УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ

Устройство относится к технике железнодорожного транспорта и предназначено для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути.
Известны устройства для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути. К ним относятся, например, компьютеризированные вагоны - лаборатории серии КВЛ - П (Основные технические и метрологические характеристики КВЛ - П. В книге:
Автоматизированные средства контроля параметров рельсовой колеи на базе вагонов - лабораторий / Под ред. С.В.Архангельского, В.Б.Каменского и В.П.Конакова. - Самара: Самарский научный центр РАН, 2002. - 236 с.), обеспечивающие измерение нормативных геометрических параметров рельсовой колеи железнодорожного пути.
При всех достоинствах указанных устройств они дороги, сложны, требуют экипажа высокой квалификации со специальной подготовкой, занимают перегон железнодорожного пути на время работы и не предназначены для работы на стрелочных переводах и пересечениях путей.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является устройство для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути, содержащее оснащенные узлом прижима колес к поверхностям качения и боковым рабочим поверхностям рельсов первую и вторую рельсовые тележки с двумя колесами каждая, на одной из которых установлен датчик одометра с узлом прижима измерительного колеса к поверхности качения рельса, сочлененные телескопической траверсой с двумя степенями свободы вокруг и вдоль ее оси, на которой установлены
датчик длины телескопической траверсы, датчик крена и ручка оператора с датчиком отметок оператора, последовательно включенные аккумулятор, вторичный источник питания с электрическим соединителем, блок предварительной обработки сигналов, ко входам которого подключены датчики, а к выходу подключено информационное табло (Путевые машины. Труды 1-й научно-практической конференции Министерства путей сообщения РФ, Департамент пути и сооружений, ГУП Калужский завод "Ремпутьмаш". - Калуга: Из-во АКФ "Политоп", 2002, стр.181). Это известное устройство принято за прототип.
При всех достоинствах этого устройства следует отметить его недостаток - ограниченные функциональные возможности, в частности, оно не обеспечивает измерение угла тангажа, определяющего продольный профиль пути, стрел изгиба рельсов железнодорожного пути и требует дополнительной обработки полученной информации.
Целью создания предлагаемого устройства является устранение этого недостатка прототипа, т.е., создание устройства, в значительной мере аналогичного по функциональным возможностям компьютеризированным вагонам - лабораториям серии КВЛ - П и не нагружающего железнодорожный путь. Последняя полезная особенность нового устройства позволяет обеспечить потенциальную возможность выявлять дефекты верхнего строения пути сопоставлением соответствующей информации с информацией, полученной с помощью компьютеризированных вагонов-лабораторий серии КВЛ - П, а оригинальная конструкция ходовых частей рельсовых тележек - безаварийную работу на стрелочных переводах, пересечениях путей, рельсовых соединителях, болтовых стыковых зазорах, а также на стыковых ступеньках и просто при наличии мусора на пути.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути, содержащее оснащенные узлом прижима колес к поверхностям качения и боковым рабочим поверхностям рельсов первую и вторую рельсовые тележки с двумя колесами каждая, на одной из которых установлен датчик одометра с узлом
прижима измерительного колеса к поверхности качения рельса, сочлененные телескопической траверсой с двумя степенями свободы вокруг и вдоль ее оси, на которой установлены датчик длины телескопической траверсы, датчик крена и ручка оператора с датчиком отметок оператора, последовательно включенные аккумулятор, вторичный источник питания с электрическим соединителем, блок предварительной обработки сигналов, ко входам которого подключены датчики, а к выходу подключено информационное табло, - в устройство введена переносная ЭВМ, оснащенная трансивером, телескопическая траверса снабжена вновь введенными быстроразъемными соединениями с рельсовыми тележками, одно из которых имеет степень свободы вокруг вертикальной оси, в каждую рельсовую тележку вновь введены шесть дополнительных колес, причем, в одну из них введен датчик одометра, последовательно включенные аккумулятор, вторичный источник питания с электрическим соединителем, блок предварительной обработки сигналов, ко входам которого подключены шесть вновь введенных датчиков дальности до рельса и датчик одометра, к первым выходам блоков предварительной обработки сигналов рельсовых тележек подключены вновь введенные трансиверы, а вторые выходы блоков предварительной обработки сигналов рельсовых тележек подключены к вновь введенным дополнительным входам блока предварительной обработки сигналов телескопической траверсы, к одному из которых подключен вновь введенный датчик тангажа, а ко второму вновь введенному выходу подключен трансивер, по две пары колес каждой рельсовой тележки установлены по концам рельсовых тележек соответственно вдоль поверхности качения рельса по оси его симметрии и вдоль его боковой рабочей поверхности, между которыми так же установлены соответственно по одному датчику дальности до рельса, в каждой рельсовой тележке узлы прижима колес к поверхностям рельсов выполнены с применением магнитов, причем, в каждую рельсовую тележку вновь введены по два магнита, расположенные между парами колес так, что они обеспечивают прижим колес рельсовых тележек к поверхностям качения и боковым рабочим
поверхностям рельсов, а средний датчик дальности до рельса, установленный вдоль боковой рабочей поверхности рельса, выполнен с возможностью автоматического отвода от рельса вероятными негабаритными элементами железнодорожного пути.
