Устройство для контроля геометрии пути

Устройство для контроля геометрии пути с использованием вихретоковых датчиков относится к технике железнодорожного транспорта и предназначено для контроля параметров рельсового пути.
Из уровня техники, патент RU № 2513338 с приоритетом от 25.12.2012 г., известен способ оценки состояния рельсового пути, заключающийся в применении диагностического вагона, оборудованного тензометрическими колесными парами, тензометрическими автосцепками, измерительными приборами, системами спутниковой навигации и беспроводной передачи данных, который устанавливают в состав грузового поезда, определяют состояние геометрии рельсового пути: радиусы кривых, положение рельсовых нитей в плане и профиле, ширину колеи и другие параметры с привязкой к электронной GPS-карте рельсового пути, и связывают их с данными последних проездов вагона-путеизмерителя.
Недостатком данного способа является то, что он ориентирован на контроль динамического взаимодействия колес подвижного состава и рельсовой колеи с целью оценки устойчивости вагона на пути и не обеспечивает измерение параметров геометрии рельсовой колеи с точностью, достаточной для диагностики пути в частности, в реферате патента прямо указывается, что данные измерений комплексируются с результатами, полученными вагоном-путеизмерителем.
Наиболее близким по своей технической сущности является известное из патента РФ № 65501 с приоритетом от 04.04.2007 г. устройство для контроля параметров рельсового пути на основе пассажирского железнодорожного вагона, в состав которого входит кузов вагона с оборудованием, котловая и некотловая ходовые тележки, содержащие датчики линейных перемещений букс второй колесной пары котловой и букс колесных пар некотловой ходовых тележек относительно плоскости днища кузова вагона, по два датчика линейных перемещений поперечных балок ходовых тележек относительно плоскости симметрии кузова вагона, четыре измерительных ролика с датчиками линейных перемещений, установленные на некотловой ходовой тележке у каждого колеса и контактирующие с внутренними боковыми гранями головок рельсов, датчики линейных перемещений относительно плоскости симметрии котловой ходовой тележки и датчики обнаружения стрелочного перевода, которые контактируют с контррельсами стрелочных переводов, два связанных с осью вращения колесной пары датчика пути и скорости, установленные в кузове вагона, кнопка сигнализации об объекте пути, два аппаратно-программных комплекса и блок согласования, к входам которого подключены выходы всех датчиков и кнопки сигнализации об объекте пути, а к его порту обмена информацией подключен порт обмена информацией первого аппаратно-программного комплекса, второй порт обмена информацией которого подключен к порту обмена информацией второго аппаратно-программного комплекса, причем в него дополнительно введены установленные в кузове вагона третий аппаратно-программный комплекс, два акселерометра, датчик угловой скорости и датчик обнаружения рельсовых пересечений, при этом первый акселерометр выполнен с осью чувствительности, перпендикулярной плоскости симметрии кузова вагона, а другой акселерометр и датчик угловой скорости выполнены с осями чувствительности, перпендикулярными к плоскости днища кузова вагона, датчик обнаружения рельсовых пересечений установлен в центре некотловой ходовой тележки, причем выходы акселерометров, датчика угловой скорости и датчика обнаружения рельсовых пересечений подключены к входам блока согласования, а порт обмена информацией третьего аппаратно-программного комплекса соединен с портами обмена информацией первого и второго аппаратно-программных комплексов.
Несмотря на все достоинства данного устройства, при прохождении измерительными роликами по стрелочному переводу, вследствие прямого контакта механической части системы и датчиков обнаружения стрелочных переводов с контррельсами, скорость устройства должна составлять не более 40 км/ч, при этом на перекрестных стрелочных переводах и на глухих пересечениях измерительные ролики должны подниматься и отводиться от рельса, что обеспечивается использованием сложной кинематической системы с пневмоприводом. Из-за вмешательства в тормозную систему при установке измерительного оборудования скорость на перегонах между железнодорожными станциями также не должна превышать 120 км/ч. Вышеперечисленные обстоятельства обуславливают необходимость эксплуатации устройства с отдельным локомотивом для его буксировки, выделения дополнительной нитки железнодорожного графика для проезда диагностического средства, и невозможность использования устройства в составе пассажирского поезда.
Техническим результатом заявляемого устройства для контроля геометрии пути является расширение арсенала технических средств за счет обеспечения возможности проведения проверки геометрии рельсовой колеи на скорости, равной конструктивной скорости пассажирского поезда.
