СПОСОБ МОНИТОРИНГА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КОЛЕС ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ВО ВРЕМЯ ДВИЖЕНИЯ
METHOD OF MONITORING THE TECHNICAL CONDITION OF WHEELS OF MOBILE COMPOSITION DURING MOVEMENT

Изобретение относится к неразрушающему контролю технического состояния колес подвижного состава в процессе движения.
Известен способ мониторинга технического состояния параметров поезда, в частности, колес подвижного состава, по патенту РФ №2365517, МПК B61L 1/06, B61L 23/04, опубл. 27.08.2009, Бюл. №24, согласно которому принимают акустические сигналы, возбуждаемые в рельсах движущимся составом, виброакустическими преобразователями, установленными на специально оборудованных дорожных постах, находящихся на расстоянии друг от друга в среднем порядка 50 км. При прохождении поезда над датчиками в зоне поста, на выходе последних появляются электрические сигналы, несущие информацию о техническом состоянии колес.
Недостатки данного аналога очевидны: большое число датчиков, пропорциональное протяженности маршрута следования поезда, эксплуатационные сложности такой системы контроля, связанные с необходимостью периодической замены вышедших из строя элементов, а также наличие «мертвых зон» в виде достаточно протяженных участков пути между контрольными постами.
Указанные недостатки частично устраняются в «Способе контроля колес во время движения подвижного состава» по патенту UA №18779 U, МПК B61K 9/00, опубл. 15.11.2006, согласно которому в колесе возбуждают ультразвуковые колебания в виде поверхностных акустических волн Рэлея, принимают отраженные от дефектов сигналы и определяют их величину по результатами сравнения амплитуд отраженных сигналов с эталонным значением. УЗ колебания в колесе возбуждают посредством прямого электромагнитно-акустического (ЭМА) преобразования, а прием отраженного сигнала осуществляют путем коммутации того же ЭМА преобразователя, установленного на оси колесной пары, за счет обратного ЭМА преобразования. Таким образом, вся система контроля установлена на подвижном составе, что существенно облегчает ее эксплуатацию.
Вместе с тем, поскольку каждое колесо подвижного состава по патенту UA №18779 U должно быть оснащено своим индивидуальным ЭМА преобразователем, число датчиков и элементов системы обработки сигналов по-прежнему остается неоправданно большим, что снижает надежность системы контроля в целом.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является, по мнению заявителя, «Способ диагностики поверхности катания колесных пар подвижного состава подвижного состава железнодорожного транспорта и метрополитена» по патенту РФ №2466047, МПК B61K 9/12, опубл. 20.07.2011.
Известный способ основан на измерении сигналов акустической эмиссии (АЭ) вращающейся колесной пары, при этом преобразователи АЭ (числом не менее двух) устанавливают на поверхность (кроме поверхности головки) правого и левого рельсов по оси, перпендикулярной направлению железнодорожного пути. Во время прохождения подвижного состава в равные, последовательные промежутки времени определяют значения выброса максимальных амплитуд сигналов АЭ, время длительности выброса сигналов АЭ, рассчитывают по формуле размер дефекта, по которому судят о состоянии поверхности колесной пары.
Данный способ, обладая рядом преимуществ перед упомянутыми известными решениями, характеризуется тем же недостатком, что и способ по патенту №2365517, а именно, необходимостью оборудования и обслуживания значительного числа постов контроля вдоль пути следования подвижного состава.
Заявляемое изобретение решает задачу создания универсального способа контроля технического состояния колес подвижного состава, лишенного вышеперечисленных недостатков аналогов.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности и упрощение системы мониторинга технического состояния колес подвижного состава.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе мониторинга технического состояния колес подвижного состава во время движения, при котором принимают сигналы акустической эмиссии вращающейся колесной пары на правом и левом рельсах железнодорожного пути, обрабатывают сигналы с помощью системы обработки сигналов и, по результатам анализа полученных данных, судят о техническом состоянии колес, согласно изобретению, прием сигналов акустической эмиссии осуществляют непрерывно на всем протяжении пути следования состава, при этом в качестве преобразователей сигналов акустической эмиссии используют электромагнитно-акустические преобразователи, которые устанавливают в начале и конце подвижного состава с зазором относительно соответствующего рельса.
