СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВЫПРАВКОЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ

Полезная модель относится к строительству и ремонту железнодорожного пути, в частности, к технологии выправки железнодорожного пути, и может быть использована при планово-предупредительной выправке пути, а также для выправки пути при проведении ремонтных работ, при отделке пути перед сдачей в эксплуатацию после производства капитальных путевых работ.
Известна система для управления выправкой железнодорожного пути, содержащая путевую машину, рама которой опирается на ходовые тележки, и смонтированное на раме устройство для выправки железнодорожного пути, включающее в себя подъемно-рихтовочное устройство с блоком управления и измерительную тележку, определяющую положение оси пути. Система включает также вычислительный блок, с подключенными к нему блоком памяти и блоком отображения информации (патент РФ №2454498, E01B 29/04). Известная система содержит мобильную референцную станцию, спутниковую систему позиционирования, датчик угла наклона, соединенный с вычислительным блоком, к которому подключены приемник спутниковой системы позиционирования и устройство определения пространственного положения измерительной тележки. Устройство определения пространственного положения измерительной тележки размещено под рамой путевой машины. В блок памяти записана электронная модель проекта положения пути в трехмерной пространственной системе координат. Функционирование системы основано на определении пространственного смещения измерительной тележки относительно спутниковой антенны. В каждый момент времени вычислительный блок производит расчет смещения текущего положения пути в плане и профиле относительно проектного. Перед началом работы системы, в блок памяти вычислительного блока заносятся исходные данные - электронная модель проекта положения пути. Уточненные координаты вырабатываются совместно спутниковым приемником и референцной станцией и указывают местоположение фазового центра спутниковой антенны, находящейся на крыше путевой машины. Для определения пространственного вектора смещения измерительной тележки относительно антенны используют промеры угловых величин и расстояний от фазового центра антенны до устройства определения пространственного положения (смещения) измерительной тележки, а также показания датчиков смещения измерительной тележки относительно путевой машины, входящих в устройство определения пространственного положения измерительной тележки относительно фазового центра антенны спутниковой системы позиционирования. Кроме того, используется информация о величине крена, которая поступает в вычислительный блок с датчика угла наклона. Данные с приемника спутниковой системы позиционирования, датчика угла наклона и устройства определения пространственного положения измерительной тележки поступают на вход вычислительного блока, который на основании этих данных рассчитывает текущее положение пути и сравнивает его с проектным положением.
К недостаткам описанного выше технического решения следует отнести конструктивную сложность используемой контрольно-измерительной системы, включающей использование референц - станций, базовых спутниковых станций или геостационарных навигационных спутников для получения дифференциальной поправки и обеспечения высокоточных измерений спутниковой аппаратурой позиционирования, редуцирование координат с фазового центра спутниковой антенны на ось пути, определение пространственного положения измерительной тележки относительно фазового центра антенны, что в целом обуславливает недостаточную точность измерений и соответственно недостаточную точность постановки пути в проектное положение. Данные недостатки связаны также с существенным влиянием на работу устройства динамических нагрузок. Кроме того, подвижность путевой машины обуславливает сложность синхронизации в реальном времени трех, связанных между собой измерительных систем, обладающих различными инерционными характеристиками - спутниковой системы позиционирования, системы пространственного определения положения измерительной тележки и системы редукции координат на ось пути.
Известно также аналогичное техническое решение, а именно устройство для выправки железнодорожного пути, содержащее опирающуюся на ходовые тележки раму, оснащенную выправочно-рихтовочным оборудованием, бортовой компьютер, устройство определения пройденного пути, контактирующее с рельсами измерительную тележку, содержащую подвижное основание, датчик пространственного положения измерительной тележки, датчик угла наклона путевой машины (патент РФ №136048, E01B 29/04, прототип), Выходы указанных датчиков и устройства определения пройденного пути связаны с соответствующими входами бортового компьютера. При этом датчик пространственного положения измерительной тележки установлен на указанном подвижном основании измерительной тележки с возможностью бесконтактного измерения ее положения в плане и в профиле относительно измерительной базы. Измерительной базой является соседний с выправляемым, железнодорожный путь (рельс), с известными пространственными координатами и планово-высотным положением относительно выправляемого пути.