На фиг.1 представлена конструктивная схема устройства, на фиг.2 - конструктивная схема рельсовых тележек, на фиг.3 - структурная электрическая схема устройства.
С целью упрощения восприятия графики фиг.1, фиг.2 (вид снизу на рельсовую тележку) ряд конструктивных элементов, не имеющих для них принципиального значения (узлы крепления, ручка оператора, подвески колес, ряд элементов схемы электрической и т.п.) либо условно не показаны, либо выполнены упрощенно.
"Устройство для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути" состоит (фиг.1) из первой рельсовой тележки (РТ) 1 и второй РТ 2, которые соединены с помощью телескопической траверсы (ТТ) 3 посредством быстроразъемных жестких соединений 4 и 5, одно из которых снабжено вертикальной осью 6, обеспечивающей дополнительную степень свободы. Две другие степени свободы (линейная - вдоль продольной оси ТТ 3 и угловая вокруг этой оси) совместно с первой обеспечивают статическую определенность положения устройства в рельсовой колее в процессе работы. Линейная степень свободы также обеспечивает измерение ширины рельсовой колеи (шаблона) с помощью датчика длины траверсы (на фиг.1 не показан). Для обеспечения требуемой жесткости быстроразъемного жесткого соединения, например, 5, в реальной конструкции возможно применение подкоса.
В устройство также входит переносная ЭВМ 7, которая снабжена трансивером 8 (приемопередатчик радиолиний связи с электрическими узлами устройства).
Конструктивная схема РТ 1 и РТ 2 представлена на фиг.2 (вид снизу). На раме 9 каждой РТ установлены все элементы конструкции и электрической схемы (часть их условно не показана). Вдоль оси рамы 9 (пунктир), которая
совпадает с плоскостью симметрии рельса, на ее концах по схеме «велосипед» установлены колеса 10...17. Колеса 10...13 обеспечивают передвижение РТ по поверхности качения рельса, а колеса 14...17 - по его боковой рабочей поверхности. Конструкция колес обеспечивает беспрепятственное прохождение крестовин стрелочных переводов.
Поверхности контактирования колес РТ 1 и РТ 2 с рельсом (с учетом его подуклонки) соответствуют поверхностям контактирования колес подвижного состава. Поэтому оси колес, работающих по поверхности качения рельса и его боковой рабочей поверхности, расположены под одинаковыми фиксированными углами более 90° (на фиг.2 проекции колес 14...17 для упрощения приведены для угла 90°). Пары колес 10 и 11, 11 и 12, 12 и 13, 14 и 15, 15 и 16, 16 и 17 образуют "зоны затенения" от стыковых ступенек рельсов и других элементов пути, которые используются для защиты от возможных повреждений датчиков дальности до рельса (ДДР) 18...23, магнитов 24, 25 и датчика одометра 26, колесо которого прижимается к рельсу магнитом 27. Дополнительная защита ДДР 22 обеспечивается его исполнением с автоматическим отводом от рельса (не показано на фигуре) возможными (и более вероятными, чем для других ДДР) негабаритными элементами пути и просто мусором.
ДДР 18, 19, 20 расположены на оси рамы 9 вдоль поверхности качения рельса и обеспечивают измерения стрел изгиба рельса в вертикальной плоскости. Ось рамы 9 лежит в плоскости симметрии рельса.
ДДР 21, 22, 23 расположены вдоль боковой рабочей поверхности рельса и обеспечивают измерения стрел изгиба рельса в горизонтальной плоскости.
Магниты 24, 25 выбраны и установлены так, что обеспечивают необходимое прижатие РТ 1 и РТ 2 к рельсу в вертикальной и горизонтальной плоскостях в процессе работы устройства, а также совместно с колесами 10...17 РТ 1 и РТ 2 - их устойчивое и однозначное позиционирование на рельсах.
На фиг.3 приведена функциональная электрическая схема "Устройства для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути".
РТ 1, РТ 2 и телескопическая траверса 3 содержат последовательно соединенные аккумуляторы 28, вторичные источники питания (ВИП) 29 с установленными на них электрическими соединителями 30, блоки предварительной обработки сигналов (БОС) 31, 32 (БОС 31 и БОС 32 функционально различаются). Соответствующие ДДР 18...23 и датчики одометров 26 подключены к БОС 31 рельсовых тележек 1 и 2.
