УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕЛЬСОВОЙ КОЛЕИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ (РПИ)

Устройство относится к технике железнодорожного транспорта, и предназначено для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути, и может быть использовано, в том числе, в метрополитене для контроля параметров контактного рельса.
Из уровня техники, патент № 137531 с приоритетом от 11.10.2013 г., известно устройство для измерения параметров железнодорожного рельсового пути, содержащее снабженную ручкой съемную рельсовую тележку с рамой и двумя парами колес, на которой размещены соединенный с автономным источником питания блок анализа, соединенные с его входом через интерфейс связи элементы контроля рельсового пути и соединенные с его соответствующими выходами блок индикации и визуализации и блок связи с внешними устройствами, отличающееся тем, что блок анализа выполнен в виде программируемого процессора, соединенного с блоком команд оператора, при этом устройство содержит вспомогательный источник питания, соединенный с элементами контроля рельсового пути, которые включают датчик отклонения поперечного сечения рельсового пути, датчик шаблона колеи и датчик контроля пути и скорости.
Из уровня техники, патент № 110703 с приоритетом от 22.06.2011 г.известно устройство для контроля состояния рельсового пути, содержащее два датчика вертикальных ускорений букс, установленных на корпусах букс одной из колесных пар в некотловой части вагона-путеизмерителя, два бесконтактных датчика оптического диапазона длин волн измерения вертикальных и горизонтальных перемещений головок рельсов относительно кузова, установленных на наружной поверхности днища вагона-путеизмерителя, два бесконтактных датчика оптического диапазона длин волн измерения ширины колеи, установленных на неподрессорной раме колесной тележки в некотловой части вагона-путеизмерителя, два датчика вертикальных перемещений букс относительно кузова, установленных на кузове вагона-путеизмерителя над буксами колесной пары в его некотловой части, датчик пройденного пути, установленный на корпусе одной из букс измерительной колесной пары, бесплатформенную инерциальную навигационную систему, установленную в некотловой части вагона-путеизмерителя, спутниковую навигационную систему, установленный на борту вагона-путеизмерителя контрольно-вычислительный комплекс, включающий персональную электронно-вычислительную машину (ПЭВМ), первый и второй контроллеры, контроллер вычисления параметров пути, блок текущего времени, блок данных результатов контроля, принтер и пульт оператора, причем первый и второй датчики вертикальных ускорений букс подключены соответственно к первому и второму входам первого контроллера, первый и второй бесконтактные датчики оптического диапазона длин волн измерения вертикальных и горизонтальных перемещений головок рельсов относительно кузова подключены соответственно к третьему и четвертому входам первого контроллера, первый и второй бесконтактные датчики оптического диапазона волн измерения ширины колеи подключены соответственно к пятому и шестому входам первого контроллера, первый и второй датчики вертикальных перемещений букс относительно кузова подключены соответственно к седьмому и восьмому входам первого контроллера, датчик пройденного пути подключен к первому входу ПЭВМ, вход и выход бесплатформенной инерциальной навигационной системы соединены соответственно с первым выходом и с первым входом второго контроллера, спутниковая навигационная система подключена к третьему входу второго контроллера, вход блока текущего времени соединен с первым входом ПЭВМ и с четвертым входом второго контроллера, второй выход ПЭВМ соединен с девятым входом первого контроллера и с пятым входом второго контроллера, входы-выходы первого и второго контроллеров соединены с входами-выходами контроллера вычисления параметров пути, вторые входы-выходы ПЭВМ соединены с входами-выходами блока данных результатов контроля, и третьи входы-выходы ПЭВМ соединены с входами-выходами пульта оператора, второй выход ПЭВМ подключен к принтеру, отличающееся тем, что устройство содержит пульт отметок путевых событий, выход которого соединен со вторым входом второго контроллера, а вход пульта отметок путевых событий соединен со вторым выходом второго контроллера.
Но данное устройство предназначено для контроля состояния рельсового пути на большом расстоянии и не может использоваться для контроля состояния рельсового пути на малых расстояниях, а также не может применяться, например, в метрополитене.
