СПОСОБ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ РЕЛЬСОВОГО ПУТИ
ESTIMATION OF TRACK STATE

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и предназначено для контроля и оценки состояния геометрии рельсовой колеи по силам взаимодействия подвижного состава и железнодорожного пути.
Известно устройство для измерения вертикальных и боковых сил взаимодействия между колесом и рельсом, содержащее железнодорожную колесную пару, тензорезисторы, включенные диаметрально в полумостовые тензометрические схемы и размещенные по разные стороны от оси на концентричных диаметрах наружной и внутренней сторонах диска колеса, усилители, тактовый и синхронизирующий генераторы, блок управления и блоки электронных ключей вертикальной и боковой сил, блоки определения направления действия боковой силы (тензометрическую колесную пару). Тензорезисторы внутренней стороны диска колеса установлены на одном диаметре с радиусом 0,6-0,7 радиуса диска колеса, а тензорезисторы наружной стороны диска колеса установлены на одном диаметре с радиусом 0,6-0,8 радиуса диска колеса (SU, авторское свидетельство №1312412, кл. G01L 1/22, G01L 5/16, опубл. 1987 г.).
Недостатком данного способа является ограниченное количество измеряемых параметров - вертикальные и боковые силы на правом и левом колесах и отсутствие возможности учета динамики продольных сил, возникающих при движении поезда, что снижает функциональные возможности устройства.
Известен способ оценки состояния пути, принятый в качестве прототипа, заключающийся в том, что с использованием вагона-путеизмерителя определяют состояние геометрии пути: радиусы кривых, положение рельсовых нитей в плане и профиле, ширину колеи и другие параметры: с помощью тензометрической колесной пары проводят определение величины и соотношение боковых и вертикальных сил Н/V (возможно и соотношение V/H, принятое в РФ) во взаимодействии подвижного состава и пути, а также отдельного колеса с рельсом и на основе результатов измерения геометрических параметров пути и скорости движения поезда оценивают вероятность схода вследствие вкатывания гребня колеса на рельс; определяют участки пути, на которых могут иметь место значения коэффициентов запаса устойчивости колеса против схода ниже нормативных значений и вырабатывают рекомендации по текущему содержанию пути на таких участках (Журнал «Железные дороги мира», 2007 г., №8, с.74-77).
Недостатками данного способа оценки состояния пути являются:
- невозможность учета динамики продольных сил, возникающих при движении поезда, при этом продольный профиль пути определяет режимы ведения поезда, при которых возникают переходные процессы со значительным повышением продольных сил, например режим торможения поезда (спуски) или режим тяги (на подъеме);
- отсутствует синхронная оценка продольных сил поезда и сил взаимодействия колес с рельсами, что не обеспечивает оценку влияния каждого из силовых факторов на снижение коэффициента запаса устойчивости.
Техническим результатом является повышение достоверности и эффективности оценки состояния рельсового пути путем учета синхронного действия продольных сил в поезде и сил взаимодействия отдельного колеса и рельсового пути.
Указанный технический результат достигается тем, что с применением диагностического вагона, оборудованного тензометрическими колесными парами (ТКП), 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. Одновременно, с помощью тензометрических колесных пар проводят определение величин боковых и вертикальных сил, их соотношение во взаимодействии подвижного состава и рельсового пути, а также отдельного колеса с рельсом, а с помощью тензометрических автосцепок определяют продольно-динамические силы в подвижном составе, оценивают опасные для движения порожних вагонов сечения рельсового пути и выполняют привязку их к профилю рельсового пути. На основе результатов измерения геометрических параметров рельсового пути и скорости движения подвижного состава оценивают вероятность схода вследствие вкатывания гребня колеса на рельс; определяют участки пути, на которых могут иметь место значения коэффициента запаса устойчивости против схода с рельсов ниже нормативных значений и вырабатывают рекомендации по текущему содержанию пути на таких участках.
На фиг.1 представлен общий вид диагностического вагона с установленным технологическим оборудованием, вид сбоку, на фиг.2 - вид с торца по стрелке А на фиг.1 и на фиг.3 - вид сверху на фиг.1.
Для реализации способа оценки состояния рельсового пути используется диагностический вагон 1 (фиг.1, 2 и 3), который оборудован системой бортовой регистрации 2, системой автономного питания 3 с системой подзарядки аккумуляторных батарей 4 и содержит не менее двух тензометрических колесных пар 5 с бесконтактной передачей регистрируемых данных с вращающейся оси 6. Тензометрическая колесная пара 5 выполнена на базе серийной колесной пары. На оси колесной пары установлен электронный блок 7, в котором смонтированы тензоусилители, логический контроллер, аккумулятор и передатчик, которые обеспечивают работу измерительных схем из тензорезисторов, смонтированных на внутренней части дисков правого и левого колеса, предварительную обработку сигналов и передачу данных с передатчика электронного блока 7 на приемник 8, установленный неподвижно на главной раме 9 диагностического вагона 1 и связанный с системой бортовой регистрации 2. Диагностический вагон 1 оборудован двумя тензометрическими автосцепками 10 регистрирующими продольные силы, возникающие в поезде в режимах тяги и торможения. Для усиления сигналов с измерительных схем тензометрических автосцепок 10 использованы тензоусилители 11, соединенные с системой бортовой регистрации 2.
