УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ШИРИНЫ КОЛЕИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ
CONTROL UNIT FOR GAGE WIDTH

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для контроля геометрических размеров колеи железнодорожного пути.
Известно устройство для непрерывного определения сопротивления поперечному смещению рельсового пути и/или стабилизации рельсового пути, содержащее перемещаемую по пути раму, соединенный с рамой путем приводов вертикального перемещения вибрационный агрегат, включающий в себя возбудитель вибрации с гидроприводом, включенным в гидросистему, и инструменты для взаимодействия с рельсами, измерительную систему, регистрирующий блок и вычислительный блок, связанный с измерительной системой и регистрирующим блоком, включенный в упомянутую гидросистему датчик давления, подключенный к упомянутому вычислительному блоку для определения сопротивления поперечному смещению рельсового пути (RU 2105836, E01B 35/00, 1995).
Недостатком устройства является сложность определения смещения железнодорожного пути при неизвестных его геометрических размерах за счет вибровоздействия.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является измерительное устройство на железнодорожном ходу, содержащее три связанные с железнодорожным тяговым средством измерительные тележки, две из которых сориентированы в одном направлении, а одна - в противоположном, причем каждая из них состоит из рамы на колесах, обкатывающих рельсы колеи, с измерительными приборами, связанными с индикаторными и регистрирующими приборами, тележки подвешены на осях с буксами тягового средства типа дрезины - две тележки на одной оси, одна - на другой, рамы тележек выполнены в виде пар несущих стрел, одним концом закрепленных на оси соответствующей буксы и несущих на других концах оси указанных колес, каждая тележка рамными стрелами поворотно подвешена с помощью силовых цилиндров на раме тягового средства, причем оси колес выполнены телескопически раздвигаемыми с помощью соответствующего силового цилиндра, а индикаторные и регистрирующие приборы расположены в кабине машиниста (RU 2152469, E01B 35/04, 1998).
Недостаток устройства состоит в том, что при определении геометрических размеров железнодорожного пути под транспортным средством не обеспечивается безопасность его прохождения по проверяемому участку.
Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей при определении геометрических размеров железнодорожного пути перед транспортным средством с обеспечением безопасности его движения.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для контроля ширины колеи железнодорожного пути, содержащем смонтированный на поворотной опоре транспортного средства измеритель геометрических размеров и установленную в кабине аппаратуру управления, согласно изобретению в верхней части транспортного средства размещена неподвижная часть поворотной опоры, на оси которой установлена с возможностью поворота приводом в вертикальной плоскости несущая часть с измерителем геометрических размеров, а аппаратура управления включает микропроцессор, к которому подключены навигатор и блок передачи изображения, блок записи и обработки сигналов и дисплей.
Измеритель геометрических размеров выполнен в виде двух лазерных приборов матричного типа, излучатели и приемники которого расположены в одной вертикальной плоскости перпендикулярно направлению движения транспортного средства.
На фиг.1 показан общий вид устройства, установленного на тепловозе; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.3 - сечение по А-А на фиг.2; на фиг.4 - место определения ширины колеи на железнодорожном пути, вид сбоку; на фиг.5 - схема определения ширины колеи; на фиг.6 - схема определения возвышения одного рельса над другим рельсом; на фиг.7 - схема работы лазерного прибора; на фиг.8 - схема определения дальности лазерным прибором; на фиг.9 - сечение по Б-Б на фиг.8; на фиг.10 - матрицы лазерных приборов с одним рядом лазерных диодов, и на фиг.11 - алгоритм проверки геометрических размеров железнодорожного пути.
Устройство для контроля ширины колеи железнодорожного пути содержит смонтированный на поворотной опоре 1 транспортного средства 2 измеритель геометрических размеров 3 и установленную в кабине 4 аппаратуру управления 5.
В верхней части транспортного средства 2 размещена неподвижная часть 6 поворотной опоры 1, на оси 7 которой установлена с возможностью поворота приводом 8 в вертикальной плоскости несущая часть 9 с измерителем геометрических размеров 3.
