СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ДЕФОРМАЦИИ РЕЛЬСОВЫХ ПЛЕТЕЙ БЕССТЫКОВОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ

Полезная модель относится к контрольно-измерительным устройствам для проверки состояния железнодорожного полотна и может быть использована для измерения продольных перемещений рельсовой плети железнодорожного пути.
Около 100 лет на железных дорогах применяются бесстыковые (сварные) рельсы с длиной от нескольких сотен метров до километров. Проблемой таких путей является их температурное напряжение. Летом с повышением температуры рельсов и зимой при понижении температур по сравнению с температурой закрепления рельсов возникают напряжения рельсов, которые могут приводить к «угону рельсовых плетей», т.е. к такому изменению их геометрии, которое может повлечь катастрофические последствия для железнодорожного транспорта. Для решения это проблемы необходим постоянный и информативный способ контроля напряженного состояния бесстыкового рельсового пути.
Известны способы измерения напряжений в рельсовых плетях с использованием различных датчиков: тензометрических [1], магнитных [2], шумов Баркгаузена [3], а также ультразвуковые методы [4].
Недостатком всех перечисленных методов является их высокая сложность, стоимость и трудоемкость.
В Российской федерации для контроля напряженного состояния рельсовых плетей [5] используются маячные шпалы установленные, как правило, напротив пикетных столбов - через 100 метров. Чтобы «маячная» шпала не смещалась, она должна быть всегда хорошо подбита, закладные болты на ней затянуты, типовые клеммы заменены клеммами с уменьшенной выстой ножек, а в качестве прокладок использоваться материалы низким коэффициентом трения. На таких шпалах краской наносятся метки, ФИГ. 1 А) как на рельс, так и на рельсовую подкладку. Такие метки позволяют, например, визуально наблюдать смещение рельса ФИГ. 1 Б) по длине относительно маячной шпалы или, расположенной на ней подкладки рельса. Основными проблемами применения такого способа контроля являются: высокая трудоемкость контроля, связанная с необходимостью длительных пешеходных переходов путевых обходчиков, сложность автоматического контроля, связанная с ложными срабатываниями от посторонних меток и невозможность выполнения контроля в случае загрязнения меток.
Таким образом, основной проблемой проверки состояния деформации железнодорожного полотна является точная привязка технических средств контроля к координатам рельсового пути.
Известно устройство для контроля деформации рельсовых плетей бесстыкового рельсового пути [6], содержащее два бесконтактных датчика обнаружения метки на рельсовой плети и репере, установленные на рельсовом транспортном средстве.
Недостатком такого устройства являются низкая точность и сложность бесконтактного обнаружения меток и реперов, особенно, если они загрязнены.
Известен способ контроля деформации рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути [7], который предполагает размещение меток на различных объектах, окружающих рельсовый путь, которые позволяют обнаружить их, а значит маячную шпалу, и, таким образом, выполнить соответствующие измерения регистрирующим устройством.
Недостатком данного устройства является низкая точность и сложность реализации.
Известен способ контроля угона рельсовых плетей железнодорожного пути [8], заключающийся в том, что продольный сдвиг рельса относительно маячной шпалы осуществляется путем сопоставления сигналов магнитного дефектоскопа от сварного стыка, шпальной подкладки и датчика пути (измерителя координаты) вагона-дефектоскопа.
