УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ БЕЗОПАСНОСТИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ ТРАНСПОРТИРОВКИ
RAIL HAULAGE SAFETY MONITORING DEVICE

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, в частности к средствам контроля состояния рельсового пути и колесных пар.
Известны система и способ обнаружения изменения рельсового пути или препятствия на нем (Заявка РСТ US 2006/02997720060801, М.Бартонек). Система позволяет определить способность рельсового пути обеспечивать безопасное прохождение железнодорожного состава по нему путем обнаружения изменения среды, а именно магнитного поля, вблизи рельсового пути.
Система содержит датчик для обнаружения магнитного поля вблизи пути и блок для формирования данных, характеризующих это магнитное поле, с процессором и устройством связи с локомотивом, со шлагбаумом и т.п. для сообщения о характеристиках поля и прекращения движения локомотива.
Датчики располагаются, например, на шпале, на рельсе, вблизи рельса, в балластном материале и др.
Датчики позволяют установить наличие постороннего предмета на рельсах также по изменению магнитного поля.
Недостатками известного устройства являются конструктивная сложность, ценовые характеристики и необходимость электропитания для каждого датчика.
Известно полностью автоматизированное многофункциональное устройство для содержания и технического обслуживания железнодорожного полотна и способ его использования (заявка на изобретение №97106809/28, 24.04.1997 г., РФ, Ульям Д.Страут (US) и др.).
Устройство включает в себя подвижную управляемую дистанционно тележку с датчиками и ремонтными модулями. Устройство обеспечивает выявление дефекта, например дефектное закрепление участка рельса к шпале.
Недостатком устройства является конструктивная сложность и наличие тележки, которая перекрывает рельсовый путь на время контроля и ремонта.
Для контроля исправности колесной пары и сортировки вагонов может использоваться известная система контроля поверхности катания колеса железнодорожной колесной пары (патент на полезную модель, заявка №2009142448/22 от 18.11.2009, B61L 27/04).
Система содержит датчики динамических нагрузок, выполненные в виде волоконно-оптических датчиков давления, закрепленных на рельсе на измерительном участке пути в зоне контроля, блок идентификации вагона, блок ввода, обработки и хранения информации, блок принятия решений и блок электропитания, соединенные посредством проводной связи между собой и с персональным компьютером диспетчера.
К недостаткам системы относится необходимость стационарного электропитания в зоне контроля и невозможность контроля рельса и колесной пары на всем пути следования вагона.
Известен акустический способ обнаружения неисправности рельсового пути, возникающей при трещинообразовании, в процессе движения состава по железной дороге, при котором в рельсы передают акустический сигнал, принимают отраженный сигнал и по времени распространения акустических сигналов к месту неисправности и обратно определяют его координату, отраженный сигнал принимают пьезоэлектрическими преобразователями акустических колебаний в электрические сигналы, установленными на подшипниках, надетых на вал колесной пары, при этом передачу и прием акустических сигналов осуществляют попеременно (патент РФ №2126339, Коган Ф.И. и др., БИ №5, 20.02.99).
К недостаткам известного способа следует отнести необходимость подачи в рельсы акустических колебаний, что обуславливает наличие акустического генератора и стационарного электропитания и, во-вторых, акустические колебания в рельсе возникают (стр.7 описания известного изобретения) в процессе возникновения и развития трещины, то есть не фиксируется факт наличия имеющейся трещины.
Известно устройство для передачи информации с пути на локомотив (патент РФ №1792859 А1, В.Ф.Беляев и др., B61L 23/06, БИ №5, 07.09.93).
Устройство содержит датчики о состоянии пути, блок формирования информативной посылки, линию связи, приемник информации, стационарную радиостанцию, блок управления и блок сигнала тревоги.
Недостатком устройства является необходимость в линии связи и стационарной подводке электропитания к датчикам или установке автономного питания для каждого датчика, что определяет сложность устройства и его высокую стоимость.
Известно техническое решение создания автономного пункта счета осей (железнодорожного состава), установленного под рельс (RU №65849, Трифонов А.К. и др., B61L 25/00, 27.08.2007)
С одной стороны он крепится к подошве рельса, а другая сторона заглубляется и якорится в грунт железнодорожного полотна. Пункт счета осей имеет встроенный пьезогенератор и накопитель электроэнергии для своей работы за счет прогиба рельса и контроллер обмена данными с сетевым трансивером.
Недостатками известного устройства является невозможность мониторинга рельса и поезда, а также сплошность установки автономного пункта на больших расстояниях железнодорожных путей из-за необходимости демонтажа рельс.
