СПОСОБ КОНТРОЛЯ КОНТАКТА РЕЛЬСА С КОЛЕСОМ
METHOD OF MONITORING RAIL CONTACT WITH WHEEL

Изобретение относится к способу контроля контакта рельса с колесом железнодорожного транспортного средства.
Целостность колеса является существенной частью безопасной эксплуатации железнодорожных транспортных средств. В частности, в случае высокоскоростных поездов, повреждение колеса должно быть обнаружено заблаговременно, и должны приниматься надлежащие меры противодействия, чтобы избежать проблем безопасности. С другой стороны, избыточная диагностика повреждения колеса может привести к ненужным заменам колес, что влечет за собой затраты на техническое обслуживание, которых можно избежать.
Общеизвестным способом в техническом обслуживании колес является так называемый осмотр проезжающего мимо вагона, когда колеса контролируются во время осмотра проезжающего мимо транспортного средства. Обычно это недостаточно эффективно и приводит к неправильной диагностике, пропуску поврежденных колес и маркировке работоспособных колес для замены.
Более точным методом является использование так называемых колесных детекторов ударной нагрузки (WILD). Такие детекторы состоят из ряда тензодатчиков, приваренных к рельсу, количественно определяющих силы, приложенные к рельсу, на основании математического соотношения между приложенной нагрузкой и прогибом подошвы рельса.
Эта ударная нагрузка, измеренная таким образом, может применяться для структурного мониторинга рабочего состояния колес железнодорожных транспортных средств. В настоящее время предел ударной нагрузки для путевых детекторов установлен Ассоциацией американских железных дорог на 90000 фунтов.
Колеса, вызывающие такие нагрузки, так называемые колеса с высокой ударостойкостью, часто имеют плоские места на их поверхности протектора, известные как плоские площадки (фаски) скольжения. Такие плоские площадки скольжения, как правило, возникают, когда колесо блокируется, в то время как поезд находится в движении, например, из-за включенного ручного тормоза. Другие режимы повреждения, такие как серьезные дефекты в поверхности протектора, также могут возникать в колесах с высокой ударной нагрузкой.
В то время как колеса с высокой ударной нагрузкой в первую очередь вызывают озабоченность в связи с возможностью катастрофической неисправности с последующим крушением, они также важны в экономическом аспекте, так как события высокой ударной нагрузки прикладывают значительную нагрузку (напряжение) к колее. Например, для колес с высокой ударной нагрузкой наблюдалось увеличение темпов роста трещин в поверхности рельсов с коэффициентом 100 по сравнению с условиями без ударной нагрузки, а также они оказывают пагубное влияние на железобетонные шпалы, усиливая зарождение трещин.
К сожалению, нет легко устанавливаемой связи между повреждением колеса и неисправностью. В то время как некоторые колеса с высокой ударной нагрузкой могут оставаться в эксплуатации в течение многих лет без сбоев, другие отказывают почти немедленно. Кроме того, некоторые виды повреждения колеса, такие как нарушение обода и вертикально раздвоенный обод, как правило, происходят на колесах намного ниже предела ударной нагрузки 90000 фунтов.
Поэтому задачей настоящего изобретения является обеспечение способа контроля контакта между колесом железнодорожного транспортного средства и рельсом, который позволяет улучшить обнаружение повреждения колеса.
Эта задача решается способом по пункту 1 формулы изобретения.
Способ, соответствующий изобретению, включает в себя запись вертикального и/или бокового ускорения по меньшей мере одного колеса транспортного средства, сохранение записанного ускорения вместе с ассоциированным угловым положением колеса, идентификацию событий ускорений, превышающих предопределенный параметр, и, для каждого идентифицированного события, классификацию события с использованием вычислительной физической модели колеса.
Другими словами, данные ускорения, которые, как правило, доступны от датчиков, интегрированных в подшипник полуоси, используются для онлайн-мониторинга работоспособности колеса. Ассоциирование записанных данных ускорения с соответствующими угловыми положениями контролируемого колеса позволяет определять точное положение дефекта, вызывающего ускорение, на окружности колеса и, кроме того, определять и классифицировать типы дефектов с помощью физической модели колеса.
Эти методы позволяют операторам железной дороги обнаруживать дефекты колеса, как только они физически проявляются в поведении качения колеса, тем самым значительно увеличивая эксплуатационную безопасность и сокращая затраты на техническое обслуживание за счет минимальной частоты ложноположительных событий обнаружения.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения выполняется частотный анализ событий, ассоциированных с заданными угловыми положениями колеса, и если частота по меньшей мере одного данного события в одном ассоциированном угловом положении превышает предопределенный порог, то колесо проверяется. Это помогает различить однократное событие или редкие события, вызванные, например, дефектами колеи или воздействием постороннего объекта, от действительного повреждения колеса, тем самым дополнительно снижая вероятность ошибочной классификации работоспособного колеса как неисправного.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения вертикальное и/или боковое ускорение колеса сохраняется вместе с ассоциированным географическим положением колеса. Геокодирование событий ускорения, таким образом, позволяет осуществлять одновременный мониторинг работоспособности колеса и колеи, идентифицировать участки колеи, требующие технического обслуживания или проверки. Для получения географических данных может быть использована система GPS.
