УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ РЕЛЬСОВЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ С ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ДИНАМИКОЙ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, в частности к устройствам для измерения пространственных перемещений кузова рельсового транспортного средства при его движении в составе поезда, и может быть использована для автоматического дистанционного обнаружения рельсовых транспортных средств с отрицательной динамикой.
Известно (см., например, Вершинский С.В. Динамика вагона. - М., 1991 г., стр.5, 337-339; Лысюк B.C. Причины и механизм схода колеса с рельса. Проблема износа колес и рельсов. - М., 2002 г.), что динамика пространственных перемещений кузова транспортного средства в процессе движения в значительной степени определяется техническим состоянием его ходовых частей. В частности, любые неисправности деталей ходовых частей, в том числе и нарушения геометрии колес, обуславливают рост амплитуды поперечных перемещений кузова, что, в свою очередь, интенсифицирует процесс износа гребней колесных пар и головок рельса и снижает устойчивость вагона. Своевременное выявление и последующий вывод из эксплуатации вагонов, амплитуда поперечных колебаний которых во время движения превышает установленные нормы (так называемые вагоны с отрицательной динамикой) является важной составляющей системы обеспечения безопасности движения на предприятиях МПС.
Известно устройство (RU, авт. свидетельство №1014783, МПК В 61 К 9/02, 1983 г.) для определения пространственных перемещений кузова вагона, содержащее установленные на полу последнего акселерометры горизонтальных и вертикальных ускорений и блоки измерения горизонтальных, вертикальных и продольных углов поворота кузова, подсоединенные к схеме регистрации и обработки данных, с выходов которой снимаются сигналы, пропорциональные горизонтальным и вертикальным перемещениям габаритных точек вагона.
Основные недостатки известного устройства - контактный способ съема информации, необходимость установки аппаратуры непосредственно на транспортном средстве, обязательность присутствия оператора при проведении измерений, отсутствие предпосылок для автоматизации процесса контроля исключают возможность его широкого
применения для дистанционного исследования динамики вагонов непосредственно в процессе их эксплуатации.
Для решения указанной задачи более перспективны устройства типа оптических дистанционных дальномеров.
Известно, например, (RU, патент №2085836, МПК G 01 B 11/00, 1997 г.) устройство для бесконтактного измерения расстояния до поверхности, содержащее лазер, луч которого направлен под углом к поверхности, смещенный относительно лазера на базовое расстояние приемник излучения, состоящий из фокусирующей системы с линейкой фотоприемников, формирователь сигнала дальности, электрически связанный с линейкой и управляющий блоком индикации.
Известное устройство малопригодно для измерения расстояний до движущихся поверхностей со сложным рельефом и различной отражающей способностью, таких, например, как поверхности вагонов, так как в указанном случае результаты измерений искажаются за счет пространственно - яркостной модуляции изображения лазерного пятна на линейке.
Известно устройство для измерения дальности (RU, патент №2091711, МПК G 01 C 3/00, 1997 г.), содержащее импульсный лазер, луч которого направлен перпендикулярно поверхности, блок регистрации отраженного излучения, размещенный на оси пучка и включающий диафрагму с двумя разнесенными на базовое расстояние отверстиями, оптически сопряженными посредством оптических клиньев с объективом, матрицу фотоприемников и электрически связанный с матрицей блок управления и обработки, выполненный на базе компьютера.
В известном устройстве луч лазера посредством установленного перед блоком регистрации отражателя направляется перпендикулярно поверхности. Отраженный от поверхности свет посредством расположенных на заданном базисе диафрагменных отверстий делится на два луча, изображения которых формируются на матрице фотоприемников. Система юстируется и калибруется так, что расстояние между изображениями двух световых пятен на матрице пропорционально расстоянию до поверхности. Блок обработки по заданной программе считывает изображения с матрицы, определяет расстояние между их центрами и формирует соответствующий сигнал дальности, который затем в той или иной форме индицируется как расстояние до поверхности.
В известном устройстве, измеряемой величиной является разностная величина -расстояние между двумя световыми пятнами на матрице. Вследствие симметрии системы и одномоментности процесса считывания координат пятен с матрицы пространственно-яркостная
модуляция отраженного от поверхности света мало сказывается на результатах измерения, что выгодно отличает известное устройство от вышеописанного аналога по патенту №2091711.
Вместе с тем, конструктивная сложность блока регистрации, высокие требования к точности его юстировки и настройки, необходимость выполнения трудоемкой и длительной калибровки системы при смене диапазона измерений являются существенными недостатками известного устройства.
Задачей предлагаемого технического решения, является разработка автоматизированной системы дистанционного обнаружения рельсовых транспортных средств с отрицательной динамикой в процессе их эксплуатации путем измерения пространственных перемещений кузова транспортного средства во время движения последнего.
