МОБИЛЬНЫЙ ДЕФЕКТОСКОП-ПУТЕИЗМЕРИТЕЛЬ

Полезная модель относится к области железнодорожной техники и представляет собой устройство для контроля параметров рельсового пути и выявления дефектов рельсов в процессе движения подвижной единицы.
Известные мобильные дефектоскопы-путеизмерители различаются по конструктивному выполнению, в том числе связанному со способом передвижения, и по набору средств для измерения параметров железнодорожной инфраструктуры и диагностики состояния рельсов.
Известен, например, мобильный дефектоскоп-путеизмеритель, выполненный в виде устанавливаемой на рельсах тележки, снабженной системой позиционирования, путеизмерительным и дефектоскопным узлами и микропроцессорным блоком (RU 62571 U1, 2007). Это устройство может использоваться преимущественно для локального мониторинга. Оно передвигается по рельсовому пути оператором с небольшой скоростью, что малопроизводительно и значительно затрудняет контроль участков рельсового пути большой протяженности. Поэтому такое устройство малоэффективно в эксплуатации.
Известен также, например, мобильный комплекс, выполненный на базе автомобиля, снабженного узлом комбинированного хода, с обеспечением возможности его передвижения по рельсовому пути, содержащий аппаратно-программный диагностический комплекс, включающий размещенные на передней и задней подвесках путеизмерительный и дефектоскопный узлы и выполненный на базе персонального компьютера программно-аналитический блок, систему дальней связи и позиционирования на местности (RU 2371340 С2, 2009). Эксплуатационные возможности этого устройства ограничены из-за невысокой скорости передвижения (до 20 км/час) и недостаточной надежности в эксплуатации.
Из известных устройств наиболее близким к заявленному является мобильный дефектоскоп-путеизмеритель, выполненный в виде подвижной единицы и содержащий снабженный несущей рамой кузов, бортовой контрольно-вычислительный блок, ходовые тележки, путеизмерительный узел, включающий снабженное блоком управления путеизмерительное оборудование и снабженные колесами с ребордами путеизмерительные тележки, каждая из которых смонтирована посредством шарнирно-параллелограммных механизмов на раме соответствующей ходовой тележки, и дефектоскопный узел, включающий снабженные блоком управления искательную систему и следящую систему, выполненную в виде двух смонтированных посредством шарнирно-параллелограммных механизмов на несущей раме кузова дефектоскопных тележек, снабженных колесами с ребордами и соединенных между собой продольными тягами, дефектоскоп и программно-аппаратный блок регистрации (RU 62569 U1, 2007). В этом устройстве подвижная единица представляет собой вагон, в котором смонтировано необходимое контрольное и диагностическое оборудование.
Это устройство позволяет выявлять дефекты рельсов и определять комплекс параметров железнодорожной инфраструктуры на достаточно высокой скорости в процессе передвижения подвижной единицы. Однако такое устройство все же недостаточно эффективно в эксплуатации. Это связно с тем, что в нем не обеспечивается надежный контакт реборд колес путеизмерительных и дефектоскопных тележек с рабочей поверхностью рельсов и свободное перемещение этих тележек по вертикали и горизонтали, при передвижении возникающие смещения дефектоскопных тележек в поперечном и вертикальном направлениях вызывают их линейные перемещения вдоль продольной оси кузова. В устройстве отсутствуют конструктивные элементы, которые могли бы устранить эти взаимосвязанные явления. Это снижает надежность контроля параметров рельсового пути и определения дефектов рельсов, в особенности при эксплуатации на сложных участках рельсового пути, например, криволинейных участках, стрелочных переводах и др.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью, состоит в создании мобильного дефектоскопа-путеизмерителя, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в повышении эксплуатационной эффективности мобильного дефектоскопа-путеизмерителя, в особенности при прохождении подвижной единицей рельсового пути с различными видами отклонений положения рельсов, что достигается за счет создания возможностей для свободного перемещения путеизмерительных и дефектоскопных тележек как по горизонтали, так и по вертикали при одновременных минимизации смещений путеизмерительных и дефектоскопных тележек относительно их среднего положения и компенсации линейных перемещений дефектоскопных тележек вдоль продольной оси кузова при их смещении в поперечном и вертикальном направлениях. Повышение эксплуатационной эффективности подразумевает в том числе повышение достоверности и точности измерений комплекса путевых параметров рельсового пути и его дефектов.
