Способ контроля дозировки балласта и измерительно-управляющее устройство дозированной выгрузки и распределения балласта на железнодорожный путь
METHOD FOR MONITORING THE DOSAGE OF BALLAST AND MEASURING AND CONTROLLING APPARATUS FOR DOSED UNLOADING AND DISTRIBUTION OF BALLAST ON A RAILWAY TRACK

Изобретение относится к контролю и управлению дозированной выгрузкой балласта из подвижного транспортного средства, например хоппер-дозатора, при выполнении технологических операций по укладке балласта в путь при ремонтах и техническом обслуживании железнодорожного пути, в основном при восстановлении очертаний рельсовых нитей и балластной призмы в пределах установленных допусков их содержания.
Состояние железнодорожного пути определяется преимущественно по геометрическим параметрам очертаний рельсовых нитей.
Измерение очертаний рельсовых нитей осуществляется измерительными средствами, установленными на измерительных тележках и специализированных вагонах путеизмерителях, оборудованных автоматизированной системой записи геометрических очертаний рельсовых нитей (Научно-исследовательский отчет АО ВНИИЖТ, Шифр работы: 2.042.Р, договор No 1033/12/371, этап 1 «Анализ отечественных и зарубежных систем путеизмерения, действующей нормативно-технической документации по применению различных средств контроля технического состояния пути и использованию, получаемой информации»). Записанные показатели обрабатываются (расшифровываются) на основании нормативных документов, устанавливающих допуски величин отступлений очертаний рельсовых нитей из условий безопасной эксплуатации железнодорожного пути (Инструкция по расшифровке лент и оценке состояния рельсовой колеи по показаниям путеизмерительного вагона ЦНИИ-2 и мерам по обеспечению безопасности движения поездов (с Дополнениями и изменениями), утв. Департаментом пути и сооружений МПС России 14 октября 1997 г. ЦП-515). Изменение очертаний рельсовых нитей определяется в вертикальной плоскости (по уровню) и в горизонтальной (в плане). Величины отступлений от эталонной линии в вертикальной плоскости (по уровню) подразделяются на параметры: просадка одной рельсовой нити, перекосы по уровню взаимного расположения рельсовых нитей по отношению друг другу; а в горизонтальной плоскости (плане): уширение или сужение рельсовой нити относительно эталонного значения, в частности, для железных дорог России величина составляет 1520 мм, рихтовка одной рельсовой нити, как изменение очертаний рельсовой нити относительно прямой линии.
Очертание балластной призмы соответствует строительным размерам железнодорожного пути и в случае появления отступлений от них, должны быть приведены к этим размерам.
Дозирование и распределение балласта на железнодорожный путь на практике осуществляется: вручную с железнодорожных платформ или механически из специальных вагонов хоппер-дозаторов. В обоих случаях массу выгружаемого на путь балласта определяют на «глазок», на основании опыта производителя работ, а по завершению работ, образующиеся, как правило, излишки балласта убирают вручную (Сычев В.П. Хоппер-дозаторы, М. АИСнТ. 2011 г. 112 с).
