УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОВЕРХНОСТИ КАТАНИЯ РЕЛЬСОВ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и может быть использована для выявления и измерения дефектов на поверхности катания рельсов.
Известно устройство для контроля неровностей рельсового пути, содержащее для каждой рельсовой нити последовательно связанные акселерометр буксы, масштабный усилитель и многоканальный блок вычисления вертикальных траекторий букс, а также датчик скорости, соединенный с цифровым спидометром, подключенным к бортовой электронной вычислительной машине, каждый канал вычисления вертикальных траекторий букс включает в себя фильтр нижних частот, двукратный интегратор и фильтр верхних частот, а акселерометры могут быть помещены в корпусы для амортизации и защиты датчиков от высокочастотных вибраций [Патент РФ № 2112678, МПК В61К 9/08].
К недостаткам известного аналога относятся: вследствие двукратного интегрирования происходит накапливание погрешности вертикальных акселерометров буксы; использование корпусов для амортизации приводит к гашению высокочастотной составляющей действующего ускорения, которая несет информацию о коротких неровностях рельсового пути.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому устройству является устройство для контроля поверхности катания рельса [Патент РФ № 2035534, МПК Е01В 35/06, В61К 9/08]. Известное устройство содержит два акселерометра, прикрепленные к буксам одной пары вагона-путеизмерителя, линии задержки, коммутатор аналоговых сигналов, датчик пройденного пути, цифровой спидометр, дешифраторы кодов, коммутатор цифровых сигналов, двухвходовый логический элемент ИЛИ, счетчик импульсов, два блока двукратного интегрирования, блок определения траектории движения колеса по головке рельса, ячейки памяти и умножитель цифровых сигналов. При расчете учитываются величины ускорений, пропорциональные скорости движения колеса по головке рельса, которые будучи умноженными на значения констант, записанные в ячейках памяти, поступают на входы интегрирования инвариантными к скорости движения. Достоинством устройства является инвариантность к скорости качения колеса по рельсу количества информации для определения траектории неисправности.
К недостаткам изобретения относятся: ограниченность параметров контроля - определяется только траектория пути без выделения неровностей и дефектов и измерения их длин и амплитуд, в расчете траектории не учитывается зависимость амплитуды действующего ускорения при прохождении неровности рельсового пути от скорости движения вагона; применение двукратного интегрирования приводит к накапливанию погрешности акселерометров.
Задачей, решаемой полезной моделью, является определение дефектов поверхности катания, в частности, измерение длины и глубины.
Поставленная задача решается за счет того, что предложенное устройство, также как и известное, содержит акселерометры с вертикально ориентированной измерительной осью, установленные на буксах одной колесной пары тележки вагона, и датчик пройденного пути, соединенный со спидометром. Но в отличие от известного устройства, оно дополнительно содержит акселерометры на двух буксах другой колесной пары тележки, каждый акселерометр соединен со входом соответствующего блока масштабирования, выходы блоков масштабирования, соединенных со вторыми по ходу движения акселерометрами, соединены со входами блоков нормировки, выходы блоков масштабирования, соединенных с первыми по ходу движения акселерометрами, соединены со входами линии задержки, выходы которых соединены со входами блоков нормировки, входы блоков нормировки также соединены с выходом спидометра, а выходы блоков нормировки, соответствующих акселерометрам с одноименных сторон тележки, соединены с входами блоков корреляционного анализа, выходы которых соединены со входами логических элементов «ИЛИ», положительные выходы которых соединены со входами блоков расчета параметров дефектов, выходы которых соединены со входами блоков сохранения ведомости измеренных дефектов, выходы которых вместе с отрицательными выходами логических элементов «ИЛИ» являются выходами устройства.