Это достигается тем, что в мобильном дефектоскопе-путеизмерителе, выполненном в виде подвижной единицы и содержащим снабженный несущей рамой кузов, бортовой контрольно-вычислительный блок, ходовые тележки, путеизмерительный узел, включающий снабженное блоком управления путеизмерительное оборудование и снабженные колесами с ребордами путеизмерительные тележки, каждая из которых смонтирована посредством шарнирно-параллелограммных механизмов на раме соответствующей ходовой тележки, дефектоскопный узел, включающий снабженные блоком управления искательную систему и следящую систему, выполненную в виде двух смонтированных посредством шарнирно-параллелограммных механизмов на несущей раме кузова дефектоскопных тележек, снабженных колесами с ребордами и соединенных между собой продольными тягами, дефектоскоп и программно-аппаратный блок регистрации, каждый из шарнирно-параллелограммных механизмов путеизмерительного и дефектоскопного узлов снабжен на своих концах сферическим шарниром, при этом в путеизмерительном и дефектоскопных узлах колеса с ребордами выполнены раздвижными с обеспечением возможности их перемещения вдоль оси соответствующей тележки посредством кривошипно-шатунного механизма, а в дефектоскопном узле каждая из продольных тяг снабжена на одном из своих концов компенсатором линейных перемещений. Каждый из сферических шарниров может быть выполнен в виде размещенного на оси крепежной вилки элемента со сферической поверхностью, снабженного корпусом, жестко связанным с соответствующим шарнирно-параллелограммным механизмом. Кривошипно-шатунный механизм может быть закреплен шарнирно на оси соответствующей тележки и выполнен в виде раздвижных тяг, шарнирно связанных одним из своих концов через рычаг с пневматическим цилиндром, а другим - через ползун с соответствующим колесом. Компенсатор линейных перемещений может быть выполнен в виде направляющей, закрепленной соосно одним из своих концов на продольной тяге дефектоскопного узла, а со стороны другого конца размещенной во втулке, установленной на оси колеса одной из входящих в дефектоскопный узел дефектоскопной тележки.
Указанный технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков заявленной полезной модели, каждый признак которой необходим, а вместе они достаточны для решения указанной технической проблемы и для достижения указанного технического результата. Заявленный мобильный дефектоскоп-путеизмеритель представляет собой одно устройство, конструктивные элементы которого, характеризуемые соответствующими существенными признаками, находятся в конструктивном единстве и функционально взаимосвязаны. Для возможности эксплуатации устройства они объединены в единую конструкцию в виде подвижной единицы и при изготовлении устройства соединяются между собой сборочными операциями. Возможность их использования в заявленном устройстве обусловлена их конструктивной доработкой, при этом их совместное использование привело к созданию нового устройства с указанным техническим результатом. Конструктивные элементы, характеризуемые отличительными признаками, содержащимися в формуле заявленной полезной модели, при функционировании устройства работают одновременно, создаваемые ими эффекты взаимосвязаны и отсутствие хотя бы одного из этих элементов привело бы к потере технического результата.
На фиг. 1 показан общий вид мобильного дефектоскопа-путеизмерителя. На фиг. 2 показан общий вид путеизмерительного узла. На фиг. 3 показан общий вид дефектоскопного узла. На фиг. 4 показана конструкция сферического шарнира путеизмерительного узла. На фиг. 5 показана конструкция кривошипно-шатунного механизма. На фиг. 6 показана конструкция компенсатора линейных перемещений.
