МОБИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ РЕЛЬСОВОГО ПУТИ

Полезная модель относится к области рельсового транспорта и может использоваться преимущественно в мобильных устройствах для контроля железнодорожного пути, позволяющего обеспечить безопасность движения.
Известно мобильное устройство для измерения параметров рельсового пути, включающее измерительные блоки и соединенный с ними контрольно-вычислительный блок и обеспечивающее высокоскоростной контроль ряда геометрических параметров рельсового пути (RU 91321 U1, 2010). Однако конструктивные и аппаратные особенности этого устройства не позволяют диагностировать весь комплекс геометрических параметров рельсового пути и не обеспечивает высокую точность измерений. Поэтому такое устройство недостаточно эффективно в эксплуатации.
Известны и другие аналогичные устройства (например, RU 2442713 C1, 2012; RU 2255873 C1, 2005; US 3864039 A, 1975; JP 2008297845 A, 2008). Однако все они по тем же причинам также недостаточно эффективны в эксплуатации, что в свою очередь не позволяет в полной мере обеспечить безопасность движения подвижных составов.
Из известных устройств наиболее близким к предложенному является мобильное устройство для измерения параметров рельсового пути, содержащее установленные на ходовой тележке выполненный бесплатформенным инерциальный навигационный блок, соединенный с ним контрольно-вычислительный блок и связанные с ним два основных регистратора, каждый из которых включает видеокамеру и два лазерных осветителя (Каталог ЗАО «Фирма ТВЕМА» Инновации. Безопасность. Надежность, Эффективность. М., 2013, с. 11-12; то же: веб-сайт http://www.tvema.ru/ru/productList_3753.prm, 2013, зарегистрирован ЗАО «Фирма ТВЕМА»).
Оно реализовано в виде мобильного устройства измерения параметров пути «Сокол-2», предназначенного для высокоскоростного бесконтактного измерения параметров железнодорожного рельсового полотна и профиля головок рельсов, при этом используется сочетание двух методов - оптической триангуляции и инерциального. Все узлы и блоки устройства смонтированы на раме ходовой тележки любой подвижной единицы. Это устройство, однако, позволяет измерять геометрию рельсового пути всего по одному сечению каждого из двух рельсов (рельсовых нитей). Это не дает возможность в необходимом объеме оценить характеристики геометрии рельсового пути под динамической нагрузкой и соответственно не в полной мере решает проблему повышения безопасности движения железнодорожного транспорта. В частности, устройство не позволяет измерять кривизну рельсового пути, имеет ограничение по минимальной скорости измерения, не обеспечивает высокой точности измерений, которая составляет, например, при измерении уровня 0,5 мм, а просадки - 1,0 мм.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в создании мобильного устройства для измерения параметров рельсового пути, лишенного недостатков прототипа. Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, состоит в повышении эксплуатационной эффективности устройства, в том числе за счет повышения точности производимых измерений и объективности анализа геометрических параметров рельсового пути.
Это достигается тем, что в мобильном устройстве для измерения параметров рельсового пути, содержащем установленные на ходовой тележке выполненный бесплатформенным инерциальный навигационный блок, соединенный с ним контрольно-вычислительный блок и связанные с ним два основных регистратора, каждый из которых включает видеокамеру и два лазерных осветителя, ходовая тележка снабжена размещенными по обе ее продольные стороны кронштейнами, на каждом из которых закреплены совместно с одним из основных регистраторов два дополнительных регистратора и узел компенсации смещения с обеспечением возможности контроля соответствующей рельсовой нити по трем сечениям одновременно. Контрольно-вычислительный блок преимущественно включает связанные между собой программно-аппаратный блок регистрации, блок визуализации данных, информационно-измерительный блок, органы управления и блок энергоснабжения. Связь всех регистраторов с контрольно-вычислительным блоком преимущественно выполнена через многодискретный синхронизатор. Инерциальный навигационный блок преимущественно размещен посередине между кронштейнами.
Заявленный технический результат обеспечивается всей совокупностью существенных признаков.
На чертеже показана структурная схема мобильного устройства для измерения параметров рельсового пути.
Оно содержит установленные на ходовой тележке (на чертеже не показана) выполненный бесплатформенным инерциальный навигационный блок 1, соединенный с ним бортовой контрольно-вычислительный блок 2 и связанные с ним два основных регистратора - первый основной регистратор 3 и второй основной регистратор 4 и четыре дополнительных регистратора - первый 5 и второй 6 дополнительные регистраторы и третий 7 и четвертый 8 дополнительные регистраторы. В устройство введены также два узла компенсации смещения - первый узел 9 и второй узел 10 компенсации смещения. Все указанные электронные блоки и узлы связаны, например, посредством многожильного кабеля. Каждый из основных регистраторов 3 и 4 включает видеокамеру и два лазерных осветителя (на чертеже не показаны). Дополнительные регистраторы 5-8 выполнены идентичными основным регистраторам 3 и 4. Инерциальный навигационный блок 1 выполнен, например, на основе датчиков ускорения и датчиков угловых скоростей. Ходовая тележка снабжена размещенными по обе ее продольные стороны кронштейнами 11 и 12 (на чертеже показаны условно). На кронштейне 11 размещены первый основной регистратор 3, первый 5 и третий 7 дополнительные регистраторы и первый узел 9 компенсации смещения. На кронштейне 12 размещены второй основной регистратор 4, второй 6 и четвертый 8 дополнительные регистраторы и второй узел 10 компенсации смещения. Основные 3, 4 и дополнительные 5-8 регистраторы с узлами 9, 10 компенсации смещения закреплены на соответствующем кронштейне 11, 12 с обеспечением возможности контроля соответствующей рельсовой нити по трем сечениям одновременно. Контрольно-вычислительный блок 2 включает, например, связанные между собой программно-аппаратный блок 13 регистрации, блок 14 визуализации данных, преимущественно на основе жидкокристаллического экрана, информационно-измерительный блок 15, органы 16 управления, преимущественно включающие клавиатуру, и блок 17 энергоснабжения. Связь всех регистраторов 3-8 с контрольно-вычислительным блоком 2 выполнена преимущественно через многодискретный синхронизатор 18, включающий, например, генератор импульсов Инерциальный навигационный блок 1 размещен на ходовой тележке, например, на дополнительном кронштейне (на чертеже не показан), преимущественно посередине между кронштейнами 11, 12. Все указанные блоки и узлы находятся в конструктивном единстве, они взаимосвязаны и скомпонованы совместно на ходовой тележке.