Наиболее близким по своей технической сущности является устройство для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути, известное из патента № 85907 с приоритетом от 12.05.2009 г. и содержащее первую и вторую рельсовые тележки, оснащенные колесами и соединенные телескопической траверсой, на которой установлен датчик ширины рельсовой колеи, одно из колес связано с датчиком пути, на первой рельсовой тележке установлены датчики крена и тангажа, а выходы датчиков связаны через контроллеры с компьютером, отличающееся тем, что в него введены датчики расстояния до рельса, второй датчик тангажа, датчик угловой скорости курса и трансивер, телескопическая траверса снабжена быстроразъемными электрическими и механическими соединителями, один из которых имеет три степени свободы, на каждой рельсовой тележке вдоль поверхности катания рельса установлены три датчика дальности до рельса, а один датчик дальности до рельса установлен относительно боковой рабочей поверхности рельса, второй датчик тангажа и датчик угловой скорости курса установлены на второй рельсовой тележке, причем, компьютер выполнен носимым и связан с контроллерами через трансивер.
При всех достоинствах данного устройства следует отметить его недостатки. Из-за применения боковых датчиков дальности до рельса, а также распорной телескопической конструкции поперечной траверсы невозможно проводить работы на стрелочных переводах. Кроме того, у данного устройства усложненная механическая конструкция, что приводит к сложностям в эксплуатации, увеличению времени приведения устройства в рабочее состояние, уменьшению надежности, отсутствию механизмов безопасности, ограниченной эксплуатации в условиях метрополитена, большому количеству датчиков, что приводит к тому, что при расчете выходных параметров накапливаются случайные и систематические ошибки с нескольких датчиков (4 на каждой рельсовой тележке), что увеличивает погрешность выходных параметров.
Техническим результатом заявленного устройства является расширение арсенала технических средств для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути за счет расширения функциональности и области применения.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что устройство для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути состоит из рамы, установленной на две пары колес, с установленными на раме датчиками и сканерами, при этом рама представляет собой жесткую конструкцию, установленную на две пары колес, у которых поверхности контакта с рельсом соответствуют поверхности контакта колес подвижного состава с учетом подуклонки рельса, при этом колеса оснащены системой аварийного торможения, а на раму установлены аккумуляторная батарея, левый и правый датчики крена и тангажа, датчик пути и скорости, датчик угловой скорости курса, сканеры, контроллер, который при помощи кабельной сети соединен со сканерами, а также с блоком синхронизации и управления питанием, аналого-цифровым преобразователем и с сетевым коммутатором, при этом датчик пути и скорости сопряжен с задними колесами, лазерные 2D-сканеры рельсов установлены по бокам рамы таким образом, что их область зрения направлена на внутреннюю поверхность рельсов и охватывает головку и часть шейки рельсов, а лазерный 2D-сканер контактного рельса при помощи быстроразъемного соединения установлен на кронштейне таким образом, что в его область зрения попадает контактный рельс метрополитена во всех возможных положениях. 2D-сканер контактного рельса может быть установлен, как со стороны правой рельсовой нити, так и левой рельсовой нити при помощи быстроразъемного соединения. Также, при необходимости, 2D-сканер контактного рельса может быть отсоединен от устройства. Заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что исключает сборно-разборную конструкцию, при этом, уменьшается количество разъемных механических соединений, упрощает конструкцию и позволяет приводить в готовность устройство существенно быстрее, приблизительно 0.5-1 минута против 10 минут на сборку и подготовку у прототипа, при этом жесткая рама исключает применение телескопической траверсы, а значит движущихся и подверженных износу частей. Кроме того, заявленное устройство положительно отличается от прототипа тем, что в заявленном устройстве применяется 4 лазерных сканера рельсов вместо 9 датчиков в прототипе. Применение лазерных 2D-сканеров вместо совокупности нескольких датчиков приближения снижает систематические и случайные ошибки. Применение жесткой рамы и лазерных сканеров позволяет эксплуатацию и работу устройства в пределах стрелочных переводов при пошерстном и противошерстном проходе. Заявленная конструкция устройства может использоваться не только для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути, но и для измерения параметров рельсовой колеи в метрополитене. Кроме того, путем установки дополнительного сканера контактного рельса устройство расширяет свое применение и может быть использовано в метрополитене для контроля параметров контактного провода. Заявленное устройство также положительно отличается от прототипа тем, что в нем применен тормозной механизм, который обеспечивает безопасность его эксплуатации и препятствует самопроизвольному скатыванию по пути.