Недостатками данного технического решения являются недостаточная точность измерений за счет накопления погрешности при определении пройденного пути в ходе движения путевой машины, сложность реализации за счет необходимости редуцирования центра спутниковой антенны на ось пути, а так же высокая стоимость необходимого оборудования, обусловленная использованием в ходе работ референц - станций.
Задачей полезной модели является повышение точности измерений, необходимых для выправки пути согласно проектному заданию, снижение стоимости и повышение производительности выправочных работ.
Техническим результатом полезной модели является организация управления выправкой железнодорожного пути на базе измерения текущих пространственных параметров ремонтируемого пути относительно используемой измерительной базы, пространственные координаты и параметры которой жестко привязаны к глобальной системе координат, например, WGS-84. Такая организация измерений позволила отказаться от использования дорогостоящих референц-станций (или опорных базовых спутниковых станции), от процедур преобразования получаемых данных в плоские прямоугольные координаты и учета пройденного пути. В конечном итоге, это обеспечило повышение точности измерений, упрощение и удешевление устройства в целом, в том числе с повышением производительности работ.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в системе для управления выправкой железнодорожного пути, содержащей опирающееся на ходовые тележки раму путевой машины, оснащенную выправочно-рихтовочным оборудованием, связанный со спутниковой системой позиционирования бортовой компьютер, контактирующую с рельсами измерительную тележку, содержащую подвижное основание с установленными на нем датчиком поперечного угла наклона тележки и датчиком пространственного положения измерительной тележки, выполненным с возможностью измерения пространственного положения тележки в плане и в продольном профиле относительно измерительной базы, в качестве которой использован соседний с выправляемым железнодорожный путь, при этом выходы указанных датчиков связаны с соответствующими входами бортового компьютера, согласно полезной модели, вдоль движения путевой машины указанная измерительная база включает N контрольно-измерительных точек с известными координатами в глобальной системе координат, характеризующихся соответствующими проектными, линейными и угловыми, параметрами относительно ремонтного пути, совокупность указанных данных записана в память указанного бортового компьютера, управляющим сигналом для сравнения указанных проектных и текущих данных является временная метка, которая формируется в указанном бортовом компьютере при совпадении текущих координат, поступающих со спутниковой аппаратуры позиционирования, и координат указанных контрольно -измерительных точек, при этом разности проектных и текущих линейных и угловых параметров являются функциями управляющих сигналов на выправку пути в плане, профиле и по уровню.
На чертеже схематично показан общий вид системы для управления выправкой железнодорожного пути, согласно полезной модели.
Система для управления выправкой железнодорожного пути, содержит раму 1 путевой машины, опирающуюся на железнодорожные рельсы 2 ходовыми тележками 3. На раме 1 установлено выправочно-рихтовочное оборудование 4 и измерительная тележка 5, содержащая подвижное основание 6 и датчик 7 пространственного положения измерительной тележки 5, жестко установленный по центру указанного подвижного основания 6. Датчик 7 строго ориентирован в пространстве на головку рельса соседнего железнодорожного пути, который является в данном техническом решении измерительной базой 8. Указанное ориентирование датчика 7 на опорную измерительную базу 8 обеспечивается тем, что он установлен на укрепленном под углом преимущественно в 90° (±3°) относительно направления движения по центру подвижного основания 6 направляющем элементе 9, на его нижней (обращенной к рельсовым путям) поверхности. При этом направляющий элемент 9, выполнен так, что его противоположный конец при движении путевой машины по выправочному пути 2 скользит по головке соседнего рельсового пути. Таким образом, обеспечивается строгая направленность лазерного луча датчика 7 на измерительную базу 8.
В верхней части путевой машины (на ее крыше) установлена спутниковая антенна 10 спутникового приемника 11, фазовый центр спутниковой антенны 10, преимущественно, находится на вертикальной оси, проходящей через центр подвижного основания 6 измерительной тележки 5. Спутниковый приемник 11 связан с первым информационным входом бортового компьютера 12. Другие информационные входы бортового компьютера 12 связаны с выходами датчика 7 и датчика 13 поперечного угла наклона измерительной тележки 5. Выход бортового компьютера 12 связан с выправочно -рихтовочным оборудованием 4.
1
N
1
N
Вдоль движения устройства по выправляемому железнодорожному пути 2 измерительная база 8 условно разбита на участки 14-14 между пунктами реперной сети P-P с известными пространственными координатами λ и φ в системе WGS-84, значения которых интерполированы с шагом преимущественно в 1 м для N контрольно-измерительных точек между каждой парой реперных пунктов P.
