УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ

Полезная модель относится к области железнодорожной техники и может использоваться при сканировании объектов железнодорожной инфраструктуры в целях контроля габарита приближения строений и других геометрических параметров железнодорожного пути.
Контроль геометрических параметров железнодорожного пути имеет исключительно важное значение, с точки зрения обеспечения безопасности на железнодорожных магистралях. Для этого используется контрольно-измерительное оборудование, выполненное в виде ручных или преимущественно в виде скоростных и высокоскоростных мобильных средств. При этом существенным является определение с высокой степенью достоверности наличия негабаритных объектов и их параметров, построение фактического очертания габарита приближения строений, мостов и тоннелей, а также контроль междупутья, геометрических параметров балластной призмы и земляного полотна, очертаний откосов. Известны различные устройства контроля геометрических параметров железнодорожного пути, основанные преимущественно на использовании оптических дальномеров (лазерных сканеров с регистрирующими узлами).
Известно, например, устройство, в котором применены два лазерных излучателя и размещенный между ними фотоприемник, смонтированные на измерительной тележке под вагоном (SU 1796514 А1, 1993). Это устройство предназначено преимущественно для измерения величины просадки рельсов и малопригодно для контроля других геометрических параметров железнодорожного пути.
Известны устройства, предназначенные преимущественно для определения пространственных параметров объектов инфраструктуры железной дороги, которые выполнены на базе ходовой тележки, на которой размещены спутниковая система позиционирования, связанный с ней управляющий компьютер и узел пространственной ориентации, при этом в одном из устройств на раме ходовой тележки установлен один связанный с управляющим компьютером лазерный сканер (RU 166664 U1, 2016), а в другом - два связанных с управляющим компьютером лазерных сканера (RU 116862 U1, 2012). Эти устройства сложны по конструкции, в то же время они относятся к ручным средствам контроля и не предназначены для скоростного контроля. Кроме того, их функциональные возможности для контроля геометрических параметров железнодорожного пути ограничены из-за недостаточной информативности, обеспечиваемой только одним или только двумя лазерными сканерами.
Из известных устройств наиболее близким к предложенному является устройство контроля геометрических параметров железнодорожного пути, содержащее три основных лазерных сканера, один из которых размещен в центре установленной в верхней части одного из торцов вагона-путеизмерителя основной несущей рамы, а два других размещены на ее концах, и соединенный с лазерными сканерами блок регистрации данных (RU 109719 U1, 2011). Это устройство предназначено для скоростного контроля габаритов мостов, тоннелей, приближения строений, междупутного расстояния, очертаний верхнего строения железнодорожного пути и земляного полотна. Однако оно не обеспечивает высокой достоверности контроля. Это связано, в том числе, с недостаточной точностью определения положения продольной оси пути из-за значительного расстояния от рельсовых нитей до лазерных сканеров. Кроме того, не обеспечивается необходимая надежность контроля низкорасположенных и маломерных объектов. Не предусмотрена возможность оптимальных условий сканирования с точки зрения совмещения сканов от всех лазерных сканеров, что не позволяет достичь высокой точности измерения расстояния до различных точек очертания контролируемых объектов при увеличении количества лазерных сканеров.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью, заключается в создании устройства контроля геометрических параметров железнодорожного пути, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, состоит в повышении достоверности контроля геометрических параметров железнодорожного пути.
Это достигается тем, что устройство контроля геометрических параметров железнодорожного пути, содержащее три основных лазерных сканера, один из которых размещен в центре установленной в верхней части одного из торцов вагона-путеизмерителя основной несущей рамы, а два других размещены на ее концах, и соединенный с лазерными сканерами блок регистрации данных, содержит соединенный с блоком регистрации данных дополнительный лазерный сканер, размещенный на дополнительной несущей раме, установленной в средней части того же торца вагона-путеизмерителя, при этом все лазерные сканеры объединены в единую конструкцию с обеспечением возможности сканирования в одной вертикальной плоскости, перпендикулярной продольной оси железнодорожного пути. Дополнительный лазерный сканер и размещенный в центре основной несущей рамы основной лазерный сканер могут быть расположены вдоль вертикальной центральной оси торца вагона-путеизмерителя.
Указанный технический результат обеспечивается в рамках реализации назначения всей представленной в независимом пункте формулы заявленной полезной модели совокупностью существенных признаков, каждый признак которой необходим, а вместе они достаточны для решения указанной технической проблемы и для достижения указанного технического результата. Эта совокупность существенных признаков относится к одному техническому решению, а предложенное устройство представляет собой одно устройство, конструктивные элементы которого, характеризуемые соответствующими существенными признаками, находятся в конструктивном единстве и функционально взаимосвязаны. Для возможности эксплуатации устройства они объединены в единую конструкцию и при изготовлении устройства компонуются посредством сборочных операций. Их совместное использование привело к созданию нового устройства с указанным техническим результатом.
Размещение лазерных сканеров на торце вагона-путеизмерителя иллюстрируется чертежом.