Достигаемый технический результат - определение длины и глубины дефекта без использования двукратного интегрирования показаний акселерометров, следовательно, без накапливания погрешности интегрирования. Это достигается тем, что вместо двукратного интегратора в схему введены дополнительные акселерометры с вертикально ориентированной измерительной осью на следом идущих буксах, блоки корреляционного анализа для каждого рельса и блоки расчета параметров дефектов. Рассчитывается взаимная корреляционная функция сигналов акселерометров с одноименных сторон тележки, и в случае превышения заданного порогового значения аппроксимируется известной функцией зависимости от длины и глубины дефекта, в результате чего получают средневзвешенные оценки параметров дефекта.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 представлена структурная схема устройства, на фиг.2 - схема тележки вагона с расположенными на ней акселерометрами. Устройство для контроля поверхности катания рельсов содержит четыре акселерометра 1 - 4 с вертикально ориентированной измерительной осью, которые крепятся на четырех буксах колесных пар одной тележки вагона, причем акселерометры 1 и 3 устанавливают с одной стороны, 2 и 4 - с другой, датчик пройденного пути 5, цифровой спидометр 6, четыре блока масштабирования 7 для каждого акселерометра, два блока линии задержки 8 для сигналов акселерометров 1 и 3, расположенных на первой по ходу движения колесной паре, четыре блока нормировки 9 для каждого канала вертикальных ускорений, два блока корреляционного анализа 10, двух логических элементов 11 «ИЛИ», двух блоков расчета длины и глубины дефекта 12 и двух блоков сохранения ведомости измеренных дефектов 13. Акселерометры устанавливают на буксы 14 колесных пар 15 тележки вагона 16, показанных на фиг.2.
Устройство работает следующим образом.
При качении нагруженной вагонной тележки 16, колеса которой не имеют дефектов и неровностей на поверхности катания, по рельсовому пути акселерометры 1 - 4 с измерительными осями, направленными вертикально, вырабатывают цифровой код, пропорциональный действующим по вертикальной оси ускорениям. В блоках масштабирования 7 происходит масштабирование соответствующих сигналов акселерометров 1 - 4 к единицам измерения ускорения.
Датчик пройденного пути 5 формирует последовательность импульсов, период которых зависит от скорости качения колеса по рельсу. С выхода датчика пройденного пути 5 сигнал поступает на вход цифрового спидометра 6, где происходит расчет линейной скорости движения тележки, которая необходима не только для привязки результатов к пройденному пути, но и для нормировки результатов измерения амплитуды и длины дефекта по скорости движения. Блоки линии задержки 8 вводят в сигналы ускорений, действующих на акселерометры 1 и 3 первой по ходу движения колесной пары 15, задержку, определяемую временем прохождения вторыми колесами 2 и 4 междуосевого расстояния, то есть базы тележки. В результате введения задержки в сигналы ускорений первой по ходу движения колесной пары, сигналы первого и следом идущего колес приводятся к единой путевой координате для каждого рельса. Далее каждый из четырех сигналов поступает на вход блока нормировки 9, где за счет деления на коэффициент, пропорциональный фактической скорости движения тележки, исключается зависимость определения глубины и длины дефекта пути от скорости движения. Нормированные таким образом сигналы поступают на входы блоков корреляционного анализа 10, где на участке пути 1 м оценивается коэффициент взаимной корреляции, который в логическом элементе 11 «ИЛИ» сравнивается с заданным пороговым значением, которое определяется исходя из норм безопасности на железной дороге. В случае наличия дефекта на поверхности катания рельса происходит превышение порогового значения, в результате чего рассчитанные значения корреляционной функции поступают в блок расчета длины и глубины дефекта 12. В последнем производится аппроксимация взаимной корреляционной функции известной функцией зависимости от глубины и длины, описывающей дефект, с использованием метода наименьших квадратов определяются средневзвешенные оценки длины и глубины дефекта, которые поступают на вход блока сохранения ведомости измеренных дефектов 13. Если рельсы на данном участке пути не имеют поверхностных дефектов, корреляционная функция нормированных сигналов вертикальных ускорений будет иметь пик, значение которого не превышает заданное пороговое в логическом элементе 11 «ИЛИ», либо не будет иметь пик вообще. В данном случае рассчитанные значения корреляционной функции поступают на вход логического элемента 11 «ИЛИ», с отрицательного выхода которого идет информация об отсутствии дефектов и устройство находится в состоянии ожидания последующей измерительной информации.
Описание предложенного устройства доказывает возможность достижения технического результата - определения длины и глубины дефекта без использования двукратного интегрирования показаний акселерометров, следовательно, без накапливания погрешности интегрирования. Кроме того, использование двух акселерометров на каждой рельсовой нити совместно с корреляционным анализом позволяет добиться более высокой достоверности определения дефектов пути, в частности, исключить ложные подозрения на дефект, вызванные наличием посторонних предметов на рельсах, случайными погрешностями датчиков, а также, динамическим взаимодействием вагона и рельсового пути.