Наиболее близким по назначению и конструкции к заявленному является известная система мониторинга рельса и поезда (патент RU №2365517, Дейвенпорт Д.М и др., B61L 1/06, 27.08.2009) для определения по меньшей мере одного параметра, относящегося к поезду, проходящему по рельсовому пути.
Система содержит датчик, связанный с местом обнаружения и предназначенный для обнаружения акустических сигналов в месте обнаружения на рельсовом пути, и процессор, соединенный с датчиком и предназначенный для анализа спектра акустических сигналов в рельсовом пути, распространяемых поездом.
Недостатком известного устройства является необходимость подводки стационарного электропитания датчика контроля рельса и поезда и анализатора частотного шума от идущего состава, а также электрической связи между ними.
Технический результат, получаемый при реализации предлагаемого устройства, заключается в упрощении конструкции и снижении себестоимости устройства для контроля исправности рельса и его крепления, а также колесной пары в процессе движения железнодорожного состава.
Указанный результат достигается за счет того, что в устройстве для контроля безопасности железнодорожной транспортировки, содержащем датчик состояния железнодорожного пути и колесной пары за счет анализа спектра акустических сигналов в рельсовом пути, распространяемых поездом, включающий в себя анализатор спектра, блок формирования сигнала с антенной и пьезоэлемент с накопителем, преобразующий механические воздействия рельса в электрическую энергию для электропитания анализатора спектра, блока формирования сигнала и антенны, пьезоэлемент, вырабатывающий электроэнергию при воздействии на него шпалы или рельса, расположен под шпалами или в шпалах, установленными под концевыми участками рельс, там же в модульном исполнении с пьезоэлементом и связанные с ним электрически расположены накопитель электроэнергии, анализатор спектра и блок формирования сигнала с антенной, а приемник сигнала, снабженный указателем тревоги, расположен или на объекте рельсового пути, например на промежуточной опоре, или на локомотиве с возможностью передачи информации о неисправности диспетчеру.
Схема устройства показана на фигуре 1.
Устройство содержит датчик, вырабатывающий электроэнергию 1, накопитель электроэнергии - аккумулятор 2, анализатор частотного спектра 3, блок формирования сигнала 4, излучающую антенну 5 и приемник сигнала 6 с указателем тревоги 7.
Части устройства 1, 2, 3, 4 и 5 электрически соединены между собой, конструктивно объединены и располагаются под шпалами 8 или в шпалах 8 на уровне их поверхностей под концами рельс 9 с возможностью механического воздействия шпалы 8 или рельса 9 на пьезоэлемент датчика 1.
Работа устройства происходит следующим образом.
В ближайшие к концам рельс шпалы 8 устанавливается датчик 1, накопитель энергии 2, анализатор спектра 3, блок формирования сигнала 4 и излучающая антенна 5. Датчик 1 устанавливается в верхней части шпалы с возможностью воздействия на него рельса. Затем шпалы сверху прижимаются рельсом 9, который крепится через накладки к шпалам 8 с помощью костыля. Во время движения локомотива по участкам пути, на которых для контроля безопасности движения установлены указанные модули, колесные пары состава механически воздействуют на рельс 9, рельс в свою очередь воздействуют на пьезоэлемент датчика 1, который преобразует механические воздействия в электрическую энергию. В результате вырабатываются импульсы электроэнергии, поступающие в накопитель 2, и обеспечивается электропитание анализатора спектра 3, блока формирования 4 и антенны 5.
Работа устройства при установке модуля с датчиком 1 под шпалой с возможностью воздействия шпалы на пьезоэлемент происходит аналогично. При исправном рельсе, не имеющем трещин и нормально закрепленном на шпале, при исправных колесах колесных пар локомотива и вагонов частотный спектр шума от идущего состава имеет определенные частотные характеристики, обычно равномерно монотонные. Анализатор спектра 3 фиксирует спектр шума в штатном режиме движения.
При наличии трещин в рельсах и колесах, при разболтанном, неисправном креплении рельса к шпале спектр шума специфически изменяется и анализатор вырабатывает и подает сигнал отклонения от штатного режима в блок формирования 4, который в зависимости от параметров сигнала анализатора формирует управляющий сигнал, поступающий через антенну 5 по дистанционной беспроводной связи, например по блейтузу, на приемник 6, расположенный на локомотиве или на объекте рельсового пути, например на промежуточной опоре, и на указатель тревоги 7 для последующей реакции машиниста или соответствующих дорожных служб.
При электрофикации железных дорог торцы рельс сшиваются толстым проволочным жгутом петли заземления, а при сооружении скоростного пути межрельсовые стыки сшиваются железными планками для создания «бархатного пути». При этом рельсы хорошо проводят акустические колебания на большом расстоянии и применение предлагаемого устройства позволит заблаговременно выявить неисправность и предотвратить аварию железнодорожного состава.