Также является выгодным вычислять диагональное ускорение из вертикального и бокового ускорений и сохранять его вместе с ассоциированными угловыми и/или географическими положениями. Это сокращает набор данных, который должен обрабатываться и сохраняться.
Ускорение и ассоциированное угловое и/или географическое положение можно сохранять локально в запоминающем устройстве, установленном на поезде. Упомянутые данные могут затем быть считаны и проанализированы во время планового технического обслуживания.
Альтернативно, ускорение и ассоциированное с ним угловое и/или географическое положение может быть передано на блок обработки и хранения данных, внешний по отношению к поезду. Это особенно выгодно, если представляет интерес онлайн-мониторинг работоспособности рельсового пути, так как данные ускорения для заданных географических положений можно контролировать по всему парку поездов в режиме реального времени, представляя все более точную картину состояния рельсового пути.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения события ускорения идентифицируются алгоритмом совпадения образцов (шаблонов). Это обеспечивает возможность точного определения широкого спектра образцов повреждений, которые могут быть точно классифицированы. Более того, совпадение образцов позволяет обнаруживать не являющиеся предопределенными типы дефектов, которые затем могут быть исследованы.
В дальнейшем изобретение и его предпочтительные варианты осуществления будут описаны более детально со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее:
фиг. 1 - схематичное представление колеса железнодорожного транспортного средства с ассоциированными датчиками ускорения и положения колеса;
фиг. 2 - диаграмма потока для варианта осуществления способа согласно изобретению, чтобы определить повреждение колеса;
фиг. 3 - диаграмма потока для варианта осуществления способа согласно изобретению, чтобы дополнительно определить повреждение рельсового пути, и
фиг. 4 - диаграмма потока для варианта осуществления способа согласно изобретению для одновременного определения повреждения колеса и рельсового пути.
Для наблюдения своего состояния железнодорожное колесо 10 имеет присоединенные датчики 12, 14 для измерения ускорения колеса и углового положения соответственно.
Кривая 16, показанная на фиг. 2, представляет собой ход вибраций колеса - как измерено с помощью акселерометра 12 - во времени. Вместе с кривой 18, представляющей угловое положение колеса 10, эти данные служат основой для определения повреждения колеса. Методы совпадения образцов используются для обнаруженных событий 20 воздействия (удара) в пределах кривой 16 вибраций, которые превышают определенные заданные параметры. В комбинации с физической моделью 22 колеса такие события 20 можно классифицировать, например, для типа неисправности и затем анализировать с использованием статистических данных частоты, как показано на диаграмме 24. Если частота определенного типа события, ассоциированного с определенным углом поворота колеса 10, превышает пороговое значение, то требуется техническое обслуживание для соответствующего колеса.
Как показано на фиг. 3, такой анализ может быть выполнен не только для колеса 10, но также и для рельсового пути 11, по которому катится упомянутое колесо. Для этого события 20 воздействия анализируются не только в зависимости от углового положения колеса, но и дополнительно в зависимости от географического положения, определяемого клиентом 26 глобальной системы позиционирования. Частотный анализ затем выполняется для графического представления частоты событий по отношению к географическому положению на рельсовом пути, как визуализируется на диаграмме 28. Если частота событий воздействия превышает определенный порог для конкретного сегмента рельсового пути, то этот сегмент будет маркирован для проверки.
Фиг. 4 показывает, наконец, интегрированное представление всей системы, содержащей устройство 30 записи и мониторинга основанных на транспортном средстве данных, которое записывает и сохраняет данные ускорения от колес 10 и передает эти данные в физическую модель 22. При обнаружении возможного повреждения колеса предупреждающий сигнал 32 генерируется и представляется машинисту поезда.
Отдельная железнодорожная система 34 мониторинга также получает обработанные события воздействия из физической модели 32 и коррелирует их с географическими данными, полученными от GPS приемника 26. В зависимости от текущих потребностей система 34 генерирует список 36 сегментов рельсового пути, для которых предполагается наличие дефектов.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
10 колесо
11 рельсовый путь
12 акселерометр
14 датчик углового положения
16 кривая
18 кривая
20 событие
22 модель
24 частотный анализ
26 GPS приемник
28 частотный анализ
30 блок записи и сохранения
32 предупреждающий сигнал
34 железнодорожная система мониторинга
36 список