Работы по выправке железнодорожного пути, согласно полезной модели, заключается в следующем.
1
N
пр
пр
пр
Одну из нитей (рельс) соседнего пути, принятую за измерительную базу 8, разбивают на N контрольно-измерительных точек i. Для этого устанавливают координаты (λ, φ) реперных пунктов P, расположенных вдоль выправляемого пути (например, на расстоянии 10 -50 м. друг от друга). Затем для каждого из участков пути 14, расположенных между реперными пунктами P-P, осуществляют интерполяцию координатных данных указанных реперных пунктов для i-ых контрольно-измерительных точек вдоль измерительной базы 8, с шагом преимущественно в 1 м. Для каждой из указанных i-ых точек (с их известными координатами) устанавливают расстояния l. до оси выправляемого пути 2, значения положения этих точек по высоте h, (углы β, определяющий положение по высоте выправляемого пути 2 относительно указанной измерительной базы 8, а также значения поперечного угла γ, соответствующие этим точкам. Все перечисленные данные, привязанные к глобальной системе координат WGS-84, экспортируют в бортовой компьютер 12 путевой машины.
пр
пр
При движении путевой машины 1 измерительная тележка 5 движется по выправочному пути 2. При этом пространственное положение центра ее подвижного основания 6 меняется в соответствии с текущим положением выправляемого пути 2. Датчик 13 фиксирует угловые величины γ, наклона измерительной тележки 5. Датчик 7 фиксирует изменения пространственного положения центра подвижного основания 6 измерительной тележки 5 в плане и профиле относительно измерительной базы 8, измеряя угол β - отклонение датчика 7 от горизонта, превышение, определяющее текущее положение по высоте h центра подвижного основания 6 относительно измерительной базы 8, и расстояние l от центра подвижного основания 6 до измерительной базы 8. Измеряемые таким образом текущие (изменяющиеся) значения расстояний l и угла β и угла γ, характеризующие пространственное положение измерительной тележки 5 относительно измерительной базы 8, поступают на второй и третий входы бортового компьютера 12.
пр
Бортовой компьютер 12 по разработанной авторами специальной вычислительной программе сравнивает соответствующие текущим пространственным координатам измерительной базы 8 текущие значения l, β и γ, с их проектными значениями, жестко привязанными к пространственным данным (координатам λ, φ) выправляемого пути 2, данные о которых поступают на первый вход бортового компьютера 12 со спутниковой антенны 10.
Управляющим сигналом для сравнения указанных проектных и текущих данных является временная метка, которая формируется в бортовом компьютере 12 при совпадении поступающих со спутникового приемника 11 текущих координат и координат контрольно-измерительных i-ых точек, загруженных в память указанного бортового компьютера 12. Полученные разности проектных и текущих параметров являются функциями управляющих сигналов, поступающих на выправку пути в плане, профиле и по уровню.
пр
пр
По полученной разности текущих и проектных величин l, β и γ в компьютере 12 программно вырабатывается сигнал управления, поступающий на выправочно-рихтовочное устройство 4, которое перемещает выправляемый путь 2 до тех пор, пока текущие величины l, β и γ не будут равны их проектным значениям.
Таким образом, в системе, согласно данному техническому решению, в ходе движения путевой машины вдоль выправляемого пути осуществляются измерения только фактических расстояний и превышений между ремонтируемом путем и измерительной базой, измерения поперечного угла измерительной тележки (возвышение рельса) относительно горизонта и сравнение получаемых текущих значений с проектными параметрами. Координатные данные в последующих расчетах пройденного пути, линейной координаты и сдвижек (подъемок) пути не используются, а служат только для привязки проектных расстояний и превышений и текущим значениям. Данная организация измерений исключает необходимость использования референц-станций.
Как результат сказанного выше, система, согласно полезной модели, является недорогой и надежной в эксплуатации. При этом технология работ, реализуемая при использовании данного устройства, обеспечивает высокую точность и качество выправки пути за счет использования непосредственного определения пространственного местоположения измерительной тележки в глобальной системе координат (преимущественно, WGS-84) с исключением на этой основе процедуры определения и использования в последующих расчетах текущего расстояния.