Суть технического решения поясняется конструктивной схемой, вид сверху, где на фиг. 1 схематично изображено устройство для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути, несущая рама 1, передние колеса 2, задние колеса 3, сканер пространственного приближения габаритов верхнего строения пути и тоннелей 4, аккумуляторная батарея 5, контроллер 6, блок синхронизации и питания 7, аналого-цифровой преобразователь 8, сетевой коммутатор 9, ручка оператора 10, 2D-сканер рельсов 11, 2D-сканер рельсов 12, 2D-сканер рельсов 13, 2D-сканер контактного рельса 14, левый датчик крена и тангажа 15, правый датчик крена и тангажа 16. На фиг. 2 изображено расположение сканера контактного рельса, вид сзади, несущая рама 1, заднее колесо 3, сканер 14, контактный рельс 17, кронштейн 18.
Устройство для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути состоящее из жесткой несущей рамы 1, на которой размещены передние колеса 2 и задние колеса 3, которые оснащены системой аварийного торможения, приводимой в действие с помощью ручки оператора 10. Поверхность контакта колес 2 и 3 с рельсом соответствуют поверхности контакта колес подвижного состава с учетом подуклонки рельса. С колесами 3 сопряжен датчик пути и скорости (не показан на рисунке). По бокам рамы 1, согласно рисунку 2, установлены 2D-сканеры рельсов 11, 12, 13 таким образом, что их поле зрения направлено на внутреннюю поверхность рельсов и охватывает головку и часть шейки рельсов. На раме 1 с помощью кронштейна 18 установлен 2D-сканер контактного рельса 14, таким образом, что в область зрения попадает контактный рельс 17 во всех возможных положениях (фиг. 2). Сканер контактного рельса 14 может быть зафиксирован как со стороны правой рельсовой нити, так и левой рельсовой нити при помощи быстроразъемного соединения. Также, при необходимости, сканер 14 может быть отсоединен от устройства. Слева на раме 1 установлен источник питания аккумуляторная батарея - АКБ 5. Справа на раме 1 установлен контроллер 6, который при помощи кабельной сети соединен со сканерами 11, 12, 13 и 14, а также с блоком синхронизации и питания 7, аналого-цифровым преобразователем 8 и сетевым коммутатором 9. На раме 1 установлены сканеры пространственного приближения габаритов верхнего строения пути и тоннелей 4.
Устройство для измерения параметров рельсовой колеи железнодорожного пути работает следующим образом. Устанавливают данное устройство на рельсы железнодорожного пути и включают электропитание устройства и носимого компьютера (ППК). После включения блок синхронизации и управления питанием 7 проверяет температуру сканеров 11, 12, 13 и 14. При температуре ниже определенного предела включаются нагреватели, при температуре выше предела - вентиляторы, которые установлены в один конструктив со сканерами. При достижении необходимого предела температур на всех сканерах подается питание на все блоки устройства. После достижения параметров готовности (включение всех сканеров), оператор запускает необходимое ПО на переносном ПК и начинает измерение. В процессе работы устройство толкают по рельсам пути с помощью ручки оператора 10. На ручке оператора 10 имеется рукоять безопасности, которая в нормальном положении блокирует задние колеса 3 в целях безопасности. Во время работы оператор расфиксирует тормозной механизм путем нажатия рукояти. В процессе работы профили поперечного сечения головок рельсов, полученные со всех сканеров, с помощью математической обработки сводятся в одну систему координат, фильтруются. При этом также при помощи датчиков тангажа и крена 15, 16 вычисляются параметры наклона рамы устройства. Из всей совокупности данных вычисляются путевые параметры, такие как:
- расстояние пройденного пути,
- скорость движения,
- ширина рельсовой колеи (шаблон),
- взаимное положение рельсовых нитей по высоте (уровень),
- стрелы изгиба рельсовых нитей в вертикальной плоскости (просадка) и продольный профиль пути,
- стрелы изгиба рельсовых нитей в горизонтальной плоскости (рихтовка) и профиль пути в плане,
- форма поперечного профиля рельса,
- форма и положение поперечного профиля контактного рельса.
Синхронизация всех блоков устройства осуществляется с помощью блока синхронизации 7, который генерирует квадратные импульсы синхронизации параллельно для каждого блока. Управление, запись сигналов, предварительная обработка и расчет осуществляется контроллером 6. Также контроллер 6 осуществляет архивное хранение сырых и обработанных данных измерения. Сетевую доступность данных для всех блоков обеспечивает сетевой коммутатор 9. Носимый ПК осуществляет функцию человеко-машинного интерфейса между устройством и оператором, визуализируя процесс измерения и принимая команды от оператора, а также осуществляет постобработку и расшифровку результатов измерения, формирует необходимые отчетные формы.