Заявленный технический результат достигается за счёт того, что в устройство для контроля параметров рельсового пути на основе пассажирского железнодорожного вагона, в состав которого входит кузов вагона с оборудованием, котловая и некотловая ходовые тележки, два связанных с осью вращения колесной пары датчика пути и скорости, два акселерометра, датчик угловой скорости, аппаратно-программные комплексы, блок согласования, к входам которого подключены выходы всех датчиков, а к его порту обмена информацией подключены аппаратно-программные комплексы, дополнительно в подвагонном пространстве по правой и левой стороне некотловой тележки установлены вихретоковые датчики положения рельсов. Установленные в подвагонном пространстве по правой и левой стороне некотловой тележки вихретоковые датчики положения рельсов (ДВПР) генерируют электромагнитное поле, по изменениям и возмущениям которого посредством градуировочных таблиц определяется положение рельсов, что позволяет определять параметры рельсовой колеи без физического контакта с верхним строением пути, а также позволяет отказаться от использования механической системы опускания и поднимания роликов с пневматическим приводом, что в свою очередь обеспечивает контроль геометрии пути на скорости, равной конструктивной скорости пассажирского поезда.
Суть технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена структурная схема системы, вид сверху (кузов вагона условно не показан), на фиг. 2 - её структурная электрическая схема.
С целью упрощения графики и ее восприятия на фигуре 1 приняты следующие условности:
1. Аппаратура (например, соответствующие датчики - см. ниже) и оборудование (например, ходовые тележки - см. ниже), изображенные жирными линиями, соединены с кузовом вагона. Остальная аппаратура и оборудование соединены с соответствующими ходовыми тележками.
2. В соответствии с известной конструкцией кузов вагон обладает вертикальной плоскостью симметрии кузова вагона (на фигурах не показана). Плоскость днища кузова вагона перпендикулярна плоскости симметрии кузова вагона. Аналогичные плоскости присущи и ходовым тележкам.
3. Направления входного воздействия (перемещения, ускорения, угловой скорости) относительно плоскости днища кузова вагона или относительно плоскости симметрии кузова вагона (или ходовой тележки) практически перпендикулярны соответствующим плоскостям. То же относится и к направлению оси чувствительности датчика. Например, направление, обозначенное на фиг. 1 стрелкой у датчика, перпендикулярно плоскости симметрии кузова вагона. Другое направление входного воздействия или оси чувствительности датчика перпендикулярно плоскости днища кузова вагона.
4. Точка на линии элементов конструкций (см. фиг. 1) обозначает наличие в ней угловых перемещений, обеспечивающих требуемое функционирование аппаратуры и оборудования.
5. Электрические связи на фиг. 1 условно не показаны. Они приведены на фиг. 2.
6. Системы энергопитания (электрическая и пневматическая) условно не показаны.
Вагон с размещённой на нём системой включает в себя (фиг. 1) кузов вагона (на фигуре условно не показан) с оборудованием, котловую 1 и некотловую 2 ходовые тележки, имеющие по две колесных пары: первую 3, вторую 4 котловой ходовой тележки и 5, 6 некотловой ходовой тележки, которые контактируют с рельсами 7. Ходовые тележки 1 и 2 вагона подрессорены относительно колесных пар (штатная подвеска вагона). Датчики линейных перемещений (ДЛП) 8, 9 установлены на днище кузова вагона и соединены с буксами второй колесной пары 4 котловой ходовой тележки 1, а ДЛП 10, 11 установлены на днище кузова вагона и соединены с поперечными балками котловой ходовой тележки 1. Оси чувствительности последних ДЛП перпендикулярны плоскости симметрии кузова вагона. Датчики линейных перемещений 12, 13, 14, 15, 16, 17 установлены на днище кузова вагона. Датчики линейных перемещений 12, 13, 14, 15 соединены с буксами колесных пар 5, 6 некотловой ходовой тележки 2, а ДЛП 16, 17 соединены с поперечными балками ходовой некотловой тележки 2. Оси чувствительности ДЛП 16, 17 перпендикулярны плоскости симметрии кузова вагона. Датчики пути и скорости (ДПС) 18, 19 установлены на буксах колесной пары 6 и сопряжены с осью её вращения. Вихретоковые датчики положения рельсов (ДВПР) 22, 24 устанавливаются в подвагонном пространстве по правой стороне некотловой тележки; ДВПР 23, 25 устанавливаются в подвагонном пространстве по левой стороне некотловой тележки (фиг.1). В кузове вагона установлены датчик угловой скорости (ДУС) 29 с осью чувствительности, перпендикулярной плоскости днища кузова вагона, акселерометр 30 с осью чувствительности, перпендикулярной плоскости симметрии кузова вагона, акселерометр 31 с осью чувствительности, перпендикулярной плоскости днища кузова вагона. В состав системы (фиг.2) входят также блок согласования (БС) 33, первый 34, второй 35 и третий 36 аппаратно-программные комплексы (АПК), которые выполнены на основе ЭВМ, соответствующих штатных устройств ввода-вывода информации и оснащены необходимым программным обеспечением. Датчики с 8 по 19, с 22 по 25, с 28 по 31 подключены к АПК 34 через блок согласования 33, а блок согласования 33, аппаратно-программные комплексы 34, 35, 36 объединены в локальную вычислительную сеть с помощью соответствующих шин через свои порты обмена информацией.