Недостатком данного способа является низкая точность, связанная с тем, что расстояние между сварным стыком и маячной шпалой может оказаться значительным. Датчик пути (измерителя координаты) вагона-дефектоскопа также обладает существенными погрешностями, которые также могут приводить к ошибкам измерений. Кроме того, из материалов [8] не ясно, каким образом определить маячную шпалу, поскольку сигналы магнитного канала контроля вагона-дефектоскопа объектов типа «маячная шпала» не отличаются от обычных шпальных подкладок, которых устанавливается до 2000 на километр рельсового пути.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является способ диагностики рельсового пути [9], предполагающий наличие рельсового диагностического транспортного средства, снабженного средствами дефектоскопии рельсового пути, средствами навигации, диагностической картой участка рельсового пути, выполненной в виде привязанной к координатам базы данных с результатами дефектоскопии и конструктивных элементах рельсового пути, а также устройством синхронизации данных диагностической карты, средств навигации и средств дефектоскопии. Отличительной особенностью данного способа являются: использование нескольких дефектоскопических средств (ультразвуковых и магнитных), которые помимо решения основной задачи обеспечивают точную привязку транспортного средства к координатам рельсового пути. Использование диагностической карты позволяет проводить комплексный анализ состояния рельсового пути, как оперативно, так и в лабораторных условиях, оценивать динамику развития процессов и т.п.
Ультразвуковые и магнитные дефектоскопы в принципе позволяют оценить напряженное состояние рельса, однако, этим средствам присущи недостатки, отмеченные выше.
Недостатком [9] является сложность контроля деформации рельсовых плетей бесстыкового рельсового пути.
Задачей, решаемой заявляемой полезной моделью является создание простого и наглядного способа контроля деформации рельсовых плетей бесстыкового рельсового пути.
Для решения этой задачи в системе контроля деформации рельсовых плетей бесстыкового рельсового пути, содержащей рельсовое диагностическое транспортное средство, снабженное средствами дефектоскопии рельсового пути, средствами навигации, диагностической картой участка рельсового пути, выполненной в виде привязанной к координатам базы данных с результатами дефектоскопии и конструктивных элементах рельсового пути, а также устройством синхронизации данных диагностической карты, средств навигации и средств дефектоскопии, диагностическая карта дополнительно содержит координаты маячных шпал, а транспортное средство - аппаратуру визуальной фиксации и сохранения через устройство синхронизации в диагностической карте изображений маячных шпал с соответствующими метками.
Существенные отличия заявляемой полезной модели состоят в следующем.
Диагностическая карта дополнительно содержит координаты маячных шпал. При анализе данных сплошного контроля рельсов координаты маячных шпал позволяют быстро обнаруживать их на рельсовом пути и оперативно оценивать смещение меток. Так при скорости транспортного средства в 60 км/час и маячных шпалах, расположенных на расстоянии 100 м на просмотр каждой метки оператору отводится 6 сек., что вполне достаточно для оценки наличия смещения рельса относительно маячной шпалы и степени деформации рельсовой плети. При лабораторном анализе отпадает необходимость утомительном в сквозном просмотре изображений рельсового пути, а только маячных шпал, а также подозрительных участков обнаруженных средствами дефектоскопии.
В прототипе в диагностической карте отсутствуют сведения о маячных шпалах.
Оборудование транспортного средства - аппаратурой визуальной фиксации и сохранения через устройство синхронизации в диагностической карте изображений маячных шпал с соответствующими метками позволяет осуществлять визуальный, а при необходимости инструментальный контроль деформаций рельсового пути.
В прототипе не рассматривается вопрос визуальной фиксации изображений маячных шпал.
Заявляемую систему иллюстрируют следующие графические материалы:
Фиг. 1 - Фотографии маячных шпал с метками:
А) без смещения рельса;
Б) со смещением.
Фиг. 2 - структурная схема системы, где;
1. Рельсовое транспортное средство;
2. Средства навигации;
3. Средства дефектоскопии;
4. Диагностическая карта;
5. Устройство синхронизации;
6. Аппаратура видеофиксации.
Рельсовое транспортное средство 1 - вагон дефектоскоп и автомотриса и т.п. предназначено для перемещения средств диагностики по участку рельсового пути.
Средства навигации 2 предназначены для определения координат рельсового транспортного средства и включают подсистемы глобальной спутниковой и относительной навигации - одометр и измеритель скорости, например, «от колеса». Точность спутниковой навигации, как правило, не высока и составляет несколько метров. А подсистема относительной навигации способна накапливать ошибку из-за пробуксовки колес и требует периодической привязки к рельсовому пути.