На главной раме 9 диагностического вагона 1 в зоне ходовых тележек 12 установлены акселерометры 13, 14 и 15, регистрирующие ускорения главной рамы 9 диагностического вагона 1 в вертикальном, продольном и поперечном направлениях и соединенные с системой бортовой регистрации 2. Ходовые тележки 12 диагностического вагона 1 оборудованы реохордными датчиками 16 и 17, позволяющими регистрировать перемещения букс 18 одной из тензометрических колесных пар 5 относительно главной рамы 9 диагностического вагона 1, а также реохордными датчиками 19 и 20, позволяющими регистрировать поворот передней и задней боковых рам тележки 12 по ходу движения диагностического вагона 1 относительно главной рамы 9 диагностического вагона 1. Диагностический вагон 1 оборудован антенной 21, системой спутниковой навигации 22, системой беспроводной передачи данных 23, встроенной в систему бортовой регистрации 2 и позволяющей привязывать маршрут движения диагностического вагона 1 к электронной GPS карте рельсового пути 24.
Диагностический вагон 1 снабжен измерительными приборами привязки силовых факторов к профилю рельсового пути 24, которые установлены на буксе 18 диагностического вагона 1 и включают устройство формирования импульсов 25, закрепленное механическим способом на оси 6 тензометрической колесной пары 5 диагностического вагона 1, индуктивный датчик 26, закрепленный на стакане буксы 18, напротив устройства формирования импульсов 25 и позволяющий регистрировать импульсы при движении диагностического вагона 1, которые пропорциональны углу поворота колеса 27 тензометрической колесной пары 5 и пройденного рельсового пути 24, который содержит рельсы 28 и образует две рельсовые нити с шириной колеи L.
<mrow><msub><mi>K</mi><mi>y</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mi>V</mi><mi>H</mi></mfrac></mrow>
Способ оценки состояния рельсового пути, заключающийся в том, что с применением диагностического вагона 1, оборудованного тензометрическими колесными парами 5 и измерительными приборами, который устанавливают в состав грузового поезда, определяют состояние геометрии рельсового пути 24, одновременно, с помощью тензометрических колесных пар 5 проводят определение величин вертикальных V и боковых Н сил взаимодействия колес 27 с рельсами 28, вычисляют коэффициент запаса устойчивости
при взаимодействии подвижного состава и рельсового пути 24, а также сил взаимодействия отдельного колеса 27 с рельсом 28 и на основе результатов измерения геометрических параметров рельсового пути 24 и скорости движения подвижного состава оценивают вероятность схода вследствие вкатывания гребня колеса 27 на рельс 28; определяют участки рельсового пути 24, на которых могут иметь место значения коэффициентов запаса устойчивости колеса против схода с рельсов ниже нормативных значений и вырабатывают рекомендации по текущему содержанию рельсового пути 24 на таких участках; синхронно с вертикальными V и боковыми Н силами взаимодействия колес 27 с рельсами 28, диагностическим вагоном 1 регистрируют продольно-динамические силы подвижного состава, оценивают опасные для движения порожних вагонов сечения рельсового пути 24, а с помощью системы спутниковой навигации 22 и беспроводной передачи данных 23 привязывают маршрут движения диагностического вагона к электронной GPS карте рельсового пути 24, связывая их с данными последних проездов вагона-путеизмерителя.
При этом диагностический вагон 1, выполненный, например, на базе вагона-цистерны, устанавливают в состав грузового поезда приблизительно на 2/3 длины поезда с головы состава. При подготовке маршрута движения поезда со стационарного рабочего места оператора подают команду на перевод системы бортовой регистрации 2 из «отключенного» в рабочий режим, после чего включают все измерительные приборы.
В начале движения поезда синхронно регистрируют следующие параметры:
y
y
- вертикальные V и боковые Н силы взаимодействия колес 27 с рельсами 28; продольно-динамические силы, действующие в автосцепках 10 диагностического вагона 1 в режимах тяги и торможения, а также от продольного профиля рельсового пути 24; вертикальные, поперечные и продольные ускорения главной рамы 9 диагностического вагона 1; перемещения букс 18 правого и левого колес 27 тензометрических колесных пар 5 относительно главной рамы; поворот передней и задней тележек 12 относительно главной рамы 9 диагностического вагона 1 для установления более точных причин снижения K и более достоверного определения сечения пути с низким K.
Все регистрируемые параметры записывают синхронно с привязкой к профилю пути грубо (около 10…15 м) с использованием системы спутниковой навигации 22 и точно с использованием измерительных приборов, установленных на буксе 18 колеса 27, включающей индуктивный датчик 26 и устройство формирования импульсов 25 (точность 1…2 м).
y
При обнаружении сечений пути с низкими значениями K выполняют анализ:
- геометрических неровностей рельсовой колеи в данном сечении;
- продольных сил, действующих в подвижном составе.
y
прод.
При наличии значительных продольных сил возникают повышенные боковые силы Н. В этом случае, геометрические неровности пути не играют доминирующей роли при создании сходоопасной ситуации. В случае, когда наблюдается снижение K, при отсутствии продольных сил Р>50 тс, необходимо рассматривать как сходоопасное сечение, определяемое геометрией рельсовой колеи.
y
Учет синхронного действия продольных сил в поезде и сил взаимодействия колес 27 и рельсового пути 24 позволяет повысить точность определения причин увеличения боковых сил Н, играющих основную роль в снижении коэффициента запаса устойчивости K транспортного средства, повысить достоверность и эффективность оценки состояния рельсового пути 24.