Устройство для контроля геометрии пути работает следующим образом. Перед началом работы устройство приводится в исходное состояние в соответствии с эксплуатационной документацией: производится зарядка всех накопителей энергии, проведение регламентных работ, введение исходных данных в аппаратно-программные комплексы 34, 35, 36 и т.п. Вагон при штатном функционировании устройства для контроля геометрии пути может двигаться котловой ходовой тележкой 1 (фиг.1) вперед или в обратном направлении. Датчики пути и скорости (ДПС) 18, 19, установленные на буксах колесной пары 6 (фиг.1) и сопряженные с осью ее вращения, входят в состав одометра, в который входят и колеса колесной пары. Датчики пути и скорости 18, 19 формируют импульсные сигналы, частота которых прямо пропорциональна скорости движения вагона, а число импульсов прямо пропорционально пройденному вагоном расстоянию. По информации, полученной с помощью ДПС 18, 19, определяется текущее место расположения вагона на рельсовом пути. Ширина рельсовой колеи (шаблон) измеряется с помощью датчиков ДВПР 24, 25. Стрелы изгиба каждой рельсовой нити в горизонтальной плоскости (рихтовка) измеряются относительно хорды длиной 21,5 м в точке, находящейся на расстоянии 4,1 м от конца хорды. Стрела изгиба в горизонтальной плоскости (рихтовка) правого рельса измеряется с помощью датчиков линейных перемещений 10, 11, 16, 17 и датчиков ДВПР 22, 24. Стрела изгиба в горизонтальной плоскости (рихтовка) левого рельса измеряется с помощью датчиков линейных перемещений 10, 11, 16, 17, и датчиков ДВПР 23, 25. Стрела изгиба каждого рельса в вертикальной плоскости (просадка) измеряется относительно хорды длиной 17 м в точке, находящейся на расстоянии 2,4 м от конца хорды с помощью ДЛП 8, 9, 12, 13, 14, 15. Взаимное положение обоих рельсов по высоте (уровень) измеряется с помощью ДЛП 10, 11, 12, 13, 16, 17, акселерометров 30, 31 и датчика угловых скоростей 29. Стрелочные переводы автоматически фиксируются посредством датчика обнаружения рельсовых пересечений 28, находящегося в центре некотловой ходовой тележки 2 вагона и автоматически "привязываются" к информации по контролируемым параметрам рельсового пути в аппаратно-программном комплексе 34. При контроле и оценке параметров рельсового пути в реальном времени измеряются и документируются с автоматизированной и автоматической привязкой к текущему месту расположения вагона на рельсовом пути следующие его параметры: взаимное положение обоих рельсов по высоте (уровень), ширина колеи рельсового пути (шаблон), стрелы изгиба каждого рельса в вертикальной (просадка) и в горизонтальной (рихтовка) плоскостях (в том числе, и их соответствующие отличия по рельсам), уклоны и продольный профиль пути (вычисляемый параметр), длинные неровности пути в плане и профиле (вычисляемый параметр), пройденный путь и скорость при измерениях, обнаружение стрелочных переводов. При этом формируются визуальные (на дисплеях аппаратно-программных комплексов) и печатные выходные формы контроля параметров рельсового пути (графические распечатки на принтерах аппаратно-программных комплексов) результатов измерений, расшифрованные и оцененные в части отступлений от норм содержания рельсового пути и допустимых скоростей движения, управляющие воздействия оператора, техническое состояние аппаратных средств и выдается звуковая сигнализация (с помощью аудиоустройств аппаратно-программных комплексов) по опасным отступлениям значений этих параметров. Вся информация "привязывается" к текущему месту вагона на железнодорожном пути, в том числе, "привязывается" информация более раннего контроля пути (из базы данных с помощью аппаратно-программного комплекса 35). Кроме того, обеспечиваются различные режимы работы с базами данных (аналитические оценки результатов контроля, формирование и ведение баз данных, обмен базами данных, выдача форм отчетной документации и т.д.). Отмеченные выше параметры измеряются или вычисляются путем преобразования информации, полученной при измерениях в процессе работы системы.