К БОС 32 телескопической траверсы 3 подключены вторые выходы БОС 31 РТ 1 и РТ 2, датчик крена 33, датчик тангажа 34, датчик длины телескопической траверсы 35 и датчик отметок оператора 36 (например, кнопка, установленная на ручке оператора, которая сочленена с телескопической траверсой 3).
Информационное табло 37 подключено ко второму выходу БОС 32 ТТ 3. В свою очередь, первые выходы БОС 31 и БОС 32 соединены с переносной ЭВМ 7 с помощью трансиверов 8.
"Устройство для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути" работает следующим образом.
Оператор устанавливает устройство рельсовыми тележками 1 и 2 на рельсы пути, фиксирует их рабочие положения, приводит ручку оператора в рабочее положение, включает электропитание РТ1, РТ 2, ТТ 3 и переносной ЭВМ 7. Проверив исходное состояние оборудования, он вводит требуемые исходные (начальные) данные в переносную ЭВМ 7 и приступает к работе, двигая устройство по рельсам пути с помощью ручки оператора.
В процессе работы оператор с помощью датчика отметок оператора 36 фиксирует прохождение, например, километровых столбов или пикетов, контролирует, при необходимости, параметры, выводимые на информационное табло 37 и дисплей переносной ЭВМ 7.
"Устройство для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути" позволяет измерять и документировать в привязке к координате пути следующие нормативные параметры железнодорожного пути, в том числе, на стрелочных переводах и пересечениях путей:
- расстояние с привязкой к километровым столбам или пикетам;
- скорость движения;
- время;
- ширину рельсовой колеи (шаблон) по информации датчика длины телескопической траверсы 35;
- взаимное положение рельсовых нитей по высоте (уровень) по информации датчика крена 33;
- стрелы изгиба рельсовых нитей в вертикальной и горизонтальной плоскостях по информации ДДР 18...20 и ДДР 21...23 соответственно;
- продольный профиль пути по информации датчика тангажа 34.
Зарядка аккумуляторов 28 осуществляется через соответствующие электрические соединители 30. ВИП 29 обеспечивают необходимые номиналы питающих напряжений для работы электрических устройств, в частности, БОС 31, 32, а также режимы зарядки аккумуляторов.
Датчики одометров 26 вырабатывают сигналы, пропорциональные приращениям путей и скоростей движения РТ 1 и РТ 2, которые соответствующим образом обрабатываются БОС 31, БОС 32 и выдаются в переносную ЭВМ 7 и на информационное табло 37. На нем же отражаются и другие информационные параметры, например, время, путь, скорость, отметки оператора, рабочее состояние аппаратуры и т.п.
Переносная ЭВМ 7 посредством трансиверов 8 производит синхронизацию работы аппаратуры РТ 1, РТ 2 и ТТ 3, окончательную обработку информации, получаемой от БОС 31, БОС 32, ее индикацию, хранение и выдачу, при необходимости, и в реальном времени.
Наличие радиоканалов связи (организуемых с помощью трансиверов 8) между переносной ЭВМ 7 и БОС 31, БОС 32 устройства существенно улучшает и упрощает работу оператора с ним.
Таким образом, предлагаемое "Устройство для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути" обеспечивает автоматическое измерение всех нормативных параметров пути, что и компьютеризированные вагоны - лаборатории серии КВЛ - П, и не нагружает железнодорожный путь.
Проведя анализ уровня техники по научно-техническим источникам информации, заявитель не обнаружил аналог с признаками, идентичными признакам заявляемой полезной модели "Устройство для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути".
Выбранный прототип позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявляемом устройстве, изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, заявляемая полезная модель "Устройство для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути" соответствует критерию новизны.
Критерий промышленной применимости заявляемого «Устройства для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути» подтверждается его потенциальной эффективностью - оно в сравнении с прототипом обладает значительно большими функциональными возможностями, аналогичными функциональным возможностям компьютеризированных вагонов - лабораторий серии КВЛ - П и не нагружает железнодорожный путь. Последняя полезная особенность нового устройства позволяет обеспечить потенциальную возможность выявлять дефекты верхнего строения пути сопоставлением соответствующей информации с информацией, полученной с помощью компьютеризированных вагонов - лабораторий серии КВЛ - П, а оригинальная конструкция ходовых частей устройства - безаварийную работу на стрелочных переводах, пересечениях путей, рельсовых соединителях, болтовых стыковых зазорах, стыковых ступеньках и просто при наличии мусора на пути.