Аппаратура управления 5 включает микропроцессор 10, к которому подключены навигатор 11, блок 12 передачи изображения, блок 13 записи и обработки сигналов и дисплей 14.
Измеритель геометрических размеров 3 выполнен в виде двух лазерных приборов 15 и 16 матричного типа, излучатели и приемники которых расположены на расстоянии S от уровня головки рельса и на одной прямой перпендикулярно направлению движения транспортного средства 2.
Причем ось 7 размещена в подшипниках 17 в плоскости расположения приемников лазерных приборов 15 и 16, а в верхней части транспортного средства 2 установлена антенна 18 навигатора 11 для связи со спутником 19.
Устройство для контроля ширины колеи железнодорожного пути работает следующим образом.
Перед отправлением со станции транспортного средства 2 (далее тепловоза) на него спереди устанавливается поворотная опора 1 с измерителем геометрических размеров 3, а в кабине 4 подключается его аппаратура управления 5. Измеритель 3 выполняется в виде двух лазерных приборов 15 и 16, размещенных на поворотной опоре 1 с поворотной несущей частью 9 в верхней части тепловоза 2 над соответствующими рельсами железнодорожного пути. Несущая часть 9 разворачивается приводом поворота 8 в вертикальной плоскости вдоль железнодорожного пути. В верхней части тепловоза 2 антенна 18 настраивается для связи со спутником 19.
р
Тепловоз 2 с установленным на нем устройством следует по железнодорожному пути и проверяет перед собой его основные геометрические размеры: ширину колеи - В, и неровности в виде превышений одного рельса над другим - h.
Микропроцессор 10 обрабатывает результаты измерений, используя блок 13 записи и обработки сигналов и блок 12 передачи изображения.
Два лазерных прибора 15 и 16 с матричными излучателями и приемниками размещаются на поворотной опоре 1 сверху тепловоза 2 над соответствующими рельсами железнодорожного пути. Чтобы увеличить дальность осмотра железнодорожного пути, привод 8 поворачивает навстречу движению в вертикальной плоскости на угол α несущую часть 9, соединенную осью 7 с неподвижной частью 6. Ось 7 размещается в подшипниках 17 в плоскости расположения приемников лазерных приборов 15 и 16.
Ширину колеи пути измеряют двумя лазерными приборами 15 и 16, установленными на опоре 1 под углом α. Приемники лазерных приборов 15 и 16 вместе с их излучателями сканируют головки рельсов таким образом, чтобы определить внутренние границы головок. На этих границах дальность сигнала лазерного луча увеличивается на величину, равную: ΔL=H/cosα,
где Н - высота от границы контроля ширины колеи на головке рельса до его подошвы.
Для нового рельса Р65 из справочных материалов Н будет равна 141,7 мм.
В качестве примеров принимаем высоту Н=140 мм; α=88°.
Величина ΔL=140/0,0349=4011 мм, при α=87° ΔL=140/0,0523=2676 мм.
Эти примеры показывают, что при таких углах наклона лазерного луча можно определить расположение внутренних боковых граней (краев) головок обоих рельсов по заметной разнице расстояний между головкой и подошвой рельсов. В данном случае применяется способ измерения ширины колеи по разности расположения боковых граней головок рельсов с внутренней стороны колеи. Два лазерных прибора 15 и 16 устанавливаются на расстоянии друг от друга в одной горизонтальной плоскости, равном известной ширине колеи железнодорожного пути 1520 мм. Допуски, уширения и сужения колеи охватываются линейками матриц лазерных приборов 15 и 16.
На фиг.10 матрицы с излучателями и приемниками лазерных приборов 15 и 16, расположенные горизонтально и поперек над соответствующими рельсами, сканируют головки рельсов до их подошв. Параллельные лучи от отдельных лазеров, расположенных на одной линии в матрице на близком расстоянии друг от друга, например через 2 мм, ориентированы на головки рельсов с возможностью их охвата на прямых и кривых участках пути. Два граничных лазера на матрицах, которые определяют ширину колеи, позволяют по известному месту расположения их в матрицах определить расстояние между ними.