Технологическая операция по приведению очертаний рельсовых нитей в соответствии с допусками на их содержание осуществляется преимущественно перемещением рельсовых нитей в вертикальной и/или горизонтальной плоскости и их закрепление на новом месте с помощью балласта (Технические условия на работы по реконструкции (модернизации) и ремонту железнодорожного пути, утвержденные распоряжением ОАО «РЖД» №75 р от 18.01.2013, редакция от 21.01.2015). Операции по перемещению рельсовых нитей выполняют выправочно-подбивочно-рихтовочные (типа ВПР) машины, оборудованные микропроцессорной системой управления рабочими органами этой машины по перемещению рельсовых нитей и уплотнения (подбивки), подсыпаемого из хоппер-дозаторов балласта (Железнодорожный транспорт: Энциклопедия / Гл. ред. Н.С. Конарев. - М.: Большая российская энциклопедия, 1994. - С. 76. Общим недостатком существующей технологии производства работ с балластом является отсутствие информационной связи между результатами измерений состояния железнодорожного пути и объемом выгружаемого балласта, который дозируется вручную на основе опыта производителя работ, управляющего разгрузочно-дозирующим механизмом хоппер-дозатора в непосредственной близости к движущемуся подвижному средству, а при наличии нескольких вагонов, перебегающего вдоль вагонов от одного к другому, управляя механизмами выгрузки и дозирования, вдыхая мелкие частицы пыли, высыпаемого из кузова балласта. Это приводит к неоправданным затратам при выполнении путевых работ, в том числе, связанные с излишне выгруженным балластом и последующей уборкой излишек, непроизводительному расходованию полезного времени технологического перерыва в движении на участке пути, нарушениям безопасности и условий труда при производстве путевых работ. Для того чтобы исключить указанные выше недостатки необходимо обеспечить управление выгрузкой и распределением балласта на железнодорожный путь, на основе объективно измеренных значений параметров состояния железнодорожного пути и расчета объема или массы балласта, потребного для выполнения технологических операций технического обслуживания и ремонтов железнодорожного пути, при минимальном влиянии человеческого фактора на распределение балласта и присутствия человека в зоне выгрузки в непосредственной близости к движущемуся подвижному составу, с повышением оперативности подготовительных работ по выполнению операций ремонта и текущего содержания пути. Цель может быть достигнута созданием устройства осуществляющее выгрузку, дозирование, контроль за расходованием и укладку балласта в объеме, объективно рассчитанном на основе измеренной информации о состоянии железнодорожного пути, без прямого влияния на процесс человеческого фактора и способа контроля за дозировкой балласта.
Известен (патент RU №2180888) хоппер-дозатор, обеспечивающий выгрузку с порционным дозированием балласта в путь, состоящий из кузова, установленного на раме, опирающейся на ходовые тележки с бункером внизу кузова с разгрузочными люками бункера, перерываемыми поворотными крышками, установленными на валу, кинематически связанными с силовыми пневмоцилиндрами. Преимуществом этого решения является то, что выгрузка осуществляется дозировано, с прерыванием выгрузки, а недостатком является ручное управление выгрузкой и дозированием через блок кранов управления приводом силовых цилиндров крышки с прерыванием выгрузки по решению производителя работ и выгрузки массы, определяемой на основе опыта работы производителя работ, а также его присутствием рядом с движущим средством в окружении частиц пыли от балласта, высыпаемого из хоппер-дозатора. Решение не обеспечивает оптимальное распределение балласта в соответствии с технологической операцией ремонта и текущего содержания пути и его экономное расходование за счет влияния человеческого фактора на определение массы выгруженного балласта и отсутствия объективной оценки потребности балласта, которая возможна на основе измерения показателей состояния железнодорожного пути по всем измеряемым параметрам.
Известен измерительный комплекс состояния железнодорожного пути - путеобследовательская станция ВИС ЦНИИ 4 (П.Н. Кулешов Скоростные путеобследовательские станции ЦНИИ 4. - Наука и техника железнодорожного транспорта. №2(6) 2013 С. 32-33), представляющая собой измерительную систему сплошного контроля рельсовой колеи, установленную на рельсовое транспортное средство, а именно, вагон специального назначения.
Измерительная система сплошного контроля выполняет процесс измерений параметров состояния пути, в частности, геометрических очертаний рельсовых нитей и определение значений этих очертаний, превышающих установленные допуски содержания пути в вертикальной и горизонтальной плоскостях по ряду параметров, определяемых нормативными документами и, в частности (Инструкция по расшифровке лент и оценке состояния рельсовой колеи по показаниям путеизмерительного вагона ЦНИИ-2 и мерам по обеспечению безопасности движения поездов (с Дополнениями и изменениями), утв. Департаментом пути и сооружений МПС России 14 октября 1997 г. ЦП-515).
Недостатком этого комплекса является отсутствие связи результатов измерений с массой выгружаемого балласта и контроля за его дозировкой в соответствии с объективно рассчитанной массой, потребной для устранения отступлений измеренных величин, превышающих установленные нормативными документами допуски содержания железнодорожного пути. Таким образом, процесс дозировки балласта и распределения на железнодорожный путь осуществляется ручным управлением процессами выгрузки без расчета потребной массы балласта, а всего лишь оценкой этой массы на основе визуального анализа измеренных комплексом отступлений от норм содержания рельсовой колеи.