Мобильный дефектоскоп-путеизмеритель выполнен в виде подвижной единицы, например, железнодорожного вагона. Он содержит снабженный несущей рамой 1 кузов 2, бортовой контрольно-вычислительный блок 3, ходовые тележки 4, путеизмерительный узел 5 и дефектоскопный узел 6. Путеизмерительный узел 5 включает снабженное блоком управления путеизмерительное оборудование (на чертежах не показаны) и снабженные колесами 7 с ребордами 8 путеизмерительные тележки 9. Количество путеизмерительных тележек 9 в устройстве составляет не мене трех. Каждая из них смонтирована посредством шарнирно-параллелограммных механизмов 10 на раме 11 соответствующей ходовой тележки 4 (Фиг. 2). Дефектоскопный узел 6 включает снабженные блоком управления (на чертежах не показана) искательную систему 12 и следящую систему 13, дефектоскоп и программно-аппаратный блок регистрации (на чертежах не показаны). Следящая система 13 выполнена в виде двух смонтированных посредством шарнирно-параллелограммных механизмов 14 на несущей раме 1 кузова 2 дефектоскопных тележек 15, снабженных колесами с ребордами (аналогичными колесам 7 и ребордам 8 путеизмерительных тележек 9) и соединенных между собой продольными тягами 16 (Фиг. 3). Каждый из шарнирно-параллелограммных механизмов 10, 14 путеизмерительного 5 и дефектоскопного 6 узлов соответственно снабжен на своих концах сферическим шарниром 17. В путеизмерительном 5 и дефектоскопном 6 узлах колеса 7 с ребордами 8 выполнены раздвижными с обеспечением возможности их перемещения вдоль оси соответствующей тележки 9, 15 посредством кривошипно-шатунного механизма 18. В дефектоскопном узле 6 каждая из продольных тяг 16 снабжена на одном из своих концов компенсатором 19 линейных перемещений. Каждый из сферических шарниров 17 выполнен, например, в виде размещенного на оси 20 крепежной вилки 21 элемента 22 со сферической поверхностью, снабженного корпусом 23, который жестко связан с соответствующим шарнирно-параллелограммным механизмом 10, 14 (Фиг. 4). Кривошипно-шатунный механизм 18 в путеизмерительном 5 и дефектоскопном 6 узлах выполнен, например, в виде раздвижных тяг 24, шарнирно связанных кривошипом 25 одним из своих концов через рычаг 26 с пневматическим цилиндром 27, а другим - через ползун 28 с соответствующим колесом 7 (Фиг. 5). Компенсатор 19 линейных перемещений выполнен, например, в виде направляющей 29, закрепленной соосно одним из своих концов на продольной тяге 16, а со стороны другого конца размещенной во втулке 30, установленной на оси колеса 7 одной из входящих в дефектоскопный узел 6 дефектоскопной тележки 15 (фиг. 6). Продольная тяга 16 может быть также снабжена крестообразным шарниром 31.
Приведение мобильного дефектоскопа-путеизмерителя в рабочее состояние заключается в подключении к электроснабжению электронных блоков - бортового контрольно-вычислительного блока 3, блока управления путеизмерительным оборудованием, блока управления искательной 12 и следящей 13 систем, программно-аппаратного блока регистрации, входящего в состав дефектоскопного узла 6, и других электрически запитываемых элементов. Бортовой контрольно-вычислительный блок 3 предназначен для управления работой мобильного дефектоскопа-путеизмерителя в целом, в том числе контроля и обработки параметров движения подвижной единицы. Путеизмерительный узел 5 обеспечивает контроль параметров пути на прямых и криволинейных участках, а также на стрелочных переводах -взаимного положения рельсовых нитей по высоте (контроль уровня), ширины колеи (контроль шаблона), изгиба рельсовых нитей в горизонтальной плоскости (контроль рихтовки), изгиба рельсовых нитей в вертикальной плоскости (контроль просадки). Каждая путеизмерительная тележка 9 путеизмерительного узла 5 имеет возможность самоустанавливаться в поперечной плоскости независимо от положения рамы 11 ходовой тележки 4, отслеживая ребордами 8 внутренние боковые грани рельсов. Это достигается за счет связывающего путеизмерительную тележку 9 с рамой 11 шарнирно-параллелограммного механизма 10, который обеспечивает плоско-параллельное смещение путеизмерительных тележек 9, тем самым, обеспечивая их постоянное