются для обмена данными.
4. Устройство унифицировано и может быть метрологически обеспечено, что позволяет к путеизмерительной тележке подключать многофункциональные РРИ, мобильные планшетные компьютеры.
Устройство осуществляет диагностику железнодорожных рельсов, уложенных в путь, в частности при контроле первичных параметров пути, обеспечивает повышенную точность измерений, обладает надежностью и унифицировано, что положительно влияет на обеспечение безопасности железнодорожного движения.
Предложенное устройство может быть использовано для обеспечения безопасности железнодорожного движения в сети российских и зарубежных железных дорог.