Цель изобретения обеспечить контроль дозировки балласта на железнодорожный путь в объеме, необходимом и достаточном для приведения рассчитанных на основе измеренных геометрических очертаний рельсовой колеи и балластной призмы отступлений от норм содержания железнодорожного пути в пределы установленных допусков их содержания и распределение балласта с минимальным участием человека.
Технической задачей заявляемого изобретения является создание измерительно-управляющего устройства, содержащего, связанные единым интерфейсом модули: измерительный по измерению геометрических очертаний рельсовых нитей и балластной призмы, информационно - вычислительный, определяющий отступления измеренных очертаний от норм их содержания и объем или массу балласта потребного для приведения выявленных отступлений от норм содержания к установленным допускам содержания; и модуль управляющий выгрузкой, дозированием и укладкой балласта в путь, и контроль за дозировкой балласта.
Техническим результатом заявляемого изобретения является дозирование балласта на основе фактически измеренных параметров состояния железнодорожного пути, превышающих установленные допуски его содержания с управлением выгрузкой и распределением балласта на железнодорожный путь с обеспечением контроля дозировки с минимальным участием человека.
Технический результат достигается тем, что на, по меньшей мере, одну раму, опирающуюся на ходовые тележки устанавливается емкость с отверстиями для выгрузки балласта на железнодорожный путь, перекрываемых разгрузочными крышками, и управляемые приводом, например, силовыми цилиндрами, кинематически связанными с валом или осью, на которых установлены крышки и измерительные устройства непрерывного измерения геометрических очертаний рельсовых нитей и балластной призмы, и веса балласта в емкости и связанные с блоками: сравнения измеренных величин очертаний рельсовых нитей с допусками на их содержания, расчета массы балласта потребного для восстановления в пределах допусков очертаний рельсовых нитей, сравнения массы балласта с фактическим непрерывно измеряемой посредством измерительного устройства значением массы балласта в емкости, управления приводом крышек для выгрузки балласта в выявленные места отступлений, определяемые на основе показаний датчика местоположения. Блок управления подает сигнал на силовые цилиндры на открытие разгрузочных отверстий при совпадении местоположения выявленного отступления и фактического местоположения устройства по показаниям датчика местоположения.
Потребная масса балласта рассчитывается на основании требований, устанавливаемых нормативными документами выполнения технологических операций при техническом обслуживании пути и ремонтах железнодорожного пути и обеспечением приведения фактически выявленных геометрических очертаний к требуемым по условиям безопасности движения и установленным нормам.
Блок непрерывного измерения массы выгружаемого и остающегося в емкости балласта содержит измерительные датчики, преобразователи, приемник и передатчик для входа в информационно-вычислительный модуль, которая в свою очередь связана с модулем управления выгрузкой, дозированием балласта. Блок в целом или отдельные его элементы могут быть установлены на элементы тележек подвижного средства, раму подвижного средства или раму дозатора. При этом в качестве одного из элементов блока непрерывного измерения массы балласта может быть счетчик времени открытия и закрытия крышек. Распределение массы балласта на всем протяжении участка пути, где показатели оценки состояния пути выходят за пределы допусков норм содержания пути осуществляется посредством привязки местоположения начала и конца участка пути через датчик местоположения системы, связанный с измерительным блоком измерения показателей состояния пути и блоком контроля за массой выгружаемого балласта в сравнении с расчетной массой, который в свою очередь связан с блоком управления приводом механизмами выгрузки и дозирования балласта.