Устройство контроля геометрических параметров железнодорожного пути содержит три основных лазерных сканера 1, 2, 3 и дополнительный лазерный сканер 4, выполненные каждый преимущественно на основе сенсорной головки с оптоэлектронной системой сканирования. Основные лазерные сканеры 1, 2, 3 размещены на основной несущей раме 5, при этом один из них (центральный) 3 размещен в ее центре, а два других (боковые) 1, 2 - на ее концах. Боковые основные лазерные сканеры 1, 2 расположены преимущественно под углом, например 30°-45°, к горизонтальной поверхности. Основная несущая рама 5 установлена в верхней части одного из торцов вагона-путеизмерителя 6. Дополнительный лазерный сканер 4 размещен на дополнительной несущей раме 7, установленной в средней части того же торца вагона-путеизмерителя 6. Все лазерные сканеры 1, 2, 3, 4 объединены в единую конструкцию с обеспечением возможности сканирования в одной вертикальной плоскости, перпендикулярной продольной оси железнодорожного полотна. Дополнительный лазерный сканер 4 и центральный основной лазерный сканер 3 расположены преимущественно вдоль вертикальной центральной оси торца вагона-путеизмерителя 6. Лазерные сканеры 1, 2, 3, 4 могут быть смонтированы как на специализированном вагоне-путеизмерителе 6, преимущественно включающим узлы дефектоскопии, так и на обычном вагоне подвижного состава. Устройство содержит также блок регистрации данных (сервер данных), к соответствующим входам которого посредством интерфейсов, например, Ethernet, подключены лазерные сканеры 1, 2, 3, 4, и блок электропитания (на чертеже не показаны). Блоки регистрации данных и электропитания размещены в том же вагоне-путеизмерителе 6. Устройство преимущественно может содержать также связанный с лазерными сканерами 1, 2, 3, 4 и блоком регистрации данных синхронизатор и установленный на одном из колес 8 вагона-путеизмерителя 6 датчик пути, связанный с синхронизатором (электронные блоки на чертеже не показаны).
При движении вагона-путеизмерителя 6 приведенные в рабочее состояние лазерные сканеры 1, 2, 3, 4 с подключенными к ним электронными блоками осуществляют в непрерывном режиме контроль находящихся по пути движения вагона-путеизмерителя объектов железнодорожного пути. В каждом лазерном сканере 1, 2, 3, 4 лазерный диод генерирует импульсный лазерный луч, который отклоняется встроенным вращающимся зеркалом для сканирования окружающего пространства. Отраженный от контролируемого объекта лазерный луч регистрируется фотоприемником, размещенным в одном корпусе с лазерным излучателем. При этом центральный основной лазерный сканер 3 сканирует объекты контроля, расположенные в зоне нижней полусферы (190°) круга сканирования. Сканирование объектов контроля, расположенных в зоне верхней полусферы (190°) круга сканирования осуществляются двумя боковыми основными лазерными сканерами 1, 2. Дополнительный лазерный сканер 4 обеспечивает надежное получение очертания головок рельсов, что необходимо для нахождения продольной оси железнодорожного пути, фиксация местоположения которой в каждый момент времени важна для точного измерения расстояния до контролируемого объекта. Он обеспечивает также наилучшие условия для получения данных о расположении рельсов соседнего пути, очертаниях балластной призмы и других низкорасположенных объектах контроля (пикетные столбы, карликовые светофоры, переезды, переходы через железнодорожные пути и др.). Сканирование в одной вертикальной плоскости, перпендикулярной продольной оси железнодорожного пути, позволяет свести все полученные в определенный момент времени сканы в одно сечение, что обеспечивает достижение высокой точности измерения расстояния до различных точек очертания контролируемых объектов. Повышение достоверности контроля геометрических параметров всей системы объектов железнодорожного пути в целом стало возможным за счет объединения всех лазерных сканеров 1, 2, 3, 4 в единую конструкцию, подразумевающую сочетание соответствующим образом настроенных лазерных сканеров 1, 2, 3, 4 и их указанное размещение один относительно другого и рельсового пути на единой плате посредством несущих рам 5, 7. В качестве единой платы служит торец вагона-путеизмерителя 6. При этом каждый из лазерных сканеров 1, 2, 3, 4 в сочетании с несущими рамами 5, 7 имеет свои особенности, связанные с обеспечением необходимого направления излучения. Информация, полученная с лазерных сканеров 1, 2, 3, 4 передается в блок регистрации данных, где она обрабатывается и визуализируется. Данные от лазерных сканеров 1, 2, 3, 4 посредством синхронизатора и датчика пути привязаны к координатам пути. Выполнение устройства контроля геометрических параметров железнодорожного пути совместно с вагоном-путеизмерителем позволяет использовать его в качестве как самостоятельной подвижной единицы, так и в подвижном составе, в том числе товарном или пассажирском, что позволяет проводить контроль без перерывов в штатном движении железнодорожного транспорта.
Пример реализации. Устройство реализовано в виде устройства скоростного и высокоскоростного трехмерного сканирования «Габарит-М» (технические условия ВДМА.663500.153 ТУ, 2017 г.). В качестве лазерных сканеров 1, 2, 3, 4 использованы сканеры 1-го класса SIC AG типа LMS511-20100PRO с интерфейсом Ethernet. Диапазон сканирования составил от 0,7 до 80 м при разрешении 12-24 мм, длина волны - 905 нм, угол сканирования системы - до 360. Расстояние от уровня головки рельсов до центра дополнительного лазерного сканера 4 составляет 2640 мм, до центра центрального основного лазерного сканера 3 - 5015 мм, до центра боковых основных лазерных датчиков 1, 2 - 4790 мм. Испытания устройства, смонтированного на высокоскоростном диагностическом вагоне «СПРИНТЕР» показали, что при скоростях движения до 160 км/час обеспечивается надежный достоверный контроль габарита приближения строений, междупутья, габаритов мостов и тоннелей, геометрических параметров балластной призмы и земляного полотна.
Устройство контроля геометрических параметров железнодорожного пути, выполненное в соответствии с полезной моделью, обеспечивает более высокую достоверность контроля по сравнению с известными аналогичными устройствами. Оно может использоваться для эффективного контроля габаритов приближения строений и других геометрических параметров пути железнодорожной инфраструктуры, а также метрополитена, что позволяет повысить безопасность эксплуатации подвижных составов.