Средства дефектоскопии 3 предназначены для обнаружения дефектов в рельсах и содержат, например, магнитный и ультразвуковой дефектоскопы, основная задача которых - обнаружение дефектов рельсового пути. Однако, кроме основной задачи, магнитный дефектоскоп позволяет обнаруживать конструктивные элементы рельсов: сварные швы, подкладки, стыковые накладки, а ультразвуковой дефектоскоп - болтовые отверстия. Таким образом, дефектоскопы позволяют осуществить точную координатную привязку транспортного средства к рельсовому пути. Средства дефектоскопии, как правило, содержат компьютер и формируют результаты измерений в цифровой форме.
Диагностическая карта 4 - база данных содержит сведения о всех конструктивных элементах рельсового пути, обнаруженных дефектах и т.п. с привязкой к их координатам. Исходными данными для диагностической карты 4 является паспорт участка, который дополняется по результатам проведения дефектоскопических, профилактических, ремонтных и т.п. работ. Сравнение «старых» и «новых» диагностических карт позволяет отслеживать динамику развития процессов. Анализ диагностических карт может производиться оперативно в ходе движения дефектоскопических средств или в лабораторных условиях. Диагностическая карта может размещаться на внешних носителях информации.
Устройство синхронизации 5 предназначено для управления работой и согласования по времени и координатам всех остальных устройств с учетом текущего положения, скорости и относительного положения средств и устройств. В рассматриваемой системе устройство синхронизации обеспечивает формирование диагностической карты 4. Устройство синхронизации 5 реализовано в виде центрального компьютера.
Аппаратура видеофиксации 6 предназначена для фотографирования (видеосъемки) маячных шпал с соответствующими метками. При фотографировании требуется точная привязка момента съемки к маячной шпале, что может быть достигнуто заявляемой системой. В случае видеосъемки могут быть использованы существующие видеокамеры (в современных скоростных вагонах-дефектоскопах применяется множество - до 12 скоростных видеокамер), которые позволяют провести анализ проведенных измерений в лабораторных условиях. Однако, просмотр длительных видеозаписей приводит к быстрой утомляемости дефектоскописта и снижению качества работы.
Работа заявляемой системы контроля деформации рельсовых плетей бесстыкового рельсового пути, фиг. 2, состоит в следующем. Для нового участка рельсового пути составляется паспорт с указанием основных конструктивных элементов: сварных швов, стрелок и т.п., а также их координат вдоль участка рельсового пути. На основании этих данных составляется диагностическая карта 4 участка пути, которая уточняется после каждого прохода диагностического рельсового транспортного средства 1. При его движении определяют приближенные исходные и текущие координаты транспортного средства 1 с использованием средств навигации 2. Средствами дефектоскопии 3 обнаруживают конструктивные элементы рельсового пути и через устройство синхронизации 5 привязывают их координаты к диагностической карте 4, формируя относительные координаты интересующих элементов участка рельсового пути, в частности, маячных шпал. Эти координаты позволяют оперативно отобразить на экране монитора изображение, Фиг.2 маячной шпалы с соответствующими метками и оценить степень их рассогласования. В лабораторных условиях появляется возможность отобразить оператору только изображения маячных шпал с соответствующими метками.
Таким образом, заявляемая система контроля деформации рельсовых плетей бесстыкового рельсового пути позволяет достаточно быстро и точно определить состояние рельсового пути в окрестности маячных шпал оперативно или в лабораторных условиях. Автоматизированный (с участием оператора) контроль позволяет повысить производительность труда операторов, дефектоскопистов, а также улучшить качество контроля.
Источники информации:
1. Патент CN 203032699.
2. Патент US 2014145710.
3. Патент RU 2521114.
4. Патент US 2014123761.
5. Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути ТУ-2000 МОСКВА «ТРАНСПОРТ» http://www.norm-load.ru/SNiP/Data1/9/9431/index.htm.
6. Патент RU 2174082.
7. Патент RU 94936.
8. Патент RU 2492088
9. Патент RU 2521095.