Устройство функционирует следующим образом. В регистраторах 3-8 два лазерных осветителя в импульсном режиме, задаваемым, например, много дискретным синхронизатором 18, подсвечивают контролируемую рельсовую нить, образуя единую линию засветки профиля. Рассеянные от лазерного излучения лучи отражаются от поверхности рельса и попадают в объектив видеокамеры. Линза в объективе каждой видеокамеры фокусирует отраженные лучи на ее матрице и образующиеся при этом электрические сигналы, соответствующие координате яркого пятна, передаются на контрольно-вычислительный блок 2. Таким образом, реализуется принцип оптической лазерной триангуляции. Одновременно с бесконтактным сканированием рельсовых нитей узлы 9, 10 компенсации смещения обеспечивают бесконтактное измерение смещения одного кластера соответствующего регистратора 3-8 относительно другого с использованием того же принципа оптической лазерной триангуляции, а инерциальный навигационный блок 1 определяет и выдает информацию о текущем положении координат и параметрах движения (линейных скоростях, траектории движения) и углах ориентации. Электрические сигналы от всех регистраторов 3-8 и узлов 9, 10 компенсации смещения поступают на контрольно-вычислительный блок 2, который после обработки данных обеспечивает визуализацию и регистрацию геометрических параметров рельсового пути. При этом первичная обработка данных осуществляется в программно-аппаратном блоке 13 регистрации, затем предварительно обработанная информация передается в информационно-измерительный блок 15, в котором происходит окончательная обработка данных и вычисление необходимых параметров. Результаты вычислений передаются на блок 14 визуализации данных. Посредством органов 16 управления обеспечивается управление устройством в целом. Все блоки и узлы устройства функционально взаимосвязаны, их наличие и связи между ними, характеризуемые соответствующими существенными признаками, позволяют достичь заявленный технический результат.
Устройство обеспечивает эффективный сплошной бесконтактный скоростной контроль состояния рельсового пути под динамической нагрузкой. Оно позволяет за счет закрепленных на кронштейнах 11, 12 дополнительных регистраторов 5-8 совместно с основными регистраторами 3, 4 контролировать каждую рельсовую нить сразу по трем сечениям, обеспечивая повышение точности измерений и объективности анализа геометрических параметров рельсового пути. Наличие в устройстве узлов 9, 10 компенсации смещения одного из кластеров регистраторов 3-8 относительно другого во время движения ходовой тележки позволяет вносить дополнительные корректировки в производимые измерения, что дополнительно повышает качество и точность измерений. Благодаря такой конструкции становится возможным определить кривизну рельсового пути, снять ограничения по минимальной скорости измерений, значительно (в 1,5-2,5 раз) повысить точностные характеристики измерений геометрических параметров рельсового пути. Устройство позволяет определить комплекс всех важных с точки зрения безопасности движения геометрических параметров рельсового пути. В целом указанные преимущества обеспечивают повышение эксплуатационной эффективности устройства.
Пример реализации. Мобильное устройство для измерения параметров рельсового пути выполнено в виде модификации «Сокол-3» и испытано в составе скоростного дефектоскопа «Спринтер». Оно позволяет определить комплекс геометрических параметров рельсового пути - отклонение ширины рельсовой колеи от номинала, стрелу изгиба рельсовых нитей в горизонтальной плоскости (рихтовка), просадку рельсовых линий (просадка), взаимное положение обеих рельсовых нитей по высоте (уровень), боковой износ рельсов, наклон поверхности катания рельсов, кривизну рельсового пути. Рабочая скорость измерений составила от 0 до 250 км/час. Шаг съемки - 100 мм. Точность измерения рельсовой колеи - 0,5 мм. Точность измерения кривизны рельсового пути - 0,000003 1/м. Точность измерения уровня - 0,2 мм. Точность измерения просадки - 0,5 мм.
Мобильное устройство для измерений параметров рельсового пути, выполненное в соответствии с полезной моделью, имеет более высокую эксплуатационную эффективность по сравнению с известными аналогичными устройствами, что в свою очередь позволяет повысить безопасность движения подвижных составов по рельсовому пути.