р
3
4
Возвышение одного рельса над другим h (см. фиг.6) определяется как разность расстояний или дальностей L и L, измеренных до соответствующих рельсов лазерными приборами 15 или 16. Причем приемники с излучателями на матрицах лазерных приборов 15 и 16 должны четко фиксировать размер В - ширину колеи железнодорожного пути в этом месте.
р
3
4
h=L-L,
3
где L - расстояние (дальность) до места определения ширины колеи на левом рельсе от лазерного прибора 15;
4
L - расстояние (дальность) до места определения ширины колеи на правом рельсе от лазерного прибора 16.
3
4
Расстояния L и L можно измерять лазерными приборами 15 и 16 до уровней головок соответствующих рельсов. Замеры производятся при плавных вертикальных колебаниях тепловоза 2.
р
Непрерывно измеренные величины h по ходу движения тепловоза 2 указывают на существующие неровности железнодорожного пути.
Лазерные приборы 15 и 16 выполняют функции локаторов, проверяющих путь перед движущимся тепловозом 2, и обеспечивают безопасность его движения.
Ширина колеи измеряется лазерными приборами 15 и 16 при небольшой скорости движения тепловоза 2, когда его кабина совершает плавные вертикальные колебания.
Расстояние от тепловоза 2 до места измерений и контроля геометрических размеров железнодорожного пути определяется по следующей формуле:
1
т
L=h×tgα,
т
где h - высота установки поворотной опоры 1 на тепловозе 2 относительно головки рельса.
т
Принимаем высоту h=4,3 м; α=88°,
ΔL=4,3×28,63=143,15 м,
при α=87° ΔL=4,3×11,43=57,15 м.
Со спутника 19 данные о местонахождении тепловоза 2 передаются на навигатор 11 и считываются микропроцессором 10. Кроме этого, на приемник с антенной 18 поступает сигнал, несущий информацию об изображении железнодорожного пути, которое преобразуется и отображается на дисплее 14 в виде поперечного сечения пути с указанием ширины колеи в мм. В блоке 13 записи и обработки сигналов формируется другое изображение поперечного сечения колеи пути с измеренной лазерными приборами 15 и 16 шириной пути, например, с точностью ±2 мм. Расстояние между внутренними гранями головок левого рельса и правого рельса (фиг.9) может изменяться в зависимости от условий эксплуатации и ремонта железнодорожного пути.
Эти изображения сравниваются в микропроцессоре 10, при этом выявляются различия или расхождения в размерах ширины колеи. Обработка изображений производится на движущемся тепловозе 2 автоматически при помощи микропроцессора 10. Если расхождения превышают допустимые пределы (6 мм), то на дисплее 14 высвечивается предупреждение или подается звуковой сигнал. Сигнал подается и в случае занижения ширины колеи (2 мм). В этих случаях поезд не может следовать дальше. Необходимо выправить железнодорожный путь.
В случае отсутствия различий или расхождений, превышающих допустимые пределы на колею 1520 мм, тепловоз 2 с вагонами может следовать дальше.
Запись геометрических размеров ширины колеи перед тепловозом 2 и сравнение с изображениями из космоса производятся непрерывно перед тепловозом 2 на различных скоростях его движения.
На прямых участках пути лазерные приборы 15 и 16 контролируют путь на расстоянии нескольких сотен метров.
На кривых участках пути дальность их измерений ограничивается десятками метров при условии охвата лазерными матрицами головок изогнутых в горизонтальной плоскости рельсов. Контроль производится по допускаемым нормативам.
Контроль ширины колеи железнодорожного пути обеспечивается непосредственным измерением лазерными приборами 15 и 16 и подтверждением снимками со спутника 19. Только в этом случае состав с вагонами может безопасно следовать по заданному маршруту.
Эффективность устройства для контроля ширины колеи железнодорожного пути заключается в обеспечении безопасности движения транспортного средства при измерении ширины колеи и возвышения одного рельса над другим на железнодорожном пути.