Использование в заявляемом способе мониторинга технического состояния колес установленных на подвижном составе ЭМА преобразователей, функционирующих в режиме непрерывного приема сигналов акустической эмиссии, позволяет обойтись минимально возможным числом датчиков контроля (всего два преобразователя на рельс!). Осуществляемый на всем протяжении пути следования подвижного состава прием и анализ сигналов акустической эмиссии позволяет исключить характерные для аналогов «мертвые зоны».
Таким образом, заявляемая совокупность существенных признаков обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности и упрощении системы мониторинга технического состояния колес подвижного состава.
Изобретение, охарактеризованное указанными выше совокупностью существенных признаков, на дату подачи заявки не известно в Российской Федерации и за границей и отвечают требованиям критерия "новизна".
Изобретение может быть реализовано промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий и материалов и соответствуют требованиям критерия "промышленная применимость".
Заявителем не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с совокупностью отличительных признаков предлагаемого способа, обеспечивающие достижение заявляемого технического результата, в связи с чем можно сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности "изобретательский уровень".
Изобретение иллюстрируются графическими материалами, где:
- на фиг. 1 показан электромагнитно-акустический преобразователь (ЭМАП), закрепленный на ходовой части тележки локомотива (второй ЭМАП закреплен на тележке последнего вагона состава);
- на фиг. 2 показан выносной элемент на фиг. 1 (схематичное изображение ЭМАП, взаимодействующего с рельсом).
Система мониторинга, реализующая предлагаемый способ, установлена на подвижном составе и содержит преобразователи сигналов акустической эмиссии вращающейся колесной пары 1 на левом и, аналогичные преобразователи, на правом рельсах железнодорожного пути, выполненные в виде электромагнитно-акустических преобразователей (ЭМАП), связанных с системой обработки сигналов (на чертеже не показана). ЭМАП, закрепленный на ходовой части тележки локомотива и ЭМАП, закрепленный на ходовой части тележки последнего вагона, включают каждый магнитную систему в виде постоянного магнита 2 и приемную катушку 3, установленную с зазором относительно верхней поверхности рельса 4. Минимальная величина зазора определяется конструктивными особенностями системы и условиями эксплуатации, а максимальная - необходимой чувствительностью преобразователя.
Способ мониторинга технического состояния колес подвижного состава во время движения реализуется следующим образом.
При движении подвижного состава в рельсе возникает деформационная волна, являющаяся источником акустических колебаний, распространяющихся в рельсе со скоростью приблизительно 6000 м/сек. Сигнал акустической эмиссии, несущий информацию о возможном дефекте колеса, распространяясь по рельсу в обоих направлениях (в направлении движения состава и обратном направлении), достигает соответствующего ЭМАП в разное время. Измеренный системой обработки сигнала указанный временной интервал позволяет идентифицировать номер вагона и определить местоположение дефектной колесной пары (колеса). При взаимодействии акустических колебаний материала рельса 4 с магнитным полем магнитной системы 2 в рельсе наводятся вихревые токи, которые, в свою очередь, индуцируют ЭДС в приемной катушке 3 ЭМАП (так называемое обратное ЭМА-преобразование). Далее эквивалентные электрические сигналы с выхода катушек 3 ЭМАП поступают на вход системы обработки сигналов, где разностной сигнал усиливается, преобразуется в цифровую форму и через полосовой фильтр поступает на вход специализированного процессора, где подвергается, например, быстрому преобразованию Фурье для получения амплитудно-частотной характеристики спектра измеренного сигнала. При превышении допустимых пороговых значений сигналов, заложенных в памяти процессора, характерных для определенных типов дефектов колеса (раковины, выщербины, ползуны), сигналы поступают на вход устройства отображения информации.
Использование в заявляемом способе мониторинга технического состояния колес установленных на подвижном составе ЭМА преобразователей, функционирующих в режиме непрерывного приема сигналов акустической эмиссии, позволяет обойтись минимально возможным числом датчиков контроля, что весьма существенно снижает эксплуатационные издержки и повышает оперативность устранения отказов системы мониторинга. Осуществляемый на всем протяжении пути следования подвижного состава прием и анализ сигналов акустической эмиссии позволяет исключить характерные для аналогов «мертвые зоны», остающиеся вне «поля зрения» системы мониторинга.
Таким образом, изобретение обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности и упрощении системы мониторинга технического состояния колес подвижного состава.