Датчик местоположения может быть установлен на кузове или раме транспортного средства, например в виде антенны, принимающей сигналы от навигационной спутниковой системы, обеспечивая привязку к географическим и геодезическим координатам местоположения комплекса, выявленных и спланированных мест выгрузки балласта для выполнения неотложной или плановой технологической операции. Вычислительное устройство измерительно-управляющего комплекса может быть установлено вне транспортного средства, при этом информационно-управляющее взаимодействие с блоками может осуществляться дистанционно. При этом модули устройства могут быть конструктивно объедены и установлены на одно техническое средство системы технического обслуживания и ремонтов железнодорожного пути, например, на хоппер - дозатор, а могут быть установлены на разные, например: измерительный модуль на вагон путеизмеритель, информационно-вычислительный дистанционно, в частности, в вагон сопровождения хоппер-дозаторов, а модуль управления выгрузкой на хоппер-дозатор.
На фигуре 1 приведена схема измерительно-управляющего устройства дозированной выгрузки и распределения балласта на железнодорожный путь. На фигуре 1 представлены: 1 - блок измерения параметров состояния железнодорожного пути; 2 - вычислительное устройство; 3 - блок оценки содержания параметров железнодорожного пути в соответствии с допусками его содержания; 4 - блок расчета массы балласта, потребного для выполнения технологической операции по приведению показателей содержания пути в соответствии с допусками; 5 - блок сравнения рассчитанной и измеренной массы балласта; 6 - блок непрерывного измерения веса балласта в емкости, установленной на транспортном средстве; 7 - блок управления приводом дозирования и разгрузки; 8 - датчик местоположения.
Устройство может быть разделено на три модуля, размещенные на одной раме, опирающейся на ходовые тележки или разных рамах:
1 - измерительный модуль; 11 - информационно - вычислительный модуль и 111 - управляющий модуль распределением балласта.
Устройство работает следующим образом. Блок измерения параметров железнодорожного пути 1, измеряет параметры, определяющие состояние железнодорожного пути в частности, геометрические очертания рельсовых нитей с фиксацией местоположения по показаниям датчика местоположения с привязкой к геодезическим и географическим параметрам железнодорожного пути (блок 8) и с помощью вычислительного устройства блок 2 формирует базу данных о состоянии железнодорожного пути, оценивая в блоке 3 результаты измерения на соответствие попадания измеренных показателей в установленные нормативными документами допуски содержания железнодорожного пути, преимущественно, по величинам отступлений геометрических очертаний рельсовых нитей от норм их содержания, формируя матрицу данных о показателях состояния железнодорожного пути, выходящих за установленные допуски содержания пути, в том числе по геометрическим очертаниям балластной призмы; в блоке 4 определяется масса балласта потребного для восстановления очертаний рельсовых нитей в пределах установленных допусками и протяженность участка, где показатели состояния пути превысили установленные допуски, а в блоке 5 осуществляется контроль за выгружаемым балластом, посредством сравнения рассчитанной массы балласта с фактической непрерывно измеряемой в блоке 6 массой балласта, с подачей сигнала на управление приводом 7 разгрузочно-дозирующего механизма. Если рассчитанная масса балласта не больше, чем измеренная, блок управления приводом 7 подает сигнал на силовые цилиндры на закрытие крышек разгрузочно-дозирующего механизма. Как вариант, при практической реализации устройства возможно установить счетчик контроля времени нахождения крышки в открытом состоянии, при этом масса фактически выгружаемого балласта вычислять как функцию площади разгрузочного отверстия емкости и времени удержания крышки в открытом состоянии. Таким образом, способ контроля дозировки балласта при выполнении технологических операций по приведению железнодорожного пути на соответствие допусков на их содержание осуществляется на основе информации о непрерывно измеряемых геометрических очертаний рельсовых нитей, оценки отступлений очертаний от установленных допусков и расчета массы балласта, потребной для выполнения этих технологических операций, и сравнением расчетного значения с непрерывно измеряемым весом выгружаемого из емкости балласта, остающейся в процессе его выгрузки, с последующей остановкой процесса выгрузки по достижению рассчитанных значений.
Таким образом измерительно-управляющее устройство выгрузки и распределения балласта на железнодорожный путь и способ контроля дозировки балласта обеспечивает оптимальное расходование балласта, потребное для выполнения технологических операций по приведения очертаний рельсовых нитей и балластной призмы в пределы допусков их содержания при минимальном влиянии человеческого фактора на распределение балласта и повышение уровня безопасности труда при производстве путевых работ.