Ожидаемые технические результаты - обнаружение в процессе эксплуатации вагонов с неисправностями ходовой части, вызывающими интенсивный износ колесных пар и головок рельса, повышение достоверности и производительности обследования, техническое обеспечение возможности сплошного контроля рельсовых транспортных средств МГТС, повышение безопасности движения на предприятиях МПС.
Технические результаты достигаются за счет того, что в устройство для обнаружения рельсовых транспортных средств с отрицательной динамикой, содержащее лазер, блок регистрации и блок обработки информации, управления и индикации, введены второй лазер, образующий совместно с первым блок лазерных маркеров, блок запуска с датчиком положения колеса, блок синхронизации и блок подсчета осей и вагонов, при этом лазеры установлены на заданной базе так, что их оптические оси направлены встречно и под углом к поверхности объекта, блок регистрации выполнен на основе цифровой телекамеры и установлен посредине между лазерами так, что его оптическая ось перпендикулярна поверхности объекта, блок запуска соединен по входу с устройством подсчета осей и вагонов, а по выходам - с блоком лазерных маркеров и блоком синхронизации, первый выход которого соединен с блоком регистрации и вторым входом блока лазерных маркеров, а второй - с устройством подсчета осей и вагонов, выход которого соединен с первым входом блока обработки, ко второму входу которого подсоединен выход блока регистрации.
Блок управления, обработки информации и индикации выполнен на базе компьютера.
На фиг.1 представлена геометрия измерений, на фиг.2 - структурно-функциональная схема устройства.
Устройство содержит блок лазерных маркеров 1 с лазерами 2 и 3, телекамеру 4, блок запуска 5 с датчиком положения колеса 6, блок синхронизации 7, устройство подсчета осей и вагонов 8, блок обработки информации и управления 9.
На фиг.1 обозначены: участок пути - 10, объект обследования - 11, h - база лазерных маркеров, α - угол наклона осей лазеров, L - расстояние до объекта, d - расстояние между лазерными маркерами.
Устройство работает следующим образом.
макс
мин
макс
мин
В момент вхождения первой колесной пары транспортного средства в зону диагностики срабатывает электромагнитный датчик 6, по сигналу которого запускается блок синхронизации 7, и подаются команды на запуск устройства подсчета осей 8, блока лазерных маркеров 1 и телекамеры 4. Блок лазерных маркеров 1 формирует в направлении борта объекта два пучка непрерывных немодулированных излучений, оси которых направлены под углами а к оптической оси телекамеры 4, расположенной, в свою очередь, нормально к поверхности объекта. Лазерные пучки образуют на поверхности объекта два световых пятна, расстояние d между которыми связано с расстоянием до борта L следующим соотношением: L=(h-d)/2*tg(α). Под программным управлением блока обработки 9 изображения световых пятен снимаются телекамерой 4, считываются в блок обработки 9, где для каждого кадра определяется расстояние d, по которому рассчитывается значение расстояния L до борта объекта. Совокупность кадровых значений L, полученных через равные интервалы времени для каждого транспортного средства в составе движущегося поезда, позволяет определить динамические характеристики кузова. В частности, амплитуда поперечных колебаний кузова находится из соотношения: ΔL=L-L, где L, L - соответственно, максимальное и минимальное расстояния до борта, полученные во время прохождения транспортного средства через зону диагностики. В случае если полученное значение ΔL превышает заданное допустимое значение, формируется сигнал тревоги, поступающий на устройство оповещения известного типа (например, на монитор компьютера).
Информация о каждом транспортном средстве в составе поезда (данные датчика положения 6, значения динамических характеристик вагона, время прохождения, скорость и др.) сохраняется в памяти блока обработки и, при необходимости, отображается на экране монитора.
После прохода последней оси состава система переходит в ждущий режим, а сформированная в единый файл информация обо всех транспортных средствах состава передается на АРМ оператора и в базу данных МПС.
Предлагаемое устройство, реализующее высокоинформативный дистанционный метод измерения динамических характеристик вагона во время его движения в составе поезда, обеспечивает высокую достоверность обнаружения рельсовых транспортных средств с отрицательной динамикой непосредственно в процессе их эксплуатации.
За счет полной автоматизации измерений устройство обеспечивает высокую производительность обследования.
Высокая производительность контроля и возможность его проведения непосредственно в процессе эксплуатации транспортных средств создают предпосылки для сплошного контроля рельсовых транспортных средств МПС с целью выявления и своевременного вывода из эксплуатации заведомо неисправных, что, в свою очередь, позволяет существенно повысить безопасность движения на предприятиях МПС.