положение перпендикулярно оси рельсовой колеи. Работой путеизмерительного узла 5 управляет блок управления путеизмерительным оборудованием. Дефектоскопный узел 6 обеспечивает выявление и регистрацию дефектов рельсов с «привязкой» к конкретной точке пути. Дефектоскопные тележки 15 предназначены для установки на них искательной 12 и следящей 13 систем и блока управления. Шарнирно-параллелограммный механизм 14 дефектоскопного узла 6 функционирует аналогично шарнирно-параллелограммному механизму 10. Искательная система 12 с соответствующими датчиками (на чертежах не показаны) обеспечивает выявление дефектов рельсов в непрерывном режиме, а следящая система 13 обеспечивает ориентацию искательной системы 12 относительно головки рельса и позволяет проезжать путевой единице стрелочных переводов без снижения скорости движения. Блок управления осуществляет управление обеими системами 12, 13, обеспечивает их перевод из транспортного положения в рабочее, а также фиксацию соответствующих элементов искательной системы 12 и регулирование их прижатия к рельсам. Программно-аппаратный блок регистрации, выполненный преимущественно на базе персонального компьютера, регистрирует сигналы от дефектоскопа, текущую координату пути и скорость движения подвижной единицы. Сферические шарниры 17 на концах шарнирно-параллелограммных механизмов 10, 14 обеспечивают свободное перемещение тележек 9, 15 по вертикали и горизонтали. При этом при движении путевой единицы по рельсовому пути устраняются или сводятся к минимуму их смещения относительно среднего положения за счет поворота рамы 11 ходовых тележек 4, в том числе при «вписывании» ходовых тележек 4 в кривую пути. Выполнение колес 7 с ребордами 8 раздвижными с возможностью их перемещения вдоль оси соответствующей тележки 9, 15 посредством кривошипно-шатунного механизма 18 обеспечивает постоянное слежение за осью рельсов, компенсируя изменение ширины колеи. При этом также обеспечивается наиболее оптимальное измерение ширины колеи по смещению реборд 8, прижимающихся к внутренней рабочей поверхности рельсов, и измерение неровности пути с использованием хордового метода путем фиксирования смещения одной (средней) путеизмерительной тележки 9 относительно других. Компенсатор 19 линейных перемещений в дефектоскопном узле 6 позволяет компенсировать линейные перемещения дефектоскопных тлежек 15 вдоль продольной оси подвижной единицы при их смещении в поперечном и вертикальном направлениях. В такой конструкции работающие одновременно шарнирно-параллелограммные механизмы 10, 14, сферические шарниры 17, колеса 7 с ребордами 8, выполненные раздвижными с возможностью перемещения вдоль оси соответствующей тележки 9, 15 посредством кривошипно-шатунного механизма 18, и компенсатор 19 линейных перемещений, характеризуемые соответствующими существенными признаками, обеспечивают в комплексе условия для устранения или минимизации нежелательных смещений тележек при движении подвижной единицы. Это в свою очередь обеспечивает высокие достоверность определения и точность измерения путевых параметров и дефектов рельсового пути вне зависимости от сложности участка пути и скорости движения. При этом указанные конструктивные элементы функционально взаимосвязаны через проявляющиеся при движении подвижной единицы сопутствующие эффекты (нежелательные геометрические отклонения), образующие единую трехмерную картину. Т.е. работа каждого из этих конструктивных элементов в той или иной степени влияет на работу других из них. Все это определяет высокую эксплуатационную эффективность устройства.
Мобильный дефектоскоп-путеизмеритель, выполненный в соответствии с полезной моделью, обладает более высокой эксплуатационной эффективностью по сравнению с аналогичными известными. Измерение параметров рельсового пути и определение дефектов рельсов может осуществляться в движении подвижной единицы с высокой скоростью, до 120 км/ч. Регистрация параметров рельсового пути и диагностика рельсов осуществляются синхронно и надежно обеспечиваются за один проезд участков любой сложности, в том числе криволинейных участков и стрелочных переводов.